电声技术精讲_范文大全网

范文一：电声技术精讲

随着科学技术的进步，耳机的设计制造也得到了长足的发展。从目前的发烧耳机看，我们会发现一个有趣的现象绝大多数民用HIFI耳机的结构和总体走向是接近的，即以开放式为主声音趋向平衡没有明显短板，这也可以说是耳机声音国际化的一个趋势。今天我们要探讨的就是HIFI耳机的设计和调音思路。

我们认为目前发烧耳机有以下几点是值得注意的

1. 开放式或半开放式外壳

2. 外壳的材质

3. 中等尺寸的发声单元，除了铁三角之外单元尺寸普遍不超过40mm

4. 单元前加滤网和海绵，调音的关键也应该是滤网和海绵，有些厂商单元表面有一层带孔的金属板，他的功能并不仅是保护振膜，它还起到调节相位过滤声音的作用

5. 耳机腔体内部吸音材料

6. 耳机线的设计，是否共用地线和单双边走线的问题

从外壳设计上看，封闭式半开放式开放式都有优秀的产品，但是民用HIFI耳机则几清一色的采用开放式设计（对于极致ED系列和铁三角的产品暂且略过不谈），为何采用开放式设计？我认为其主要原因是减小腔体内空气阻尼系数从而实现大动态和优良的低频重放。与封闭式的设计不同开放式耳机腔体内部不需要填充大量吸音材料，因此可以使用较小的腔体制作出轻量化的耳机产品，但是开放式耳机有一个致命的弱点，声音转换效率不高，有接近一半的声音不会直接进入人耳，而腔体的反射作用又比较微弱，因此多数开放式耳机都很强调腔体共鸣，不信，你带上K701用手弹头梁，能听到明显的共鸣声。腔体共鸣是一个较难的问题，这也是为何国内的厂商很少做大型头戴式耳机的原因。

对于外壳的材质而言普遍的都选择工程塑料做为外壳材质，这主要是考虑轻量化的原则以及降低成本的考虑，较为另类的就是铁三角和极致，他们喜欢使用金属材质作为耳机的外壳。金属材质的优势在于本身密度较高共鸣较小，同时较厚的外壳能够有效的抑制不必要的共振，因此封闭式金属外壳的耳机存在着声音略干，泛音不足的特点，但是正是这种设计使它利于还原声音的本来面目，而不是被大量的音染掩盖。典型代表就是铁三角A系列（虽然没有人承认他是真的监听耳机，但是建议听听A900TI声音中正平实）。

对于发声单元这个是最能体现一个厂商实力的，一般单元表面都有为了增强振膜强度的凹槽或是其他花纹。这里有一个问题就是，凹槽多少，数量多少都是要经过设计的，而且是否使用凹槽也是值得探讨的。早期有的日本耳塞就存在凹槽过深，从而导致使用一段时间之后振膜塌陷而无法正常使用的现象。那么回归正题，凹槽的作用是什么？我们认为是增加强度同时保证整张振膜的同步运动，玩音箱的朋友应该知道，大尺寸的扬声器普遍存在着振膜不同步的问题，即我们常说的分割振动。这种相位不同步直接导致的问题就是瞬态表现下降，对于耳机和耳塞单元这个问题并不严重，但是也有。对于全频单元来说，同时回放高中低频本身就是一个矛盾的问题。高频信号要求振膜硬同时质量轻，这也是为何现在不少高音单元用的都是金属振膜或是金刚石振膜，其中尤其以B&W的钻石高音最为出名。但是低频信号则正是相反，他要求长冲程，大的排气量，以达到做够的声压和音量，而且在同等条件下高顺性的振膜材质更容易达到更低的频率。但是问题也来了，如果只考虑低频那么必然导致高频衰减严重，而如果首先强调高频则低频会出现量感不足的问题，但是不是难以忍受，这也是为何现在低端的耳机和耳塞出现或者是低频猛或者是中高音优秀但是低频不足的问题。针对这个现实，不少的厂商采取腔体和共鸣的方式加以改进，但是值得注意的是这种方法只对低频能起到一定的作用，对于高频则无明显作用。

目前主流的厂商都避免使用过大的振膜，典型代表就是AKG它经典的K240系列用的都是30MM的单元而通过腔体设计来增强低频，对于AKG的经典耳机一般的评价也是低频重质不重量人声器乐优秀。铁三角虽然使用较大的单元，但是如果你仔细观察能够发现他的单元前面有一层打孔的金属罩板，它的作用绝对不是防止振膜损坏而是相位校正，这和一般扬声器的相位校正锥是一个作用的，而且铁三角上档次的耳机也没有哪个强调低频出色的，实际上这是一个十分常见的现象，高档耳机追求的就是平衡而不是特色。

对于滤声海绵和其他的滤声物质以及单元背后的调音纸，这个设计就比较复杂了，简单地说就是有选择的通过某一频段的声音对于其他频段的声音进行一定的衰减。至于耳罩的调音我就不太清楚了，只是从表面上看耳罩背后有开孔，可能会吸收一些声音，耳罩表面的材质也有一定的吸音能力，监听耳机几乎清一色的仿皮材质，而民用的则以绒质居多，这不仅仅是为了舒适的考虑，还有声学方面的作用，具体我不太清楚，不敢乱说，希望有高人能指点一二。

墙体内部的吸音物质是很有讲究的，有人拆开过发现其内部是一个很简单的白色丝绵环，但是这层吸音物质的材质密度厚度和几何形状都是经过千百次的实验得来的，这也是为什么我们能够仿出外形却仿不出声音的原因

最后说说耳机线的问题，其实我是一向不相信线材的巨大作用的，我朋友也有那些音乐丝带和张扬的线，但是我觉得效果不明显，没有达到换线如换机的境地。至于单边走线还是双边走线是否共用地线，我觉得争论这个是没有意义的，在放大器内部就我们目前所用的来看多数都是共用地线的也只有这样才利于一点接地，尤其是那些标榜星形接地的机器，他们左右声道的地线必然是公用的，那么在耳机处将他们分开又有什么意义呢？至于平衡线的说法我觉得也有待商榷，平衡接法主要是为了在长距离传输的过程中减少干扰，对于声音本身并没有改善，而且我们的机器连线都是很短的，有必要用平衡吗？耳机线用镀银材质的线确实是有好处的，主要是降低电阻减少损耗，我也做过5N OFC镀银的对录线，朋友听过之后的反应是，声音确实不错，但是不好控制，我测量的实际电阻小于0.01Ω（长度为11.5CM，甬声头，含银焊锡），但是既然银线这么好，为何各大厂商不用呢？不仅在低端产品不用就是高端产品也不用呢？控制成本之说显然无法解释，只能说含银的物质尽管导电率高但是时间长了之后会出现氧化的问题（你看看你买的那些镀银线基，在搁置一段时间之后头部会有发黑的现象，否则就不是镀银的），性能不够稳定，另外银这种物质对于声音是否有改善，这种改善是否合适也是值得探讨的。

接下来说说双单元动圈耳塞的设计和可行性

多单元是一个趋势，当一个单元不能完美的表现全频信号时，多单元分频的设计就是一个很好的选择。对于动铁单元，由于其外部尺寸小，单元电感量的的特点，分频器设计较为简单，因此多单元动铁耳塞现在的成品已经很多了，但是对于动圈耳塞来说这种设计还是比较少的，原因无它，复杂的结构以及较大尺寸的分频元件都是限制其运用的瓶颈。那么今天说的就是我们正在进行的双单元动圈的设计和研发的思路

对于双单元动圈而言分频是比较重要的，日本松下的HV70就是一个早期的代表，他没有使用分频器而是直接双单元串联，后期的TWF11则是使用了小型的分频器，但是根据他的尺寸推断他不可能用的是电感分频而必然是一阶的阻容分频，阻容分频的特点就是体积小损耗高，在我们设计实验双单元动圈是采用的也是类似的阻容分频，这是一个无奈的妥协，不过让人兴奋的就是SA最新的CT20采用的是电感分频，相信他的声音会有独到之处。

双单元动圈的结构其实也就是三种，同相线性反向同轴同相同轴。HV70就是同相线性，

最近JVC新出的那个双单元也是这种设计，唯一的区别是JVC的还要经过混音校正之后才到达导管，而HV70则是低音导管和高音配合，反向同轴的典型就是TWF11，从其结构图上可以看出他的两个单元采用的是同一个磁体，即共用磁路，这对于小型化是一个值得参考的设计。他的低音振膜中间的部分应该是经过特殊加工，可以透过高音单元发出的高频信号，这个设计非常好，既不阻碍低频的约克调音又不限制低频单元的尺寸同时还能保证高低音的同轴特性。我现在做的也是反向同轴的，但是发现低频信号经过多次反射是很难做到与高音单元相位同步的，因此现在也在实验同相线性的设计。至于最后一种同相同轴的设计，目前尚未见到成品，他的加工难度比较高而且体积也会比较大，因此只能说是一个理想的设计，但是很难实现。

双单元的优势在于声音密度高，高中低频兼顾，相信这是未来耳塞发展的趋势。

范文二：[初中物理]电声技术基础

电声技术基础

如何衡量和鉴别一套多媒体音箱的优劣呢(一般来说我们应该来看它的技术指标，多媒体音箱的技术指标又可分为放大器技术指标和音箱的技术指标，而放大器和音箱的技术指标又是有一定区别和联系的(下面我们就分别介绍一下衡量放大器和音箱的常见指标( 一、衡量放大器的技术指标

衡量放大器的技术指标常用的有如下几项:输出功率、频响范围、信噪比和失真度(它们的具体意义如下:

1、输出功率

功率在物理学上的定义为:施加在一个负载电阻上的电压与其所流过的电流的乘积(经过数学变换后为:施加在该负载电阻上的电压的平方值再除以该负载的阻值、即为施加在该负载电阻上的功率(输出功率的计量单位为:瓦特(W)、简称为瓦(放大器的输出功率即为该放大器能在一个负载上所施加电压值大小的能力(输出功率越大则表明该放大器在—固定值的负载电阻上施加的电压越大，在多媒体音箱中喇叭即为负载电阻，即功率越大则声音音量越大(在电工学中，常用的功率指标为最大不失真连续功率(RNS)或平均功率，这种叫法在多媒体音箱使用说明书中也很常见(

RNS功率的意义为在给定一定失真度的条件下，在负载两端所测得电压与电流有效值的乘积(根据产品不同的等级、失真度的取值有所不同，常见的有1%、3%、5%、和10%，在多媒体音箱中一般都取值为10%，而在高保真放大器中一般取值为1%(在多媒体音箱中还常见一种功率标称——音乐功率(音乐功率本来是用来衡量放大器对音乐信号最大的动态功率，但是由于它的算法至今没有标准的定义，因此目前(音乐功率)已成为一种商业标称，没有什么实际意义，现在真正有素质的产品是不会用这种标称的(顺便指出，普通放大器的功率越大则制造成本就越高(一般区媒体音箱放大器的RVS功率在5W左右即可，而要求较高的则在20W左右(注:均未含超低音音箱功放功率(

2、频响范围

我们知道人耳所能听到的音频信号是从18HZ-20KHZ的不同频率不同波形和不同幅度的瞬变信号，因此放大器要很好地完成音频信号的放大就必须拥有足够宽的工作频带(一般要求放大器的频带要覆盖音频信号的带宽(但是一个放大器的带宽总是有限的(我们通常把一个放大器在规定功率状况下，在频率的高、低端增益分别下降0.707倍时(-3dB)两点之间的频带宽度称为该放大器的频响范围(一台优秀放大器的频响范围应该在18HZ-20KHZ(一般来说，放大器的频响指标是比较容易达到的(

3、信噪比

放大器的输出信号电压与同时输出的噪声电压之比(即为放大器的信号噪声比，简称为信噪声比(通常用英文字符S/N来表示，它的计量单位为分贝(dB)(信噪比越大，则表示混在信号里的噪声越小，音质量就越高(反之，放音质量就越差(信噪比是多媒体音箱中的一个重要指标，只有信噪声高、声音的重放才可能清晰、干净和有层次，多媒体音箱中，放大器的信噪比要求至少大于70Db、最好大于80dB(一般高保真放大器的信噪比要求大于或等于90dB(

