电声学基础(PPT).ppt

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1、电声学基础电声学基础绪绪 论论1什么是声学？什么是声学？n产生产生传播传播接收接收效应。效应。n研究范围研究范围2人类对声学现象的研究人类对声学现象的研究n我国，我国，11世纪，世纪，沈括沈括n西方，西方，17世纪，世纪，索沃索沃提出提出acoustique的名称。如今，的名称。如今，acoustics代表声学，音质。代表声学，音质。n人们观察声学现象，研究其规律，几人们观察声学现象，研究其规律，几乎是从史前时期开始的。乎是从史前时期开始的。3近代声学近代声学n伽利略伽利略（15641642）开创）开创n1638年，年，“有关两种科学的对话有关两种科学的对话”n林赛林赛（R.Bruce Lin

2、dsay）在）在“声学的故声学的故事事”中提到科学家中提到科学家79人人n19世纪末，世纪末，瑞利瑞利声之理论二卷（声之理论二卷（1000页）页）n20世纪开始，世纪开始，赛宾赛宾，建筑声学，建筑声学n1936年，年，莫尔斯莫尔斯振动和声一书，反映振动和声一书，反映了声学基础理论的发展了声学基础理论的发展4古人的声学研究理论成果古人的声学研究理论成果1.关于声的知识和分类关于声的知识和分类n“音音”（即乐音）（即乐音）n“乐乐”n“噪噪”，“群呼烦扰也群呼烦扰也”n“响响”，“响之应声响之应声”2.乐律乐律n在在管子管子中首先出现，理论是中首先出现，理论是“三分三分损益法损益法”。n十二律是十

3、二个标准音调，实际上基本十二律是十二个标准音调，实际上基本的标准音调只有一个，即黄钟，的标准音调只有一个，即黄钟，史记史记：“黄钟（管）长八寸一分黄钟（管）长八寸一分”，或提：，或提：长九寸。长九寸。三分损益十二律三分损益十二律 律名律名黄黄钟钟大大吕吕太太簇簇夹夹钟钟姑姑洗洗仲仲吕吕蕤蕤宾宾林林钟钟夷夷则则南南吕吕无无射射应应钟钟清清黄黄五七声五七声宫调宫调宫宫商商角角变变徵徵徵徵羽羽变变羽羽清清宫宫相当于相当于C CD DEF FG GA ABC接近自接近自然律然律doremifasollasidon欧洲乐律起源：欧洲乐律起源：毕达哥拉斯毕达哥拉斯（Pythagoras），），公元前六世纪

4、公元前六世纪n1584年，明代王子年，明代王子朱载堉朱载堉完成律学新说，完成律学新说，详细提出十二平均律理论详细提出十二平均律理论n荷兰人荷兰人斯蒂文斯蒂文（Simon Stevin），），3.共振、回声、混响共振、回声、混响n“应应”n“鼓宫宫动，鼓角角动，音律同矣鼓宫宫动，鼓角角动，音律同矣”n11世纪，世纪，沈括沈括，“共振指示器共振指示器”5.波动论波动论n亚里士多德亚里士多德（Aristotle，公元前，公元前384322年）年）n高度、强度、品质高度、强度、品质n空气运动的速度、被激动的空气量、发空气运动的速度、被激动的空气量、发声器官的构造声器官的构造5.频率频率n伽利略伽利略(

5、Galileo Galilei)，单摆及弦的，单摆及弦的研究研究6.声速声速n法国的法国的梅尔新梅尔新，加桑地加桑地n1687年，年，牛顿，牛顿，自然哲学的数学原自然哲学的数学原理理n1816年，法国数学家年，法国数学家拉普拉斯拉普拉斯5电声学电声学n20世纪世纪20年代，电子管年代，电子管n1920年，美国年，美国肯尼迪肯尼迪（A.E.Kennedy）把类比概念和方法引入电）把类比概念和方法引入电声系统和机械振动系统声系统和机械振动系统n电声学这门科学主要是研究电能和声电声学这门科学主要是研究电能和声能彼此转变的问题。各种换能器的构能彼此转变的问题。各种换能器的构造和理论，录音和放音的各种方

6、法，造和理论，录音和放音的各种方法，都是属于都是属于“电声学电声学”的范畴。的范畴。6电声学与其他声学部门的关系电声学与其他声学部门的关系n电声学和建筑声学、生理声学、超声电声学和建筑声学、生理声学、超声学、水声学都有很密切的关系。学、水声学都有很密切的关系。第一章第一章 振动和声波的特性振动和声波的特性11 振动与声波振动与声波111 振动振动1.什么是振动？什么是振动？P62.振动的特性振动的特性112 声波声波1.几个基本概念：几个基本概念：n声波声波n声源声源n媒质媒质n声场声场n声音声音n声线声线n声波声波物体的振动引起周围媒质质点由近及物体的振动引起周围媒质质点由近及远的波动远的波

