電子學(xué)與聲學(xué)理論基礎(chǔ)

1、電子學(xué)與聲學(xué)理論基礎(chǔ)電子學(xué)基礎(chǔ)知識歐姆定律 在同一電路中，導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟導(dǎo)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(fù)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(fù)載的串聯(lián)與并聯(lián)負(fù)載的串聯(lián)負(fù)載的并聯(lián)揚聲器單元及音箱1、連續(xù)功率PRMS2、音樂功率 PM3、峰值功率PPKPPK= 2PM= 4PRMS功率放大器1、連續(xù)FTC功率PFTC2、峰值功率PPKPPK=2PFTC聲學(xué)基礎(chǔ)知識什么是聲音？一、聲音的基本性質(zhì)聲源聲音

2、介質(zhì)聲場聲音的產(chǎn)生與傳播聲音是人耳能感知到的彈性介質(zhì)中的振動，聲音由物體振動產(chǎn)生，正在發(fā)聲的物體叫聲源。傳播介質(zhì)可以是氣體，也可以是固體或液體；指能夠傳播聲音的媒質(zhì)，聲音必須通過媒質(zhì)傳播，如氣體、液體和固體。媒質(zhì)的性質(zhì)，包括該媒質(zhì)的狀態(tài)、溫度、壓力等與聲波傳播速度和方式等有密切關(guān)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(dǎo)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(zhì)中傳播，傳播所涉及的區(qū)域稱為聲場 一、聲音的基本性質(zhì)聲音的客觀物理屬性聲源：自然聲源、電聲聲源介質(zhì)：空氣（溫度，濕度，密度的影響）聲場：近場、遠(yuǎn)場 室外聲場、室內(nèi)聲場1、周期（T）：單位：

3、S2、頻率（f）：單位：Hz f = 1 / T人耳可以聽到的聲音頻率范圍：2020kHz次聲波：低于20Hz的聲波超聲波：高于20kHz的聲波3、波長（）：單位：m4、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/st：相對空氣溫度（oC）5、聲速、波長和頻率之間的關(guān)系： c = n f= f(n=1)與媒質(zhì)密度、彈性、溫度有關(guān)一個波長波谷波峰m聲波的頻率、波長與速度 E0 = E + E +EE0 ：總聲能E：反射聲能E：吸收聲能 E：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(dāng)波傳

4、播到兩種介質(zhì)的分界面時，一部分反射形成反射波，另外一部分進(jìn)入介質(zhì)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(qiáng)，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(yīng)聲傳播的濕度效應(yīng)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(nèi)的分布：頻譜與包絡(luò)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 =100010k/10(k=0，

5、1， 2， 3)f2 / f1 = 2n倍頻程中心頻率fm下限頻率f1上限頻率f2634489125891772501773545003547081000708141620001416283240002832566480005664113281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中心頻率fm下限頻率f1上限頻率f2中心頻率fm下限頻率f1上限頻率f263567180070889280718910008911122100891121250112214131251121411600141217791601411782000177822402001782242500223828

6、20250224282315028173550315282355400035474469400355447500044655626500447563630056217082630562708800070778916指向性頻率越高指向性越強(qiáng) 例如人在講話時，正面聲音最大，背面聲音最小。與波長相比，聲源尺度越大，其指向性越強(qiáng)。聲源的指向性1、音強(qiáng)（響度）：聲音的強(qiáng)弱2、音調(diào)（音高） ：與頻率和強(qiáng)度有關(guān)3、音色：與諧波成分有關(guān)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(fù)雜的聲音，故又稱為聲音“三要素”； 人耳對不同強(qiáng)度、不同頻率聲音的聽覺范圍稱為聲域。在

7、人耳的聲域范圍內(nèi)，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(yīng)、高頻定位等特性。1、聲功率2、聲強(qiáng)3、聲壓平方反比聲功率、聲強(qiáng)、聲壓二、聲音的計量聲級1、聲功率級2、聲強(qiáng)級3、聲壓級聞閾聲強(qiáng) 10-12 W/m2，相應(yīng)的聲壓 210-5 Pa1000Hz痛閾聲強(qiáng) 1 W/m2，相應(yīng)的聲壓 20 PaW0：10-12 WI0：10-12 W/m2p0：210-5 Pa常見的絕對電平表示方法： dBw取1W作基準(zhǔn)值的絕對功率電平 dBV取1V作基準(zhǔn)值的絕對電壓電平 dBu取作基準(zhǔn)值的絕對電壓電平0dB120dB 實驗表明，人們對聲音強(qiáng)弱的感覺并不直接同聲壓或聲強(qiáng)成比例。例如，當(dāng)聲強(qiáng)