4、失真失真度是用一个未经放大器放大前的信号与经过放大器放大后的信号作比较，比较后得出的差别我们称之为失真度，其单位为百分比(失真有多种:谐波失真、互调失真、相位失真等(我们一般所指的失真度即为谐波失真(谐波失真是由放大器的非线性引起的，失真的结果是使放大器输出产生了原信号中没有的谐波分量，使声音失去了原有的音色，严重时声音会发破、刺耳(多媒体音箱的谐波失真在标称额定功率时的失真度均为10%，要求

较高的一般应该在1%以下(谐波失真还有奇、偶次之分，人们通过试验和分析发现，奇次谐波失真可使人烦躁不安，而少量的偶次谐波则能使音色更好听(

二、衡量音箱的技术指标

衡量音箱的技术指标常用的有如下几项:承载功率、频响范围、灵敏度、失真度等(它们的具体意义如下:

1、承载功率

音箱的承载功率主要是指在允许喇叭有一定失真度的条件下，所允许施加在音箱输入端信号的平均功率(

2、频响范围

音箱的频响范围是指该音箱在音频信号重放时，在额定功率状态下并在指定的幅度变化范围内，所能重放音频信号的频响宽度(从理论上讲，音箱的频响范围应该是越宽越好，至少应该是在18HZ-20KHZ的范围(

但是事实上这样是有问题的，一则是受到听音环境的限制(因为要重播低频信号受到了房间的容积限制(二则受到了喇叭的尺寸和音箱的体积限制(三则音箱的频响范围越宽对放大器的要求就越高，否则放大器的缺点全让音箱给暴露了(如:如果音箱的高音很好，而放大器的高频部分噪声很大，那么这时我们就会听到不愿意听到的高频噪音(四则是通过经验分析得出一个规律(即:音箱的高、低端频响上、下限之乘积为50万左右时，这时声音会比较好听(如:一个音箱的低端下限为25HZ时，那么高端的上限则最好能在20KHZ，而另一个音箱的低端下限在40HZ时，那么高端上限则最好能在12KHZ左右(当然，这一条只是经验而已，只能作为参考(多媒体音箱的频率范围要求一般在70Hz-10KHZ(-3dB)即可(要求较高的可在50-16KHZ(-3dB)左右(注:此频响范围已包含超低音箱( 3、灵敏度

音箱的灵敏度是指在经音箱输入端输入1W\1KHZ信号时，在距音箱喇叭平面垂直中轴前方一米的地方所测试得的声压级(灵敏度的单位为分贝(dB)(音箱的灵敏度越高则对放大器的功率需求越小(普通音箱的灵敏度在85-90dB范围内(多媒体音相的灵敏度则稍低一些( 4、失真度

音箱的失真度定义与放大器的失真度基本相同(不同的是放大器输入的是电信号，输出的还是电信号，而音箱输入的是电信号，输出的则是声波信号(所以音箱的失真度是指电信号转换的失真，声波的失真允许范围是10%内，一般人耳对5%以内的失真基本不敏感(

范文三：电声技术基础知识讲稿

电声技术基础知识

第一章：声波的基础知识第二章：人类的主要听觉特性电声标准的意义

第三章：常见声音信号的特点电声系统的基本要求

第四章：电—力—声类比

第五章：电声器件一般磁路的设计原理

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第一章声波的基础知识

1.1 声波的本质是机械振动或气流扰动引起周围弹性媒质发生波动的现象，因此声波又可称为弹性波。引起声波的物体称为声源，声波所及的空间范围称为声场。 1.2 声波的基本参量：三个主要参量：媒质密度、媒质质点振动速度、声压这三个参量在声场中都是位置与时间的函数。ａ空气中静态密度ρ0 ρ0≈1.29×273/T－P0/10123p T - 绝对温度数（K） P0 - 空气静态压强（N/m2.Pa）ｂ媒质质点振动速度ｖ：声波之所以成为弹性波,正是由于弹性媒质质点被声源的振动所策动也跟着往返振动并互相推挤造成的。质点振动速度是一个向量（矢量），对于空气中传播的声波（纵波）来说，在工程中将按如下原则确定其相位：当质点振速方向与声波传播方向一致时，其质点振动的相位规定为正；反之则负。单位：m/s ｃ声压p：声场中某处的声压是指声波引起该处质点压强的复位值，即有声波时该处的压强值与没有声波时该处的压强值的差值。声压和气压一样是一个标量而不是向量。它的相位将按下面的原则区分正负：当声压这个变化压强使媒质的总压强比静态压强增高时，其声相位规定为正，反之则为负。单位： Pa(Pascal).(N/m2)，原用μbar(达因/厘米2) 1Pa=10μbar 大气静态压强(大气压) P0≈101325 Pa (1013250μbar)

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1.3 波动方程式：ａ运动方程式：-αp/αr=ρ0×αv/αt ……………………（1-1）ｂ状态方程式：αp/αt=C02×αρ/αt ……………………（1-2）ｃ连续性方程式：S×αρ/αt=-ρ0×α(S×V)/ αr …………（1-3）式中：p、v、ρ——分别为声压、质点振速、媒质密度的瞬时值，它们都是位值（r）与时间（t）的函数； ρ0——媒质的静态密度(假定媒质是均匀的，即多处的ρ0相同）； C0——媒质中声波传播速度（声速）； r——声波传播方向上的距离；

s——声波波阵面面积，它是位置（r）的函数； t——时间。

ｄ波动方程：由以上三个基本方程又可导出以声压表示的声波“传播方程式”，又称“波动方程”： α2p/αt2= C02［α2p/αr2+αp/αr×α(lnS)/αr］…………（1-4）其中：C0= (γρ0/ρ0)1/2 ……………………………………（1-5） γ——气体的定压比热与定容比热二者的比值，称“比热比”，空气γ=1.4。

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ｅ空气中的声声速C0 由于空气一般可视作“理想气体”，即遵从“波义耳定律”、“盖.吕萨克定律”、“查理定律”三大气体定律。从而可导出： P0/ρ0=RT …………………………………………………………（1-6）空气一摩尔相当28.9*10-3千克，故R=288焦耳/千克.开由（5）可得：C0= (γRT)1/2 …………………………（1-7） C0≈331.4+0.607Q(m/s) （Q在±30℃以内时）……………（1-8） C0≈331.4[（1+Q/273）1/2]=331.4[（T/273）1/2](m/s)……（1-9）

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1.4 平面波波阵面为平面的声波称为平面声波，简称平面波。简谐平面声波的稳态解： P= PPej(ωt-kr) V= vPej(ωt-kr) ZS=P/V=ρ0 C0 ………………………………（1-10）式中：P、V——简谐平面波传播方向上r处的声压复值和质点振速复值； Pp、Vp——声压的峰值与质点振速的峰值； r——声波传播方面上的距离； k——波数，k=ω/C0； Zs——波阻抗率，又称声阻抗率。它是声场中某点的声压复值与同一点质点振速复值之比；其余从前。由于P和V皆为复数：而Zs =P/V，也应为复数： ZS=RS+jXS RS为波阻率，XS为波抗率。由于平面波Zs=ρ0 C0为实数，说明平面波声场中声抗率零，且有Rs=ρ0 C0，同时也说明声场中一点的声压与质点振速是同相位的，当温度为20℃，标准大气压下 ρ0 C0=413kg/m2.s ………………………………（1-11）

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球面波当声波的波阵面为圆球面时，该声波称为球面波。一个点声波源发出的声波为典型的球面球。球面波的波阵面面积将随计量点到声源等效中心的距离而变化： S=4πr2，代入上波动方程，可求出简谐振动的球面波的声压，质点振速以及波阻抗率的表达式： P= r0pno/r × ej(ωt-kr) V= r0ppo/rρ0 C0 ×(1+1/jkr)×ej(ωt-kr) ………………（1-12） ZS=P/V=ρ0 C0 [jkr/(1+jkr)]= ρ0 C0 (kr)2/(1+(kr)2)+j[ρ0 C0 kr/（1+(kr)2）] ………………………………（1-13）式中：k——波数，即沿着声波传播方面上单位长度内的相位变化， k=ω/C0=2π/λ，λ为波长，λ= C0/f； r0——一个已知的参数距离； Pp0 ————已知距声源等效中心r0处的简谐球面声波的声压峰值； Zs——球面声波在r处的波阻抗率；其余同上。 1.5

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由（13）式进行变换可求出球面波波阻抗率的模值（即简谐球面声波声压与质点振速的幅值比）和相角（即简谐球面声波声压与质点振速的相位差）： Φ=arctg1/ k r ………………………………（1-14） ???Zs?=??ρ0 C0 k r/[1+(kr)2]1/2 …………………（1-15）球面波两特点： ① 简谐球面声波声场中的声压与

质点振速的相位差和幅值比，也即波阻抗率的相位和幅度，都与主计量点到声源的距离r以及声源频率f（或声波波长λ）有关。当距离较远，频率较高（波长较短）时，比如当kr>10（或 r>10/2π×λ）时,球面波的波阻抗率中抗与阻的部分相比已减小到可以忽略的程度，这时式（13）可简化成式（10），这说明球面声波的远区场可近似地按平面波处理。 ② 从（12）式可知球面声波的声压与质点振速幅度都和计量点到声源的距离 r成反比的规律。

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1.6 声强（能流密度）若从能量的角度来看声波，则是机械振动的一部份能量被它周围的弹性媒质用波动的方式传播出去的现象，即机械能变成声能的过程。声强——单位时间内，通过（穿过）指定平面（对于自由传播的声波，取垂直于声波传播方面上的平面）上单位面积的声能，也即穿过指定方向上的单位面积的声功率称为声强。总之声强表示的是声场中能量的流动密度。声强通常用符号I表示，单位为ω/m2（另：尔格/厘米2.秒）简谐平面波和球面波的声强可由下式求得： I=Prms.Vrms.cosΦ =P2rms/|Zs|. cosΦ = P2rms/ρ0 C0 ……………………………（1-16）式中：Prms——计量点的声压有效值； Vrms——计量点的质点振速有效值； |Zs|——计量点的波阻抗率的模值，对平面波|Zs|=ρ0 C0；对于球面波|Zs|=ρ0 C0 k r/(1+(kr)2)1/2 Φ——计量点声压与质点振速的相位差； cosΦ——功率因数。对于平面波，cosΦ=1；对于球面波，cosΦ= k r/(1+(kr)2)1/2 注意：声强这一参量是包含有指定方向的意义的，所以，它是一个矢量；另外在声强的定义中规定：对于自由传播的单一声波，计量声强的平面必须垂直声波传播方向，所以对于自由传播的单一声波，只有知道了声波传播方向以后才能引用声强这一参量。

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1.7 声能密度：声能密度指的是单位体积内存在的声能量，用ε表示，国际制单位：焦耳/米3，也即瓦.秒/米3，表示式：ε=εPE+εKE=1/2（p2/γP0 +ρ0V2） ………………（1-17）式中: εPE——位能密度；εKE——动能密度； P——计量点的声压，可用瞬时值，也可用有效值； V——计量点的质点振速，可用瞬时值，也可用有效值。其余同前。注：当声压P，质点振速V取有效值(均方根值)，本式表达声能密度按时间平均的数值，称有效声能密度，或称平均声能密度,在一般的工程计算中多属后者。 a 平面声波的声能密度(有效声能密度)表达式： ε= P2rms/ρ0 C02=I/ C0 …………………………………（1-18） b 球面声波的声能密度(有效声能密度)表达式： ε= P2rm

s/ρ0 C02〔1+1/2(k r)2〕 ……………………（1-19）比较式(18)与(19),当球面波中k r较大时(远区场)，它的声能密度表达式将与平面波相近，这再一次从能量的角度证明球面波的远场区可以当作平面波近似处理的原因。至于球面波的近区场(k r很小)声能密度大大增高的现象〔式（19）〕，即是球面波的波阻抗率中抗性的部分成功率了主要成分，以致声能密度中贮蓄的无功分量增加之故。