7、动n声源声源发声的物体，即引起声波的物体发声的物体，即引起声波的物体n媒质媒质传播声波的物质传播声波的物质n声场声场声波传播时所涉及的空间声波传播时所涉及的空间n声音声音声源振动引起的声波传播到听觉器官声源振动引起的声波传播到听觉器官所产生的感受所产生的感受n声线声线声波传播时所沿的方向声波传播时所沿的方向2.结论结论n声波的产生应具备两个基本条件：物体的振声波的产生应具备两个基本条件：物体的振动，传播振动的媒质动，传播振动的媒质n声波是一种机械波，媒质声波是一种机械波，媒质n传播的只是能量传播的只是能量n气体中的声波是纵波，即疏密波气体中的声波是纵波，即疏密波3.声波具有一般波动现象所共有的

8、特征：声波具有一般波动现象所共有的特征：反射、折射、衍射、干涉等反射、折射、衍射、干涉等声波的反射声波的反射声波的全反射声波的全反射声波的折射声波的折射波的衍射：惠更斯定律波的衍射：惠更斯定律干涉与拍频干涉与拍频 n当一列有明显波长和振幅的正弦声波由当一列有明显波长和振幅的正弦声波由左向右传播时，遇到另一列具有同样波左向右传播时，遇到另一列具有同样波长和振幅，却由右向左传播的声波，此长和振幅，却由右向左传播的声波，此时在任何一点观察所产生的效果，都要时在任何一点观察所产生的效果，都要依据在不同时间两列波叠加的情况而定。依据在不同时间两列波叠加的情况而定。n“同相同相”（in phase），相长

9、干涉），相长干涉（constructive interference）n“倒相倒相”（out of phase），相消干涉），相消干涉（destructive interference）n“拍频拍频”（beating）。）。多普勒效应多普勒效应n当声源和听者彼此相对运动时，会感到某一频率确定当声源和听者彼此相对运动时，会感到某一频率确定的声音的音调发生变化，这种现象称为多普勒效应。的声音的音调发生变化，这种现象称为多普勒效应。频率的变化量称为多普勒频移。频率的变化量称为多普勒频移。4.声波的一些基本参数声波的一些基本参数n波长波长n波数波数即沿着声波传播方向上单位长度内的相位即沿着声波传播方向

10、上单位长度内的相位变化变化n声速声速声波在媒质中每秒内传播的距声波在媒质中每秒内传播的距离称为声速，用离称为声速，用C表示，单位为表示，单位为m/s。n空气中的声速等于空气中的声速等于n当温度为当温度为15C时，声波在空气、水、钢、玻时，声波在空气、水、钢、玻璃中的声速分别为璃中的声速分别为340m/s，1450m/s，5100m/s，6000m/sn速度随着媒质密度增大而增加。速度随着媒质密度增大而增加。n声音的传播速度与媒质的密度、弹性和温度声音的传播速度与媒质的密度、弹性和温度（变化（变化1度，变化度，变化0.6m/s）有关，与声波的频）有关，与声波的频率、强度和空气湿度无关。率、强度和

11、空气湿度无关。n声速比光速慢得多，这对方位感的辨别起到了声速比光速慢得多，这对方位感的辨别起到了很重要的作用。很重要的作用。n必须把声速和振速严格区分开来必须把声速和振速严格区分开来预习：预习：n声波的基本参量有哪些？各自的含义是声波的基本参量有哪些？各自的含义是什么？什么？n平面波和球面波有哪些区别？平面波和球面波有哪些区别？12 声波的基本参量与波动方程声波的基本参量与波动方程1.三个基本参量：三个基本参量：n媒质密度、媒质质点振动速度、声压，它们媒质密度、媒质质点振动速度、声压，它们都是位置与时间的函数都是位置与时间的函数a.媒质密度媒质密度=（x,y,z,t）n在没有声波时，媒质密度称

12、为静态密度在没有声波时，媒质密度称为静态密度0，n是指该处媒质密度的瞬时值。是指该处媒质密度的瞬时值。b.媒质质点振动速度媒质质点振动速度 vn它是一个向量，反映微观质点振动，单位它是一个向量，反映微观质点振动，单位m/sc.声压声压 PnP=P（瞬态）（瞬态）P0（静态）（静态）n是标量，单位是标量，单位Pa2.三个声波方程式三个声波方程式n声振动作为一个宏观的物理现象，必然声振动作为一个宏观的物理现象，必然要满足三个基本的物理定律，即要满足三个基本的物理定律，即牛顿第牛顿第二定律、质量守恒定律及上述压强、温二定律、质量守恒定律及上述压强、温度与体积等状态参数关系的状态方程度与体积等状态参数

