1、调音师培训教材调音基础声学基础电子学基础建筑声学基础术语系统集成指标系统设计调音基础第第1节节 声音的物理特性声音的物理特性一、声波，声音及声音的分类一、声波，声音及声音的分类二、二、声波的基本参数声波的基本参数三、声音的特性参数三、声音的特性参数四、声音的传播四、声音的传播一、一、声波，声音及声音的分类声波，声音及声音的分类 声波与声音是两个有联系，又有区别的概念。1.声波 物体的振动会引起周围媒质质点由近及远的波动，称之为声波。引起声波的物体称为声源。传播声波的物质称为媒质。声波波及的空间范围称为声场。2.声音 声音是声源振动引起的声波传播到听觉器官所产生的感受.可见,声音是由声源振动,声
2、波传播和听觉感受3个环节所形成的.扬声器发声时，会引起周围空气的振动而产生声波，其传播方向与空气质点振动方向相同。因而，声波是一种纵波.(1)语音，即语言的声音，是语言符号系统的载体。语音，即语言的声音，是语言符号系统的载体。(2)音乐是指有旋律的乐曲。音乐是指有旋律的乐曲。(3)效果声，是指自然界中发生的有特殊效果的声音，例如：效果声，是指自然界中发生的有特殊效果的声音，例如：汽车声、鼓掌声、风雨声、打雷声、鸟鸣声等。汽车声、鼓掌声、风雨声、打雷声、鸟鸣声等。(4)噪声，即噪音。噪声，即噪音。(5)合成声音，由计算机通过一种专门定义的语言来驱动一合成声音，由计算机通过一种专门定义的语言来驱动
3、一些预制的语言或音乐合成器产生，如些预制的语言或音乐合成器产生，如MIDI 声音。声音。3.声音的分类声音的分类 二、二、声波的基本参数声波的基本参数 1.声波的频率 声波的频率就是声源振动的频率，即每秒钟内来回往复振动的次数。频率的单位通常用Hz（赫兹）来表示，简称赫。声波的频率对人耳的听觉感受影响很明显。按照声波的频率不同，声音可以分为次声波、超声波、人耳可听声三种。人耳可听频率范围（听域）为20Hz20KHz，20KHz为超声。声音频率分布声音频率分布超声波超声波女性语音女性语音电话语音电话语音调幅广播调幅广播(AM)调频广播调频广播(FM)高级音响高级音响男性语音男性语音 2.声波的周
4、期 一个声波完成一次振动所需要的时间称为周期，用符号T表示，单位通常为秒（s）。周期与频率是互为倒数关系。3.声波的波长 声波的波长是指声波在一个周期的时间内传播的距离。c=f 4.声波的振幅 声波的振幅是指振动物体离开平衡位置的最大距离。5.声波的相位 描述信号波形变化的度量，单位度（相角），波形循环一周即为360度波长波长三、声音的特性参数三、声音的特性参数1.声压和声压级有声音存在时，大气压强会有微弱的起伏 变化，我们将 此压强的变化量称为声压声压，以p表示，单位为a，a=1N/m2使大多数人产生听觉现象的最低声压是10-5 Pa用r表示实验证明：人耳对声音强弱的感觉是与声压的对数成正比
5、的，这就是著名的韦伯定律。因此引入声压级声压级的概念，定义为：Lp=20lg(P/Pr)常见声源的声压级常见声源的声压级典型生源感受程度声压（Pa）声压级（dB）气动锤、机场跑道不能容忍雷声、动力工具震耳重型车辆、机床很响繁华街道、工厂车间、乐队响一般办公室内对话一般寂静办公室内的低声谈话轻自己的呼吸声微弱2001402012021002*10-1802*10-2602*10-3402*10-4202*10-502.声强与声强级单位时间内通过与指定方向垂直的媒质单位面积的声能量称为声强，用表示单位：m2人耳对声波强弱的感受大致上和声强（或声压）的对数成正比例。为适应人耳听觉这一特性及计算方便，
