電子學和聲學基礎知識

1、電子學和聲學基礎,廣州勵豐聲光科技有限公司,大項目部,電子學基礎知識,歐姆定律,在同一電路中，導體中的電流跟導體兩端的電壓成正比，跟導體的電阻阻值成反比,電功率,（針對純電阻電路成立）,,（針對非純電阻電路成立）,在具有電阻、電感和電容的電路里，對交流電所起的阻礙作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示,是一個復數(shù),實部稱為電阻,虛部稱為電抗。,電阻與阻抗,電阻,阻抗,（其中a，b為實數(shù)）,感抗,容抗,負載的串聯(lián)與并聯(lián),負載的串聯(lián),負載的并聯(lián),揚

2、聲器單元及音箱,1、連續(xù)功率PRMS,2、音樂功率 PM,3、峰值功率PPK,PPK= 2PM= 4PRMS,功率放大器,1、連續(xù)FTC功率PFTC,2、峰值功率PPK,PPK=2PFTC,聲學基礎知識,什么是聲音？？,,一、聲音的基本性質,聲源,聲音,介質,聲場,聲音的產生與傳播,聲音是人耳能感知到的彈性介質中的振動，聲音由物體振動產生，正在發(fā)聲的物體叫聲源?！　　　鞑ソ橘|可以是氣體，也可以是固體或液體；指能夠傳播聲音的媒質，聲音

3、必須通過媒質傳播，如氣體、液體和固體。媒質的性質，包括該媒質的狀態(tài)、溫度、壓力等與聲波傳播速度和方式等有密切關系。如聲音在氣體中傳播以輻射特性為主，在固體中傳播以傳導特性為主，而在液體中傳播時以上兩種特性均存在。 　　　　聲源的振動以聲波的形式在介質中傳播，傳播所涉及的區(qū)域稱為聲場,一、聲音的基本性質,聲音的客觀物理屬性,聲源：自然聲源、電聲聲源,介質：空氣（溫度，濕度，密度的影響）,聲場：近場、遠場 室外聲場、

4、室內聲場,1、周期（T）：單位：S,2、頻率（f）：單位：Hz f = 1 / T,人耳可以聽到的聲音頻率范圍：20~20kHz次聲波：低于20Hz的聲波超聲波：高于20kHz的聲波,3、波長（λ）：單位：m,4、聲速（c）：單位：m/s,常溫下（15 oC ）空氣中的聲速為340m/s；（21 oC ）時為344m/s,t：相對空氣溫度（oC）,5、聲速、波長和頻率之間的關系

5、： c = n · λ · f= λ · f(n=1),與媒質密度、彈性、溫度有關,,,,m,,,,,聲波的頻率、波長與速度,E0 = Eγ + Eα +Eτ,E0 ：總聲能Eγ：反射聲能Eα：吸收聲能 Eτ：透射聲能,,,,,,反射,吸收,透射,總聲能,聲波的透射與吸收,1、聲波的反射，折射,條件：尺寸大于波長的光滑的界面,,,,當波傳播到兩種介質的分界面時，一部分反射形成反射波，另外一部

6、分進入介質中形成折射波。,聲波的反射、折射,,3、聲波的衍射,2、聲波的散射,,,,,聲波的散射與衍射、干涉,,,,,,,,,,,4、聲波的干涉：同相加強，反相抵消,影響聲音在空氣中傳播的因素,,聲傳播的溫度效應,聲傳播的濕度效應,聲傳播的空氣吸收,溫度對聲波的影響,聲波從聲速高的地方向聲速低的地方折射,聲能在整個頻率范圍內的分布：頻譜與包絡,,,,,,,,,,,,,,,,聲音的頻譜,鋼琴的頻譜,由上圖可以看出低頻的能量密度較大，中高頻

7、能量密度較小,fm :中心頻率；f2 :頻帶的上限頻率；f1 :頻帶的下限頻率 n=1 , 一倍頻程； n=1/3, 1/3 倍頻程,以恒定百分比增量為頻率間隔,fm =1000×10k/10(k=0， ±1， ±2， ±3…),f2 / f1 = 2n,倍頻程,1倍頻程的中心頻率和截止頻率,1/3倍頻程的中心頻率和截止頻率,指向性,頻率越高指向性越強,例如人在講話時，正面聲音最大