13、关系的状态方程。n为了使问题简化，必须对媒质及声波过为了使问题简化，必须对媒质及声波过程做出一些假设，程做出一些假设，P21 a.运用这些基本定理就可以分别运用这些基本定理就可以分别推导出媒质的：推导出媒质的：n运运动动方方程程（牛牛顿顿第第二二定定律律的的应应用用），即即p与与v之间的关系之间的关系 n状态（物态）方程（绝热压缩定律的应状态（物态）方程（绝热压缩定律的应用），即用），即p与与之间的关系之间的关系 n连续性方程（振动过程的统一性），即连续性方程（振动过程的统一性），即与与v之间的关系之间的关系 121 波动方程波动方程n由上述三个基本方程，可以导出声波传由上述三个基本方程，可以

14、导出声波传播方程，波动方程：播方程，波动方程：n推导推导122 平面波平面波 球面波球面波 波阻抗率波阻抗率1.平面波平面波a.什么是平面波？什么是平面波？b.方程推导方程推导n由于波阵面是平面，波阵面面积不再随由于波阵面是平面，波阵面面积不再随传播距离而变化，即传播距离而变化，即S不再是不再是r的函数，的函数，讨论这种声波归结为求解一维声波方程：讨论这种声波归结为求解一维声波方程：c.方程式的解及分析方程式的解及分析n设方程式有下列形式的解：设方程式有下列形式的解：n代入一维声波方程，代入一维声波方程，n得得n 其中其中n对于讨论声波向无限空间传播的情况，对于讨论声波向无限空间传播的情况，取

15、成复数的解将更为适宜，即取成复数的解将更为适宜，即，n假设没有反射，则假设没有反射，则B0，得，得 讨论：讨论：n首先讨论任一瞬间时，位于任一位置处首先讨论任一瞬间时，位于任一位置处的波经过时间后位于何处？的波经过时间后位于何处？n任一时刻任一时刻t0时，具有相同相位的质点时，具有相同相位的质点0是一个平面是一个平面 d.波（声）阻抗率波（声）阻抗率Zsn媒质特性阻抗媒质特性阻抗 2.球面波球面波a.什么是球面波？什么是球面波？n当声波的波阵面为球面时，该声波称为当声波的波阵面为球面时，该声波称为球面波。球面波。n一个点声源发出的声波为典型的球面波。一个点声源发出的声波为典型的球面波。b.方程

16、推导：方程推导：3.柱面声波柱面声波a.什么是柱面声波？什么是柱面声波？n若声源为长圆柱形，其长度远大于波长，若声源为长圆柱形，其长度远大于波长，则辐射的声波为圆柱面声波，此时则辐射的声波为圆柱面声波，此时S=2rl，其中，其中l为圆柱长度。为圆柱长度。b.方程推导：方程推导：4.平面波与球面波的区别平面波与球面波的区别a.波阵面不同波阵面不同b.平面波的幅度不变，球面波的幅度随距平面波的幅度不变，球面波的幅度随距离增大而减小，在距离很大时，球面波离增大而减小，在距离很大时，球面波近似于平面波近似于平面波c.平面波声压与质点振速相位一致，而球平面波声压与质点振速相位一致，而球面波不一致面波不一

17、致d.平面波平面波Zs为一常数，球面波为一常数，球面波Zs为一复为一复数数预习：预习：n比较在相同声压时，水中和空气中的声比较在相同声压时，水中和空气中的声强度？强度？13 声波的特性声波的特性能量关系能量关系n131 声压声压1.什么是声压？什么是声压？n声波传播时，空气媒质各部分产生压缩声波传播时，空气媒质各部分产生压缩与膨胀的周期性变化，这变化部分的压与膨胀的周期性变化，这变化部分的压强与静态压强的差值称为声压。强与静态压强的差值称为声压。2.瞬时声压、峰值声压与有效值声压瞬时声压、峰值声压与有效值声压nPp=1.414Prms 132 质点振动位移质点振动位移 133 质点振动速度质点

18、振动速度 134 声阻抗声阻抗 1.声阻抗声阻抗ZA2.声阻抗率声阻抗率ZS3.平面声波中的特性阻抗平面声波中的特性阻抗ZC135 声能量与声能密度声能量与声能密度 1.声能量声能量E2.声能密度声能密度n定义定义单位体积内存在的声能量（瞬单位体积内存在的声能量（瞬时值）时值）3.平均声能密度平均声能密度n对于平面波：对于平面波：n对于球面波：对于球面波：136 声功率与声强声功率与声强1.平均声功率定义平均声功率定义n又称平均声能量流，是指单位时间内通又称平均声能量流，是指单位时间内通过垂直于声传播方向的面积过垂直于声传播方向的面积S的平均声的平均声能量。声波在单位时间内沿传播方向通能量。声

19、波在单位时间内沿传播方向通过某一波阵面所传递的能量。过某一波阵面所传递的能量。n因为声能量是以声速因为声能量是以声速Co传播的，因此平传播的，因此平均声能量流应等于声场中面积为均声能量流应等于声场中面积为S，高度，高度为为D的柱体内所包括的平均声能量，即的柱体内所包括的平均声能量，即n平均声能量流，单位为瓦，平均声能量流，单位为瓦，1瓦瓦=1牛顿牛顿米秒。米秒。2.声强声强Ia.定义定义n通过垂直于声传播方向的单位面积上的通过垂直于声传播方向的单位面积上的平均声能量流就称为平均声能量流密度平均声能量流就称为平均声能量流密度或称为声强，即或称为声强，即b.自由平面波或球面波的情况下声波在传播方向