6、我们常将两个声波的强度（或声压）之比取对数来表示其声波的强弱，并用dB来表示。例如，一个声波的强度为IA，另一个声波的强度比IA强1000倍,则这两个声波的强度差别用dB表示为10lg（I2/I1）=10lg（1000I1/I1）=30 dB与基准声压相对应，人耳可以感受的最低声强为10-12W/m2，我们称之为基准声强，用Ir 表示。我们将待测声强与基准声强的比值取对数，称为声强级声强级，用符号表示10lg(I/Ir)I是声强,Ir 是基准声强,为10-12m声强和声压都可以表示声场中声音的强弱。但声强指的是单位面积上穿过的声能，而声压是单位面积上的力。在实际使用中，声强不易直接测试，但通常
7、可以用测得的声压来换算。声强与声压的平方成正比。四、声音的传播四、声音的传播1.1.声波的反射声波的反射 声波从一种媒质进入另一种媒质的分界面时，会声波从一种媒质进入另一种媒质的分界面时，会产生反射现象。例如声波在空气中传播时，若遇产生反射现象。例如声波在空气中传播时，若遇到坚硬的墙壁，一部分声波将反射。到坚硬的墙壁，一部分声波将反射。2.2.声波的衍射声波的衍射 当声波遇到障碍物时，会有一部分声波绕过障当声波遇到障碍物时，会有一部分声波绕过障碍物而继续向前传播，这种现象称为绕射碍物而继续向前传播，这种现象称为绕射,又称又称衍射。绕射的程度取决于声波的波长与障碍物衍射。绕射的程度取决于声波的波
8、长与障碍物大小之间的关系。大小之间的关系。频率越高越难产生衍射频率越高越难产生衍射；当障碍物的尺寸小于当障碍物的尺寸小于5时，声波时，声波会绕过障碍物；会绕过障碍物；当障碍物的尺寸为当障碍物的尺寸为510时，一时，一部分声波会绕过障碍物；部分声波会绕过障碍物；当障碍物的尺寸接近当障碍物的尺寸接近30时，声波时，声波几乎完全会被障碍物遮挡。几乎完全会被障碍物遮挡。第第2节节 人耳的听觉特性人耳的听觉特性一、人耳的听觉范围一、人耳的听觉范围二、二、声音三要素声音三要素三、人类的听觉效应三、人类的听觉效应声波是在弹性媒质中传播的一种机械波，然而并非所有声波都能被人耳所感知（听觉）时，即使人耳能感知到
9、声音，其感觉也各有不同，因为人的听感是一个非常复杂的物理生理心理过程。这说明，声音虽然由振动产生而客观存在，但是它给予人的主观感受却与客观实际上有一定差距，甚至还可能会产生“错觉”，这就是本节所要讨论的人的听觉特性。一、人耳的听觉范围一、人耳的听觉范围1.频率范围：20Hz-20kHz2.声压级的范围人耳对不同频率的声音在相同声压时的感觉不同听阈：210-5 Pa（0dB）痛阈：2101 Pa（120dB）超声波是指任何声波或振动，其频率超过人类耳朵可以听到的最高阈值20千赫。超声波由于其高频特性而被广泛应用于众多领域，比如金属探伤、工件清洗、医学透视等。频率小于20Hz（赫兹）的声波叫做次声
10、波。次声波不容易衰减，不易被水和空气吸收。而次声波的波长往往很长，因此能绕开某些大型障碍物发生衍射。某些次声波能绕地球2至3周。二、二、声音三要素声音三要素人对声音的感知有响度、音调和音色响度、音调和音色三个主观听感要素,三者共同决定了声音的音质音质。人的主观听感要素与声波的客观物理量：声压、频率和频谱成分之间既有着密不可分的联系，又有一定的区别，体现了人类听感是个复杂的生理与心理的运动过程。1.响度人耳对声音强弱的主观感觉称为响度响度（单位（单位sonesone）。它是与声波振幅这个物理量相对应的心理量。决定响度的因素主要是作用在人耳的声压或声强大小，但两者并不成正比，且同样的声压在不同样的