8、，背面聲音最小。,與波長相比，聲源尺度越大，其指向性越強。,聲源的指向性,1、音強（響度）：聲音的強弱,2、音調（音高） ：與頻率和強度有關,3、音色：與諧波成分有關,聲音的三要素,其中響度、音高、音色可以在主觀上用來描述具有振幅、頻率和相位三個物理量的任何復雜的聲音，故又稱為聲音“三要素”；,人耳對不同強度、不同頻率聲音的聽覺范圍稱為聲域。,在人耳的聲域范圍內，聲音聽覺心理的主觀感受主要有響度、音高、音色等特征和掩蔽效應、高頻定位等特

9、性。,1、聲功率,2、聲強,3、聲壓,平方反比,聲功率、聲強、聲壓,二、聲音的計量,聲級,1、聲功率級,2、聲強級,3、聲壓級,聞閾聲強 10-12 W/m2，相應的聲壓 2×10-5 Pa,1000Hz,痛閾聲強 1 W/m2，相應的聲壓 20 Pa,W0：10-12 W,I0：10-12 W/m2,p0：2×10-5 Pa,常見的絕對電平表示方法：,dBw取1W作基準值的絕對功率電平,dBV取1V作基準值的絕

10、對電壓電平,dBu取0.775V作基準值的絕對電壓電平,,0dB,,120dB,實驗表明，人們對聲音強弱的感覺并不直接同聲壓或聲強成比例。例如，當聲強增加至2倍時，我們只覺得聲音加強了0.3倍；當聲強分別增至10倍、100倍、1000倍時，我們的感覺是聲音增強了1倍、2倍、3倍這種關系恰好同數(shù)學中的對數(shù)關系相符。 為了方便，聲學中用聲強的對數(shù)量（叫做聲強級）來表示聲音的大小。對數(shù)的底取10，單位為貝耳

11、，簡稱貝,dB,dBm，dBu，dBv，dBV的計算公式,其中Pr，Er分別為參考功率值和參考電壓值,其中Rr，Er分別為參考功率值和參考電壓值,并且Rr=600歐姆，Er=0.7746伏特，R大于Rr。,,用于衡量功率匹配系統(tǒng)，信號源輸出阻抗等于負載輸入阻抗。,其中Er為參考電壓值, Er=0.7746伏特,,用于衡量電壓匹配系統(tǒng)，信號源輸出阻抗遠遠小于負載輸入阻抗。,其中Er為參考電壓值, Er=1伏特,平方反比定律,,距離增加一倍

12、，聲壓級衰減6dB,,,,,,,,,,功率增加一倍，聲壓級增加3dB,功率聲壓級轉換法則,,凹曲面會產生聲聚焦現(xiàn)象,聲聚焦,三、聲缺陷,當反射聲延遲時間過長,一般是直達聲后100ms，強度又很大，這時就可能形成回聲。,聲波在特定界面之間的往復反射,顫動回聲：,聲音有連續(xù)的重疊聲，并有顫抖的感覺,回聲與顫動回聲,平行墻壁間聲音相互多次反射引起的聲音顫動現(xiàn)象，屬于嚴重的建聲缺陷，會造成再現(xiàn)聲音音量不穩(wěn)定、音質不良等。,最有效的消除方法是避

13、免平行墻壁、采用強吸音材料以及將墻壁表面處理成凹凸不平的漫反射結構等。,人耳能辨別出回聲的條件是反射聲具有足夠大的聲強，并且與原聲的時差須大于0.1秒。,由于障礙物或折射的原因，產生聲音輻射不到的區(qū)域,聲陰影,兩列（或兩列以上）具有相同頻率、相同振動方向和恒定相位差的聲波在空間迭加時，在交迭區(qū)形成恒定的加強和減弱的現(xiàn)象，聲音干涉后，會引起駐波和梳狀濾波現(xiàn)象，破壞再現(xiàn)音質。,聲干涉,產生干涉現(xiàn)象的聲波稱為相干波　　　　相應的聲源為相干聲

14、源　　　　當兩只揚聲器的極性相反時，揚聲器內的音圈振動方向相反，由此發(fā)出的聲波在空間中傳播同振動但相位相差180度，根據(jù)聲波的干涉現(xiàn)象可知，空間內某點的合成聲波的振幅會減弱。雖然揚聲器都在發(fā)聲，可是人耳聽到的聲音響度減弱。,有兩列相干波，它們不僅頻率相同、位相差恒定、振動方向相同，而且振幅也相等。當它們在同一直線上沿相反方向傳播時，在它們迭加的區(qū)域內就會形成一種特殊的波。,駐波,當一列波遇到障礙時產生的反射波與入射波疊加可產生駐波。,