20、上的自由平面波或球面波的情况下声波在传播方向上的声强为声强为c.根据声强的定义，它还可用单位时间内、单位面积根据声强的定义，它还可用单位时间内、单位面积的声独向前进方向毗邻媒质所作的功来表示，因此的声独向前进方向毗邻媒质所作的功来表示，因此它也可写成它也可写成 n对于平面波：对于平面波：n对于球面波对于球面波 n声强的单位是瓦米声强的单位是瓦米2 n例：例：n一讲话者发出的声功率约为一讲话者发出的声功率约为20W，在，在离其离其1米的地方声强为多少？在离其米的地方声强为多少？在离其2米米的地方声强为多少？的地方声强为多少？n注意：切不可将声源的声功率与声注意：切不可将声源的声功率与声源实际损耗

21、的功率混淆。源实际损耗的功率混淆。n例：例：n（a）比较在相同声压时，水中和空气中）比较在相同声压时，水中和空气中的声强度。的声强度。n（b）比较在相同频率和位移幅值时，水）比较在相同频率和位移幅值时，水中和空气中的声强度。中和空气中的声强度。n137 声谱声谱n138 工程计算用声学常数工程计算用声学常数n自学内容自学内容P15n预习：可以从哪几方面来描述人的主观预习：可以从哪几方面来描述人的主观听觉？它们对应的客观量分别有哪些？听觉？它们对应的客观量分别有哪些？14 听觉心理听觉心理主观听觉与电声标准主观听觉与电声标准n人的主观听觉与客观实际是否一致？人的主观听觉与客观实际是否一致？n音质

22、四要素音质四要素:n振幅（幅度）振幅（幅度）音强音强响度，大小响度，大小 n频率频率 音高音高音调，高低音调，高低n频谱（相位）频谱（相位）音色音色品质品质n波的时程特征波的时程特征音品音品n 客观客观 主观主观 141 声压级与声强级声压级与声强级（dB）1.为什么要采用声压级或声强级？为什么要采用声压级或声强级？n声压和声强的量度问题，声音从最弱到声压和声强的量度问题，声音从最弱到最强用最强用Pa表示麻烦表示麻烦n人耳听觉增长规律的非线性人耳听觉增长规律的非线性2.声压级声压级a.定义定义n在空气中参考声压在空气中参考声压Pref，一般取为，一般取为2105帕帕 b.人耳听力范围：人耳听力

23、范围：n0dB（闻阈）（闻阈）120dB（痛阈）（痛阈）c.是否存在小于是否存在小于0dB的声音？的声音？3.声强级声强级a.定义定义n空气中参考声强空气中参考声强 Iref，一般取，一般取1012Wm2b.声压级与声强级数值上近于相等声压级与声强级数值上近于相等 n例：例：n如果一个声波的强度为如果一个声波的强度为IA，另一个声音，另一个声音是是IA的的1000倍，则这两个声波强度差倍，则这两个声波强度差为多少？为多少？4.声功率级声功率级5.意义与应用意义与应用 a.电平控制器电平控制器b.误差误差6.级和分贝级和分贝n分贝是级的单位，不能按照一般自然数分贝是级的单位，不能按照一般自然数相

24、加的方法求和。当以分贝为单位的声相加的方法求和。当以分贝为单位的声学量进行相加时，必须从能量的角度考学量进行相加时，必须从能量的角度考虑，按照对数运算的法则进行计算。虑，按照对数运算的法则进行计算。n问题：声压提高一倍，声强提高一倍，问题：声压提高一倍，声强提高一倍，功率提高一倍，电平提高一倍功率提高一倍，电平提高一倍7.声源的叠加声源的叠加a.功率功率nW1+2=W1+W2b.声压声压n一般在多个声源声波相遇处的振动，是一般在多个声源声波相遇处的振动，是各个声波所引起的分振动形成的和振动，各个声波所引起的分振动形成的和振动，而其质点上的位移，则是各个声波在这而其质点上的位移，则是各个声波在这

25、点上所引起的分位移的矢量和，这就是点上所引起的分位移的矢量和，这就是声波叠加的原理。声波叠加的原理。n如果这两个声源为不相干声源，则如果这两个声源为不相干声源，则 n例：设两个声源的声功率分别是例：设两个声源的声功率分别是90分贝分贝和和80分贝，试求叠加后的总声功率。分贝，试求叠加后的总声功率。n例：若在某一声场中有一组不相干声源，例：若在某一声场中有一组不相干声源，在这一声场某点测得声压级分别为在这一声场某点测得声压级分别为80，90，98，100，95，90，82，75及及60分贝，求该点的总声压级。分贝，求该点的总声压级。142 人对声音频率的感觉特点人对声音频率的感觉特点 音高与音阶

