電子教案現(xiàn)代聲像技術第一章

1、第一章 電聲技術基礎知識要點：聲波的特性聲波的度量及傳播室內聲學人類聽覺的強度感覺、頻率感覺立體聲原理電聲系統(tǒng)基本要求揚聲器、音箱及傳聲器的工作原理及性能指標1.1 聲波本節(jié)內容1.1.1 聲波的特性1.1.2 聲波的度量1.1.3 聲波的傳播1.1.4 室內聲學1.1.1 聲波的特性聲波的產生 聲音是由物體的機械振動而形成的，在空氣中傳播的聲波是縱波。 聲波的傳播速度 聲波在媒質中每秒鐘傳播的路程稱為聲波的傳播速度, 傳播速度與媒質的密度、彈性及溫度有關。聲波的頻率、波長、周期及相位 當聲源完成一次振動，空氣中的氣壓形成一次疏密變化所經歷的時間稱為一個周期，周期的倒數(shù)，即稱為聲源的頻率。 聲

2、波振動一個周期，所傳播的路程稱為聲波的波長。 聲波的相位是用來描述簡諧振動在某一個瞬間的狀態(tài)的，用相位角來表示。 1.1.2 聲波的度量聲壓、聲強、聲功率 于聲波振動而對介質（空氣）產生的壓力稱為聲壓，聲壓可作為聲音強弱的一種度量。 聲功率指聲源在單位時間內輻射的總能量。 聲強也是衡量聲波在傳播過程中聲音強弱的物理量，聲強隨離聲源距離的增加按平方規(guī)律反比地減小。 1.1.2 聲波的度量聲壓級、聲強級和聲功率級 1.1.3 聲波的傳播1聲波的反射與吸收2聲波的透射與繞射3聲波的迭加與干涉聲波的反射與吸收當聲波在傳播過程中遇到不同介質時，會產生反射。隔聲材料的透射系數(shù)值小，吸聲材料的反射系數(shù)值小。

3、吸聲系數(shù)為 =1-堅硬、光滑、結構緊密的材料吸聲能力差，反射性能強，如大理石、混凝土等；粗糙、松軟、具有互相貫穿的內外微孔的多孔材料吸聲能力好，反射性能差，如石棉、玻璃纖維、絲絨幕布等。聲波的透射與繞射當障礙物的尺寸比聲音的波長要小時，聲音將會繞過障礙物繼續(xù)向前傳播，這種現(xiàn)象稱為聲波的“繞射”或“衍射”。聲源的頻率越低，衍射的現(xiàn)象就越明顯；頻率越高，越不易產生衍射，因此傳播時也具有較強的方向性。當聲源處于人的背后，由于人耳耳殼的遮蔽作用，對低頻感覺要靈敏于高頻成分。聲波的迭加與干涉聲波傳播過程中出現(xiàn)的各分振動獨立地參與疊加的現(xiàn)象稱為聲波的疊加,疊加結果會使空間某些點，聲波合成幅值始終加強，而在

4、另一些點處，聲波合成幅值始終減弱或完全抵消，形成死點。稱這種現(xiàn)象為聲波的干涉現(xiàn)象。1.1.4 室內聲學1. 室內聲的組成2. 混響及混響時間3. 室內聲學的基本要求室內聲的組成直達聲它是接收聲音的主體，其聲強基本上是與聽點到聲源之間的距離平方成反比衰減。早期反射聲指相對直達聲延遲50 ms以內到達的反射聲。早期反射聲會加強聽點處的聲強?；蛘哒f對直達聲起著增強的作用，使聽到的聲音豐滿，宏亮?；祉懧暵暡ń涍^室內界面的多次反射，延遲的時間依據(jù)房間空間的大小不等，可長達數(shù)秒，影響聲音的清晰度或者語言的可懂性，也對聲音的親切感起主要作用?；祉懠盎祉憰r間關閉聲源時，室內聲場并不立即消失，而是逐漸衰減，這種

