音響工程與電聲技術

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1、 E-mail : Cary_C Tel : 13871005274音響工程與電聲技術音響工程與電聲技術Electroacoustical Project and Technology JIANG HAN UNIVERSITY CARY CHENG課程簡介課程簡介 音響工程與電聲技術音響工程與電聲技術是以是以電聲電聲與與計算機技術計算機技術為為基礎，對基礎，對聲音信號聲音信號的特性以及對的特性以及對音頻信號音頻信號進行加工處進行加工處理的理的方法方法、工具工具進行研究的一門課程。進行研究的一門課程。 課程主要內容課程主要內容 聲學基礎知識的介紹聲學基礎知識的介紹 基本基本聽覺聽覺能力的培養(yǎng)能力

2、的培養(yǎng) 音頻處理音頻處理設備設備的介紹的介紹 數字音頻工作站的數字音頻工作站的使用使用（硬件、軟件）（硬件、軟件） 數字音頻數字音頻錄制錄制與與處理處理的基本方法（軟件）的基本方法（軟件）課程基礎課程基礎 數學基礎數學基礎 物理基礎（聲學、電學）物理基礎（聲學、電學） 計算機基礎知識計算機基礎知識 音樂基礎知識音樂基礎知識教材及參考書目教材及參考書目教育電聲系統(tǒng)教育電聲系統(tǒng)， 曹揆申主編，高等教育出版社曹揆申主編，高等教育出版社電聲技術基礎電聲技術基礎， 管善群編著，人民郵電出版社管善群編著，人民郵電出版社音響技術音響技術， 美君等編，復旦大學出版社美君等編，復旦大學出版社數字音頻素材的制作與

3、應用數字音頻素材的制作與應用，劉毓敏著，國防工業(yè)出版社，劉毓敏著，國防工業(yè)出版社電聲系統(tǒng)與電聲教學電聲系統(tǒng)與電聲教學， 田振清編，內蒙古教育出版社田振清編，內蒙古教育出版社音響美學音響美學， 張鳳濤著，北京廣播學院出版社張鳳濤著，北京廣播學院出版社影視錄音影視錄音， 姚國強著，北京廣播學院出版姚國強著，北京廣播學院出版社社音樂理論基礎音樂理論基礎， 李重光編，人民音樂出版社李重光編，人民音樂出版社 第一章第一章 聲音與人耳的聽覺特性聲音與人耳的聽覺特性學習目標學習目標:學完這一章，你應當能做到：學完這一章，你應當能做到：1. 1. 說出說出聲波的幾個相關概念；聲波的幾個相關概念；2 2. .

4、解釋解釋什么是聲壓與聲壓級；什么是聲壓與聲壓級；3. 3. 區(qū)別區(qū)別聲能量、聲能量密度、聲功率、聲強、聲強級；聲能量、聲能量密度、聲功率、聲強、聲強級；4 4. . 解釋解釋什么是分貝；什么是分貝；5.5. 解釋解釋什么是響度、音調、音色；什么是響度、音調、音色；6.6. 能大致能大致畫出畫出等響度曲線，并對其進行等響度曲線，并對其進行分析分析與與解釋解釋；7.7. 闡述闡述聲音的時域特征、頻域特征與動態(tài)范圍；聲音的時域特征、頻域特征與動態(tài)范圍；8.8. 解釋解釋什么是掩蔽效應、延時效應、雙耳效應、聽覺疲勞、什么是掩蔽效應、延時效應、雙耳效應、聽覺疲勞、聽力駐留與聽力諧音；聽力駐留與聽力諧音；

5、9.9. 區(qū)別區(qū)別準峰值與準平均值；準峰值與準平均值；10.10.解釋解釋什么是失真，失真有哪幾種類型。什么是失真，失真有哪幾種類型。第一節(jié)第一節(jié) 什么是聲音什么是聲音 聲音是一種波動現象。當聲源（機械振動源）振聲音是一種波動現象。當聲源（機械振動源）振動時，振動體對周圍相鄰媒質產生擾動，而被擾動的動時，振動體對周圍相鄰媒質產生擾動，而被擾動的媒質又會對它周圍的相鄰媒質產生擾動，這種擾動的媒質又會對它周圍的相鄰媒質產生擾動，這種擾動的不斷傳遞就是聲波產生與傳播的基本原理。不斷傳遞就是聲波產生與傳播的基本原理。 通過機械振動發(fā)出聲音的物體稱為通過機械振動發(fā)出聲音的物體稱為聲源聲源，聲源振，聲源振