26、音高与音阶1.倍频程倍频程P40a.定义定义n频程的单位，符号为频程的单位，符号为oct，等于两个声，等于两个声音的频率比（或音调比）的以音的频率比（或音调比）的以2为底数为底数的对数，在音乐中常称八度。的对数，在音乐中常称八度。2.十二平均律十二平均律a.定义定义n所谓十二平均律，是在一个倍频程的频率范围内，所谓十二平均律，是在一个倍频程的频率范围内，按频率的对数刻度分成十二个等份划分音阶的。按频率的对数刻度分成十二个等份划分音阶的。n这十二个音阶中，相邻的两个音称为半音关系，它这十二个音阶中，相邻的两个音称为半音关系，它们的频率比为们的频率比为b.关键词关键词n21/12相临键音高频率关系

27、相临键音高频率关系n2n每每n个八度频率相差个八度频率相差2n倍倍nfA=440Hz=fa1c.分组分组n大字二组大字二组 C2B2n大字一组大字一组 C1B1n大字组大字组 CB n小字组小字组 cbn小字一组小字一组 c1b1n小字二组小字二组 c2b2n例：例：nfe1nfB1nfd13.人耳频率听觉范围人耳频率听觉范围n次声次声20Hz20kHz超声，超声，10个倍个倍频程频程n电声上认为：中频电声上认为：中频1k3kn另一种观点：另一种观点：500Hz n小于小于150Hz 低音低音n150Hz500Hz 中低音中低音n500Hz5kHz 中高音中高音n大于大于5kHz 高音高音n极

28、低频极低频 2040：低音大提琴、低音巴松管、：低音大提琴、低音巴松管、管风琴、钢琴、土巴号管风琴、钢琴、土巴号n低频低频 4080：大鼓、法国号、巴松管、低音：大鼓、法国号、巴松管、低音单簧管单簧管n中低频中低频 80160：定音鼓、男低音、上述乐器：定音鼓、男低音、上述乐器n中频中频 1601280：所有乐器、人声、厚实与：所有乐器、人声、厚实与否否n中高频中高频 12802560：中提琴上限、长笛、单：中提琴上限、长笛、单簧管、双簧管高端、短笛低端、三角铁、钹簧管、双簧管高端、短笛低端、三角铁、钹n高频高频 25605120：小提琴上限、钢琴、短笛：小提琴上限、钢琴、短笛高端、泛音高端、

29、泛音n极高频极高频 512020k：泛音（谐波）：泛音（谐波）4.音色音色a.为什么频为什么频率相同的率相同的乐器听起乐器听起来音色不来音色不同？同？n由于各乐器的谐波不同（谐音数目与强由于各乐器的谐波不同（谐音数目与强度分布不同），音色不同度分布不同），音色不同 b.谐频谐频音色音色n任何声音的实际音色，均取决于在基频之上任何声音的实际音色，均取决于在基频之上出现的谐频（又叫谐音）出现的谐频（又叫谐音）n谐音的频率总是基频的整数倍，这种音在主谐音的频率总是基频的整数倍，这种音在主观上是和谐的；噪声通常是由许许多多频率观上是和谐的；噪声通常是由许许多多频率与强度都不同的各种成分杂乱无章的组合而

30、与强度都不同的各种成分杂乱无章的组合而成。成。n音色：成分音结构音色：成分音结构n音品：时间结构，波的时程包络，从起始音品：时间结构，波的时程包络，从起始稳定稳定衰减的特性衰减的特性143 听觉的基本特性听觉的基本特性1.听觉的韦伯定律听觉的韦伯定律2.听觉的欧姆定律听觉的欧姆定律3.双耳听觉双耳听觉4.听觉疲劳听觉疲劳5.听阈（闻阈）听阈（闻阈）6.痛阈痛阈7.听觉住留听觉住留8.听力谐音听力谐音144 响度与响度级响度与响度级 听觉的频率响应听觉的频率响应 音调音调n对于两个声压级相同的声音，人耳听起对于两个声压级相同的声音，人耳听起来是否一样响？来是否一样响？1.人对同样强度但是不同频率

31、的声音主人对同样强度但是不同频率的声音主观感觉的强弱是不同的观感觉的强弱是不同的a.对声强和频率变化的分辨力对声强和频率变化的分辨力 b.人类听觉频率响应（图）人类听觉频率响应（图）c.人类听觉频响的特点：人类听觉频响的特点：n声压级越高，人的听觉频响会越趋平直；声压级越高，人的听觉频响会越趋平直；而随着声音声压级的降低，人的听觉频而随着声音声压级的降低，人的听觉频响会相应变坏，其中低频尤甚响会相应变坏，其中低频尤甚n对于高于对于高于1820kHz和低于和低于1620Hz的简谐声音，不论声级多高，一般人都的简谐声音，不论声级多高，一般人都不会听到不会听到n不论声压级高低，人们对不论声压级高低，