11、声压在不同频率时，感觉的响度也不同同频率时，感觉的响度也不同。声学上采用响度级响度级表示和区别不同的响度：频率为1kHz、声压级为40dB时的响度为1宋。将一个声音与1kHz的纯音作比较，当听起来两者一样响时，这时1kHz的纯音的声压级数声压级数值就是这个声音的响度级，单位是方(phon)。等响曲线等响曲线是反映人耳对声压的主观感觉的曲线。是反映人耳对声压的主观感觉的曲线。等响度曲线的特性及应用表明了不同频率的声波产生同样响度时所需要的声压（声强）级数。低声压级时，人耳对中频（3kHz-5kHz）的响度响度感觉感觉最灵敏，而在此范围之外的响度感觉逐渐变弱。随着响度的增加，频率对响度的影响越来越
12、小，达到100方时，各频率的声压级几乎相同。高保真扩音机都装有等响度（响度（loudnessloudness）控制电）控制电路路，音量小时，按照等响曲线提升低、高频，反之则不提升。2.音调也称音高，是人耳对声音调子高低的主观感觉。主要取决于声音的频率，随着频率的增多而增高，但它与频率成对数关系。对不同的频段，人耳对音调的辨别能力不同，中频段最灵敏，高频段和低频段较差。对于1kHz左右的声音，可分辨2-3Hz的变化。音高音高频率频率唱名唱名键盘键盘位置关系位置关系3.3.音色音色人耳对声源发声特色发声特色的主观感觉。它是人的听觉上区别具有同样响度和音调的两个声音之所以不同的声音要素，也称为音品音
13、品。音色是有声音波形的谐波频谱频谱结构和包络包络决定的低频泛音丰富，音色浑厚、坚实、有力低频泛音丰富，音色浑厚、坚实、有力中频泛音丰富，音色圆润、和谐、自然中频泛音丰富，音色圆润、和谐、自然高频泛音丰富，音色明亮、清透、纯净高频泛音丰富，音色明亮、清透、纯净Hz30100605002002k1k8k4k16k最低音域低音域中音低域中音域中音高域高音低域高音域高音高域最高音域深沉感重感浓厚感力度感明亮感透亮感锐利感清脆感纤细感301505005k16kHz低频段中低频段中高频段高频段浑浊生硬尖刺单薄乏力散飘暗淡沉闷音域分类频率音域听感特性频段分类过分加强过分衰减各频段声音对听觉的影响各频段声音对
14、听觉的影响三、人类的听觉效应.掩蔽效应掩蔽效应 人耳对一个声音的听觉灵敏度因为另一个声音（称为掩蔽声）的存在人耳对一个声音的听觉灵敏度因为另一个声音（称为掩蔽声）的存在而降低的现象，称为掩蔽效应。而降低的现象，称为掩蔽效应。听阈的提高听阈的提高听阈的提高的分贝数，称为掩蔽量听阈的提高的分贝数，称为掩蔽量提高后的听阈称为掩蔽阈提高后的听阈称为掩蔽阈频率相近的纯音掩蔽效果显著；频率相近的纯音掩蔽效果显著；掩蔽音的声压级越高，掩蔽量越大，掩蔽的频率范围越宽；掩蔽音的声压级越高，掩蔽量越大，掩蔽的频率范围越宽；低频音对高频音掩蔽作用大，高频音对低频音掩蔽作用小；低频音对高频音掩蔽作用大，高频音对低频音
15、掩蔽作用小；弊：听不清要听的内容，降低工作效率弊：听不清要听的内容，降低工作效率利：避免一些噪声的干扰，提高工作效率利：避免一些噪声的干扰，提高工作效率2.哈斯效应（优先效应）哈斯效应（优先效应）实验证明，人的听觉有先入为主的特性。哈斯效应就是由哈斯发现的，人们不能分辨出来某些延迟音的现象。当两个强度相等而其中一个经过延迟的声音一同传到人耳时：l延迟时间=2KHz时，一般地，4m与湿度温度有关，通常取相对湿度60%,温度20oC时，4m为2KHz0.009 4KHz 0.02260600.161ln(1)0.161ln(1)4VTSVTSmV1kHz以下频段以下频段1kHz以上频段以上频段混响