15、駐波的特點：媒質中各質點都作穩(wěn)定的振動。波形并沒有傳播。,,聲染色,駐波和聲染色,多次的回聲和源聲波產生的幾個駐波點重疊在一起，會使得房間的頻響特性過分不平坦，而這些頻率點上，又會造成頻率的異常突出，造成聽覺上的不自然感。也就是平時我們常說的房間的“聲染色”。,哈斯效應,沒有延時，感覺聲音從兩聲源中間發(fā)出,延時5～30ms，感覺聲音從超前一個聲源發(fā)出，感覺不到另一個聲源的存在,延時30～50ms，能感覺兩個聲源的存在，但方向仍由超前一個

16、聲源決定,延時50ms以上，感覺兩個聲源同時存在，方向由各個聲源決定，滯后聲為回聲,,哈斯效應,哈斯效應又稱：時差效應、優(yōu)先效應,四、人耳對聲音的感知,人耳對一個聲音的聽覺靈敏度因為另一個聲音的存在而降低的現(xiàn)象,存在的干擾聲音,,掩蔽聲,聽閾所提高的分貝數(shù),,掩蔽量,提高后的聽閾,,掩蔽閾,取決于聲壓級差、頻譜、時間和相位的關系,掩蔽效應,一個較弱的聲音（被掩蔽音）的聽覺感受被另一個較強的聲音（掩蔽音）影響的現(xiàn)象,四、人耳對聲音的感知,

17、當聲源和聽者發(fā)生相對運動時，聽者感覺到的聲波頻率和聲源頻率產生差異,當聲源朝向聽者運動時，聽者感到頻率變高,當聲源背向聽者而去時，聽者感到頻率變低,多普勒效應,四、人耳對聲音的感知,在乘火車的時候，當兩火車錯車時，你會感覺到火車鳴笛聲由低逐漸變高；而當火車遠離時，你又會感覺到火車鳴笛聲由高變低的變化。其實，火車鳴笛的聲音頻率是固定不變的，人們之所以感到它的頻率在改變，這是人耳與音源之間的距離發(fā)生變化，使人耳接收到的聲音頻率發(fā)生改變

18、所造成的。提高汽車鳴叫聲的頻率，讓人感到汽車在“疾馳而來”；而降低頻率并減小音量，則可產生汽車在“馳離現(xiàn)場”的感覺。,兩只相同的揚聲器對稱地分布在聽音者的正前方，如果送給兩只揚聲器的聲音信號的功率相同，兩只揚聲器輻射的聲強級差為0，到達聽音者耳朵的時間差為0，則聽音者感覺到聲音只有一個，來自正前方的對稱軸上，人耳不能區(qū)分出兩個聲源。如果增加兩只揚聲器的輻射聲強級差，則聲方位（聲像）向聲音響的那只揚聲器偏移，其偏移量大小與聲強級差有關

19、。 當聲強級大于15dB時，聽音者會感覺到聲音來自聲強級大的那只揚聲器。如果兩只揚聲器的聲強級差為0，但兩只揚聲器輻射聲音有一些時間差，這時聽音者感覺到聲像向先到達的那只揚聲器方向偏移。當時間差大于3ms時，聲音（聲像）好像完全來自聲音先到達的那只揚聲器。實驗表明，聲強級差與時間差所引起的效是是類似的，其間可以相互補償，并且聲強級差在15dB以下、時間差在3ms以內時，它們之間呈線性關系，每5dB的聲強級差引起的聲像偏移相當于兩聲音引起

20、的時間差1ms的效果，這便是德波埃效應。這種效應說明了人耳同時聽多個聲源發(fā)聲的方位感的有限性，也是立體聲放聲所要利用的效應。,又稱為“選聽效應”、“聚焦效應”,雞尾酒會效應,人的聽覺系統(tǒng)可以從眾多聲源同時發(fā)出的聲音之中，把聽覺的主要對象集聚到其中某一點上。,四、人耳對聲音的感知,德 · 波埃效應,聲像,,,,,,,,,,,,,,,,,Linear,dB,混響時間（s）,ON 聲源 OFF,,,,,,,,,,,

21、,,,,,,1/1,000,000,,,,-60 dB,,,混響時間 Reverberation time,室內音響,賽賓公式,V ：房間容積，m3S ：室內總表面積，m2 ：室內平均吸聲系數(shù)4m：空氣吸聲系數(shù),伊林公式（艾潤公式）,伊林公式（艾潤公式）：考慮空氣吸聲時,不同表演形式對廳堂混響時間的不同要求,經(jīng)典藝術類,交 室響 內樂 樂,1.8S|2.2S,歌劇芭蕾,1.1S|1.3S,戲劇戲曲,1.2S|