5、聲的殘響現(xiàn)象通常稱之為混響?；祉憰r間定義為：在達到穩(wěn)定聲場后聲源停止發(fā)音，從聲源停止發(fā)聲到室內聲能密度（即聲強）衰減到穩(wěn)定聲場聲能密度的百萬分之一所經過的時間，記作T60?；祉憰r間短，有利于聽音的清晰度，但過短則會感到聲音干澀和響度變弱；混響時間長，有利于聲音豐滿，但過長則會感到前后聲音分辨不清，降低了聲音的清晰度或語言可懂性。室內聲學的基本要求合適的響度、環(huán)境噪聲等均應控制在允許值以下；聲場分布均勻，保證各區(qū)域內聽眾聽到的響度基本一致；混響時間選擇得合適；避免出現(xiàn)音質缺陷如回聲、顫動回聲、聲聚焦、聲染色及聲陰影等聲學現(xiàn)象。1.2 人類聽覺本節(jié)內容：1.2.1 聽覺的主觀感覺1.2.2 聽覺效

6、應1.2.3 立體聲的聽覺機理1.2.1 聽覺的主觀感覺 人對聲音的感知有響度、音高和音色三個主觀聽感要素。與聲波的客觀物理量：聲壓、頻率和頻譜成分之間既有著密不可分的聯(lián)系，又有一定的區(qū)別。1. 響度響度是人耳對聲音強弱的主觀感覺程度，聲壓級越大響度也越大；響度的單位為“宋”（sone），定義為：聲級為40 dB的1 kHz標準音的主觀感受規(guī)定為響度等于1 sone；響度級的單位為“方”（Phon）。定義為：人耳判斷與1000 Hz純音的ndB聲壓級等響的響度級為n Phon。等響度曲線2. 音調人耳對聲音調子高低的主觀感覺稱為音調或音高；頻率低的調子給人以低沉、厚實、粗獷的感覺， 而頻率高的

7、調子則給人以亮麗、明快的感覺，以客觀的物理量來度量，音高與聲波基頻相對應；音調的單位為“美”，響度40方、頻率1000 Hz的純音的音調規(guī)定為1000美；音調還與聲音的持續(xù)時間、聲壓級及溫度有關。3. 音色音色又稱音品，它是由聲音波形的諧波頻譜和包絡決定。黑管和鋼琴盡管基頻相同，但兩種樂器產生的音色不同，這是因為它們諧波成分的大小和分布不相同。1.2.2 聽覺效應人耳聽覺的非線性掩蔽效應當兩個或兩個以上的聲音同時存在時，其中的一個聲音在聽覺上會掩蓋另一個（或其它的）聲音，這種現(xiàn)象稱為掩蔽效應。掩蔽量不僅與頻率有關，也與聲音的性質有關。2. 人耳聽覺的延時效應如果兩個不同聲源發(fā)出的同樣頻率、同樣

8、強度的聲音，其中一個延遲到達，當延遲時間小于50 ms，人耳般難以區(qū)別這是2個聲音；而當延遲時間大于50 ms時，人耳便能立刻明確地區(qū)分出這是2個聲音。人耳的這種對這幾個聲音的分辨力特性稱為延時效應，又稱哈斯效應。哈斯效應經常用于會場、廳堂的揚聲器布置方面。3. 多普勒效應當聲源和聽者發(fā)生相對運動時，聽者感受到的聲波頻率和聲源頻率產生差異。當聲源朝向聽者運動，聽者感到頻率變高；當聲源背向聽者而去，聽者感到頻率變低，這稱多普勒效應。它常用于在演播室里人為地制造出頻率變化，使影視節(jié)日中的運動物具有真實感。1.2.3 立體聲的聽覺機理人耳的聽覺有辨別聲源方位的能力，稱為立體聲。立體聲的概念及特點：

