声音的属性与计量.pptx
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1、本讲主要内容本讲主要内容 一、有关声波的几个基本概念一、有关声波的几个基本概念 二、声场的基本知识二、声场的基本知识 三、人耳的听觉特性与心理声学三、人耳的听觉特性与心理声学 四、声压、声压级与响度级四、声压、声压级与响度级 五、声强、声强级、声功率及声功率级五、声强、声强级、声功率及声功率级 六、响度、响度级与等响度曲线六、响度、响度级与等响度曲线 七、电平级七、电平级 八、声音信号的频带宽度与倍频程八、声音信号的频带宽度与倍频程 九、音响系统的匹配九、音响系统的匹配第1页/共65页2 一、有关声波的几个基本概念一、有关声波的几个基本概念1.1.声音产生的过程声音产生的过程 声音是通过物体机
2、械振动而产生的,它以波动声音是通过物体机械振动而产生的,它以波动的方式传播,由声波刺激人耳所引起的主观感觉。的方式传播,由声波刺激人耳所引起的主观感觉。第2页/共65页3扬声器振膜的振动会使周围的空气质扬声器振膜的振动会使周围的空气质点产生一定的疏密变化点产生一定的疏密变化,产生在空气产生在空气中传播的疏密波,这种疏密波称为中传播的疏密波,这种疏密波称为“声波声波”。扬声器振膜的振动会使周围的空气质点产生一定的疏密变化扬声器振膜的振动会使周围的空气质点产生一定的疏密变化第3页/共65页4声波:基音声波:基音+泛音,基音是完整的一个声波,泛音是其后无限重复的声波泛音,基音是完整的一个声波,泛音是
3、其后无限重复的声波振幅:振幅:表示声波随时间变化的最大值,也称为峰值。表示声波随时间变化的最大值,也称为峰值。t振幅振幅第4页/共65页5 频率:频率:一秒钟振动的次数称为频率,用一秒钟振动的次数称为频率,用f f表示,单表示,单位赫兹(位赫兹(HzHz)。)。人耳能听到的声音频率范围为人耳能听到的声音频率范围为20Hz20Hz20kHz20kHz。周期周期:声波振动一次所需的时间称为周期,以声波振动一次所需的时间称为周期,以T T表表示,单位为示,单位为s s(秒)。(秒)。频率和周期是互为倒数的:频率和周期是互为倒数的:第5页/共65页6 波长:波长:声波每振动一次所走过的距离称为声波的波
4、长,声波每振动一次所走过的距离称为声波的波长,以以表示,单位为米(表示,单位为米(m m)。)。声速:声速:声波在声波在1s1s(1 1秒)内所传播的距离称为声速,秒)内所传播的距离称为声速,以以c c表示,单位为表示,单位为m/sm/s(米(米/秒)。秒)。00时,在压强为时,在压强为1 1个大气压的空气中:个大气压的空气中:c c=331.5m/s=331.5m/s。c c值几乎不受气压影响,但会受温度变化的影响。值几乎不受气压影响,但会受温度变化的影响。在在t t时,声音的传播速度时,声音的传播速度c c约为:约为:c c331.5331.50.60.6t t(m/s)(m/s),在室温
5、(,在室温(1515时)时,时)时,c c约为约为340m/s340m/s。第6页/共65页7 2.2.声音的定义声音的定义 声音是客观物体振动,通过介质传播,作用声音是客观物体振动,通过介质传播,作用人耳,产生的主观感觉。人耳,产生的主观感觉。它不但是一种客观存在的物理量,而且是人它不但是一种客观存在的物理量,而且是人的主观感觉。的主观感觉。某些动物的听觉比人类敏感。某些动物的听觉比人类敏感。第7页/共65页 3.3.声源的组成声源的组成 一般声源是由三个基本部分组成;一般声源是由三个基本部分组成;激励源、振动源、共鸣源激励源、振动源、共鸣源第8页/共65页9 4.4.声音的三要素声音的三要