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第二章

人类的主要听觉特性电声标准的意义

2.1人对声音强弱的感觉特点---级的概念：实际测量发现，当声音信号的强度按指数规律增长时，人会大体上感到声音在均匀地增强，即若将声音的声压有效值（或声强值）取对数后，才与人对声音的强弱感相对应。把声压有效值和声强值取对数来表示声音的强弱，此值称作声压级和声强级，单位为分贝（dB）。 SPL=20 lg Prms/Pref ………………………………（2-1） SIL=10 lg I/Iref ………………………………（2-2）式中：SPL、SIL——分别为声压级和声强级的表示符号，它们分别由 Sound Pressure Level和Sound Intensity Level缩写而来，也可分别记作 LP、LI；

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I、Prms——分别为计量点的声强值和声压有效值； Iref——作为零声强级的参考声强值，国际协议规定，Iref=10-12瓦/米2，这个数值是一般具有正常听力的年青人对1KHz的简谐信号刚刚能听到声音存在的声强值； Pref——作为零声压级的参数声压值，国际协议规定，它对应于ρ0 C0=400kg/m2.s时，单一声波的Iref所对应的声压有效值，因此， Pref =(Irefρ0C0)1/2=(10-12.400)1/2=2×10-5Pa，即20μPa。声功率级，即对声功率取对数，即： SWL=10 lg WA/WAref…………………………（2-3）式中：SWL——声源的声功率级，单位为dB，SWL为Sound Work Level缩写而来，也可为LW； WA——声源的声功率(瓦) ； WAref——取级的参考声功率，一般取10-12瓦。

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2.2人对声音频率的感觉特点------音高与音阶人对声音频率的感觉表现为音调的高低,，在音乐中称为音高.对于单频的简谐声,以及按倍频程排列频谱的线状谱声音,将它们的基频取对数，才会与人的音高感成线性关系。为了适应人类听觉的这种音高感规律，同时也为了便于分析和表现，表示频率的坐标经常采用对数刻度。音高是为了使音阶(音律)的排列听起来音乐变化是均匀的，音阶的划分是在频率的对数刻度取等分得到的。十二平均律“等程音阶”基数值为

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C：261.63

Hz； #C(6D)：277.18Hz； D：293.66Hz； #D(6E)：311.13Hz； E：329.63Hz； F：349.23Hz； #F(6G)：369.99Hz； G：392.00Hz； #G(6A)：415.30Hz； A：440.00Hz； #A(6B)：466.16Hz； B：493.88Hz； C：523.25Hz。注意两点：第一人的听觉是十分复杂的，以上的分析只是指出了主要的音高感规律。实际上，人对声音频率的音高感与声压级的高低也有关系；人对音乐变化的察觉程度与声压级的高低和声音频率的高低都有关系。第二在音乐频域内，音阶所对应的频率(基频)数是以A音作为标准音阶算出来的(按对数等距原则)。现在在音乐演奏会上，A音的频率(基频)标准为440Hz，称之为“音乐会音高” (Concert Pitch) ，但在声学、电声学以及生理学领域，为了实验方便，常以C音作标准音，并取其对应频率(基频)为256Hz(=28Hz)，这方便了实验中频率的调整，但这时A音的频率(基频)则成了 426.66Hz，比音乐会的A音频率低。为了表示区别，音乐家称这种音高标准为“物理标准音 ”(PHYSCIAL PITCH)或“理论标准音”(PHILOSOPHICAL STANDARD OF PITCH)。

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2.3人类听觉的频率响应响度级的概念人对同样强度但不同频率的声间主观感觉的强弱是不同的，也即人类听觉的频率响应是不平直的，它的特点是声压级不同时人的听觉频响也不同，见图1。由图1可以看出下列一些听觉频响的特点。第一声压级越高，人的听觉频响会越趋平直；而随着声音声压级的降低，人的听觉频响会相应变坏，其中低频尤甚。第二对于高于(18~20)KHz和低于(16~20)Hz的简谐声音，不论声级多高，一般人都不会听到。因此可以认为 20Hz~20KHz 是人类的听觉频带， 20Hz~20KHz因之称为”声频”，这个频段的声音称为“可闻声”。高于20KHz 的声音称为“超声”，低于20Hz的声音称为”次声”。第三不论声压级高低，人们对3KHz~5KHz的频率分量最敏感。不过，为了更全面地表示人类的听觉频响特性，应该采用”等响线”的方法。见图2。

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实际上图1是由图2得来的。图2的曲线是对大量具有正常听力的年青人进行测量并取其平均值得来的。图中每一条曲线是人们听起来响度感觉一样的各个频率简谐声音(单频音)的声压级连接起来的。也即图中每一条曲线上对应的各个频率的声音强度听起来是等响的，因之称为等响曲线.于是图中每一条曲线代表一个响度等级，习惯上以曲线在1KHz时的声压级数定为响度级数,并用“方”(Phon)作为响度级的单位，见图2中的标注.在等响曲线中，0方以下的声音一般人是听不见的，故0方曲线可称为“闻阈”；而当声音响

度级超过120方以后，人耳会感到痛痒，所以120方曲线可称为“痛阈”。

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如果要用仪器测量声音的响度级，必须模仿上述人的听觉影响。根据上述响度级的定义可知，“响度级计”应该由测量声音声压级的“声压级计” 插入模仿人的听觉频响的计权网络组成。不过为了简化测量设备，一般只选取三种计权特性来代表人的听觉频响。国际电工委员会（IEC）就规定如图3中的A、B、C三条曲线来代表人的听觉频响；其中，A计权曲线是模枋声压级在（0~30）dB时人的听觉频响的；B计权模仿声压级在（30~60）dB 时的听觉频响；C计权-（60~130）dB。这些年为表征飞机噪声在听觉上的反映，又新规定了D计权特性（见图3）。此外，声级计还备有一档“线性”（Lin）计权，它是在22.4Hz~22.4KHz 频范围内频响平直，而此外急骤下降的一种计权特性（见图3）。这种计权是为了排除与次声信号而设置的，也称为“宽带计权”。应该指出，自从规定了各种计权特性以来，它们的使用范围已得到扩大，例如可以在任何强度上使用A计权（或B、C计权，这时计权测量值已不再有响度级的含义，称之为“计权声压级”。在实际工作中应将计权声压级和响度级测量加以区别。

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2.4 人类听觉的非线性实践证明，人的听觉系统并不是完全线性的，声音信号在人的听觉系统中会被非线性“加工”，这种非线性，正是听觉系统在强烈声音来到时的一种保护性反应，也是音乐中的“和声学”旧称“配合法”以及电子音乐的生理基础。 2.5 人类听觉的掩蔽效应电声指标的相对性实践证明，一声音的存在会影响人们对另一个声音的听觉能力，这种现象称为“掩蔽效应”，即一个声音在听觉上掩蔽了另一个声音，一个声音对另一个声音的掩蔽值被规定为：由于掩藏声的存在，被掩藏声（通常指单频声）的闻阈必须提高的分贝数。掩蔽效应是一个较为复杂的生理与心理现象。大量的统计研究表明，一个声音对另一个声音的掩蔽值与许多因素有关，如与两个声音的声压级（各自的声压级和声压级之差）有关；与它们的频谱有关；与它们的相对方向有关，还与它们的迟续时间有关等等，总之掩蔽程度与两个声音的相关性有较大的关系。

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2.6 人类听觉的延时效应实践证明，人的听觉对延时（延迟）声的分辨能力是有限的，即当几个内容相同的声音信号相继来到听者处，听者不一定能分辨出是几个先后来到

（延迟）的声音，这就是人类听觉的延时效应引起的。当只有一个延迟声时，经大量的测量统计发现，若延迟声不比先到的声音的声压级高得太多，不管延迟声是从哪个方向传来的，当延迟声滞后时间不超过17ms时，人们是不会发现实际上是两个声音的；当延迟声的方向与第一个声音比较接近时，延迟30ms也可能不被发现；当延迟时间增加到（35~50）ms，延迟声的存在会被感觉到，但是人的听觉仍然不能把延迟声与前面的声音分开；当延迟时间超过 50ms以后，人们才会感到延迟声象回声一样起干扰作用（如果延迟声够强的话）。人的听觉对延迟声的这种特有的反映称为“延时效应”，又称“哈斯（Has）效应”，因为哈斯是第一个指出延时效应的人。

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第三章

常见声音信号的特点

电声系统的基本要求

3.1 声音信号的波形——频谱特点 3.1.1 声音信号的时程特点电声设备的稳态与瞬态要求一个声音信号的波形可以以时间延续的角度分成起始、稳定和将来三段时程，也即信号的包络分程可分成增长、稳定、衰减三段过程，图1示出一些典型的声音信号时程的图样。可以看到，有一些声音信号的稳定段是非常短的，以致看不出它有明显的稳定段，如图1丙所示，音乐中的“顿音”即属此类；另外，还有一些声音已给没有稳定段，如弦乐的拨奏声，打击乐的拍击声等，如图1乙所示。这些短稳定段或无稳定的声音则表现出明显的瞬态特性；而那些长稳定段的声音信号则会明显的稳态特性。据统计，不少声音的起始段比较短，大致有 1~10ms，一般语言信号的起始段稍长，可达50~80ms；而那些长稳定段的声音信号，其稳定段可达数秒以上。由于声音信号的时速具有稳态与瞬态两部分。因此传送和记录声音信号的电声设备就必须具备相应的稳态与瞬态要求，测量声音信号多种特性的计量仪表也须具备相应的稳态与瞬态要求。值的指出的是，许多电声的稳态特性与瞬态特性之间使设备有矛质的；因此衡量电声设备质量的优劣应从稳态和瞬态两个角度去进行，二者有时是不能互相代替的。

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3.1.2 声音信号的频谱特点电声设备的频带要求根据声音信号的波形形状，声音信号（在一定时间内，特别是信号的稳定段）可以分成周期信号与非周期性信号两大类。根据付里叶（Fousier）变换原理，周期信号可以用付氏级数的形式表示，即周期信号可以分解成按付氏级数规律排列的一系列单频信号（简频信号）；而非周期信号可用付氏积分表示，即非周期信号

包含一定频带的所有频率分量。因此从频谱角度来看，上述两类声音信号对应了线状谱（付氏级数）和连续谱（付氏积分）两种情况。最常遇到的具有线状谱的状谱的周期声音信号如汉语中的所有韵母声、音乐中的各个音阶的器乐声与人声等。图2示出汉语韵母A（啊）的例子。这些线状谱的声音信号在听觉上的特征具有明显的音高，这是因为，根据付氏级数，它们的频谱是按倍频关系（相对最低频率分量）有规律地组成，因而每一个频率分量在听觉上所反映的音高感也就会在听觉神经中有规律地“合成”起来，使整个声音产生明确的音高。因此这些线状谱的周期声音信号又称“有调声”（“有调声”在声学中又简称为“音”，其中只有一个频率分量的音又叫“纯音”，纯音的波形当然是正弦的。实践证明，这些按倍频排谱的线状谱声音听起来的音高就取决于频谱中那个较强的最低频率分量的频率值。因此这个最低频率分量称为基频分量，即决定音高的基础之意；而那些高频的倍频分量则称为谐波分量，即谐和之意。应注意，基频分量在整个频谱中的幅度一般是较大的，但不一定是最大的，正如图2所示的那样。

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常遇到的具有连续谱的非周期声音信号，如汉语中S（嘶）、C（呲）、SH（R）等声母的字头声（辅声）及音乐中拔、镲等拍击声等，电路中的平滑噪声也属于这类。图3示出汉语声母S（嘶）的例子。连续谱的非周期声音信号的声压（或对应的电压）瞬时值有很大的随机性，它们在听觉上的特征是没有音高感。这是因为，连续的频谱给于听觉的是一系列不间断的音高信息，这也就等于没有了音高信息，因此连续谱非周期声音信号又可称无调声。当然，实际上大多数声音信号乃是上述两类声音的混合体，特别是那种理想的纯线状谱中混有一段段的连续谱成份，只不过这一段段的连续谱成份比起那些线状谱分量来要弱，以致使整个声音还是表现出线状谱的音调（有明确音高）特性；但是也不能不指出，这些一段段的连续谱成份虽然较弱，仍然是声音频谱的重要组成部分，例如，拉奏多种弓弦乐器时，弓毛对弦的摩擦声，吹奏多种笛箫时的吹气声，以及说话唱歌时气流冲击喉管、口腔的声音都是典型的混在线状谱分量中的连续谱成份，这些连续谱成份在使声音“生动”、“活泼”方面是起了不小的作用。

