电子学和声学基础知识.ppt

1、电子学和声学基础,廣州勵豐聲光科技有限公司,大项目部,电子学基础知识,欧姆定律,在同一电路中，导体中的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻阻值成反比,电功率,（针对纯电阻电路成立）,（针对非纯电阻电路成立）,在具有电阻、电感和电容的电路里，对交流电所起的阻碍作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示,是一个复数,实部称为电阻,虚部称为电抗。,电阻与阻抗,电阻,阻抗,（其中a，b为实数）,感抗,容抗,负载的串联与并联,负载的串联,负载的并联,扬声器单元及音箱,1、连续功率PRMS,2、音乐功率 PM,3、峰值功率PPK,PPK= 2PM= 4PRMS,功率放大器,1、连续FTC功率PFTC,2、峰值功率P

2、PK,PPK=2PFTC,声学基础知识,什么是声音？,一、声音的基本性质,声源,声音,介质,声场,声音的产生与传播,声音是人耳能感知到的弹性介质中的振动，声音由物体振动产生，正在发声的物体叫声源。传播介质可以是气体，也可以是固体或液体；指能够传播声音的媒质，声音必须通过媒质传播，如气体、液体和固体。媒质的性质，包括该媒质的状态、温度、压力等与声波传播速度和方式等有密切关系。如声音在气体中传播以辐射特性为主，在固体中传播以传导特性为主，而在液体中传播时以上两种特性均存在。 声源的振动以声波的形式在介质中传播，传播所涉及的区域称为声场,一、声音的基本性质,声音的客观物理属性,声源：自然声源、电声声

3、源,介质：空气（温度，湿度，密度的影响）,声场：近场、远场 室外声场、室内声场,1、周期（T）：单位：S,2、频率（f）：单位：Hz f = 1 / T,人耳可以听到的声音频率范围：2020kHz次声波：低于20Hz的声波超声波：高于20kHz的声波,3、波长（）：单位：m,4、声速（c）：单位：m/s,常温下（15 oC ）空气中的声速为340m/s；（21 oC ）时为344m/s,t：相对空气温度（oC）,5、声速、波长和频率之间的关系： c = n f= f(n=1),与媒质密度、弹性、温度有关,m,声波的频率、波长与速度,E0 = E + E +E,E0 ：总声能E：反射声能E：吸收

4、声能 E：透射声能,反射,吸收,透射,总声能,声波的透射与吸收,1、声波的反射，折射,条件：尺寸大于波长的光滑的界面,当波传播到两种介质的分界面时，一部分反射形成反射波，另外一部分进入介质中形成折射波。,声波的反射、折射,3、声波的衍射,2、声波的散射,声波的散射与衍射、干涉,4、声波的干涉：同相加强，反相抵消,影响声音在空气中传播的因素,声传播的温度效应,声传播的湿度效应,声传播的空气吸收,温度对声波的影响,声波从声速高的地方向声速低的地方折射,声能在整个频率范围内的分布：频谱与包络,声音的频谱,钢琴的频谱,由上图可以看出低频的能量密度较大，中高频能量密度较小,fm :中心频率；f2 :频带

5、的上限频率；f1 :频带的下限频率 n=1 , 一倍频程； n=1/3, 1/3 倍频程,以恒定百分比增量为频率间隔,fm =100010k/10(k=0， 1， 2， 3),f2 / f1 = 2n,倍频程,1倍频程的中心频率和截止频率,1/3倍频程的中心频率和截止频率,指向性,频率越高指向性越强,例如人在讲话时，正面声音最大，背面声音最小。,与波长相比，声源尺度越大，其指向性越强。,声源的指向性,1、音强（响度）：声音的强弱,2、音调（音高） ：与频率和强度有关,3、音色：与谐波成分有关,声音的三要素,其中响度、音高、音色可以在主观上用来描述具有振幅、频率和相位三个物理量的任何复杂的声音，