6、素 客观:客观:1 1)振幅)振幅 2 2)频率)频率 3 3)频谱)频谱 主观主观 :1 1)音量)音量 2 2)音调)音调 3 3)音色)音色第9页/共65页10二、声场的基本知识二、声场的基本知识1.1.声场对声音的影响声场对声音的影响1 1)优质扩音的几个必备条件)优质扩音的几个必备条件(1 1)声源及其设备)声源及其设备 (2 2)声场与环境)声场与环境(3 3)操作人员的素质与能力)操作人员的素质与能力第10页/共65页112 2)室内人耳听到的声音)室内人耳听到的声音 包括三部分:包括三部分:(1 1)直达声)直达声 产生声音的方向感、亲切感产生声音的方向感、亲切感(2 2)反射
7、声)反射声 产生声音的空间感和力度感产生声音的空间感和力度感(3 3)混响声)混响声 产生声音的丰满感和厚度感产生声音的丰满感和厚度感声影区:声音达不到的地方。第11页/共65页12 2.2.室内声场的参量室内声场的参量 1 1)混响时间:室内的声场达到稳定状态之后,从切断混响时间:室内的声场达到稳定状态之后,从切断声源开始声源开始 ,到声压衰减到原值的千分之一,即声压级降低,到声压衰减到原值的千分之一,即声压级降低60dB时所需要的时间。时所需要的时间。近似公式为:公式中公式中V V为房间体积,为房间体积,为房间总吸声量为房间总吸声量第12页/共65页132 2)不同功能的声场要求的最佳混响
8、时间表)不同功能的声场要求的最佳混响时间表 第13页/共65页14 3.3.混响半径混响半径 室内扩声时,距离声源越远,直达声声强越小,周室内扩声时,距离声源越远,直达声声强越小,周围的混响声强相对于直达声声强成比例上升,当距围的混响声强相对于直达声声强成比例上升,当距离达到一定数值时,混响声声强等于直达声声强,离达到一定数值时,混响声声强等于直达声声强,这一距离叫混响半径。另一张说法这一距离叫混响半径。另一张说法声源的指向性因素声源的指向性因素房间常数房间常数近似公式为:近似公式为:第14页/共65页154.4.房间常数:房间内对声音的有效吸声量,其值房间常数:房间内对声音的有效吸声量,其值
9、越大,说明房间对声音的吸收越多,混响时间越大,说明房间对声音的吸收越多,混响时间越短近似公式为:越短近似公式为:(单位为平方米单位为平方米)式中:为房间的总面积,式中:为房间的总面积,为房间的平均吸声系数。为房间的平均吸声系数。消声室:当消声室:当 近于近于1 1时,房间常数近于无限大,由于声时,房间常数近于无限大,由于声 音几乎全部吸收,没有反射,故混响时间近于零。音几乎全部吸收,没有反射,故混响时间近于零。混响室:当混响室:当 近于近于0 0时,由于房间常数近于声音几乎全部时,由于房间常数近于声音几乎全部反射,没有吸收,故混响时间近于无限长。反射,没有吸收,故混响时间近于无限长。第15页/
10、共65页16(接收声音与转换声音)(接收声音与转换声音)人耳的构造图人耳的构造图 三、人耳的听觉特性三、人耳的听觉特性1.1.生理声学生理声学 1 1)人耳的构造与功能)人耳的构造与功能 第16页/共65页17第17页/共65页 2.2.心理声学心理声学1 1)掩蔽效应)掩蔽效应一个声音的听阈因另一个声音的存在而提高的现象一个声音的听阈因另一个声音的存在而提高的现象称为掩蔽效应。称为掩蔽效应。例如:听清楚例如:听清楚A A的声音的阈值为的声音的阈值为40dB,40dB,若同时又听若同时又听见声音见声音B B,由于,由于B B的影响使的影响使A A的阈值提高到的阈值提高到52dB,52dB,即即