9、具有聲像的臨場感 具有較高的清晰度和信噪比2. 聽覺定位機理雙聲源實驗設左聲道和右聲道的輸入電壓分別為UL和UR，兩只揚聲器特性相同，可推出幻象聲源I偏離中心線的角度I符合下面的關系：式中I為幻象聲源方位角，順時針為正；Y為揚聲器方位角。雙耳效應當聲源偏向左耳或右耳，聲波到達左、右耳的距離存在差異，而且受頭顱阻隔，這將導致到達兩耳的聲音在聲級、時間、相位上存在著差異。這種微小差異被人耳的聽覺所感知，傳導給大腦并與存貯在大腦里已有的聽覺經驗進行比較、分析，得出聲音方位的判別，這就是雙耳效應。這些差異主要在于聲音到達兩耳的聲級差LP、時間差t和相位差。耳廓效應當聲波到達耳廓時，一部分聲波直接進入耳

10、道，另一部分則經過耳廓反射后才進入耳道。由于聲音到達的方向不同，反射波和直達波之間強度比不僅會發(fā)生變化，而且反射波和直達波之間在不同頻率上產生不同的時間差和相位差，使反射波與直達波在鼓膜處形成一種與聲源方向位置有關的頻譜特性，聽覺神經據(jù)此判斷聲音的空間方向?！岸睂﹄p耳的定位功能起著重要的補充作用。1.3 電聲系統(tǒng)基本要求本節(jié)內容1.3.1 頻率域要求1.3.2 非線性失真要求1.3.3 動態(tài)范圍1.3.1 頻率域要求 電聲設備頻率響應曲線（簡稱頻響曲線）寬度大，均勻度好。其頻帶的下限最好低到20 Hz以下，上限應擴展至16 kHz甚至20 kHz以上，不均勻度控制在1dB以下。1.3.

11、2 非線性失真要求對人耳聽感來說，奇次諧波失真比偶次諧波失真的影響要嚴重，在設計和調整電子放大器時特別要注意盡量減少三次諧波的失真。對高保真的設備，非線性失真要控制在1以下；對普及型機，一般達5左右即可。1.3.3 動態(tài)范圍電聲設備所能通過的電信號強度范圍要保證信號的下限不被系統(tǒng)自身的噪聲所淹沒，信號的上限不產生非線性畸變，這樣就形成了一個系統(tǒng)的動態(tài)范圍，稱動態(tài)閥，也就是系統(tǒng)允許通過的最強與最弱信號電平的差值。系統(tǒng)動態(tài)閥的上限受非線性失真的影響，下限取決于噪聲電平。如果電聲系統(tǒng)的動態(tài)閥小于節(jié)目信號的動態(tài)范圍，則必須用壓縮、限幅器對信號的動態(tài)范圍進行壓縮。1.4 電聲器件基礎本節(jié)內容1.4.1

12、揚聲器1.4.2 音箱1.4.3 傳聲器1.4.1 揚聲器揚聲器（俗稱喇叭）是一種把電信號轉換成聲音信號的電聲器件。1. 揚聲器的結構及工作原理 錐形紙盆揚聲器大體由磁路系統(tǒng)（永磁體、芯柱、導磁板）、振動系統(tǒng)（紙盆、音圈）和支撐輔助系統(tǒng)（定心支片、盆架、墊邊）等三大部份構成。 2. 揚聲器的分類按工作原理的不同，揚聲器主要分為：電動式揚聲器電磁式揚聲器壓電式揚聲器1.4.2 音箱音箱又稱揚聲器系統(tǒng)，它將高、中、低音揚聲器組裝在專門設計的箱體內，并經過分頻網(wǎng)絡將高、中、低頻信號分別送至相應的揚聲器進行重放。1. 音箱的分類按使用場合來分：分為專業(yè)音箱與家用音箱兩大類。音箱按內部結構不同分類主要有