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综上所述，无论是那一类频谱的声音信号，每一种声音信号都会有它特有的频谱规律，因此如果从统计观点来看，

每一个发声体发出的声音也就会有一定的频带（频谱范围）规律。图4~图8举出一些语声与器乐声的频谱范畴的例子。其中图4~图7所示的语声谱级曲线是对许多人讲话声或读文章声统计平均得来的，同时是将许多人（不是个别人）可能发出的多种音素（不是个别音素）（概率统计角度得出的能量谱）。根据上述要求，对电声设备的频带要求，语言通信频带300~3400Hz；歌唱频带80~12000Hz；音乐频带40Hz~16KHz。

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3.1.3 声音信号的声色电声设备的线性与非线性要求不同的人或不同的乐器在发同一音高的声音时，人们会感到它们的“声色”不同，这是由于它们的基频频率相同而其它频率分量的有无和大小比例不同的缘故。从时间特性角度来看，就是它们的波形具有相同的周期，但具体的形状（包括时移形状与波形）不同的缘故。对于那些连续谱的无调声也有类似的声音问题。由此可以联想到，如果要保持声音信号原有的特殊角色，电声设备除应有前述的足够宽的频带要求以便不丢失声音信号的频谱成份以外，还应尽量不改变信号频谱中各分量之间的强弱相对关系；同时，电声设备也不应制造出来多余的频率分量来。可以看到，这两项要求也就是电声工程中对电声设备的线性与非线性畸变的要求。衡量电声设备的线性畸变的指标包括幅度频率响应（简称幅频特性）和相位频率响应（简称相频特性）两项。在这两项频率响应中，由于一般人对频谱的相位畸变不太敏感（俗称“相聋”），而且在电声设备中这两项指称一般也有一定的对应关系，特别在电子线路中，良好的幅频特性一般也对应着良好的相频特性，所以电声技术中的“频率响应”一词常单指幅频响应，一般对电声设备也很少测量相频特性。非线性畸变是指电声设备使声音信号产生了多余的频谱分量的一种畸变。由于电声设备的非线畸变使其输出端额外产生了信号频谱各分量的倍频产物以及各分量之间互调产物（对电声器件还可能产生分频产物以及连续谱边带产物），而这些多余的产物中有一些分量会与声音原来的频谱分量呈不谐和音关系，这时人们会感到重放声变得毛糙、刺耳，因此有必要控制设备的非线性畸变不要太大。对电声设备的非线性畸变的计量，通常用谐波失真系数和互调失真系数这两个参数。为了描述电声设备对瞬态突变信号的非线性畸变，近些年又制定了瞬态互调失真系数这一参量。

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a、谐波失真系数表达式： DHM=(U2f02+U3f02+……)1/2/Uf0×100% ………………（3-1）

式中DHM——谐波失真系数，也常用符号V；式中Uf0 ——被测电声设备输出端的信号基频电压有效值；式中 U2f0、U3f0 ——被测电声设备由于非线性畸变在输出端产生的信号二次、三次……谐波电压有效值。测量原理方框图：

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b、互调失真系数表达式：DIM=(∑U2f2±nf1)1/2/uf2×100%………………………………（3-2）式中：DIM——互调失真系数；式中： Uf2 ——被测电声设备的输出端“高频信号”（频率f2一般高于500Hz）的基频电压有效值；式中：Uf2±nf1 ——被测电声设备由于非线畸变在其输出端产生的“低频信号”（频率 f1一般低于400Hz）对“高频信号”调制各分量的电压有效值，即输出端“高频信号”的边带信号中各分量的电压有效值，其中n=1、2、3……。测量原理方框图：

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C、瞬态互调失真系数 9 表达式：DTIM=( ∑ U2f2±nf1) n=1 式中：DTIM——瞬态互调失真系数； Uf2——被测电声设备输出端简谐信号的基频（一般取15KHz）电压有效值； Uf2±nf1——被测电声设备由于非线性畸变，在其输出端产生的方波信号（其基频一般选为3.15KHz）对简谐信号调制的边带各分量电压有效值，见图式中n=1、2、 3……，9，但这里只取频段（f

1/2/Uf 2×100%…………………………（3-3）

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人对电声设备及电声系统的线性与非线性畸变的察觉程度如图9所示，此仅为统计规律。

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3.1.4 声音信号波形的不对称特点声音信号的波形除了前述可分成周期信号与非周期信号两大类的特点以外，还有一个明显的特点，这就是相当多的声音信号的波形正负瞬时值是不对称的，例如汉语中的U（喔）、I（咿）等韵母声的波形正负峰差别很大，音乐中的例子则更多了（各种号声的波形尤为突出）。图10所示为汉语韵母U的典型声压波形。值得指出，对声音信号的频谱分析表明，声音信号波形虽然正负不对称（对周期信号，波形正负不对称意味着包含丰富的偶次谐波），但它们一般都没有直流分量；从波形的角度上讲，它们波形中正的瞬时值所包围的面积与负的瞬时值所包围的面积是相等的，见图11所示。因此声音信号不含直流分量，也即其平均值为零。其实，这一点在声压的定义中已经明确规定，声压是压强的交流分量。

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3.2 声音信号强度的计量特点信号的动态范围与电声系统的动态阈绝大多数声音信号（不论是有调的还是无调的）大都是多频谱的，而且它们的声压（或对应到电路里电信号的电压）波形还有起始—（稳定） —结束这样的时程特点，因此对它们强弱的计量也就不象稳态简谐信号（单频稳态信号）那样简单了。计量声音信号的强度必须解决这样两个问题：其一，对于多频谱复杂波形的声音信号，应该用什么计量值表示它们的声压或电压强度；其二，对于几乎是在时刻改变着强度的声音信号，计量仪表应该采用什么样的时间特性。 3.2.1 声音信号强度的计量值声音信号的峰值因数与峰平比（1）峰值：它是指信号在一个完全周期内（周期信号）或一定长的时间内（非周期信号）的最大瞬时绝对值。以信号电压为例，峰值定义为： Up=│u(t)│max(-T/2≤t≤+T/2) …………(3-4)

式中： Up——声音信号电压在-T/2到+T/2时间间隔内的峰值，脚注P 为PEAK的缩写； U(t)-——信号电压的瞬时值； T——计量时间区间。

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（2）有效值（或称方均根值）：它是信号瞬时值平方平均值的平方根值，也即它是用与声音信号相同功率的直流信号强度来代表的数值。所以信号电压为例，有效值定义为： Urms=[∫ -T/2 u2(t)dt/T]1/2 …………………………(3-5) 式中:Urms——声音信号电压在-T/2到+T/2时间间隔内的有效值,脚注 rms为root mean square的缩写；（3）整流平均值（简称平均值），它指声音信号瞬时绝对值的平均值，也即将声音信号进行全波整流（取绝对值）后的直流分量数值（取平均值）。定义式（以电压为例）如下： Uavg=∫ -T/2 ∣u(t)∣dt/T …………………………(3-6) 式中：Uavg——声音信号电压在-T/2到+T/2时间间隔内的整流平均值，脚注avg为average的缩写，其它同前。

+T/2 +T/2

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从以上的定义可以看出，声音信号的峰值、有效值和整流平均值实际都是同一个直流信号与之相比较而得来的有关数值。这三个计量值广泛地应用在声学测量中，在电声测量中还使用下面两个导出的计量值，它是用声音信号的有关数值与简谐信号的有效值相比较而导出的计量值。（4）准峰值：它是用与声音信号相同峰值的稳态简谐信号的有效值表示的数值（用Uq-p表示）。（5）准平均值：它是用与声音信号相同平均值的稳态简谐信号的有效值表示的数值（用Uq-a表示）。对于多数实际声音信号来说，峰值、有效值、平均值之间大致有如下关系（参照图12）

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up/urms≈(1~5)或20lg up/urms≈(0~+14)dB up/uavg≈(1~4.4)或20lg up/uavg≈(0~+13)dB uq-n=1/1.414up≈0.707 un uq-a=1.414/4πuarg≈1.11 uavg 根据（3-7）和（3-8）可得：

……………………3-7 ……………………3-8

对准峰值与其峰值之间及准平均值与平均值之间有如下关系:

……………………3-9

uq-p / urms≈（0.7~3.5）或20lg uq-n / urms≈（-3~+11）dB …………3-10 uq-p / uq-a≈10.84~2.8或20lg uq-p / uq-a≈（-4~+9）dB ………………3-11 以上便是峰值因数和峰平比。对以上五个计量值，其计量仪表的检波器（或换能器）类型以及指示值刻度定标方法分别如下：峰值计量表：峰值检波器，按简谐信号的峰值确定刻度；准峰值计量表：峰值检波器，按简谐信号的有效值确定刻度，也即它的刻度值比信号的峰值低1.414倍（低3dB）；有效值计量表：平方律检波器，按简谐信号的有效值确定刻度；平均值计量表：平均值检波器，按简谐信号的平均值确定刻度；准平均值计量表：平均值检波器，按简谐信号的有效值确定刻度，也即它的刻度值比信号实际的平均值高1.414/4π倍（约高0.9dB，粗略计算高1 dB）。

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3.2.2 声音信号声压（或电压）强度的计量时间特性从上面各计量值的定义看出，不论是哪一个计量值，都有一个计量时间问题；比如对平均值、准平均值和有效值来说，它们都是带有平均的量，因此就有一个在多长的时间间隔（时间区间）进行平均的问题，即它们的定义适中那个时间区间T应取多长的问题；对峰值和准峰值，它们是描述信号包络的量，也有一个在多长时间内选择代表值的问题，这称为计量的“时间计权”特性或时间特性。 3.2.3 声音信号的动态范围与电声设备的动态阈由于实际声音信号几乎是在随时随刻改变着强度，这样，它就有一个动态范围问题。某个声音信号的动态范围是指它的最强声与最弱声的强度差，一般用分贝表示。一般在电声工程中多使用有效值和准平均值表示信号（节目）的动态范围，近些年为了更准确的反映信号在电声系统中的传输状态，使用信号的准峰值计量信号动态范围的多了起来。一般语言信号大约有（20~40）dB的动态（有效值声压级），音乐、戏剧大约有（10~80）dB的动态。对应于信号的动态范围,电声系统和设备就有一个动态阈的要求：优良的电声系统和设备应使强信号不致过荷失真;弱信号又不致使被它们产生的噪声所淹没。可见系统和设备的动态阈上限受到它们非线性畸变的限制；而下限就取决于它们的噪声电平。

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第四章电——力——声类比

1 力学线路 1.1 质量元件瞬时值：f=Mmdv/dt 稳态简谐式 F=jωMmV 原始式：f=Mmdv/dt

f v MM

参考系 (V=0)

v MM f MM

示意符号

阻抗型类比

导纳型类比

1.2 顺性元件（弹性元件）瞬时值：f=1/CM∫vdt 稳态简谐式 F=1/jωCM× V 其中 CM =1/DM为力顺， DM为弹性系数，原始式：f=DM× X

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x1 v1 CM x2 v2

示符意号

v CM

f f

CM v

(x=x1-x2,v=v1-v2)

阻型比抗类导型比纳类

1.3 损耗元件瞬时式：f=RrV V= GM f 稳态简谐式：F=RM× V V= GMF 其中 RM为力阻，GM为力导，原始式：f=RrV

x1 v1 RM x2 v2 RM

f 1/RM=GM

(x=x1-x2,v=v1-v2)

