声学基础知识学习(培训使用)

1、声学基础知识培训声学基础知识培训 - 徐向巍徐向巍 目录目录第一章： 声学基础知识 1.1 声音信号的特性 1.2 信号频谱 1.3 声音的速度、波长、频率 1.4 声音的绕射和折射 1.5 自由声场的声音传播 1.6 声压级的叠加 1.7 线声源和面声源 1.8 声源的指向性和接受 1.9 室内声场的增长和衰减 1.10 混响时间 1.11 室内声场的分布 1.12 延时声波的合成 1.13 本地噪声第二章： 听觉生理学和生理学 2.1 听觉生理学 2.2 心理声学第三章：音质评价 3.1 声音的客观测量 3.2 音质的主观评价声学基础知识声学基础知识1.1 声音是如何产生？声音的产生和传播

2、声音的产生和传播 在空气中，声源的振动引起空气质点间压力的变化，密集（正压）稀疏（负压）交替变化传播开去，形成波动即声波。声学基础知识声学基础知识1.2、声音信号的特性： 语音和音乐都是由不规则的随机信号组成，有基频信号和各种谐波（泛音）组成，-注意要声音的“完美还原”。因此要注意声音的三大特性指标：、 一、平均频谱特性（ 频率响应特性） 二、平均声压级 三、声音的动态范围 人声信号：语音、演唱、声压级和动态范围 人声是一种典型的随机过程，它还与生理特点、情绪和语言内容等因素有关 音乐信号：它的频带比较宽，基频频率为27.54136Hz,动态范围3060dB. 注： 男低音基频 82294Hz

3、 女中音基频 196698Hz 男中音基频 110392Hz 女高音基频 2621047Hz 男高音基频 147523Hz 语言和音乐声学特性表语言和音乐声学特性表序号序号名成名成基频频率基频频率Hz频率范围频率范围Hz声功率声功率mW声压级声压级dB动态范围动态范围dB语言1303501304000正常说话10-3;大声说话1距离米处的声压级65691520演唱8011008080003040乐器1640003016000单乐器0.011003050交响乐能量集中范围302000010W1518件乐器乐队演出离乐队10米处的平均声压级为95105;4060大型交响乐100听觉2020000痛

4、阈值w/m2痛阈值120120HiFi系统40200005055数字音频系统20200007090声学基础知识声学基础知识复杂信号波形的频谱复杂信号波形的频谱1-人声、乐器声和自然界中各种的声音都不是单一的纯音，它是由很多不同能量的谐波所组成，音色主要就是这些不同数量，不同强度，分布不同和相位不同的复合频率组成的产物。2-白噪声：白噪声特性是在频响特性范围内，每个频谱的能力相等。3-红噪声：每个倍频程的频谱能量相等。声音的速度、波长和频率声音的速度、波长和频率=(331.4+0.607T) T=摄氏度，单位为摄氏度为21 是为344m/s波长=v/f v=声音的速度，f=频率例如在21 ，空气

5、中不同频率信号的波长不同 10KHz 信号波长 v=（344/10000) m=34.4mm 20Hz 信号 = 20Hz 信号波长 （344/20) m=17.2m 20KHz 信号 = 20KHz 信号波长 （344/20000) m=17.2mm声音的绕射、折射、反射声音的绕射、折射、反射波的传播波的传播声波的绕射声波的绕射声波的反射声波的反射声波的反射声波的反射室内声音反射的几种情况室内声音反射的几种情况散射散射声波的透射与吸收声波的透射与吸收声波具有能量，简称声能。当声波碰到室内某一界面后（如天花、墙），一部分声能被反射，一部分被吸收（主要是转化成热能），一部分穿透到另一空间。EEE

6、EoEoEiEoErEoEiEaEoErr11平方反比定律平方反比定律声压级差=10lg(d1/d2)2=20lg(d1/d2)d1、d2-均为离开声源的距离，单位为m.声音每增加一倍声音增加6dB指向性指标指向性指标DI指向性指数DI是说明扬声器指向特性的一个重要参数，它表明一个有方向性的声源与一个无方向性的声源之间在同样的辐射距离上，方向性声源比无方向性声源增加的声压级大小。指向性因子Q,他是两个声强的比值。 Q=10DI/10 DI=10lgQ混响时间混响时间指声场达到稳定时，从停止发声开始至声压级衰减60dB所需的时间。Sabine :RT60=0.16V/SaEyring: RT60