6、動所導致的周圍媒質的振動傳播稱為動所導致的周圍媒質的振動傳播稱為聲波聲波，存在聲波，存在聲波的空間稱為的空間稱為聲場聲場，聲場中能夠傳遞上述振動的媒質稱，聲場中能夠傳遞上述振動的媒質稱為為聲場媒質聲場媒質。（氣體媒質、液體媒質、固體媒質）。（氣體媒質、液體媒質、固體媒質）一、聲波的物理特性一、聲波的物理特性波長波長：聲源的某一振動狀態(tài)在一個周期內所傳播的距離（：聲源的某一振動狀態(tài)在一個周期內所傳播的距離（m）頻率頻率 ：單位時間內聲源所完成的全振動的次數（：單位時間內聲源所完成的全振動的次數（Hz）周期周期T：聲源完成一次全振動所需要的時間（：聲源完成一次全振動所需要的時間（s）速度速度V：聲

7、源某一振動狀態(tài)在單位時間內所傳播的距離（：聲源某一振動狀態(tài)在單位時間內所傳播的距離（m / s）=1 / T VT V / 振幅振幅s相位相位 空間距離空間距離d任何任何2 2個振動相位相同而又相鄰的媒質質點間的距離就是波長個振動相位相同而又相鄰的媒質質點間的距離就是波長 聲波是一種聲波是一種縱波縱波，即傳播媒介中質點的振動方向與聲波傳播的方向是，即傳播媒介中質點的振動方向與聲波傳播的方向是平行的。平行的。 質點自身并不隨著聲波一起向四周擴散，而只是在原地附近進行振動，質點自身并不隨著聲波一起向四周擴散，而只是在原地附近進行振動，并由存在于它們之間的彈性進行能量傳遞。唯一不傳遞聲波的空間是真空

8、。并由存在于它們之間的彈性進行能量傳遞。唯一不傳遞聲波的空間是真空。 聲波在不同介質中的傳播速度是不同的，常溫下它在空氣中的傳播速聲波在不同介質中的傳播速度是不同的，常溫下它在空氣中的傳播速度約為：度約為：340m/s340m/s振幅振幅s相位相位 空間距離空間距離d媒質分子的媒質分子的振動振動 狀態(tài)狀態(tài) 圖：聲波的傳播方式圖：聲波的傳播方式補充一句補充一句 聲音的傳播速度取決于傳遞媒介的聲音的傳播速度取決于傳遞媒介的密度密度與與溫度溫度。 通常媒介的密度越大、溫度越高，聲音在里面?zhèn)鞑サ乃俣韧ǔＣ浇榈拿芏仍酱?、溫度越高，聲音在里面?zhèn)鞑サ乃俣染驮娇?。（氣溫每上升或下降就越快。（氣溫每上升或下?

9、1，聲速即加快或減慢約，聲速即加快或減慢約0.6m0.6m。因此在音樂廳中的氣溫能夠影響交響樂團演奏音調的高度，而因此在音樂廳中的氣溫能夠影響交響樂團演奏音調的高度，而濕度則對聲速的影響很小。）濕度則對聲速的影響很小。）二、聲壓二、聲壓 由于空氣媒質具有彈性，當聲波（擾動）在其中傳播時，由于空氣媒質具有彈性，當聲波（擾動）在其中傳播時，媒質中每一個區(qū)間段都處于媒質中每一個區(qū)間段都處于“壓縮壓縮舒張舒張壓縮壓縮”的的變化狀態(tài)中。當媒質的某個區(qū)域被壓縮時，其密度變化狀態(tài)中。當媒質的某個區(qū)域被壓縮時，其密度 將將沒沒有聲波（靜態(tài)）傳遞時的有聲波（靜態(tài)）傳遞時的 0 0；反之，當媒質的某個區(qū)域處于舒反