6、故又称为声音“三要素”；,人耳对不同强度、不同频率声音的听觉范围称为声域。,在人耳的声域范围内，声音听觉心理的主观感受主要有响度、音高、音色等特征和掩蔽效应、高频定位等特性。,1、声功率,2、声强,3、声压,平方反比,声功率、声强、声压,二、声音的计量,声级,1、声功率级,2、声强级,3、声压级,闻阈声强 10-12 W/m2，相应的声压 210-5 Pa,1000Hz,痛阈声强 1 W/m2，相应的声压 20 Pa,W0：10-12 W,I0：10-12 W/m2,p0：210-5 Pa,常见的绝对电平表示方法：,dBw取1W作基准值的绝对功率电平,dBV取1V作基准值的绝对电压电平,dBu

7、取0.775V作基准值的绝对电压电平,0dB,120dB,实验表明，人们对声音强弱的感觉并不直接同声压或声强成比例。例如，当声强增加至2倍时，我们只觉得声音加强了0.3倍；当声强分别增至10倍、100倍、1000倍时，我们的感觉是声音增强了1倍、2倍、3倍这种关系恰好同数学中的对数关系相符。 为了方便，声学中用声强的对数量（叫做声强级）来表示声音的大小。对数的底取10，单位为贝耳，简称贝,dB,dBm，dBu，dBv，dBV的计算公式,其中Pr，Er分别为参考功率值和参考电压值,其中Rr，Er分别为参考功率值和参考电压值,并且Rr=600欧姆，Er=0.7746伏特，R大于Rr。,用于衡量功率

8、匹配系统，信号源输出阻抗等于负载输入阻抗。,其中Er为参考电压值, Er=0.7746伏特,用于衡量电压匹配系统，信号源输出阻抗远远小于负载输入阻抗。,其中Er为参考电压值, Er=1伏特,平方反比定律,距离增加一倍，声压级衰减6dB,功率增加一倍，声压级增加3dB,功率声压级转换法则,凹曲面会产生声聚焦现象,声聚焦,三、声缺陷,当反射声延迟时间过长,一般是直达声后100ms，强度又很大，这时就可能形成回声。,声波在特定界面之间的往复反射,颤动回声：,声音有连续的重叠声，并有颤抖的感觉,回声与颤动回声,平行墙壁间声音相互多次反射引起的声音颤动现象，属于严重的建声缺陷，会造成再现声音音量不稳定、

9、音质不良等。,最有效的消除方法是避免平行墙壁、采用强吸音材料以及将墙壁表面处理成凹凸不平的漫反射结构等。,人耳能辨别出回声的条件是反射声具有足够大的声强，并且与原声的时差须大于0.1秒。,由于障碍物或折射的原因，产生声音辐射不到的区域,声阴影,两列（或两列以上）具有相同频率、相同振动方向和恒定相位差的声波在空间迭加时，在交迭区形成恒定的加强和减弱的现象，声音干涉后，会引起驻波和梳状滤波现象，破坏再现音质。,声干涉,产生干涉现象的声波称为相干波相应的声源为相干声源当两只扬声器的极性相反时，扬声器内的音圈振动方向相反，由此发出的声波在空间中传播同振动但相位相差180度，根据声波的干涉现象可知，空间

10、内某点的合成声波的振幅会减弱。虽然扬声器都在发声，可是人耳听到的声音响度减弱。,有两列相干波，它们不仅频率相同、位相差恒定、振动方向相同，而且振幅也相等。当它们在同一直线上沿相反方向传播时，在它们迭加的区域内就会形成一种特殊的波。,驻波,当一列波遇到障碍时产生的反射波与入射波叠加可产生驻波。,驻波的特点：媒质中各质点都作稳定的振动。波形并没有传播。,声染色,驻波和声染色,多次的回声和源声波产生的几个驻波点重叠在一起，会使得房间的频响特性过分不平坦，而这些频率点上，又会造成频率的异常突出，造成听觉上的不自然感。也就是平时我们常说的房间的“声染色”。,哈斯效应,没有延时，感觉声音从两声源中间发出,

