教育电声系统绪论

1、教育电声系统绪论绪论绪论本课程教学目的本课程教学目的 主要讲授声音传播的基本特征、数字音频技术的基本原理、数主要讲授声音传播的基本特征、数字音频技术的基本原理、数字音频设备的系统组成、性能指标以及关键技术等基础知识，为学字音频设备的系统组成、性能指标以及关键技术等基础知识，为学定必要的理论基础和系统知识，提高分析问题、解决问题的能力定必要的理论基础和系统知识，提高分析问题、解决问题的能力 1、绪论绪论 3 32、音频信号的数字化、音频信号的数字化 5 5 3、音频压缩编码原理及标准、音频压缩编码原理及标准 6 64、数字音频记录重放系统、数字音频记录重放系统 4 45、数字音频文件格式与接口标

2、准、数字音频文件格式与接口标准 2 2 6、音频处理与控制设备、音频处理与控制设备 6 6 7、 数字音频工作站数字音频工作站 4 4 本课程的内容体系本课程的内容体系绪论绪论本章知识要点本章知识要点1、声音信息的传播特征、声音信息的传播特征2、声音信息的传播因素、声音信息的传播因素3、声音信息传播所涉及的技术、声音信息传播所涉及的技术4、声音信息传播技术的演变、声音信息传播技术的演变辅助教材与参考书辅助教材与参考书1、数字音频原理及应用、数字音频原理及应用 第二版第二版 卢官明，宗昉卢官明，宗昉2、数字音频原理与应用、数字音频原理与应用 第四版第四版 （美）（美）Ken C.Pohlmann

3、绪论绪论声音信息的传播特征声音信息的传播特征声音是人类传播活动中应用最为广泛的传播形式声音是人类传播活动中应用最为广泛的传播形式 当传播吸收了时代的科技成果，必将使声音传播的内涵和外延当传播吸收了时代的科技成果，必将使声音传播的内涵和外延表现出不断的拓展表现出不断的拓展 声音的产生声音的产生 声音是由物体的振动产生的，声音是由物体的振动产生的，一切正在发声的物体都在振动，一切正在发声的物体都在振动，振动停止，发声也就停止振动停止，发声也就停止 但并不是所有的振动都会发出声音但并不是所有的振动都会发出声音 声音的传播声音的传播 声音的传播需要介质，声音要靠气体、液体、固体作媒介传播声音的传播需要

4、介质，声音要靠气体、液体、固体作媒介传播出去，这些作为传播媒介的物质称为媒质出去，这些作为传播媒介的物质称为媒质 媒质：弹性媒质、刚性媒质媒质：弹性媒质、刚性媒质 声音在气体中传播以辐射为主，在固体中传播以传导为主，在声音在气体中传播以辐射为主，在固体中传播以传导为主，在液体中传播两种特性都存在液体中传播两种特性都存在 在不同媒质中传播速度不同在不同媒质中传播速度不同 绪论绪论声音信息的传播特征声音信息的传播特征 声源受到外力的作用发生振动成为振源声源受到外力的作用发生振动成为振源 媒质受到振源的推动形成紧邻单位区域密度增加媒质受到振源的推动形成紧邻单位区域密度增加 媒质受到振源的拉动形成紧邻

5、单位区域密度降低媒质受到振源的拉动形成紧邻单位区域密度降低 媒质的密度压力、应力、质点位移、质点速度等状态的周期变媒质的密度压力、应力、质点位移、质点速度等状态的周期变化以近邻接力方式传至远端的过程称为波动化以近邻接力方式传至远端的过程称为波动绪论绪论声音信息的传播特征声音信息的传播特征声音传播的振动状态声音传播的振动状态 波动是一种扩散过程波动是一种扩散过程 波动传递的是振源的振动状态，而不是波动传递的是振源的振动状态，而不是振源本身振源本身声场声场 声源产生的声波通过媒质向周围自由辐射时，声源周围声波覆声源产生的声波通过媒质向周围自由辐射时，声源周围声波覆盖的范围称声场盖的范围称声场 以空

6、气声场媒质为例以空气声场媒质为例 在无声波传播时，媒质密度为在无声波传播时，媒质密度为0，媒质压强为大气压强，媒质压强为大气压强P 0，媒，媒质质点振动速度为质质点振动速度为 = 0 当有声波传播时，当有声波传播时，媒质密度媒质密度 、 声压声压 P 、质点振速质点振速 将随之变化将随之变化绪论绪论声音信息的传播因素声音信息的传播因素声音传播的基本作用形式声音传播的基本作用形式声场声场声场媒质的基本参量声场媒质的基本参量: 媒质密度媒质密度 、 声压声压 P 、质点振速质点振速 绪论绪论声音信息的传播因素声音信息的传播因素声音传播的基本作用形式声音传播的基本作用形式声场声场 平面声波：无限大平