13、：密閉式、倒相式、空紙盆式、迷宮式、號角式等。常見音箱的結構(a) 封閉式音箱 (b) 倒相式音箱 (c) 迷宮式音箱密閉式音箱將揚聲器安裝在一個完全封閉的箱體中，它能將揚聲器的前向輻射聲波和后向輻射聲波完全隔離，從而防止聲短路。密閉式音箱的重放特點是低音深沉，低音的解析度較好。但由于密閉式箱體的存在，增加了揚聲器運動質量產生共振的剛性，使揚聲器的最低共振頻率上升。為了得到滿意的低音重放，需要采用容積大的大型箱體。另外， 由于密閉式音箱只利用了揚聲器的一面的聲輻射，因此效率較低，一般比其它種類的音箱低3-5 dB。倒相式音箱倒相式音箱又稱低頻反射式音箱，它和密閉式音箱的區(qū)別在于在音箱的面板上安

14、裝了一個倒相管。當揚聲器工作時，背后輻射出的聲波經過倒相管后輻射到前方，與揚聲器前面的聲波相疊加，然后共同向前輻射，使低頻效果增強。倒相式音箱具有效率高，低頻特性好及體積小等優(yōu)點，但存在假低音重放及設計制作調整難度較大的問題。迷宮式音箱迷宮式音箱顧名思義是其內部的結構較為復雜，好似迷宮一樣。放聲管道的長度是迷宮式音箱的設計焦點。迷宮式音箱雖然重放效果很好，但結構比較復雜，限制了它大量的發(fā)展。號角式音箱 號角式音箱是一種典型的高效率大動態(tài)音箱系統(tǒng)。 高效率號角式音箱雖然音響效果好過一般的密閉式音箱和倒相式音箱，但也有它的不足之處，最大的問題就是產品的設計十分復雜，造價太高。2. 音箱的性能指標額

15、定功率頻率響應額定阻抗失真靈敏度指向性1.4.3 傳聲器傳聲器是一種將聲信號轉換為電信號的換能器件，俗稱話筒、麥克風。1傳聲器的種類按換能原理可分為電動式、電容式、電磁式、壓電式、半導體式傳聲器；按聲學工作原理分類，可分為壓強式，壓差式、復合式等。按接收聲波的方向性可分為無指向性、心形指向性、強指向、雙指向性等；按用途可分為會議傳聲器、演唱傳聲器、錄音傳聲器、測量傳聲器等。2傳聲器的工作原理（1）動圈式動圈式傳聲器亦稱電磁式或電動式傳聲器。膜片受聲壓的作用而產生運動，與膜片相連的線圈在磁場中作切割磁力線的運動而感應出電流。 （2）電容式傳聲器電容式傳聲器是依靠振膜振動引起的電容量變化實現(xiàn)換能的

16、。電容式傳聲器需要一套極化電壓供給系統(tǒng)，給使用帶來不便。電容式傳聲器具有靈敏度高、動態(tài)范圍大、頻率響應寬且平坦、瞬態(tài)特性好、失真度低等特點。圖1-13 電容傳聲器的基本結構（3）鋁帶式傳聲器鋁帶式傳聲器的工作原理和動圈式傳聲器相似，上下兩個絕緣夾把一條壓有折紋的輕薄鋁箔帶固定在一個強磁場中。帶式傳聲器的高低頻特性均較優(yōu)良，音質極好，中音區(qū)柔和自然，高音區(qū)音質逼真，是播音室、錄音棚常用的傳聲器之一。但不適合在經常移動的場合使用。（4）駐極體式傳聲器駐極體式傳聲器是電容傳聲器的一種，又稱自極化電容傳聲器或預極化電容傳聲器。這種傳聲器的工作原理和電容傳聲器相同，所不同的是振動膜片經特殊電處理后，表面被永久地駐有極化電荷，從而取代了電容傳聲器的極板，故名為駐極體電容傳聲器。（5）無線傳聲器無線傳聲器的工作原理是用傳聲器將聲音信號轉成電信號，經調頻后形成超高頻信號發(fā)射出去。接收機是專用的調頻接收機，與發(fā)射機配套對應，用天線接收載波信號并經過高放、變頻、中放、鑒頻、前置級、放大級，最后輸出一個音頻信號。3傳聲器的性能指標靈敏度頻率響應指向性輸出阻抗動態(tài)閥本 章 小 結 聲音是由物體