示意符号阻抗型类比导纳型类比

1.4 杠杆 f1l1=f2l2 v1/v2=l1l2 f1/ f2= l1/l2

2 V L1 L V2 1

V 1 f 1

V2 f 2 L L 2 1

f 1 V 1

f2 V 2 L L 1 2

f 1

示意符号

阻抗型类比

导纳型类比

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力学元件力——电类比一览表

意义元件符号瞬态稳态阻抗型导纳型力——电类比国际制单位

力

f.F

F=FPej(ωt-φ) f=Fpsin(ωt-φ)

牛顿 (千克.米/秒)

速度

v.V

V=VPej(ωt-φ) v=VPf(ωt-φ)

f MM v

米/秒

质量

f= MM.(dv/dt)

F=jωMMV

v f

千克

力顺

f=(1/CM)∫Vdt F=(1/jωCM)*V

CM v

v f

v RM f

f2 V2

米/牛顿（秒2/千克）

损耗

f= RMV

F=RM V

f 1/RM v

f1 V1 L1 L2

牛顿.秒/米（千克/秒）

杠杆

f1l1=f2l2 v1l2=v2l1

F1L1=F2L2 V1L2=V2L1

V1 f1 L2 L1

无

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2 声学线路 2.1 体积速度体积速度又称体积流速，它是指由于声波的作用，在指定的平面上通过媒质体积的速率。据此，当指定的平面与声波的波阵面相重合，而该平面各处的质点振动速度又相等时，体积速度与媒质质点振速有下列关系： VA=SV VA是矢量单位在国际制中为米3/秒，厘米.克.秒制中，为cm3/s。 2.2 声阻抗与声导纳声压与同计量点（同一个平面）的体积速度的复值之比称为声阻抗（简谐信号时）：ZA=P/VA 据此，当声压类比成电压，体积速度类比成电流时，则声阻抗就类比电阻抗了。这种类比称为阻抗型声——电类比。根据体积速度与质点振速的关系，则声阻抗与声阻抗率应有下述关系： ZA=ZS/S 当用体积速度类比电压、声压类比电流时，则声阻抗的倒数与电阻相对应，这种类比称导纳型声——电类比，参照力导纳的命名方法，声阻抗的倒数称为声导纳： YA=1/ZA=VA/P

单位声阻抗声导纳国际制牛顿.秒/米5 米5/牛顿.秒厘米.克.秒制达因.秒/厘米5 厘米5/达因.秒

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2.3 声顺元件一个封闭的气体容积，当其尺寸与

声波波长相比很小时，可认为它内部气体各处特性（声压、媒质、密度）是均匀的，于是从它的任一地方开一个不大的口，由此开口“输入”声压，则腔内各处的声压则与开口处声压相同（开口的影响可不计），该气体容积即可近似地看作是一个集中参数的声学元件，由于气体具有弹性，这个声学元件应该是一个弹性元件，或称顺性元件（顺性与弹性互为倒数）。为了与力顺相区别，称其为“声顺”。根据气体分子物理与统计力学可知： p=γP0/V∫vAdt 其中： p为腔内（包括开口处）的声压； γ为气体的定压比热与定容比热二者的比值，空气γ ≈1.4； P0、V为容积内气体的静压强与腔的容积； vA为体积速度。若令 CA=V/ γ P0 单位：MKS制米5/牛顿 C.GS制厘米5/达因则：p=1/CA∫vAdt

CA VA CA

单口声顺示意符号

单口声顺阻抗型类比

单口声顺导纳型类比

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VA1

VA2 VA2 VA1 VA CA VA3 VA1

CA VA VA2 VA3

多口声顺导纳型类比

VA3

多口声顺示意符号

多口声顺阻抗型类比

与电路对照，CA可与电感类比，也可以与电容相类比，前者是导纳型类比（p类比i，vA类比u），后者是阻抗型类比（p类比u，vA类比i）。 i=1/L∫udt （电学） u=1/C∫idt （电学） p=1/CA∫vAdt （声学）与力学相对照，CA称为该空气容积的“声顺”。在稳态简谐信号时，由上式变为： P=1/jωCA× vA P为声顺内的声压复值，vA为空气容积的“净收入”体积速度复值。CA 为声顺，ω为信号角频率，可以看出：1/jωCA 应称为“顺性声抗”，而 jωCA则称为“顺性声纳”。

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2.4 声质量元件：一个两端都开口的细短管内的空气“柱”是典型的声质量元件。因为这时管中的空气可以近似地看成是受力不压缩的。据牛顿第二定律： f=MM× (dv/dt) 其中：f为作用在这个空气“柱”的外力瞬时值，即两端受力的矢量和； MM为空气“柱”的等效质量，MM=ρ0× l× s这里ρ0是空气静态密度， l是细管的长度， s是其戴面面积。对于这个空气“柱”又有下述关系： f=s.p v=vA/s 因此有： P=MM/s2*(dvA/dt) 令 MA= MM /S2=ρ0l/s 并命名MA为“声质量”，又称“声钮”。即有：p= MA*(dvA/dt)

MA VA n1 n2

n M

声质量的示意符号

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声质量的阻抗型类比

声质量的导纳型类比

于是又可得到一组类比关系： u=L× (di/dt) i=C× (du/dt) （电学）（电学）

p=MA ×(dvA/dt) （声学）可见“声质量”MA在阻抗型类比中应类比成电感L，在导纳型类比中应类比成电容C。在稳态简谐信号下：P= jωMA× VA 于是jωMA可称为

声质量抗，而1/jωMA称为声质量纳。

单位声质量

国际制中千克/米4

厘米.克.秒制克.厘米4

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2.5 声损耗元件声能的损耗可以用一个声损耗元件来代表。气体在压力的作用下流动时，将不避免的与管壁或网栅产生粘滞摩擦，而将这些粘滞摩擦集中起来,就形成了声损耗元件。声损耗元件的代表符号就用多孔网栅的形状，而且声损耗元件将遵从下面的粘滞摩擦规律： RA = p/ vA GA = 1/ RA = vA /p 其中：RA为声损耗元件的声阻；GA为声损耗元件的声导，可以看出在稳态简谐信号下，上式为： RA = P/ VA GA = VA /P = 1/ RA 于是又可得到一组类比关系： u=i*R （电学） p=vA*RA （声学） vA=p*GA （声学）因此，在阻抗型声电类比中，声阻与电阻相对应，在导纳型声电类比中，声导与电阻相对应（注意：不是声导与电导类比）。单位：声阻RA 声导GA 国际制牛顿.秒/米5 米5/牛顿.秒厘米.克.秒制达固.秒/厘米5 厘米5/达固.秒

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2. 6 阻抗型电路图的特点：（1）电流线：流经各元件的量是电流i，因此电路图是以一条电流线（电流通量）来连贯各个元件的，当电流线从某一元件流向另处一些元件时，如果电流分叉，则这些元件相互并联，如果不分叉则相互串联。（2）电位的相对性：跨越元件的三端量电压差，零电位端即接地端；（3）在分叉点符合克希霍夫第1定律。 ∑ii=0 i=1

i1+i2+i3+…… + i n =0

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声学元件声——电类比一览表

意义元件符号瞬态稳态阻抗型导纳型声——电类比国际制单位

声压

n Pr

P=PPej(ωt-φ) P=Ppsin (ωt-φ)

帕.千克/米.秒2

体积速度

VA vA

VA=VAPej(ωt-φ) VA=VAPsin(ωt-φ)

米3/秒

声质量

p= MA.(dvA/dt)

P=jωMA*VA

VA MA P

VA CA n

P MA VA

千克/米4

声顺

p=1/CA∫vAdt

P=(1/jωCA)*VA

P CA VA

P 1/RA VA

米5/牛顿 (米4.秒2/千克)

损耗

p= RAvA

P=RA*VA

RA P

牛顿.秒/米5 (千克/秒.米4)

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2.7 导纳型力学系统的类比线路图的特点（1）力线：在力学系统中，测量力一定要测力计串联接在元件中，这表明力是贯穿在各元件中的，因此在力学系统中，可以找得一条同电路中类似的线，即力线。（2）速度的相对性：因为力学元件的运动速度具有相对性，相对于惯性系运动，即相对于零速度（接地）运动，因此在力学系统中可以找得同电路中类似的元件的两端量，即速度差。 n （3）在力点符合动力学平衡条件，即∑Fi =0。 i=1 2.8 阻抗型声学系统的类比线路图的特点（1）声

流线（体积速度流线）：因为声学元件都是连通的，例如短管中媒质的流动总量一定等于体腔中的媒质的增加（或减少）量，放在声学系统中可以找出一条声流线——体积速度流线，它流过（贯穿着）各个声学元件。（2）压强的相对性：在元件两端气压强差，在量大气压中P0的端即接地端。（3）在元件交界处有流量守恒定律 n ∑Vi =0 i=1

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2.9 阻抗型和导纳型类比线路图的互相转换（1）一种类比线路中的串联元件，相当于另一种类比线路中的并联元件。（2）电阻性元件与电导性元件互换，电容性与电感性元件互换，“电压”源与“电流”源互换。一种类似线路如网孔中各串联元件两端的“电压”之和相当于另一种类比线的网路中一分支点的“ 电流”总和，反之也一样。这就是说一种类比是另一种类比的对偶。

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举例: MIC声电类比

后腔CA 振膜 m0 C0 R0

频响曲线

结构图声电类比图

对于MIC来说振膜受劲度控制, 所以其工作频率是低于系统谐振频率f0的部分，其f0的计算方法为： f0=1/2π√(S0+SA)/m0 式中: S0=1/C0 为振膜的声劲度; SA=1/CA 为后腔的声劲度，且有：CA=VA/γP0，所以要提高f0展宽频响，就要减小振膜的劲度和质量及后腔的容积。一般情况下，C0＞＞CA 即 SA ＞＞S0 所以有： f0=1/2π√SA/m0

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第五章电声器件一般磁路的设计原理

根据磁路连续定律： ∑φ=∑BA=0 所以 BgAg=BmAd 由磁路第二定律有 BgLg=HdLm

Ag Lm Ad

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由于磁路中导磁体有磁阻和气隙有漏磁，则有： rBgLg=HdLd …………………………（1式） fBgAg=BmAd …………………………（2式） r、f分别磁阻系数，漏磁系数。 r ——1.2~1.5 f 一般在1.2~10，大时可达15~20且f经验公式为（对下磁路） f=1+5*(LgDm/TDDD) 所以又可得磁路所需要的磁钢尺寸：

Am=fBgAg/Bm ………………（3式）

Lm=rBgLg/Hd

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（1）已知磁钢的尺寸（Am、Lm、AgLg），求工作间隙内的磁感强度 Bg，由（2）式可得: Bm、Hm可求 Bg=BmAm/ f Ag …………………（4式）在理想情况下：

Bm/Hm= LmAg/AmLg =tg 2 ∠α= tg -1 Bm/Hm= tg -1 LmAg/AmLg …………（5式）因此可在退磁曲线上作∠α射线OA，交曲线为C，由此可查Bm及Hm工作点的值。

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（2）已知所需的工作气隙Ag、Lg的其磁感应强度Bg，求磁钢的尺寸由（1）（2）式可得： Vm= LmAm=rfBg2LgAg /HdBm= rfBg2

Vg /HmBm 如果工作点在磁能积最大点则BdHd =BmHm 可见当获得一定的Bg值，其所需磁钢体与磁能积(BH)m成反比，因此，要在一定的空隙Vg中，维持一定的Bg值，而又需求磁钢体积最小，则磁钢必须工作在磁能积为最大的一点（即最佳工作点）。若用BdHd代BmHm，则由（3）式可求得磁钢最佳尺寸之比例： Lm/Am=rLgBd /fAgHd ……………………（6式）可证明：Bd /Hd=Br/Hc 所以： Lm/Am=rLgBr /fAgHc ……………………（7式）所以磁钢的最佳体积为： Vm= rfBg2 Vg /BdHd 由此可得磁钢的最佳尺寸： Lm =rBgLg× [Br /Hc(BdHd)] 1/2 Am=fBgAg× [Hc/Br(BdHd)] 1/2