7、面刚体作法向简谐振动激起的声波平面声波：无限大平面刚体作法向简谐振动激起的声波 波阵面集合了无穷多个做相同振动的质点波阵面集合了无穷多个做相同振动的质点 X = XmCOS(t + a) 平面声波传播过程中，声压及媒质质点的振动速度都随时间及平面声波传播过程中，声压及媒质质点的振动速度都随时间及位置而简谐变化位置而简谐变化 V(x(x、t) t) 正比于正比于P (x (x、t) t) ，两者位相相同两者位相相同 声音从声源沿波阵面的法线方向传播的路径称为声线，平面声声音从声源沿波阵面的法线方向传播的路径称为声线，平面声波的声线就是声波的传播方向波的声线就是声波的传播方向 绪论绪论声音信息的传

8、播因素声音信息的传播因素声音传播的基本作用形式声音传播的基本作用形式声场声场 球面声波：半径大小呈脉动状态的球形振源激起的波动球面声波：半径大小呈脉动状态的球形振源激起的波动 声源为点声源声源为点声源 ，声源所发出的声波以球面扩展，声源所发出的声波以球面扩展X = Xm /r sin 2f (t r/v) + o r 0球面声波的波阵面为球面，声线就是球面的半径线球面声波的波阵面为球面，声线就是球面的半径线 波阵面波阵面r 球面声波传播过程中，波振面上的各点作同相球面声波传播过程中，波振面上的各点作同相位、同振幅的振动位、同振幅的振动 声波依赖声场媒质的单位元在平衡位置附近扰动形成传递声波依赖

9、声场媒质的单位元在平衡位置附近扰动形成传递 传递：声场媒质单位元之间的接力，接力的对象就是能量传递：声场媒质单位元之间的接力，接力的对象就是能量绪论绪论声音信息的传播因素声音信息的传播因素声能量声能量动能动能: = 1/2 ( o Vo) 势能势能: p = 1/2 ( Vo / Po) p 声能量组成声能量组成一方面声场媒质单位元中质点振速一方面声场媒质单位元中质点振速 发生变化与动能有关发生变化与动能有关 一方面来于媒质压缩与扩张形成的声压变化，声场中每点的声一方面来于媒质压缩与扩张形成的声压变化，声场中每点的声压高低变化与势能有关压高低变化与势能有关 声能量以动能声能量以动能势能、势能势

10、能、势能动能的形式动能的形式不断转换不断转换声能量声能量 = 动能动能 + 势能势能= 1/2 ( o Vo) + 1/2 ( Vo /Po) p绪论绪论 电声技术电声技术 研究声信号研究声信号 电信号相互转换的原理和技术，以及声信号的电信号相互转换的原理和技术，以及声信号的存储、加工、传递、测量和利用存储、加工、传递、测量和利用 最初的声音信号采集与重放最初的声音信号采集与重放 1877年，年，.A.爱迪生发明用机械刻录的方法，将声音信号记录爱迪生发明用机械刻录的方法，将声音信号记录在物理载音体上在物理载音体上 通过能量形式的转换实现了声音信号的采集与记录通过能量形式的转换实现了声音信号的采

11、集与记录声音信息传播所涉及的技术声音信息传播所涉及的技术绪论绪论 电声技术电声技术 随着电声换能器理论的发展随着电声换能器理论的发展 ，把机电方面的研究成果应用于电，把机电方面的研究成果应用于电声领域中，使用可控声源和声波接受的技术，实现了能够发生和检声领域中，使用可控声源和声波接受的技术，实现了能够发生和检测到更加精确的任意频率的声波测到更加精确的任意频率的声波 最初的声音信号能量形式转换最初的声音信号能量形式转换 1876年，亚历山大年，亚历山大贝尔发明贝尔发明 ，将声音信号转变为电信号进，将声音信号转变为电信号进行传送行传送 声音信息传播所涉及的技术声音信息传播所涉及的技术压电现象压电现