8、增加至2倍時，我們只覺得聲音加強(qiáng)了倍；當(dāng)聲強(qiáng)分別增至10倍、100倍、1000倍時，我們的感覺是聲音增強(qiáng)了1倍、2倍、3倍這種關(guān)系恰好同數(shù)學(xué)中的對數(shù)關(guān)系相符。 為了方便，聲學(xué)中用聲強(qiáng)的對數(shù)量（叫做聲強(qiáng)級）來表示聲音的大小。對數(shù)的底取10，單位為貝耳，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，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(fù)載輸入阻抗。 其中Er為參考電壓值伏特用于衡量電壓匹配系統(tǒng)，信號源輸出阻抗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于負(fù)載輸入阻抗。 其中Er為參考電壓值, Er=

9、1伏特平方反比定律距離增加一倍，聲壓級衰減6dB100.732m107.116m113.38m119.54m125.62m131.71mUPA-1距離功率增加一倍，聲壓級增加3dB功率聲壓級轉(zhuǎn)換法則凹曲面會產(chǎn)生聲聚焦現(xiàn)象聲聚焦三、聲缺陷當(dāng)反射聲延遲時間過長,一般是直達(dá)聲后100ms，強(qiáng)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(fù)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(yán)重的建聲缺陷，會造成再現(xiàn)聲音音量不穩(wěn)定、音質(zhì)不良等。最有效的消除方法是避免平行墻壁、采用強(qiáng)吸音材料以及將墻壁表面處理成凹凸不平的漫反射結(jié)構(gòu)等。

10、人耳能辨別出回聲的條件是反射聲具有足夠大的聲強(qiáng)，并且與原聲的時差須大于秒。 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(qiáng)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(zhì)。聲干涉產(chǎn)生干涉現(xiàn)象的聲波稱為相干波相應(yīng)的聲源為相干聲源當(dāng)兩只揚聲器的極性相反時，揚聲器內(nèi)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(nèi)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(dāng)它們在同一直線上沿

11、相反方向傳播時，在它們迭加的區(qū)域內(nèi)就會形成一種特殊的波。駐波 當(dāng)一列波遇到障礙時產(chǎn)生的反射波與入射波疊加可產(chǎn)生駐波。駐波的特點：媒質(zhì)中各質(zhì)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(chǎn)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(yīng)沒有延時，感覺聲音從兩聲源中間發(fā)出延時530ms，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3050ms，能感覺兩個聲源的存在，但方向仍由超前一個聲源決定延時50ms以上，感覺兩個聲源同時存在，方向由各個聲源

12、決定，滯后聲為回聲哈斯效應(yīng)哈斯效應(yīng)又稱：時差效應(yīng)、優(yōu)先效應(yīng) 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(guān)系掩蔽效應(yīng)一個較弱的聲音（被掩蔽音）的聽覺感受被另一個較強(qiáng)的聲音（掩蔽音）影響的現(xiàn)象四、人耳對聲音的感知當(dāng)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(chǎn)生差異當(dāng)聲源朝向聽者運動時，聽者感到頻率變高當(dāng)聲源背向聽者而去時，聽者感到頻率變低多普勒效應(yīng)四、人耳對聲音的感知在乘火車的時候，當(dāng)兩火車錯車時，你會感覺到火車鳴笛聲由低逐漸變高；而當(dāng)火車遠(yuǎn)離時，你又會

13、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(chǎn)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(qiáng)級差為0，到達(dá)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(qiáng)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(qiáng)級差有關(guān)

14、。 當(dāng)聲強(qiáng)級大于15dB時，聽音者會感覺到聲音來自聲強(qiáng)級大的那只揚聲器。如果兩只揚聲器的聲強(qiáng)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(dá)的那只揚聲器方向偏移。當(dāng)時間差大于3ms時，聲音（聲像）好像完全來自聲音先到達(dá)的那只揚聲器。實驗表明，聲強(qiáng)級差與時間差所引起的效是是類似的，其間可以相互補(bǔ)償，并且聲強(qiáng)級差在15dB以下、時間差在3ms以內(nèi)時，它們之間呈線性關(guān)系，每5dB的聲強(qiáng)級差引起的聲像偏移相當(dāng)于兩聲音引起的時間差1ms的效果，這便是德波埃效應(yīng)。這種效應(yīng)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(yīng)。又稱為“選聽效應(yīng)”、“聚焦效應(yīng)”雞尾酒會效應(yīng)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(yīng)聲像Line