7、=0.16V/-Sln(1-a)V=房间容积m3S=房间表面积的总和，单位为m2a=房间表面的平均系声系数混响时间混响时间TR602s(500Hz) 声音丰满、语言清晰度差，声音发嗡，有回声感。室内声场的结构室内声场的结构直达声直达声：声源直接传播到听众的声音。主要作用声压级、提供声源的方向和提高声音的清晰度。早期反射声：早期反射声：经周围界面13次反射到达听众的声音。主要作用提高声音的清晰度和增强声音的空间感。混响声：混响声：比直达声晚到50ms以后的密集的多次反射声。主要作用提高声音的均匀度，音质丰满。但是因为他本身没有声音信息，因此会损失声音清晰度，过大会遮盖直达声。也不能过低，否则会使

8、声音“干”；而不丰满。回声回声：回声：超过50ms后就可以逐步的出现回声的感觉，当超过100ms后可以明显的听到回声。产生回声的出现的三个途径：混响声回声（混响时间过长），远距离反射声和多声源之间的直达声延时回声。混响半径（临界距离混响半径（临界距离DC）临界距离DC 直达声与混响声声能比D/R直接影响系统的声音的清晰度，当D=R时，声源轴线方向的直达声能D与混响声声能R相等的距离，成为临界距离Dc（混响半径）。Dc=0.14QRQ扬声器的指向因子R房间常数系声材料和吸声结构系声材料和吸声结构吸声材料的种类为：多孔吸声、防潮吸声和共振吸声三类；在建设设计中防止出现：声影区、声聚焦、颤动回声、共

9、振等，保证房间的声场均匀。多孔吸声材料一般良好的中高频吸声特性，吸声机理不是因为表面粗糙，而是内外联通的微小空隙气泡。一般材质为：玻璃棉、矿棉、板制品、毡、棉、毛、麻等。系声材料和吸声结构系声材料和吸声结构共振吸声结构：采用穿孔板吸声结构和穿孔薄板、薄膜吸声结构都可看作，利用共振吸收原理的吸声结构。fo=c/2p/(+0.8d)DC=声速（344m/s)P=穿孔率，穿孔面积与总面积之比D=板厚,单位为 cmd=穿孔直径，单位为 cm声音的干涉声音的干涉有些频率上振幅相减，有些频率上振幅相加的现象通常称之为声波的干涉。必须具备三个必要的条件： 1、两个声波是相干的，所谓的相干是指他们的频率相等

10、2、两个声波之间存在着固定的时间差 3、相遇的两个声波是宽频带信号 声波干涉的结果造成频率影响特性出现“峰”和“谷”的波动，其形状像“梳子”，因此又称为梳状滤波器效应梳状滤波器效应。梳妆滤波器产生的问题梳妆滤波器产生的问题梳状滤波器产生的问题1、使系统的频响特性变得不平坦，系统音质发生变调2、增强的频率容易引起声反馈，降低了系统传声增益如何改正梳状滤波器频响特性？1、在一个建声条件活跃的房间中，梳状滤波器效应是无法避免的，为此，改进房间的建声设计是减少梳状滤波器影响的最根本的措施2、在分区式供声的多声源系统中，利用可调延时器，把格声源到达观众区的时间差尽量减到最小和尽量减小延时信号的振幅3、采

11、用集中供声方法可减少声源之间的声干涉4、扬声器组或扬声器阵列中的高音扬声器尽量紧靠在一起，减小高频声波的形成差。传声增益是扩声系统达到最高可用增益时（临界增益减去6dB增益余量），在指定的各听众位置上测得的平均声压级与话筒处声压级的dB数差值。人耳的结构：外耳、中耳、内耳、骨传导听觉生理学和心理声学听觉生理学和心理声学听觉生理学和心理声学听觉生理学和心理声学1、声压级：单位面积上接到的声压大小，它与频率无关，是一种客观测量的结果。人耳听觉的听闻阀值为2010-6N/m2=120dB.因此人耳听觉的最大动态范围为120dB.2、响度级：人耳的响度感觉不仅与声压级有关系，而且与频率有关，即相同声压