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（3）已知磁钢间隙体积和工作点即：已知Vm、Vg、Bm、Hm 则： Bg= [ Vm× (BmHm)/( r+ Vg) ]1/2

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范文四：第1章电声技术基础

第1章电声技术基础

1.1声波

物体的振动（即声源）引起空气分子相应的振动，传入人耳导致鼓膜振动，通过中耳、内耳等一系列听觉器官的共同作用使人听到了声音。

声音就是通过中间媒质传播，能被人耳感觉的振动，通常叫做声波。

传声媒介：空气、液体、固体等。

声波传播的空间称为声场。

由于空气质点的振动方向与波的传播方向相同，故属于纵波传播。

一、声波的特性

声速:

声波的传播速度称为声速。声速取决于媒质的弹性和密度。声音在空气中的速度是随温度的升高而增加的。空气中的声速（米/秒）在温度T 时为：

V=331.6+0.6t(M/S)

t为20度时，V=340M/S为声速的一般取值。

声波在水中的传播速度为1485M/S,在钢材中的传播速度为5000M/S

(注意：声波是机械波，与音频电磁波的区别)

声振动一个周期传播的距离(在波的传播方向上，两震动相位相同又相邻的媒质质点间的距离)叫做波长,用?表示为：

?=V/f（M）

二、声波的度量

1、声压、声压级

声压：声波在空气传播过程中，引起空气质点振动，使空气发生疏密变化，导致空气压强变化叫声压。用P表示，单位是:帕（1Pa＝N/㎡)和微巴（1μba＝dyn/c㎡）。

1Pa＝ 10μba,

1个大气压＝105 帕（空气分子本身固有的不规则运动及相互排斥会形成一个静态的压力）

声压（振动的空气分子对它通过的截面产生额外的压力）比大气压要小很多，一般人们谈话的声压约为2×10-2 Pa～7×10-2 Pa

听阈声压: 刚能听到的声音的声压值为2×10-5Pa。

痛阈声压: 感到疼痛的声音的声压值为20Pa。

任意周期性声波可分解为一系列简谐振动，其物理量按正弦或余弦规律变化为：

A(t)=Amsin(ωt+θ)

Am为振幅、ω为角频率、θ为初相位

声波的相位用于描述简谐振动在某一瞬间的状态。

人耳感受振动的频率范围是有限的，声波的一般范围：

20HZ～20000HZ

低于20HZ的振动称为次声波高于20000HZ的振动称为超声波

声压级常用Lp表示，定义为：

p2p式中：Lp——声压级，dB； Lp?10lg?20lg2p0p0

p——声压，Pa；

p0——基准声压。

－在空气中规定:p0为2×105Pa，该值是正常青年人耳朵刚能听到的1000Hz纯音的声压值。

各种环境的声压和声压级

2、声功率

单位时间内通过垂直于声传播方向，面积为S的截面的平均声能量称为平均声能量流或平均声功率。 ?? W ? e c 0 S 单位为瓦（W）

式中：e为声能密度 c0为声速 s为截面积

声功率级：

Lw=10lgW/Wr （dB）

式中Wr=10-12 W，称为基准声功率。

??声能量密度e p2

? 是指声场中单位体积内的声能量，单位：J/m3。 2?0c0声能量密度的平均值：

3、声强

通过垂直于声传播方向单位面积上的平均声功率（或平均声能量流）称为声强。

I＝W/S 单位为：W/㎡ I 声强级： LI?10lgI0 （dB）

式中I0＝1×10－12 W/㎡为闻阈声强值

p2 声强与声压关系： I? ?0c0

三、声音的传播特性

声波作为机械波的一种，具有波在传播中的一切特性，

在传播过程中会产生衰减，反射，透射和衍射等现象。

1、声波的衰减

声波在媒质传播过程中，声压或声强将随着传播距离的增加而逐渐衰减。

主要原因：由于空气的粘滞性和热传导使声能变为热能而损耗。

声波的频率愈高，空气的吸收也愈大，声波的频率愈低，空气的吸收也愈小。因此高频声波比低频声波衰减得快.

除了空气能吸收声波外，有一些材料如玻璃棉、毛毡、泡沫、塑料等称为吸收材料。

2、声波的反射和透射

声能被障碍物反射回来，就是声反射，另一部分透入障碍物内部并被吸收，余下的能量就会透过障碍物并在另一面传播这叫透射。

反射、吸收、透射声能的大小与障碍物的性质有关。

声阻抗 z = ρc

（ρ为介质密度，c为介质中的声速）

当声波进入阻抗不同的介质时，必然发生反射現象与透射現象

反射率 r =Er/EO = (z1-z2)2/(z1+z2)2

透射率 τ=Eτ/EO = 4z1z2/(z1+z2)2

吸声系数 α=1- r

吸收材料吸收声能愈好反射声能就愈小。透过的声能愈小，隔声的性能就愈好。

声能大部分反射的表面称为声学刚性的。

凹曲面对声波形成集中反射，使声能集中于某一点或某一区域，称为声聚焦。

凸曲面对声波反射，使声能形成扩散。

由上述各式可知，声波在分界面上反射和透射的大小决定于媒质的特性阻抗，具体分析如下：

当z1 ＝ z2 时，有r ＝0 ，τ＝1 ，全部透射

当z1 z2 时，有r 0 ，τ 0，硬边界，反射波和入射波声压同相

当z1 z2 时，有r 0 ，τ 0 ，软边界，反射波和入射波声压反相

当z1 z2 时，有r 1 ，τ 2 ，绝对硬，反射波声压和入射波声压大

小相等，相位相同，在界面上合成声压为入射声压的两倍，发生全反射。

3、声波的衍射和绕射

声波在前进过程中，遇到尺寸比其波长大得多的障碍物时，会发生反射；当遇到尺寸较小的障碍物或孔隙时，就会发生衍射（绕射），低频声更容易发生衍射；

声波的衍射（绕射）现象与声波的频率、波长及障碍物的大小有关。

如果声波的频率比较低、波长较长而障碍物的大小又比波长小得多，这时声波能绕过障碍物，并在障碍物后面继续传播。

如果声波的频率比较高、波长较短，而障碍物的大小又比波长大得多，这时声波不能绕过障碍物，并在障碍物后面继续传播得较少，这时衍射现象不明显。

4、声波的干涉和叠加

两个频率相同的声波传到空间某一点时，常会发生干涉现象：

如果相位相同两个声波便会互相叠加而增强，

如果相位相反两个声波便会互相减弱，甚至抵消；

如果相位存在一定相位差，则可能有一些增强或减弱。

四、室内声学

1、室内声的组成

⑴ 直达声：是室内任一点直接接收到声源发出的声音。是接收声音的主体，不受空间界面影响，其声强基本与听点到声源间距离的平方成反比衰减。

⑵早期反射声：指延迟直达声50ms以内到达听声点的反射声，对声音起到增强作用；在大空间内，因反射距离远，易形成回声，产生空间感

⑶混响声：声波经室内界面的多次反射，迟于早期反射声到达听点的声音，直至声源停止发声，但由于多次反射，听点仍能听到，故又称余声，影响声音的清晰度。

室内声场组成

2、混响及混响时间

当室内生源停止发声后，声音衰减的过程称为混响过程。

混响时间T60 ：指声源停止发声开始到声压级衰减60dB所需的时间。

?赛宾公式： VV为室内体积，T?0. 60S为室内表面积和，?

S??为吸声系数加权平均值。 0.161V?艾润公式： T60? ????Sln?1??? ??

通常要计算125Hz、250Hz、500Hz、1kHz、2kHz、4kHz

6个频率的混响时间值，在未加注明时，通常是指500Hz的混响时间。例如，用于电影院会议厅的500Hz频率的混响时间为1.0~1.2s，多功能厅堂为1.2~1.4s.

?混响半径

室内声场中直达声声能密度等于混响声声能密度的点与声源的距离称为混响半径。

混响半径与房间吸声情况有关，与声源无关。 ?2) 房间常数R（m：

S?R?

1???

?声场中直达声声能密度等于混响声声能密度的点与声源的距离称为混响半径。

rc?1R

?听音点在混响半经以内时，直达声起主要作用。听音点在混响半经以外时，混响声起主要作用。

1.2 人的听觉特性

耳的构造和功能

外耳：耳廓和外耳道

中耳：鼓膜、三块听小骨（锤骨、砧骨和镫骨）卵圆窗和正圆窗

内耳：前庭器官和耳蜗（鼓阶、中阶和前庭阶）

?听觉功能涉及到多种形式的能量转换，环境中的声能经传送通过鼓膜后被转换成机械能，而机械能又被听小骨增强之后通过前庭窗传给耳蜗，耳蜗中的液体流动则属于液体能，这一液体运动使位于基底膜的毛细胞弯曲，毛细胞又把机械/液体能转换成电脉冲传输给大脑，大脑最后将接收电脉冲信号并解释为

一、听的主观感觉

声音的质量

决定声音质量的四个因素：响度（振幅）、音高（频率）、音色（频谱）和音品（波形包络）。响度、音高、音色、音品是听音的主观感觉，它包括了心理和生理的因素在内。

而振幅、频率、频谱和波形包络是声音信号的物理量，是可以进行客观技术测量的。

1、响度(振幅):

是人耳对声音强弱的主观评价尺度，其客观评价尺度是声波的振幅。

响度是人耳判别声音强度等级的概念，单位是sone（宋）1宋定义为声压级为40dB,频率为1000Hz,且来自听者正前方的平面波形的强度。如果另一个声音听起来比这个大n倍，则声音的响度为n宋。 ?

响度级：

将某一频率的声音与1kHz的声音比较，当两者响度一样时，1kHz声音的声压级（以2x10-5Pa为0dB的相对分贝数）就是该声音的响度级。单位：方（phon）

响度与响度级的关系 L?40 根据大量实验得到，响度级每改变10方，响度加倍或减半。 N?2(N)10

或 LN?40?33lgN

响度级的合成不能直接相加，而响度可以相加。

等响度曲线：

在声压级与频率的坐标系中，声压级作为参变量,将频率不同，听起来却有同等响度的声压级连接起来组成的一簇曲线。

?低声压级时，等响度曲线上各频率声音的声压级相差很大。

高声压级时，各频率的听感等响基本相同。

高频段的响度变化与声压级增量基本一致；低频段声压级的微小变化会导致响度的较大变化。

2、音高：

音高又称音调，是人耳对声音调子高低的主观评价尺度，它的客观评价尺度是声波的频率。

频率增加一倍，声学中称之增加一个“倍频程”，音乐上叫“提高一个八度”。音调单位：美（mei）音高与频率基本成对数关系。

音律：在乐音中用音律来描述音高。

乐音具有确定的周期和频率，把一组音按音调高低的次序排列起来就成为音阶，如： dou， ruai， mi， fa， sou， la, xi， dou

C, D, E, F, G, A, B, C1

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 1.