32、人们对3kHz5kHz的频率分量最敏感的频率分量最敏感d.既然人耳对既然人耳对2020kHz以外的声音是以外的声音是听不到的，为什么在高保真技术中规定听不到的，为什么在高保真技术中规定的频率要远远大于这个范围？的频率要远远大于这个范围？2.等响曲线等响曲线为了更全面地表示人类为了更全面地表示人类的听觉频响特性（的听觉频响特性（P53）a.等响曲线图，图中每一条曲线上对应的等响曲线图，图中每一条曲线上对应的各个频率的声音强度听起来是等响的各个频率的声音强度听起来是等响的b.响度级的概念：习惯上以曲线在响度级的概念：习惯上以曲线在1kHz时的声压级数定为响度级数，用时的声压级数定为响度级数，用“方

33、方”作为响度级的单位作为响度级的单位c.人耳对响度的听力范围：人耳对响度的听力范围：0120（140）方）方d.响度效应（响度效应（loudness effect）与等响）与等响开关（响度控制器）开关（响度控制器）LOUDNESSn没有响度控制器的设备如何满足人耳的没有响度控制器的设备如何满足人耳的听觉？听觉？e.响度级与声压级响度级与声压级n分贝数与方数仅在分贝数与方数仅在1000Hz的时候数值的时候数值是相同的是相同的n同样强的声音在不同频率时并不一样响同样强的声音在不同频率时并不一样响n例：频率为例：频率为1000Hz和和60Hz的两个声音，的两个声音，声压级均为声压级均为60dB，问响

34、度级差多少？，问响度级差多少？n例：在上题中，欲使两个声音一样响，例：在上题中，欲使两个声音一样响，问问60Hz的声音需要增强多少？的声音需要增强多少？3.响度与响度级响度与响度级n响度与响度级的关系响度与响度级的关系n问题：响度提高一倍，响度级提高多少问题：响度提高一倍，响度级提高多少？输出功率提高多少？输出功率提高多少？4.计权计权n根据主观听觉对客观值的修正，即如果根据主观听觉对客观值的修正，即如果要用仪器测量声音的响度级，必须模仿要用仪器测量声音的响度级，必须模仿上述人的听觉频响。上述人的听觉频响。为了简化测量设备，一般只选取三种计权为了简化测量设备，一般只选取三种计权特性来代表人的听

35、觉频响。特性来代表人的听觉频响。nA计权计权模仿声压级在模仿声压级在030dB时的时的听觉频响听觉频响nB计权计权3060nC计权计权60130nD计权计权表征飞机噪声在听觉上的反映表征飞机噪声在听觉上的反映n线性计权线性计权为了排除超声与次声信号为了排除超声与次声信号而设置的，也称宽带计权而设置的，也称宽带计权5.音调音调n自学内容自学内容P54145 掩蔽效应（掩蔽效应（frequency masking）1.定义：定义：P552.原因原因3.纯音掩蔽时的听阈纯音掩蔽时的听阈n当响度较大时，低频声会对高频声产生当响度较大时，低频声会对高频声产生较显著的掩蔽作用较显著的掩蔽作用n高频声对低频

36、声只产生很小的掩蔽作用高频声对低频声只产生很小的掩蔽作用n掩蔽音和被掩蔽音的频率越接近，掩蔽掩蔽音和被掩蔽音的频率越接近，掩蔽作用越大；当它们频率相同时，一个音作用越大；当它们频率相同时，一个音对另一个音的掩蔽作用最大。对另一个音的掩蔽作用最大。4.噪声掩蔽时的听阈噪声掩蔽时的听阈n自学内容自学内容P565.应用应用n电声设备中的不可避免的本底噪声究竟电声设备中的不可避免的本底噪声究竟该多么低，取决于有用声音信号电平相该多么低，取决于有用声音信号电平相对多高，即要根据有用声音信号的强度对多高，即要根据有用声音信号的强度来规定允许的最大噪声强度，这就是电来规定允许的最大噪声强度，这就是电声技术标

37、准中的声技术标准中的“信号噪声比信号噪声比”指标的指标的来源。来源。6.鸡尾酒会效应（鸡尾酒会效应（cocktail party effect）a.定义定义b.原因原因146 方向听觉方向听觉1.双耳效应双耳效应2.哈斯效应（优先效应，延时效应）哈斯效应（优先效应，延时效应）n535ms：几乎不能察觉，后一个起丰：几乎不能察觉，后一个起丰满作用（补充）满作用（补充）n3050ms：有一点儿察觉，但以第一个：有一点儿察觉，但以第一个为主为主n50ms以上：可分辨，可感到回声以上：可分辨，可感到回声 3.德德波埃效应波埃效应n声像的概念声像的概念n德德波埃效应与双耳效应的区别波埃效应与双耳效应的区