11、比原来提高比原来提高12dB12dB才可以听见才可以听见A A的声音。的声音。A A:被掩蔽声;:被掩蔽声;B B:掩蔽声;:掩蔽声;12dB12dB:掩蔽量;:掩蔽量;52dB52dB:掩蔽:掩蔽阈。阈。第18页/共65页19 2 2)鸡尾酒会效应)鸡尾酒会效应 鸡尾酒会效应是指人的一种听力选择能力,在这种情况鸡尾酒会效应是指人的一种听力选择能力,在这种情况下,注意力集中在某一个人的谈话之中而忽略背景中其下,注意力集中在某一个人的谈话之中而忽略背景中其他的对话或噪音。鸡尾酒会效应揭示了人类听觉系统中他的对话或噪音。鸡尾酒会效应揭示了人类听觉系统中令人惊奇的能力,使我们可以在噪声中谈话。令人惊
12、奇的能力,使我们可以在噪声中谈话。第19页/共65页20 当两个声源声压相同,而且同时到达人耳时,人们感觉声当两个声源声压相同,而且同时到达人耳时,人们感觉声音是从中间方向来的,中间会形成一个虚拟生源。当其中一音是从中间方向来的,中间会形成一个虚拟生源。当其中一个声源的声压逐步提高,人们感到声源由中间位置向高声压个声源的声压逐步提高,人们感到声源由中间位置向高声压级的一方移动,当提高声压级超过级的一方移动,当提高声压级超过9dB9dB时,人们感觉声音是从时,人们感觉声音是从高声压级一方来的。如果不改变声压级,而使其中一个声源高声压级一方来的。如果不改变声压级,而使其中一个声源延迟,如果延迟在延
13、迟,如果延迟在30ms30ms以内,听觉上将感到只来自未延迟的以内,听觉上将感到只来自未延迟的声源,当延迟时间超过声源,当延迟时间超过50ms50ms时,听觉上感到两个声音,即出时,听觉上感到两个声音,即出现回声。哈斯效应是制作环绕声的理论基础。现回声。哈斯效应是制作环绕声的理论基础。3 3)哈斯效应)哈斯效应人耳对于声源方向感觉的基本特性。人耳对于声源方向感觉的基本特性。第20页/共65页2023/3/15哈斯效应:声音在3-30ms,确定声音方向,在30-50ms,同时存在,在50ms以上存在两个声音。多普勒效应:由于波源和观察者之间有相对运动,使观察者感到频率发生变化的现象,称为多普勒效
14、应。例子:迎面而来的小火车。第21页/共65页 声压:声源振动而产生的大气压的声压:声源振动而产生的大气压的波动值波动值(压强的改压强的改变量变量),),用用p p表示,单位为帕(表示,单位为帕(PaPa)PaPa1N1Nm m2 2 有时也可以用有时也可以用“巴(巴(bar)bar)”作单位,作单位,1Pa=101Pa=10-5-5barbar声压声压第22页/共65页23 声压级:声压级:测量的声压与基准声压的比值取常用对数再乘测量的声压与基准声压的比值取常用对数再乘以以2020,单位是,单位是dBdB,它表示声压大小的,它表示声压大小的等级等级。声压级声压级用公式表示声压级用公式表示声压
15、级待求的声压级的声压待求的声压级的声压基准声压,数值为基准声压,数值为2 21010-5-5Pa(1kHzPa(1kHz时的闻阈声压值)时的闻阈声压值)声压(单位帕)声压(单位帕)声压级(单位分贝)声压级(单位分贝)刚好能听见声音的界限刚好能听见声音的界限第23页/共65页24计算举例:计算举例:教室内某点的声压为教室内某点的声压为210210-2-2PaPa,这点的声压,这点的声压级为多少?级为多少?解:解:第24页/共65页25 正常人耳的听觉下限为正常人耳的听觉下限为0dB0dB,人耳的听觉的上,人耳的听觉的上限是限是120dB120dB,长期在,长期在85dB85dB以上听音就会对人耳