16、时间计算的不确定性室内条件与原公式假设条件并不完全一致。1）室内吸声分布不均匀 2）室内形状，高宽比例过大 造成声场分布不均匀，扩散不完全计算用材料吸声系数与实际情况有误差一般误差在10%15%计算RT的意义：1）“控制性”地指导材料的选择与布置。2）预测建筑室内的声学效果3）分析现有的音质问题混响时间过短，声音会发干；过长，声音会拖尾。混响时间与频率有关T60（f）频率特性频率特性。不同音源要求T60不同的频率特性，语言信号，要求高端可适当提高，而低端则不宜过高，否则嗡嗡声明显；音乐信号的混响时间在频率的高、低端都可以比中频段的长。这样，低端可增加声音的丰满度，高端可增加声音明亮度。评价一个
17、房间混响效果是否合理，还要考察声扩散度扩散度。扩散好，声音衰减平滑，室内各处感觉均匀。2.本底噪声 室内不放声源时的噪声声压级。演播室=25dB;居民区白天=55dB.如本底噪声较高，可采用隔声、隔振办法降噪或在室内铺一定吸声材料进行吸声。3.声染色 信号传输过程中，由于某种原因使声源中某一频率得到过分地加强或减弱，破坏了房间内音响效果的均匀性.改善的方法通过调整装修使房间的长、宽、高之比为无理数，另外,室内物品摆设要避免对称性。10-30m2，80-300Hz。12.00Sr4.房间常数 房间常数反应房间吸声特性。5.混响半径 1SR二、二、常见声学材料常见声学材料1.建筑声学的必要性 l
18、室内观众区听到的声音除了直达声，还有经过反射的近次反射声和混响声，这些声音的相互作用形成了系统的音质效果。l 要获得良好的音响效果除必需有良好性能的音响器材和合理的系统设计外，还需具备良好的声音传输条件建声设计。l 多孔吸声材料包括纤维材料和颗粒材料。l 纤维材料有：玻璃棉、超细玻璃棉、矿棉等无机纤维制品，棉、毛、麻等有机纤维织物。l 颗粒材料有：膨胀珍珠岩、微孔砖板等块、板制品。l 多孔吸声材料一般有良好的中高频吸声性能。2.多孔吸声材料 l 共振吸声结构包括穿孔板、薄膜吸声结构。l 穿孔板吸声结构具有较好的中频吸声特性。3.共振吸声结构 l 在墙面或声波反射强烈的地方设置声波扩散体/面，使
19、声波产生漫反射和分散室内的共振频率。改善声音的“染色”失真和颤动回声。4.声波扩散体 声波的干涉梳状滤波器效应带来的问题：使系统的频响特性变得不平坦，系统音质发生变调；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特性？用图示均衡器进行频率补偿？声波的干涉降低梳状滤波器影响的方法：改进厅堂的声学设计最根本的措施；在多声源系统中，利用延时器减小时间差并尽量减小延迟信号的振幅；采用集中供声方法减少声源之间的声波干涉；扬声器组成扬声器阵列中的高音单元尽量紧靠在一起，减少高频声波的行程差。声波的干涉几种典型的声学缺陷l 声聚焦：弧形的表面将反射的声音聚集起来，产生霳音。l 声共振：当