为了确定乐音体系中各音的绝对准确高度，国际标准音高规定为440Hz的a音，将一个纯八度(如c-c1)分成十二个均等的部分(即半音)，每相邻的两个半音，高音频率是低音频率的“2的1/12次方倍”。这就是十二平均律。半音与半音相加等于一个全音。高音C的频率正好是中音C频率的2倍（即1与ⅰ之间相距一个倍频程或提高一个八度）。

音名： c #c(降d) d #d(降e) e f

频率(Hz)：261.63 277.18 293.66 311.13 329.23 349.23

音名： #f(降g) g #g(降a) a #a(降b) b

频率(Hz)：370.00 392.00 415.30 440 466.16 493.88

3、音色：

乐器中的振动源,其振动方式决定了它具有丰富的谐波成分（泛音），因而产生出以基本振动频率（称为基音）为主含丰富泛音的乐音。

基音：在复音中，频率最低的声音叫做“基音”。乐音的音调是由基音的频率决定的。

这些谐波频率是基本振动频率的整数倍，音乐术语称为泛音。谐波成分的多少及振幅的比例决定了乐音的音色。

常用形容词有：甜美、圆润等。

4、音品：

音品是由声波的波形所决定的。波形的包络指乐音中的每个周波颠峰间的连线。

在音乐中的声音，其谐波组成和波形的包络，包括声音的起始和结束的瞬态，也就是声音的成长和衰变的过程确定了声音的特征，称为音品。

常用的形容词是：清晰、结实有力等。

音品与声音的频谱结构、包络和波形有关。发音体的泛音

结构不同，频率特性曲线、种类不同造成音色结构的不同。

二、听觉效应

听觉的感受性：

?对音频高、中、低各频段平衡性的控制

?密度与重量感

?透明感

?层次感

?定位感

?速度感与瞬态反应

?想象力与形体感

?对比性

?空间感

1、人耳的非线性掩蔽效应

?掩蔽效应：

是指同一环境中的其它声音会使聆听者降低对某一声音的听力，由于第一个声音存在而使第二个声音提高听阈的现象称为掩蔽效应。第一个声音称为掩蔽声，第二个声音为被掩蔽声，第二个声音听阈

提高的数值称为掩蔽量，以dB表示。

?纯音的掩蔽

?噪音的掩蔽: “鸡尾酒会效应”

在嘈杂的声场中，通过两耳拾取音源的距离差、时间差、频率差就可以辨别出不同方位的声音，来选择不同方位的声源。

?频域掩蔽

频域中的一个强音会掩蔽与之同时发声的附近的弱音，弱音离强音越近，越容易被掩蔽；离强音较远的弱音不容易被掩蔽。如1000Hz的音比900Hz的音高18dB，则900Hz的音将掩蔽。若1000Hz的音比1800Hz的音高18dB，则两音将同时被听到。若要让1800Hz的音听不到，则1000Hz的音要比1800Hz的音高45dB。

?时域掩蔽

在时间上相邻的声音相互之间也有掩蔽现象，称为时域掩蔽。时域掩蔽又分为超前掩蔽和滞后掩蔽。超前掩蔽很短，只有大约5～20毫秒，而滞后掩蔽可以持续50～200毫秒。产生时域掩蔽的主要原因是人的大脑处理信息需要花费一定的时间。

?低频声对高频声掩蔽作用明显。

?复音掩蔽声音色发生变化。

?掩蔽声接近被掩蔽声，掩蔽作用大；后掩蔽明显。

?单耳掩蔽效应大于双耳。

?提高掩蔽音的声压级可展宽掩蔽的频率范围。

2、听觉的延时效应（哈斯效应）

?两个声音，后到者不比先到者的声压级高，不管后到者从哪个方向传来，延时声滞后时间不超过17ms，不会发现是两个声音

?两个声音方向相近时，延时30ms也不一定能被发现

?延时35~50ms时，延时声的存在才会被感觉到

?当延时声超过50ms时，会感到像回声一样的干扰。

?当两个声源中的一个延时在３５ｍs 以内时，人耳的听音感觉只能判断出前导声源的存在，而不能感觉到延时声源的存在。（先入为主）

?其中一个声源的延时大于５０ｍs时，人耳则能够感觉到两个声源的方位。

3、多普勒效应：

如果声源与听者不是处于相对静止状态，而是有相对的运动，则听者将感到声源所发出的声音，其频率有变化，这种现象称为多普勒效应。

三、立体声的听觉原理

1、立体声的概念及特点

立体声是一个应用两个或两个以上的声音通道，使聆听

者所感到的声源相对空间位置能接近实际声源的相对空间位

置的声音传输系统。

音乐厅中立体声由三部分组成：直达声、反射声和混响声

? 具有声像临场感

（空间感、方位感、分布感、包围感）

?具有较高的清晰度和信噪比

人的双耳之间的距离约为18厘米，因而声音到达双耳在时间、强度和相位等方面有差别。由此可辨别出声音的方向和声源的位置，头部对离声源较远的那只耳朵上的高频声音产生遮挡衰减，使神经系统能根据双耳间强度不同确定声音的方向。在低频部分，声音发生绕射，可绕过头部，到达较远的那只耳朵而不受阻碍，所以，神经系统通过比较声音到达两耳的时间差来确定声音的方向。

2、听觉定位机理

（1）德.波埃效应－双声源实验

?当听音者在距离立体声声源相等的对称线上时，如果其声源的声压差和时间差均为零，所表现的声像在对称线上，听感好象只为一个声源。

?当声压差增大时，声像则向声音较强的声源方向移动，当声压差大于１５ｄＢ时，就会感受到声像是由较响的声源单独发出。

?如果声压差为零，而时间差变化时，同样也有声像移动的效果，当时间差大于３ｍｓ时，则声像完全由前导的声源所决定。

（2）双耳效应

（a）声音到达两耳的时间差

由于左右两耳间有一定距离，除中轴线来的声音之外，由其他方向来的声音到达两耳的时间就有先后，从而造成时差。声源越是偏向一侧，则时差也越大。实验证明，如果人为地造成两耳听音的时差，就可以产生声源偏向的幻觉。当时差到达0.6ms左右时，就感到声音完全来自某一侧了。

（b）声音到达两耳的声级差

由于头颅对声音的阻隔作用，声音到达两耳的声级就可能不同。靠近声源一侧的声级较大，而另外一侧较小。实验证明，最大声级差可达25dB左右。

（c）声音到达两耳的相位差

由于两耳在空间上有距离，所以声波到达两耳时的相位就可能有差别。耳朵内的鼓膜是随声波而振动的，这个振动的相位差也就成为我们判断声源方位的一个因素。实验证明，即使声音到达两耳时的声级、时间都相同，只改变其相位，我们也会感到声源方位有很大差异。

（d）声音到达两耳时的音色差

声波如果从右侧的某个方向上来，则要绕过头部的某些部分才能到达左耳。已知波的绕射能力同波长与障碍物尺度之间的比例有关，人头的直径约为20cm，相当于1,700Hz声波在空气中的波长，所以人头对

千余赫兹以上的声音分量有掩蔽作用。也就是说，同一个声音中的各个分量绕过头部的能力各不相同，频率越高的分量衰减越大。于是左耳听到的音色同右耳听到的音色就有差异。只要声音不是从正方向上来，两耳听到的音色就会不同，从而成为人们判别声源方位的一种依据。

（e）直达声和边缘反射声群所产生的差别

由声源发出来的声音，除直接到达我们双耳的直达声之外，还会经周围障碍物一次或多次反射而形成反射声群，陆续到达人们的双耳。因此直接声和反射声群的差别，也就会提供声源在空间分布的信息。双耳效应只能解释前方水平方向上的声音定位，三维空间定位主要依赖于耳廓效应。

（3）耳廓效应

声音从不同角度进入人耳时，由于耳廓的结构会影响声源的定位，人们从这些反射声的短延时量的范围就可判断出声音是上还是下、是左还是右。如果声音来自人的后面，由于没有反射声人们也会以此作出判断。

耳壳协助声音定位, 主要是将每次接收到的声音,与过去存储在大脑里的重复声或梳状波动的记忆进行比较, 然后才判断出声音方位。因为每个人的耳壳、耳腔尺寸并不完全相同, 因而每个人在大脑存储的记忆是不相同的。所以人类的耳廓对确定声音的空间方向起主要作用，双耳效应和耳廓效应赋于人耳全方位辨别声音方向的能力

范文五：第1章电声技术基础

第1章电声技术基础

1.1声波

物体的振动(即声源)引起空气分子相应的振动，传入人耳导致鼓膜振动，通过中耳、内耳等一系列听觉器官的共同作用使人听到了声音。

声音就是通过中间媒质传播，能被人耳感觉的振动，通常叫做声波。

传声媒介:空气、液体、固体等。

声波传播的空间称为声场。

由于空气质点的振动方向与波的传播方向相同，故属于纵波传播。

一、声波的特性

声速:

声波的传播速度称为声速。声速取决于媒质的弹性和密度。声音在空气中的速度是随温度的升高而增加的。空气中的声速(米/秒)在温度T 时为:

V=331.6+0.6t(M/S)

t为20度时，V=340M/S为声速的一般取值。

声波在水中的传播速度为1485M/S,在钢材中的传播速度为5000M/S

(注意:声波是机械波，与音频电磁波的区别)

声振动一个周期传播的距离(在波的传播方向上，两震动相位相同又相邻的媒质质点间的距离)叫做波长,用,表示为:

,=V/f(M)

二、声波的度量

1、声压、声压级

声压:声波在空气传播过程中，引起空气质点振动，使空气发生疏密变化，导致空气压强变化叫声压。用P表示，单位是:帕(1Pa,N/?)和微巴(1μba,dyn/c?)。

1Pa, 10μba,

1个大气压,105 帕(空气分子本身固有的不规则运动及相互排斥会形成一个静态的压力)

声压(振动的空气分子对它通过的截面产生额外的压力)比大气压要小很多，一般人们谈话的声压约为2×10-2 Pa,7×10-2 Pa

听阈声压: 刚能听到的声音的声压值为2×10-5Pa。

痛阈声压: 感到疼痛的声音的声压值为20Pa。

任意周期性声波可分解为一系列简谐振动，其物理量按正弦或余弦规律变化为:

A(t)=Amsin(ωt+θ)

Am为振幅、ω为角频率、θ为初相位

声波的相位用于描述简谐振动在某一瞬间的状态。

人耳感受振动的频率范围是有限的，声波的一般范围:

20HZ,20000HZ

低于20HZ的振动称为次声波高于20000HZ的振动称为超声波

声压级常用L表示，定义为: p

2pp式中:L——声压级，dB; pL,10lg,20lgp2pp00

p——声压，Pa;

p——基准声压。 0,5 在空气中规定:p为2×10Pa，该值是正常青年人耳朵刚能听到的1000Hz纯音的声压值。 0

各种环境的声压和声压级

2、声功率

单位时间内通过垂直于声传播方向，面积为S的截面的平均声能量称为平均声能量流或平均声功率。

,, 单位为瓦(W) W,ecS0 式中:e为声能密度 c0为声速 s为截面积

声功率级:

L10lgW/W(dB)w=r -12 式中W=10W，称为基准声功率。 r

2,,声能量密度e p3, 是指声场中单位体积内的声能量，单位:J/m。 e2,c00声能量密度的平均值:

3、声强

通过垂直于声传播方向单位面积上的平均声功率(或平均声能量流)称为声强。

I,W/S 单位为:W/? I 声强级: L,10lgII (dB) 0

式中I0,1×10,12 W/? 为闻阈声强值 2 声强与声压关系: pI, ,c00

三、声音的传播特性

声波作为机械波的一种，具有波在传播中的一切特性，

在传播过程中会产生衰减，反射，透射和衍射等现象。

1、声波的衰减

声波在媒质传播过程中，声压或声强将随着传播距离的增加而逐渐衰减。

主要原因:由于空气的粘滞性和热传导使声能变为热能而损耗。

声波的频率愈高，空气的吸收也愈大，声波的频率愈低，空气的吸收也愈小。因此高频声波比低频

声波衰减得快.