16、产以上听音就会对人耳产生损害,超过生损害,超过120dB120dB的声音会耳痛、难以忍受,的声音会耳痛、难以忍受,140dB140dB的声音会使人失去听觉。但是,的声音会使人失去听觉。但是,0dB0dB不表不表示没有声音示没有声音第25页/共65页26 4.4.响度与声压、声压级的关系:响度与声压、声压级的关系:响响度度 声声压压(帕帕)声声压压级级低声耳语(听觉阈)低声耳语(听觉阈)微风吹树叶(环境声)微风吹树叶(环境声)课堂讲课(语音声)课堂讲课(语音声)室内交响乐(音乐声)室内交响乐(音乐声)电影院(听觉上限)电影院(听觉上限)近距离雷声(痛觉阈)近距离雷声(痛觉阈)飞机起飞(飞机起飞(
17、3 3米处)米处)(听力破坏)(听力破坏)第26页/共65页27 单位时间内,垂直于声波传播方向的单位面积所通过的声单位时间内,垂直于声波传播方向的单位面积所通过的声能,称为声强,用符号能,称为声强,用符号I I表示,单位是瓦平方米表示,单位是瓦平方米(W(Wm m2 2)。五、声强、声强级、声功率及声功率级五、声强、声强级、声功率及声功率级在无反射的自由声场中,点声源发出在无反射的自由声场中,点声源发出的球面波均匀地向四周辐射声能的球面波均匀地向四周辐射声能距离声场中心的距离距离声场中心的距离1.1.声强声强(I I )第27页/共65页282.2.声强级声强级(L LI I)待求声强级的声
18、强待求声强级的声强基准声强,数值等于基准声强,数值等于1010-12-12W/mW/m2 2(1kHz(1kHz时的闻阈声强值)时的闻阈声强值)声强级:测量的声强声强级:测量的声强I I与参考声强与参考声强I Io o的比值取常用对数的比值取常用对数再乘以再乘以1010,单位是,单位是dBdB。第28页/共65页293.3.声功率(声功率(W W )声功率是声源在声功率是声源在单位时间单位时间内向外辐射的声能,它表示声内向外辐射的声能,它表示声源发声能力的大小,用符号源发声能力的大小,用符号WW表示,单位是表示,单位是WW(瓦)、(瓦)、mW(mW(毫瓦)或毫瓦)或 WW(微瓦)。(微瓦)。4
19、.4.声功率级声功率级(L LWW)测量的声功率(测量的声功率(W W)与基准声功率()与基准声功率(WWo o)的比值取常用对)的比值取常用对数再乘以数再乘以1010,单位为,单位为dBdB。第29页/共65页30待求声功率级的声功率待求声功率级的声功率基准声功率,数值等于基准声功率,数值等于1010-12-12W(1kHzW(1kHz时的闻阈声功率值)时的闻阈声功率值)用公式表示声功率级用公式表示声功率级(L LWW)第30页/共65页31国际上统一规定了下列基准值:国际上统一规定了下列基准值:基准声压基准声压=210=210-5-5PaPa 基准声强基准声强=10=10-12-12W/m
20、W/m2 2 基准声基准声功率功率=10=10-12-12WW 基准电功率基准电功率=1mW=1mW 基准基准电压电压=0.775V=0.775V 基准基准电流电流=1.29mA=1.29mA第31页/共65页32声强(W/m2)声功率(W)声压(Pa)声强级、声功率级、声压级(dB)相应环境1021022102140飞机发动机(3m)112101120痛阈1021022100100织布机房104104210180汽车喇叭106106210260相距1m交谈108108210340安静室内10101010210420轻声耳语1012101221050听阈 声强、声压、声功率与声强级、声压级、声
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- 关 键 词:
- 声音 属性 计量
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