12、象电磁特性电磁特性电子振荡电子振荡与放大电路与放大电路精确频率与强度声音精确频率与强度声音信号发生与处理设备信号发生与处理设备换能原理的发展换能原理的发展换能器件应用换能器件应用电声技术电声技术电声传播媒体电声传播媒体绪论绪论 电声技术电声技术 为了获得更好的声音质量，采用编码脉冲调制（为了获得更好的声音质量，采用编码脉冲调制（PCM），对模），对模拟电声信号进行处理、量化、编码后转换为数字信号，便于进行声拟电声信号进行处理、量化、编码后转换为数字信号，便于进行声音信息的加工处理和数字信息交换音信息的加工处理和数字信息交换 最初的声音信号模最初的声音信号模数数转换转换 20世纪世纪70年代，日

13、本广播协会技术研究所尝试在磁带录音环节年代，日本广播协会技术研究所尝试在磁带录音环节引入数字技术，提高信噪比和扩大动态范围引入数字技术，提高信噪比和扩大动态范围 声音信息传播所涉及的技术声音信息传播所涉及的技术绪论绪论声音媒体技术声音媒体技术 做为声音媒体所涉及的技术包括：声音的采集、声音的加工处做为声音媒体所涉及的技术包括：声音的采集、声音的加工处理、声音的传播三个部分理、声音的传播三个部分声音采集声音采集声音加工处理声音加工处理声音信息传播所涉及的技术声音信息传播所涉及的技术声音传播表现声音传播表现绪论绪论声音媒体技术声音媒体技术声音媒体所涉及的技术包括：声音媒体所涉及的技术包括：1、保真

14、地保存声音、保真地保存声音 声音信息传播所涉及的技术声音信息传播所涉及的技术绪论绪论声音媒体技术声音媒体技术声音媒体所涉及的技术包括：声音媒体所涉及的技术包括：2 2、制造声音、制造声音 自自19481948年，法国作曲家皮埃尔年，法国作曲家皮埃尔舍菲尔创作了第一首电子音舍菲尔创作了第一首电子音乐乐地铁练习曲地铁练习曲，在根本上改写了农业社会，在根本上改写了农业社会“人声歌唱人声歌唱”几几千年、工业时代千年、工业时代“器乐交响器乐交响”的几百年大家耳熟能详的音乐行的几百年大家耳熟能详的音乐行为方式为方式” 声音信息传播所涉及的技术声音信息传播所涉及的技术绪论绪论声音媒体技术声音媒体技术声音媒体

15、所涉及的技术包括：声音媒体所涉及的技术包括：3、加工和美化声音、加工和美化声音 声音场景表现声音场景表现 声音信息传播所涉及的技术声音信息传播所涉及的技术绪论绪论声音信号的数字化声音信号的数字化声音信息传播技术的演变声音信息传播技术的演变 声音信号数字化处理的核心是对音频信息的采样声音信号数字化处理的核心是对音频信息的采样, ,通过对采集通过对采集到的样本进行加工到的样本进行加工, ,在数字状态下进行编码、调制、传递等处理在数字状态下进行编码、调制、传递等处理 最求的目的：提高系统的整体技术性能指标，达到现存模拟技最求的目的：提高系统的整体技术性能指标，达到现存模拟技术无法实现的运作质量和要求

16、术无法实现的运作质量和要求 绪论绪论声音信号的数字化声音信号的数字化声音信息传播技术的演变声音信息传播技术的演变 随着个人随着个人PC的发展和普及，电子音乐的从的发展和普及，电子音乐的从“具体音乐具体音乐”进入进入到到“计算机音乐计算机音乐”的阶段，用由数字的方法形成的多个频率的简单声的阶段，用由数字的方法形成的多个频率的简单声音音合成复合音来模拟各种声音信号合成复合音来模拟各种声音信号 追求的目的：声音的清晰、真实、丰满、平衡追求的目的：声音的清晰、真实、丰满、平衡 绪论绪论声音信号的数字化声音信号的数字化声音信息传播技术的演变声音信息传播技术的演变 计算机对声音的处理能力，不仅重新定义了音乐的制作手段和计算机对声音的处理能力，不仅重新定义了音乐的制作手段和方式，并完全取代了传统磁带音频的多轨录制和混合调音台，能够方式，并完全取代了传统磁带音频的多轨录制和混合调音台，能够完成从录音，编辑、缩混，一直到最后形成成品的全部音频节目制完成从录音，编辑、缩混，一直到最后形成成品的全部音频节目制作过程作过程 绪论绪论声音信息传播技术的演变声音信息传播技术的演变多媒体综合传播应用多媒体综合传