10、之，當媒質的某個區(qū)域處于舒張狀態(tài)時，其密度張狀態(tài)時，其密度 將將沒有聲波（靜態(tài)）傳遞時的沒有聲波（靜態(tài)）傳遞時的 0 0。 因此，我們可以根據氣體狀態(tài)方程得知，當媒質被壓縮因此，我們可以根據氣體狀態(tài)方程得知，當媒質被壓縮時，媒質的壓強將大于靜態(tài)時的大氣壓強時，媒質的壓強將大于靜態(tài)時的大氣壓強P P0 0；當媒質舒張時，；當媒質舒張時，媒質的壓強將小于媒質的壓強將小于P P0 0。壓縮：壓縮： P PP P P P0 000舒張：舒張： P PP P P P0 005dB最高準平均值最高準平均值信噪比（信噪比（S/NS/N）動態(tài)闕動態(tài)闕準峰值（噪聲）準峰值（噪聲） 一般而言，語言信號的動態(tài)范圍較

11、小，約為一般而言，語言信號的動態(tài)范圍較小，約為202040dB40dB；音樂信號的動態(tài)范圍可達音樂信號的動態(tài)范圍可達80dB80dB以上，現代流行音樂動態(tài)的上以上，現代流行音樂動態(tài)的上限甚至可以超過限甚至可以超過100dB100dB。 動態(tài)的下限主要是高斯噪聲，其準峰值約高于準平均值動態(tài)的下限主要是高斯噪聲，其準峰值約高于準平均值6dB6dB左右。左右。失真失真 只要聲音信號喪失或者歪曲了原始聲波的特性，我們就只要聲音信號喪失或者歪曲了原始聲波的特性，我們就認為產生了失真現象。失真的形式主要有以下幾種：認為產生了失真現象。失真的形式主要有以下幾種：1 1）頻率失真）頻率失真 由于電聲設備在音頻

12、范圍內對各頻率聲音的放大率不一由于電聲設備在音頻范圍內對各頻率聲音的放大率不一致；或者是出現了對音頻范圍內某一頻率的遺漏，即產生了致；或者是出現了對音頻范圍內某一頻率的遺漏，即產生了頻率失真。頻率失真。f ff f原始信號原始信號放大信號放大信號f f失真信號失真信號2 2）諧波失真）諧波失真 由于電聲設備的非線性，引入了原始波形中所沒有的諧由于電聲設備的非線性，引入了原始波形中所沒有的諧波或丟失原有的某些諧波所導致的一種失真。波或丟失原有的某些諧波所導致的一種失真。3 3）互調失真）互調失真 兩個頻率不同的聲音疊加在一起時所產生的一種失真形兩個頻率不同的聲音疊加在一起時所產生的一種失真形式，

13、其表現為兩個頻率相互調制并產生不需要的拍頻與復合式，其表現為兩個頻率相互調制并產生不需要的拍頻與復合聲波。聲波。4 4）空間感失真）空間感失真 表現為聲像位置與原始聲源位置不一致，從而影響空間表現為聲像位置與原始聲源位置不一致，從而影響空間感的再現。通常是由于錄音時傳聲器擺放位置不當，聲源位感的再現。通常是由于錄音時傳聲器擺放位置不當，聲源位置不當或由于多個傳聲器的拾取音量不平衡所導致。置不當或由于多個傳聲器的拾取音量不平衡所導致。5 5）瞬態(tài)失真）瞬態(tài)失真 瞬態(tài)失真是由于電聲設備的某一部分不能將原始波形上瞬態(tài)失真是由于電聲設備的某一部分不能將原始波形上的陡峭波前準確還原而引起的。通常在把能量

14、從一種媒介轉的陡峭波前準確還原而引起的。通常在把能量從一種媒介轉移到令一種媒介的器件時才會引起瞬態(tài)失真現象。移到令一種媒介的器件時才會引起瞬態(tài)失真現象。 例如當一個很強的瞬態(tài)聲音被揚聲器播放時，揚聲器的紙例如當一個很強的瞬態(tài)聲音被揚聲器播放時，揚聲器的紙盆在恢復其原來位置之前有時會有一段盆在恢復其原來位置之前有時會有一段“延遲復位延遲復位”時間，這時間，這被稱為被稱為“振蕩（振鈴）現象振蕩（振鈴）現象”，它會使接著播放的聲波產生輕，它會使接著播放的聲波產生輕微的振幅變化，結果就形成了瞬態(tài)失真。微的振幅變化，結果就形成了瞬態(tài)失真。6 6）音量失真）音量失真 即揚聲器音量與原始聲音音量不一致。這種