除了空气能吸收声波外，有一些材料如玻璃棉、毛毡、泡沫、塑料等称为吸收材料。

2、声波的反射和透射

声能被障碍物反射回来，就是声反射，另一部分透入障碍物内部并被吸收，余下的能量就会透过障

碍物并在另一面传播这叫透射。

反射、吸收、透射声能的大小与障碍物的性质有关。

声阻抗 z = ρc

(ρ为介质密度，c为介质中的声速)

当声波进入阻抗不同的介质时，必然发生反射現象与透射現象

媒质声速 (m/s) 密度 (kg/m3) 声阻抗(kg/m2s)

1.29 空气 0? 3.32×102 4.28×102

1.21 20? 3.44×102 4.16×102

988.2 水 (20?) 14.8×102 1.48×106

970 脂肪 14.0×102 1.36×106

1020 脑 15.3×102 1.56×106

1040 肌肉 15.7×102 1.63×106

1700 密质骨 36.0×102 6.12×106

7800 钢 50.5×102 39.4×106

22 反射率 r =Er/EO = (z-z)/(z+z) 12122 透射率 τ=Eτ/EO = 4zz/(z+z)1212 吸声系数 α=1- r

吸收材料吸收声能愈好反射声能就愈小。透过的声能愈小，隔声的性能就愈好。

声能大部分反射的表面称为声学刚性的。

凹曲面对声波形成集中反射，使声能集中于某一点或某一区域，称为声聚焦。

凸曲面对声波反射，使声能形成扩散。

由上述各式可知，声波在分界面上反射和透射的大小决定于媒质的特性阻抗，具体分析如下: 当z1 , z2 时，有r ,0 ，τ,1 ，全部透射

当z1 z2 时，有r 0 ，τ 0，硬边界，反射波和入射波声压同相当z1 z2 时，有r 0 ，τ 0 ，软边界，反射波和入射波声压反相当z1 z2 时，有r 1 ，τ 2 ，绝对硬，反射波声压和入射波声压大小相等，相位相同，在界面上合成声压为入射声压的两倍，发生全反射。

3、声波的衍射和绕射

声波在前进过程中，遇到尺寸比其波长大得多的障碍物时，会发生反射;当遇到尺寸较小的障碍物

或孔隙时，就会发生衍射(绕射)，低频声更容易发生衍射;

声波的衍射(绕射)现象与声波的频率、波长及障碍物的大小有关。

如果声波的频率比较低、波长较长而障碍物的大小又比波长小得多，这时声波能绕过障碍物，并在

障碍物后面继续传播。

如果声波的频率比较高、波长较短，而障碍物的大小又比波长大得多，这时声波不能绕过障碍物，

并在障碍物后面继续传播得较少，这时衍射现象不明显。

4、声波的干涉和叠加

两个频率相同的声波传到空间某一点时，常会发生干涉现象:

如果相位相同两个声波便会互相叠加而增强，

如果相位相反两个声波便会互相减弱，甚至抵消;

如果相位存在一定相位差，则可能有一些增强或减弱。

四、室内声学

1、室内声的组成

? 直达声:是室内任一点直接接收到声源发出的声音。是接收声音的主体，不受空间界面影响，其声强基本与听点到声源间距离的平方成反比衰减。

?早期反射声:指延迟直达声50ms以内到达听声点的反射声，对声音起到增强作用;在大空间内，因反射距离远，易形成回声，产生空间感

?混响声:声波经室内界面的多次反射，迟于早期反射声到达听点的声音，直至声源停止发声，但由于多次反射，听点仍能听到，故又称余声，影响声音的清晰度。

室内声场组成

2、混响及混响时间

当室内生源停止发声后，声音衰减的过程称为混响过程。

混响时间T60 :指声源停止发声开始到声压级衰减60dB所需的时间。

,赛宾公式: VV为室内体积，T,0.161 60,S为室内表面积和，

S, ,为吸声系数加权平均值。

0.161V,艾润公式: T,60, ,,Sln1,,,,, ,,

通常要计算125Hz、250Hz、500Hz、1kHz、2kHz、4kHz

6个频率的混响时间值，在未加注明时，通常是指500Hz的混响时间。例如，用于电影院会议厅的500Hz频率的混响时间为1.0~1.2s，多功能厅堂为1.2~1.4s.

,混响半径

室内声场中直达声声能密度等于混响声声能密度的点与声源的距离称为混响半径。

混响半径与房间吸声情况有关，与声源无关。 ,2) 房间常数R(m: S,R,,

1,,

,声场中直达声声能密度等于混响声声能密度的点与声源的距离称为混响半径。

1Rr, c4,

,听音点在混响半经以内时，直达声起主要作用。

听音点在混响半经以外时，混响声起主要作用。

1.2 人的听觉特性

耳的构造和功能

外耳:耳廓和外耳道

中耳:鼓膜、三块听小骨(锤骨、砧骨和镫骨) 卵圆窗和正圆窗

内耳:前庭器官和耳蜗(鼓阶、中阶和前庭阶)

,听觉功能涉及到多种形式的能量转换，环境中的声能经传送通过鼓膜后被转换成机械能，而机械能又被听小骨增强之后通过前庭窗传给耳蜗，耳蜗中的液体流动则属于液体能，这一液体运动使位于基底膜的毛细胞弯曲，毛细胞又把机械/液体能转换成电脉冲传输给大脑，大脑最后将接收电脉冲信号并解释为"声音"。

一、听的主观感觉

声音的质量

决定声音质量的四个因素:响度(振幅)、音高(频率)、音色(频谱)和音品(波形包络)。

响度、音高、音色、音品是听音的主观感觉，它包括了心理和生理的因素在内。

而振幅、频率、频谱和波形包络是声音信号的物理量，是可以进行客观技术测量的。

1、响度(振幅):

是人耳对声音强弱的主观评价尺度，其客观评价尺度是声波的振幅。

响度是人耳判别声音强度等级的概念，单位是sone(宋)1宋定义为声压级为40dB,频率为1000Hz,且来自听者正前方的平面波形的强度。如果另一个声音听起来比这个大n倍，则声音的响度为n宋。

响度级: -5 将某一频率的声音与1kHz的声音比较，当两者响度一样时，1kHz声音的声压级(以2x10Pa为0dB的相对分贝数)就是该声音的响度级。单位:方(phon)

响度与响度级的关系 L,40N 根据大量实验得到，响度级每改变10方，响度加倍或减半。 N2(),10

L,40，33lgN或 N

响度级的合成不能直接相加，而响度可以相加。

等响度曲线:

在声压级与频率的坐标系中，声压级作为参变量,将频率不同，听起来却有同等响度的声压级连接起来组成的一簇曲线。

,低声压级时，等响度曲线上各频率声音的声压级相差很大。

高声压级时，各频率的听感等响基本相同。

高频段的响度变化与声压级增量基本一致;低频段声压级的微小变化会导致响度的较大变化。

2、音高:

音高又称音调，是人耳对声音调子高低的主观评价尺度，它的客观评价尺度是声波的频率。

频率增加一倍，声学中称之增加一个“倍频程”，音乐上叫“提高一个八度”。音调单位:美(mei)音高与频率基本成对数关系。

音律:在乐音中用音律来描述音高。

乐音具有确定的周期和频率，把一组音按音调高低的次序排列起来就成为音阶，如:

dou， ruai， mi， fa， sou， la, xi， dou

C, D, E, F, G, A, B, C1

1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 1.

为了确定乐音体系中各音的绝对准确高度，国际标准音高规定为440Hz的a音，将一个纯八度(如c-c1)分成十二个均等的部分(即半音)，每相邻的两个半音，高音频率是低音频率的“2的1/12次方倍”。这就是十二平均律。半音与半音相加等于一个全音。高音C的频率正好是中音C频率的2倍(即1与?之间相距一个倍频程或提高一个八度)。

音名: c #c(降d) d #d(降e) e f 频率(Hz):261.63 277.18 293.66 311.13 329.23 349.23

音名: #f(降g) g #g(降a) a #a(降b) b

频率(Hz):370.00 392.00 415.30 440 466.16 493.88

3、音色:

乐器中的振动源,其振动方式决定了它具有丰富的谐波成分(泛音)，因而产生出以基本振动频率(称为基音)为主含丰富泛音的乐音。

基音:在复音中，频率最低的声音叫做“基音”。乐音的音调是由基音的频率决定的。这些谐波频率是基本振动频率的整数倍，音乐术语称为泛音。谐波成分的多少及振幅的比例决定了乐音的音色。

常用形容词有:甜美、圆润等。

4、音品:

音品是由声波的波形所决定的。波形的包络指乐音中的每个周波颠峰间的连线。

在音乐中的声音，其谐波组成和波形的包络，包括声音的起始和结束的瞬态，也就是声音的成长和衰变的过程确定了声音的特征，称为音品。

常用的形容词是:清晰、结实有力等。

音品与声音的频谱结构、包络和波形有关。发音体的泛音

结构不同，频率特性曲线、种类不同造成音色结构的不同。

二、听觉效应

听觉的感受性:

,对音频高、中、低各频段平衡性的控制

,密度与重量感

,透明感

,层次感

,定位感

,速度感与瞬态反应

,想象力与形体感

,对比性

,空间感

1、人耳的非线性掩蔽效应

,掩蔽效应:

提高的数值称为掩蔽量，以dB表示。

,纯音的掩蔽

,噪音的掩蔽: “鸡尾酒会效应”

在嘈杂的声场中，通过两耳拾取音源的距离差、时间差、频率差就可以辨别出不同方位的声音，来选择不同方位的声源。

,频域掩蔽

频域中的一个强音会掩蔽与之同时发声的附近的弱音，弱音离强音越近，越容易被掩蔽;离强音较远的弱音不容易被掩蔽。如1000Hz的音比900Hz的音高18dB，则900Hz的音将掩蔽。若1000Hz的音比1800Hz的音高18dB，则两音将同时被听到。若要让1800Hz的音听不到，则1000Hz的音要比1800Hz的音高45dB。

,时域掩蔽

在时间上相邻的声音相互之间也有掩蔽现象，称为时域掩蔽。时域掩蔽又分为超前掩蔽和滞后掩蔽。超前掩蔽很短，只有大约5,20毫秒，而滞后掩蔽可以持续50,200毫秒。产生时域掩蔽的主要原因是人的大脑处理信息需要花费一定的时间。

,低频声对高频声掩蔽作用明显。

,复音掩蔽声音色发生变化。

,掩蔽声接近被掩蔽声，掩蔽作用大;后掩蔽明显。

,单耳掩蔽效应大于双耳。

,提高掩蔽音的声压级可展宽掩蔽的频率范围。

2、听觉的延时效应(哈斯效应)

,两个声音，后到者不比先到者的声压级高，不管后到者从哪个方向传来，延时声滞后时间不超过17ms，不会发现是两个声音

,两个声音方向相近时，延时30ms也不一定能被发现

,延时35~50ms时，延时声的存在才会被感觉到

,当延时声超过50ms时，会感到像回声一样的干扰。

,当两个声源中的一个延时在,,,s 以内时，人耳的听音感觉只能判断出前导声源的存在，而不能感觉到延时声源的存在。(先入为主)

,其中一个声源的延时大于,,,s时，人耳则能够感觉到两个声源的方位。

3、多普勒效应:

如果声源与听者不是处于相对静止状态，而是有相对的运动，则听者将感到声源所发出的声音，其频率有变化，这种现象称为多普勒效应。

三、立体声的听觉原理

1、立体声的概念及特点

立体声是一个应用两个或两个以上的声音通道，使聆听

者所感到的声源相对空间位置能接近实际声源的相对空间位

置的声音传输系统。

音乐厅中立体声由三部分组成:直达声、反射声和混响声

, 具有声像临场感

(空间感、方位感、分布感、包围感)

,具有较高的清晰度和信噪比

、听觉定位机理 2

(1)德.波埃效应,双声源实验

,当听音者在距离立体声声源相等的对称线上时，如果其声源的声压差和时间差均为零，所表现的声像在对称线上，听感好象只为一个声源。

,当声压差增大时，声像则向声音较强的声源方向移动，当声压差大于,,,,时，就会感受到声像是由较响的声源单独发出。

,如果声压差为零，而时间差变化时，同样也有声像移动的效果，当时间差大于,,,时，则声像完全由前导的声源所决定。

(2)双耳效应

(a)声音到达两耳的时间差

(b)声音到达两耳的声级差

由于头颅对声音的阻隔作用，声音到达两耳的声级就可能不同。靠近声源一侧的声级较大，而另外一侧较小。实验证明，最大声级差可达25dB左右。

(c)声音到达两耳的相位差

(d)声音到达两耳时的音色差

(e)直达声和边缘反射声群所产生的差别

由声源发出来的声音，除直接到达我们双耳的直达声之外，还会经周围障碍物一次或多次反射而形成反射声群，陆续到达人们的双耳。因此直接声和反射声群的差别，也就会提供声源在空间分布的信息。

双耳效应只能解释前方水平方向上的声音定位，三维空间定位主要依赖于耳廓效应。

(3)耳廓效应

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范文一：电声技术精讲

范文二：[初中物理]电声技术基础

范文三：电声技术基础知识讲稿

范文四：第1章电声技术基础

范文五：第1章 电声技术基础

范文五：第1章电声技术基础