38、别 4.劳氏效应劳氏效应15 常见声音信号的特点常见声音信号的特点 电声系统的电声系统的基本要求基本要求151 声音信号的特点与电声系统的要求声音信号的特点与电声系统的要求主、客观的结合主、客观的结合1.声音信号的时程特点：增长、稳定、衰减声音信号的时程特点：增长、稳定、衰减 与与电声设备的稳态与瞬态的要求电声设备的稳态与瞬态的要求2.声音信号的频谱特点与电声设备的频带要求声音信号的频谱特点与电声设备的频带要求3.声音信号的声色声音信号的声色 与电声设备的线性与非线性与电声设备的线性与非线性要求要求4.声音信号波形不对称的特点声音信号波形不对称的特点152 声音信号强度的测量声音信号强度的测量

39、 n峰值、有效值、平均值、准峰值、准平峰值、有效值、平均值、准峰值、准平均值、峰值因数、峰平比均值、峰值因数、峰平比2.常用音量表常用音量表n自学内容：自学内容：VU表，表，PPM表区别表区别n预习：直达声，反射声，混响声预习：直达声，反射声，混响声第二章第二章 室内声学室内声学21 历史研究历史研究1.室内声学室内声学（room acoustics）的现代研究的现代研究n华莱士华莱士克莱蒙特克莱蒙特赛宾赛宾（Wallace Clement Sabine）2.自由声场与扩散声场自由声场与扩散声场a.自由声场：无界空间的声场，声源向四自由声场：无界空间的声场，声源向四周辐射而无任何界面或物体的反

40、射周辐射而无任何界面或物体的反射b.扩散声场：声能密度均匀在各个传播方扩散声场：声能密度均匀在各个传播方向为无规律分布的声场向为无规律分布的声场扩散声场的理想条件：扩散声场的理想条件：n声以声线方式以声速声以声线方式以声速Co直线传播，声线直线传播，声线所携带的声能向各方向的传递几率相同，所携带的声能向各方向的传递几率相同，即声场中任一点的声波应由各个方向上即声场中任一点的声波应由各个方向上以相同强度传来的声波叠加而成以相同强度传来的声波叠加而成n声场中各个方向传播的声波的相位是任声场中各个方向传播的声波的相位是任意的，各声线是互不相干的，声线在迭意的，各声线是互不相干的，声线在迭加时，它们的

41、位相变化是无规的加时，它们的位相变化是无规的n声场中各处声能密度相同声场中各处声能密度相同 3.房间对室内声场的影响：房间对室内声场的影响：P312a.引起了反射引起了反射b.改变了语言和音乐的瞬态特性改变了语言和音乐的瞬态特性c.增加了房间内声能密度增加了房间内声能密度d.改变了声能在室内的空间分布改变了声能在室内的空间分布 4.房间的声学类型：房间的声学类型：P312n直接听音的房间直接听音的房间n使用电声耦合系统的房间使用电声耦合系统的房间n使用扩声系统的房间使用扩声系统的房间 22 室内声的组成室内声的组成1.室内声构成室内声构成a.直达声直达声（Direct Sound）b.反射声（

42、反射声（Reflection）：）：n前期（近次）反射声前期（近次）反射声（50ms以内）以内）n混响声混响声 Reverberation2.混响声混响声P62n人们对于语言与音乐的混响时间的要求是不一人们对于语言与音乐的混响时间的要求是不一样的样的n例如，一般小型的播音室、录音室，最佳混响例如，一般小型的播音室、录音室，最佳混响时间要求在时间要求在0.5秒或更短一些，主要供演讲用秒或更短一些，主要供演讲用的礼堂或电影院等，最佳混响时间要求在的礼堂或电影院等，最佳混响时间要求在1秒秒左右，主要供演奏音乐用的剧院和音乐厅一般左右，主要供演奏音乐用的剧院和音乐厅一般要求在要求在1.5秒左右为佳。秒

43、左右为佳。n人工混响人工混响3.回声回声 Echon如果到达听者的直达声与第一次反射声如果到达听者的直达声与第一次反射声之间，或者相继到达的两个反射声之间之间，或者相继到达的两个反射声之间在时间上相差在时间上相差50毫秒以上，而反射声的毫秒以上，而反射声的强度又足够以使听者能明显分辨出两个强度又足够以使听者能明显分辨出两个声音的存在，那么这种延迟的反射声叫声音的存在，那么这种延迟的反射声叫做回声。做回声。n回声与混响是不同的概念。回声与混响是不同的概念。4.空间感空间感n空间感与声场中方向分布的均匀性有关，空间感与声场中方向分布的均匀性有关，室内声场扩散越充分，空间感程度越高。室内声场扩散越充

44、分，空间感程度越高。n除了方向听觉外，人耳尚能对声源距离除了方向听觉外，人耳尚能对声源距离定位和对声源高度定位定位和对声源高度定位5.初始声能的作用初始声能的作用23 闭室的混响声与混响时间闭室的混响声与混响时间231 闭室的简正频率闭室的简正频率 1.驻波驻波 简正波简正波 固有频率固有频率P322a.驻波驻波n“进行波进行波”（progressive wave）n干涉干涉 n当某一频率声波的当某一频率声波的1/2波长恰好与房间长波长恰好与房间长度相等时，就形成了驻波度相等时，就形成了驻波n“室内模式室内模式”（room mode）n“轴向驻波轴向驻波”（axial），），“切线驻波切线驻波