12、级的声音在不同频率时的响度感觉不完全相同。因此为了符合实际听觉的需要，制定了一个新单位-响度级。响度级及的单位phon(方），与频率有关，只在1KHz时，响度级（方）与声压级（dB)等于。响度响度定义：频率为1kHz、声压级为40dB的一个纯音所产生的响度为1宋。人耳对响度的感觉与响度级并非成正比，如响度及增加10方，响度感觉才增高了1倍。40方等于1宋。单位Sone(宋）。N=20.1（LN-40)N响度，单位宋（sone)LN响度级，单位为方（phon)响度曲线响度曲线声音的三要素：音调、音色、音量频率响应特性对音质的影响：1、低频 150 以下的频率范围，是音频的基础部分，决定声音的丰满

13、度2、中低音150-500Hz,是声音的结构部门，决定声音的力度和低音的硬度3、中高音5004000Hz,是声音信息和声音清晰度的主要来源部分，它还决定声音的明亮度4、高音 400012000Hz,是影响声音音质的主要部分，是声音的细节所在音调和音色音调和音色1、人耳对声波频率的感觉简称为音调。音调的单位为“美”（Mel).音调与声波的频率有关系。2、音色是听觉上区别了两个具有同样响度和音调声音的主观感觉。音色是不同强度的载波结构以及频谱分布决定了不同的音色，它与谐波结构数量，强度，分布和相位关系有关。3、响度又称声强或音量，它表示的是声音能量的强弱程度，主要取决于声波振幅的大小。响度是听觉的

14、基础。正常人听觉的强度范围为0dB125dB。哈斯效应：哈斯效应：两个声压级相同的声音不同时到达耳朵，先到达的声音可遮蔽后到达的声音。人耳对失真的感觉度人耳对失真的感觉度1、频响失真 人耳对400010000Hz范围内的衰减感觉灵敏。对8004000Hz范围的提升感觉灵敏。150500Hz和600018000Hz范围内的5dB的峰或谷有50%的人能感觉到。10dB的峰谷大部分都能够感觉到，低频和中低频特性的峰和谷差6dB时丰满度会感到严重影响。2、谐波失真 谐波分为奇次谐波和偶次谐波。谐波失真中奇次谐波失真的感知度比偶次谐波的感知度要明显的多。3、过载失真 过载失真的感觉阀与音源的峰值因子有关

15、，一般音乐节目的过载失真在5%以下时，即可察觉到“发硬”的感觉，过载失真超过10%时，声音开始“发破”了。4、瞬态互调失真 含有不同频率成分的复杂信号输入到设备中放大时，由于设备的非线性失真，使不同频率的信号，尤其是瞬态高频信号产生互相调制的失真。人耳对失真的感觉度人耳对失真的感觉度设计原则设计原则 Design Printpia1. 智能化 2. 人性化3. 模块化4. 数字化5. 集成化设计规划设计规划 Design layout1. 稳定性、可靠性 2. 先进性、易操作性 3. 可扩展性、易维护性 会议扩声设计原则会议扩声设计原则专业音响设备专业音响设备 声音的完美还原！声音的完美还原！

16、 音质和稳定，发言距离和政府的特殊拍摄需要音质和稳定，发言距离和政府的特殊拍摄需要采用高清晰语音音质损失总线连接稳定性话筒长度和摄像机的拍摄会议需要稳定会议需要稳定安全心理距离安全心理距离会议需要音质会议需要音质单独的音色音量调节会议需要还原会议需要还原发言系统设计发言系统设计液体、碳粒麦克液体、碳粒麦克风风线圈麦克风线圈麦克风电容、驻极体电容、驻极体无线射频话筒无线射频话筒红外无线话筒红外无线话筒2.4G、1.9G话筒话筒The development of the microphone Convenience Intelligence Network Digital Scalability