11、延时530ms，感觉声音从超前一个声源发出，感觉不到另一个声源的存在,延时3050ms，能感觉两个声源的存在，但方向仍由超前一个声源决定,延时50ms以上，感觉两个声源同时存在，方向由各个声源决定，滞后声为回声,哈斯效应,哈斯效应又称：时差效应、优先效应,四、人耳对声音的感知,人耳对一个声音的听觉灵敏度因为另一个声音的存在而降低的现象,存在的干扰声音,掩蔽声,听阈所提高的分贝数,掩蔽量,提高后的听阈,掩蔽阈,取决于声压级差、频谱、时间和相位的关系,掩蔽效应,一个较弱的声音（被掩蔽音）的听觉感受被另一个较强的声音（掩蔽音）影响的现象,四、人耳对声音的感知,当声源和听者发生相对运动时，听者感觉到的

12、声波频率和声源频率产生差异,当声源朝向听者运动时，听者感到频率变高,当声源背向听者而去时，听者感到频率变低,多普勒效应,四、人耳对声音的感知,在乘火车的时候，当两火车错车时，你会感觉到火车鸣笛声由低逐渐变高；而当火车远离时，你又会感觉到火车鸣笛声由高变低的变化。其实，火车鸣笛的声音频率是固定不变的，人们之所以感到它的频率在改变，这是人耳与音源之间的距离发生变化，使人耳接收到的声音频率发生改变所造成的。提高汽车鸣叫声的频率，让人感到汽车在“疾驰而来”；而降低频率并减小音量，则可产生汽车在“驰离现场”的感觉。,两只相同的扬声器对称地分布在听音者的正前方，如果送给两只扬声器的声音信号的功率相同，两只

13、扬声器辐射的声强级差为0，到达听音者耳朵的时间差为0，则听音者感觉到声音只有一个，来自正前方的对称轴上，人耳不能区分出两个声源。如果增加两只扬声器的辐射声强级差，则声方位（声像）向声音响的那只扬声器偏移，其偏移量大小与声强级差有关。 当声强级大于15dB时，听音者会感觉到声音来自声强级大的那只扬声器。如果两只扬声器的声强级差为0，但两只扬声器辐射声音有一些时间差，这时听音者感觉到声像向先到达的那只扬声器方向偏移。当时间差大于3ms时，声音（声像）好像完全来自声音先到达的那只扬声器。实验表明，声强级差与时间差所引起的效是是类似的，其间可以相互补偿，并且声强级差在15dB以下、时间差在3ms以内时

14、，它们之间呈线性关系，每5dB的声强级差引起的声像偏移相当于两声音引起的时间差1ms的效果，这便是德波埃效应。这种效应说明了人耳同时听多个声源发声的方位感的有限性，也是立体声放声所要利用的效应。,又称为“选听效应”、“聚焦效应”,鸡尾酒会效应,人的听觉系统可以从众多声源同时发出的声音之中，把听觉的主要对象集聚到其中某一点上。,四、人耳对声音的感知,德 波埃效应,声像,Linear,dB,混响时间（s）,ON 声源 OFF,1/1,000,000,-60 dB,混响时间 Reverberation time,室内音响,赛宾公式,V ：房间容积，m3S ：室内总表面积，m2 ：室内平均吸声系数4m：空气吸声系数,伊林公式（艾润公式）,伊林公式（艾润公式）：考虑空气吸声时,不同表演形式对厅堂混响时间的不同要求,经典艺术类,交 室响 内乐 乐,1.8S|2.2S,歌剧芭蕾,1.1S|1.3S,戏剧戏曲,1.2S|1.6S,现代流行类,综艺晚会,1.0S|1.4S,流 摇行 滚乐 乐,0.8S|1.2S,音 歌乐 舞剧 剧,0.8S|1.0S,会议电影类,会议,0.8S|1.0S,电影,0.8S|1.0S,