45、”（tangential），），“间接驻波间接驻波”（oblique）b.简正波与固有频率简正波与固有频率n室内驻波是一种三维驻波室内驻波是一种三维驻波简正波，简正波，每一个简正方式都有其特有的对应频率，每一个简正方式都有其特有的对应频率，对应频率为简正频率，也称室内固有频对应频率为简正频率，也称室内固有频率。率。n简正频率及其分布情况对于确定的房间简正频率及其分布情况对于确定的房间是确定的，因此可以作为表征房间特性是确定的，因此可以作为表征房间特性的一个基本参量，但它们必须在声源的的一个基本参量，但它们必须在声源的激发下才能表现出来。激发下才能表现出来。2.矩形硬墙面闭室的固有频率矩形硬墙面

46、闭室的固有频率 fn P3223.固有频率的分布特点固有频率的分布特点4.频率在频率在f以内的房间简正频率数以内的房间简正频率数N5.房间的共振和共振频率房间的共振和共振频率a.共振的产生共振的产生b.结果：简并，声染色结果：简并，声染色6.简并简并几个方向上的简正频率相重几个方向上的简正频率相重合的现象合的现象n例：有一间房间例：有一间房间34.56m3，（，（lz2lx），用），用fn数低于数低于100Hz以下房间简正以下房间简正频率数。频率数。7.染色染色P328n假如只有个别频率分量能激发出简正波，假如只有个别频率分量能激发出简正波，会使室内声音在这些个别频率分量上突会使室内声音在这些

47、个别频率分量上突出地加强和拖尾，导致听觉上的出地加强和拖尾，导致听觉上的“染色染色”现象。现象。8.如何避免过多的简并现象？如何避免过多的简并现象？P319n足够大的房间（与声波波长相比），足够大的房间（与声波波长相比），（避免低频共振）（避免低频共振）n矩形闭室的长、宽、高不能成简单正比矩形闭室的长、宽、高不能成简单正比关系，最好取无理数关系，最好取无理数n房间应具有散射声波的扩散体房间应具有散射声波的扩散体n吸声材料应分散在各个壁面上吸声材料应分散在各个壁面上9.分析室内情况主要分析分析室内情况主要分析3R声声nReflect（反射）（反射）nReverberation（混响）（混响）nR

48、esonance（共鸣）（共鸣）10.房间均衡器（房间均衡器（EQUALIZER）弥补房间弥补房间频率不均匀频率不均匀节目源节目源调音台调音台EQ功放功放喇叭喇叭喇叭喇叭232 闭室的混响声扩散与混响时间闭室的混响声扩散与混响时间1.混响时间混响时间T60 P316n定义：混响声声能密度在声源停止发声定义：混响声声能密度在声源停止发声后衰减后衰减60dB所需要的时间所需要的时间a.赛宾公式：赛宾公式：n例，室内有例，室内有20只木椅，每只木椅的吸声只木椅，每只木椅的吸声量为量为0.2米米2，则，则20只木椅的吸声量为：只木椅的吸声量为：b.艾润公式：艾润公式：c.赛宾努特生公式：赛宾努特生公式

49、：nm空气的声能衰减常数（空气的声能衰减常数（1/m）室温室温20C，相对湿度，相对湿度50时的时的4m值值 频频率（率（Hz）100020004000630080004m（m1）0.0040.0100.0240.0500.077d.艾润努特生公式：艾润努特生公式：2.T60的意义：的意义：n已知已知V，S，可求，可求T60n已知已知V，S，确定，确定T60，可进行房间音质，可进行房间音质设计设计n已知已知V，S，测定，测定T60可求材料的可求材料的n当当=1，T600，自由声场（消声室），自由声场（消声室）n当当=0，T60，扩散声场（混响室），扩散声场（混响室）3.几个公式的关系几个公式的

50、关系房房间间小小，频频率率低低房房间间小小，频频率率低低反之反之反之反之0.2r，r/2qrnq=r/2nqr/2nr026 噪声控制噪声控制 隔声隔声n标准标准n措施措施261 噪声控制的一般要求噪声控制的一般要求n厅堂内的噪声主要来自三个方面：厅堂内的噪声主要来自三个方面：n一是建筑物内设备的噪声一是建筑物内设备的噪声n二是外界传入观众厅的噪声二是外界传入观众厅的噪声n三是与本建筑物相关设施的其他噪声源三是与本建筑物相关设施的其他噪声源262 室内噪声标准室内噪声标准n“安静的衡量标准安静的衡量标准”信噪比信噪比nA计权计权nNC噪声评价曲线噪声评价曲线nNRISO提供提供各类观众厅内噪声