17、 Small 发言系统的发展发言系统的发展手拉手发言系统手拉手发言系统自动混音器发言自动混音器发言手拉手系统，连接简单，扩展方便，具有主席优先发言，摄像跟踪，光环显示。采用成熟的知名品牌。自动混音系统，具有自动抑制啸叫，对音频的损失小，带宽大，音质还原好，可单独对话筒调解，扩展方便，具有主席优先发言，摄像跟踪，采用成熟的知名品牌和混音技术ANOM。没有什么形式的会议系统好不好？没有什么形式的会议系统好不好？只有这个形式的会议系统是否符合这个会议室？只有这个形式的会议系统是否符合这个会议室？手拉手系统手拉手系统VS自动混音器发言自动混音器发言界面话筒的优秀拾音效果界面话筒的优秀拾音效果话筒类型话

18、筒类型指向特性指向特性指向性是指在某一指定频率下,传声器在某个方向的灵敏度与最大灵敏度的比值.指向性名称圆型心型超心型8字型强指向型指向性图指向性表达式11+COS +3/4COSCOS(COS1+COS)背面灵敏度与正面灵敏度之比11/71/711/31拾音角度全指360前半部180全面70-80前/后60前面30-60用途室内外一般扩声拾音用单指向性剧场大厅体育场馆等扩声用，音乐舞台座谈会等拾音用应用最多双指向性对话播音立体声广播等拾音用电视舞台等拾音用0无线射频会议系统无线射频会议系统工作频率：工作频率：UHF 600900MHz，频道组数：，频道组数：6频道，调制频道，调制方式：方式：

19、FM，振荡方式：石英控制，射频功率：，振荡方式：石英控制，射频功率：10mW一台出现故障不会影响整个系统主席主席与会者与会者话筒音头话筒音头发言要求按键发言要求按键喇叭喇叭信号线信号线红外系统红外系统主机主机光圈光圈投票按投票按键键送受信送受信ATCS-50ATCS-50操作员操作员防止窃听 十分方便会议室的流动红外无线发言系统 安裝省时省力，节省线材，节省安装费用。自动管理，减少音响师及管理的费用干扰不能破坏装修，我要发言系统？红外发言系统红外发言系统红外发言系统红外发言系统2.4G无线会讨单元无线会讨单元2.4G产品案例产品案例1.9G Revolabs独特性能：独特性能： 回声消除噪音抑

20、制自动门控 智能混音技术单只话筒调节电话会议室防电话干扰小巧玲珑传统会议席系统传统会议席系统话筒话筒调音台调音台反馈抑制器反馈抑制器均衡器均衡器延时器延时器压限器压限器激励器激励器功放功放音箱音箱音源音源用户操作繁琐，易出问题 产生“牛奶效应”周边系列周边系列压限器激励器分频器数字音频处理器反馈抑制器均衡器效果器分讯器混音器前置放大器时序电源数字音频处理器数字音频处理器音频处理器压限器，均衡器，分频器调音台，智能混音器，扩展器，信号发生器，路由器反馈抑制器，背景音乐抑制器各种逻辑控制器件，还有多种控制接口，RS232，USB，RS485，CVIN， TTLOUT，网口智能数字会议系统智能数字会

21、议系统音源音源功放功放扬声器扬声器 模拟设备的堆积模拟设备的堆积计算机和网络技术的充分使用计算机和网络技术的充分使用 现在的会议系统现在的会议系统牛奶效应牛奶效应系统智能先进对比系统智能先进对比音频系统音频系统 audio system会议音箱会议音箱MSB系列系列演艺音箱演艺音箱PS系列系列 布位方式一般可分为三种：集中式、分散式和混合式。布位方式一般可分为三种：集中式、分散式和混合式。 声场不均匀，前场声音大，后场声音明显不足。声场不均匀，前场声音大，后场声音明显不足。音箱布位音箱布位声场均应，但无声像定位声场均应，但无声像定位在要求语言清晰度高的场合，采用小功率多点布置方法，增加直达声确保语言的清晰度和可懂度声音均匀，声像一致。建筑声学中要知道的声学扩声设计规范建筑声学中要知道的声学扩声设计规范指声场达到稳定时，从停止发声开始至声压级衰减60dB所需的时间。Sabine :RT60=0.16V/SaEyring: RT60=0.16V/-Sln(1-a)V=房