20、厅堂中低频声有较大声压级时，装饰结构中的板或空腔受到激发而产生共振。l 声阴影：厅堂中某些听音区被建筑物遮挡，达到声无法传播到此，只能听到混响声和部分反射声。l 颤动回声：多发生在室内的一对平行墙之间，一个声音在两墙壁间来回发射产生多个这样的声音。l 声染色：由于某种原因造成声音中的某一频率得到过份加强或减弱时，将破坏房间内声音的均匀性。声学基础电子学基础建筑声学基础术语系统集成指标系统设计调音基础1.频率响应（有效频率范围）频率响应（有效频率范围）l 这项指标反映了扬声器工作的主要频率范围。当给扬声器加以恒压信号源并由低频到高频改变信号源频率时，扬声器产生的音压将随频率的变化而变化。由此得出
21、的声压频率曲线，就是扬声器的频率响应曲线。2.额定阻抗（有效频率范围）额定阻抗（有效频率范围）它的指扬声器在某一特定工作频率(中频)时在输入端测得的阻抗值。通常即在产品商标铭牌上标明，由生产厂给出。扬声器的阻抗特性。由生产厂给出的额定阻抗通常是在额定频率范围可望得到最大功的阻抗模值。额定阻抗一般规定欧、欧、欧、欧等，国外也有采用欧、欧等。3.功率功率 扬声器的功率大小是选择使用扬声器的重要指标之一.应该指出国内、外扬声器的标法有很大的差别，这是因为对功率定义解释各不相同。一般扬声器所标称的功率为额定功率。额定功率或额定噪声功率，是指扬声器能长时间连续工作而不产生异常声时的输入功率。一般测试时采
22、用粉红噪声信号，通过特定的滤波器，在额定频率范围内进行测试。按标准，被测扬声器应保证在100小时的连续工作中不产生异常。顺便指出，美国标准则规定试验时间为小时，而且滤波器也不同。最大噪声功率与额定功率不同，它是表明扬声器承受短时间的大输入功率的能力，其试验时间仅为几秒或几分钟。一般最大噪声功率是额定功率的2-4倍。4.灵敏度灵敏度 特性灵敏度是指当音箱加上相当于额定阻抗上1W功率的粉红噪声信号电压时,在轴向1m处测得的声压级。扬声器箱的灵敏度与效率是两个不同的概念，效率是输出声功率与输入电功率之比，但一般地说灵敏度高的扬声器箱的效率也较高。一个扬声器的灵敏度高低，对声音重放并无决定性的影响，因
23、为人们可以通过调节放大器的输出来获得足够的音量。不过，在音箱制作中，扬声器的灵敏度却是一个值得重视的参数。因为在二分频或三分频音箱中，各扬声器单元在各自负责重放的频段内，它们的灵敏度必须基本一致，以使整个音箱在重放时高、中、低音的平衡。特别是对立体声音箱，左右声道使用的单元都必须经过严格的筛选、匹配。要求左右声道所用的单元的输出声压级差别应正负1dB内，不然会影响声像的定位。5.指向性指向性 指向性用来描述扬声器将声波辐射到空间各个方向去的能力。它一般用声压级随辐射角度变化的曲线表示。指向性通常有两种表示方法：一种是在扬声器频响曲线上标出了几个角度如0度、30度、60度时频响曲线的变化，通过它
24、与0度时频率的对比可以看出声压级变化的情况。这种频响曲线称为指向性频率性曲线。另一种以极坐标形式表示。它是以扬声器位置为原点，用极坐标画出某些频率的指向性图，从它可以形象地看出某些频率的指向性。5.失真失真 扬声器系统的失真包括揩波失真、互调失真和瞬态互调失真等。音箱的失真特性比单个扬声器更容易引起特性变坏。通常在分频点附近，因设计或调试不当，失真大幅度增加。谐波失真主要产生在低频，尤其在共振频率附近最为明显。对于高保真用音箱的最低要求谐波失真不大于2%。声学基础电子学基础建筑声学基础术语系统集成指标系统设计调音基础几种配置方法的比较与分析方法一：方法一：小系统时价格便宜，控制界面直观。小系统