15、現象往往是我即揚聲器音量與原始聲音音量不一致。這種現象往往是我們故意造成的。例如在影視作品中，我們常常將角色的耳語放們故意造成的。例如在影視作品中，我們常常將角色的耳語放大若干倍，以提高語言的可讀懂度。大若干倍，以提高語言的可讀懂度。7 7）過載失真）過載失真（也稱為（也稱為振幅失真振幅失真或或調制失真調制失真） 電聲設備通常都有一定的動態(tài)范圍，超過這一范圍的聲音電聲設備通常都有一定的動態(tài)范圍，超過這一范圍的聲音信號就會產生過載失真。它常常表現為尖利刺耳或爆裂的聲音。信號就會產生過載失真。它常常表現為尖利刺耳或爆裂的聲音。例如聲源聲壓級過高時，會導致電容傳聲器振模產生的電壓使例如聲源聲壓級過高

16、時，會導致電容傳聲器振模產生的電壓使其內部的前置放大器出現信號過載失真。這種失真是傳聲器本其內部的前置放大器出現信號過載失真。這種失真是傳聲器本身造成的，即使在調音臺上使用衰減器來降低信號電平也無濟身造成的，即使在調音臺上使用衰減器來降低信號電平也無濟于事，因為過載失真是不可逆的。于事，因為過載失真是不可逆的。信噪比信噪比 S/N 信噪比可以理解為電聲信號與設備本底噪聲之間的幅度比信噪比可以理解為電聲信號與設備本底噪聲之間的幅度比值，通常也用分貝來表示。它表現為電聲設備可用的有效音量值，通常也用分貝來表示。它表現為電聲設備可用的有效音量范圍。范圍。 一般民用設備的信噪比約為一般民用設備的信噪比

17、約為40404545分貝；專業(yè)模擬設備可分貝；專業(yè)模擬設備可以達到以達到6060分貝，而數字設備則可以達到分貝，而數字設備則可以達到9090分貝以上。分貝以上。阻抗阻抗 當一個電聲設備或者電子元件對外表現得當一個電聲設備或者電子元件對外表現得既有電抗既有電抗（感（感抗）抗）又有電阻又有電阻時，其合成的效果我們統(tǒng)稱為時，其合成的效果我們統(tǒng)稱為“阻抗阻抗”。 例如：一個揚聲器的音圈上標明的阻抗是例如：一個揚聲器的音圈上標明的阻抗是1515，但我們，但我們測得的直流電阻可能只有測得的直流電阻可能只有5 56 6 ，其差值就是音圈對交流電，其差值就是音圈對交流電所能夠產生的感抗值。所能夠產生的感抗值。

18、 當設備之間的阻抗正確匹配時，我們可以獲得最大功率當設備之間的阻抗正確匹配時，我們可以獲得最大功率的傳輸效果；而在阻抗匹配不良的時候，輸出功率就會受到的傳輸效果；而在阻抗匹配不良的時候，輸出功率就會受到損失。損失。噪聲噪聲 聲信號在拾取、傳播、記錄或處理過程中會產生各種噪聲信號在拾取、傳播、記錄或處理過程中會產生各種噪聲，它通常有以下幾種類型：聲，它通常有以下幾種類型：1 1）線路噪聲）線路噪聲 主要是電子元件內部的固有噪聲、導線的熱噪聲和外來主要是電子元件內部的固有噪聲、導線的熱噪聲和外來電磁干擾噪聲。電磁干擾噪聲。2 2）本底噪聲）本底噪聲 記錄媒介本身的噪聲。例如磁帶上磁粉涂布不均所產生

19、記錄媒介本身的噪聲。例如磁帶上磁粉涂布不均所產生的噪聲等等。的噪聲等等。3 3）現場噪聲）現場噪聲 環(huán)境噪聲與設備噪聲環(huán)境噪聲與設備噪聲高保真高保真 所謂高保真是指聲信號經過各種設備處理后，能夠不失所謂高保真是指聲信號經過各種設備處理后，能夠不失真的被精確還原為原始狀態(tài)，即將聲源聲再現出來。真的被精確還原為原始狀態(tài)，即將聲源聲再現出來。 高保真只是相對而言的，它會隨著技術的發(fā)展而不斷變高保真只是相對而言的，它會隨著技術的發(fā)展而不斷變化。例如化。例如7070年代運用磁帶記錄的聲音我們就認為它具有高保年代運用磁帶記錄的聲音我們就認為它具有高保真效果（相對于唱盤而言），而現在我們顯然不一樣。真效果（相對于唱盤而言），而現在我們顯然不一樣。