25、时价格便宜，控制界面直观。来自调音台来自调音台均衡均衡器器延时延时器器压限压限器器分频分频器器功放功放音箱音箱优优 点：点：连线多，累积噪声，参数的设定缺乏依据，可靠性较低。连线多，累积噪声，参数的设定缺乏依据，可靠性较低。缺缺 点：点：几种配置方法的比较与分析方法二：方法二：音质较好，房间特性与扬声器特性分别处理，调试音质较好，房间特性与扬声器特性分别处理，调试较较方便，可靠性较高。方便，可靠性较高。来自调音台来自调音台均衡均衡器器扬声器处理扬声器处理器器功放功放扬声扬声器器优优 点：点：连线较多，功率放大器选型与功率传输为变量，部分连线较多，功率放大器选型与功率传输为变量，部分参数较难控制
26、。参数较难控制。缺缺 点：点：几种配置方法的比较与分析方法三：方法三：音质好，房间特性与扬声器特性分别处理，调试很音质好，房间特性与扬声器特性分别处理，调试很方便，可靠性很高。方便，可靠性很高。来自调音台来自调音台DSPDSP处理器处理器有源一体化扬声器有源一体化扬声器优优 点：点：扬声器重量增加。扬声器重量增加。缺缺 点：点：音响设计基础知识音响设计基础知识1.最大声压级最大声压级 扩声系统调试完成后，听众去各测量点产生的稳态扩声系统调试完成后，听众去各测量点产生的稳态最大声压级的平均值。最大声压级的平均值。该指标是衡量扩声系统所提供的最大声压级。当然该数值与厅堂的使用功能，造价直接相关，不
27、能盲目地选得很大，标准提出了文艺演出类、多用途类及会议类三大类厅堂及相应一级、二级的定位，从性能指标上依次递减。最大声压级基本上决定了厅堂扩声系统的动态范围的上限，而动态范围的下限基本取决于厅堂的本底噪声。2.系统总噪声 从实际厅堂的测试来看，本底噪声是包含两个概念：一是系统的总噪声，二是厅堂的本底噪声。一般来说系统总噪声比较容易达标，而厅堂本底噪声很难达标，因此系统动态范围下限受制于厅堂的本底噪声。3 3.频率特性频率特性 扩声系统在稳定工作状态下，听众区内各测量点稳扩声系统在稳定工作状态下，听众区内各测量点稳态声压级的平均值相对扩声设备输入端的电平的幅频相态声压级的平均值相对扩声设备输入端
28、的电平的幅频相应应 频率特性不是越宽越好，同时频率特性的不均匀度也不是用频率均衡器补偿得越平坦越好，而是要确保均衡器的补偿不要超过6dB，允许厅堂的频率特性有4dB的不均匀。对于平台区的上限区域及下限区域，按6dB/oct的斜率均衡。以上这些标准，在实践中很容易被误读，主要是频率响性的平台区越宽越好，频率特性补偿得越平直越好。这在设计、安装、调试中是应该避免的。4 4.传声增益传声增益 按该指标的定义是：厅堂扩声系统达到最高可用增益时，厅堂内各听众席处稳态声压级平均值与传声器处声压级的差值。最高可用增益就是系统产生声反馈自激临界点以下6dB的增益。标准规定：一类文艺演出厅堂的传声增益，在平台区
29、域的平均值是大于或等于8dB。这里为什么是一个负值，这是因为听众席处的声压级肯定大于传声器处的声压级，相减就得到一个负值，两者差值越大，即传声增益越高，扩声系统的声音放大量越大。5 5.稳态声场不均匀度稳态声场不均匀度 声场不均匀度反映的是厅堂观众席声压级的高低不均匀性，它很大程度上反映出扬声器系统的覆盖是否合理。我们的调试阶段，必须结合测量得到的数据与标准相比较，使其各测点的最大值与最小值之差在标准规定的范围内，如达不到要求，则调整扬声器覆盖角度。6 6.语言传输指数语言传输指数 表示与可懂度有关的语言传输质量此指数00.3为不可接受，0.30.45为欠佳，0.45-0.6良好，0.61为优秀。THANK THANK YOUYOU
