電子學(xué)和聲學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

1、電子學(xué)和聲學(xué)基礎(chǔ),廣州勵(lì)豐聲光科技有限公司,大項(xiàng)目部,電子學(xué)基礎(chǔ)知識(shí),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(duì)純電阻電路成立）,,（針對(duì)非純電阻電路成立）,在具有電阻、電感和電容的電路里，對(duì)交流電所起的阻礙作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示,是一個(gè)復(fù)數(shù),實(shí)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(shí)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(yáng)

2、聲器單元及音箱,1、連續(xù)功率PRMS,2、音樂(lè)功率 PM,3、峰值功率PPK,PPK= 2PM= 4PRMS,功率放大器,1、連續(xù)FTC功率PFTC,2、峰值功率PPK,PPK=2PFTC,聲學(xué)基礎(chǔ)知識(shí),什么是聲音？？,,一、聲音的基本性質(zhì),聲源,聲音,介質(zhì),聲場(chǎng),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(dòng)，聲音由物體振動(dòng)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

3、必須通過(guò)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(shí)以上兩種特性均存在。 　　　　聲源的振動(dòng)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(chǎng),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(chǎng)：近場(chǎng)、遠(yuǎn)場(chǎng) 室外聲場(chǎng)、

4、室內(nèi)聲場(chǎng),1、周期（T）：?jiǎn)挝唬篠,2、頻率（f）：?jiǎn)挝唬篐z f = 1 / T,人耳可以聽(tīng)到的聲音頻率范圍：20~20kHz次聲波：低于20Hz的聲波超聲波：高于20kHz的聲波,3、波長(zhǎng)（λ）：?jiǎn)挝唬簃,4、聲速（c）：?jiǎn)挝唬簃/s,常溫下（15 oC ）空氣中的聲速為340m/s；（21 oC ）時(shí)為344m/s,t：相對(duì)空氣溫度（oC）,5、聲速、波長(zhǎng)和頻率之間的關(guān)系

5、： c = n · λ · f= λ · f(n=1),與媒質(zhì)密度、彈性、溫度有關(guān),,,,m,,,,,聲波的頻率、波長(zhǎng)與速度,E0 = Eγ + Eα +Eτ,E0 ：總聲能Eγ：反射聲能Eα：吸收聲能 Eτ：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(zhǎng)的光滑的界面,,,,當(dāng)波傳播到兩種介質(zhì)的分界面時(shí)，一部分反射形成反射波，另外一部

6、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(duì)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(gè)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

7、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 =1000×10k/10(k=0， ±1， ±2， ±3…),f2 / f1 = 2n,倍頻程,1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,指向性,頻率越高指向性越強(qiáng),例如人在講話時(shí)，正面聲音最大

8、，背面聲音最小。,與波長(zhǎng)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(lái)描述具有振幅、頻率和相位三個(gè)物理量的任何復(fù)雜的聲音，故又稱為聲音“三要素”；,人耳對(duì)不同強(qiáng)度、不同頻率聲音的聽(tīng)覺(jué)范圍稱為聲域。,在人耳的聲域范圍內(nèi)，聲音聽(tīng)覺(jué)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

9、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(jì)量,聲級(jí),1、聲功率級(jí),2、聲強(qiáng)級(jí),3、聲壓級(jí),聞閾聲強(qiáng) 10-12 W/m2，相應(yīng)的聲壓 2×10-5 Pa,1000Hz,痛閾聲強(qiáng) 1 W/m2，相應(yīng)的聲壓 20 Pa,W0：10-12 W,I0：10-12 W/m2,p0：2×10-5 Pa,常見(jiàn)的絕對(duì)電平表示方法：,dBw取1W作基準(zhǔn)值的絕對(duì)功率電平,dBV取1V作基準(zhǔn)值的絕

10、對(duì)電壓電平,dBu取0.775V作基準(zhǔn)值的絕對(duì)電壓電平,,0dB,,120dB,實(shí)驗(yàn)表明，人們對(duì)聲音強(qiáng)弱的感覺(jué)并不直接同聲壓或聲強(qiáng)成比例。例如，當(dāng)聲強(qiáng)增加至2倍時(shí)，我們只覺(jué)得聲音加強(qiáng)了0.3倍；當(dāng)聲強(qiáng)分別增至10倍、100倍、1000倍時(shí)，我們的感覺(jué)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(duì)數(shù)關(guān)系相符。 為了方便，聲學(xué)中用聲強(qiáng)的對(duì)數(shù)量（叫做聲強(qiáng)級(jí)）來(lái)表示聲音的大小。對(duì)數(shù)的底取10，單位為貝耳

11、，簡(jiǎn)稱貝,dB,dBm，dBu，dBv，dBV的計(jì)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，Er=0.7746伏特，R大于Rr。,,用于衡量功率匹配系統(tǒng)，信號(hào)源輸出阻抗等于負(fù)載輸入阻抗。,其中Er為參考電壓值, Er=0.7746伏特,,用于衡量電壓匹配系統(tǒng)，信號(hào)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=1伏特,平方反比定律,,距離增加一倍

12、，聲壓級(jí)衰減6dB,,,,,,,,,,功率增加一倍，聲壓級(jí)增加3dB,功率聲壓級(jí)轉(zhuǎn)換法則,,凹曲面會(huì)產(chǎn)生聲聚焦現(xiàn)象,聲聚焦,三、聲缺陷,當(dāng)反射聲延遲時(shí)間過(guò)長(zhǎng),一般是直達(dá)聲后100ms，強(qiáng)度又很大，這時(shí)就可能形成回聲。,聲波在特定界面之間的往復(fù)反射,顫動(dòng)回聲：,聲音有連續(xù)的重疊聲，并有顫抖的感覺(jué),回聲與顫動(dòng)回聲,平行墻壁間聲音相互多次反射引起的聲音顫動(dòng)現(xiàn)象，屬于嚴(yán)重的建聲缺陷，會(huì)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

13、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。,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(shí)差須大于0.1秒。,由于障礙物或折射的原因，產(chǎn)生聲音輻射不到的區(qū)域,聲陰影,兩列（或兩列以上）具有相同頻率、相同振動(dòng)方向和恒定相位差的聲波在空間迭加時(shí)，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(huì)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

14、源　　　　當(dāng)兩只揚(yáng)聲器的極性相反時(shí)，揚(yáng)聲器內(nèi)的音圈振動(dòng)方向相反，由此發(fā)出的聲波在空間中傳播同振動(dòng)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(diǎn)的合成聲波的振幅會(huì)減弱。雖然揚(yáng)聲器都在發(fā)聲，可是人耳聽(tīng)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(dòng)方向相同，而且振幅也相等。當(dāng)它們?cè)谕恢本€上沿相反方向傳播時(shí)，在它們迭加的區(qū)域內(nèi)就會(huì)形成一種特殊的波。,駐波,當(dāng)一列波遇到障礙時(shí)產(chǎn)生的反射波與入射波疊加可產(chǎn)生駐波。,

15、駐波的特點(diǎn)：媒質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)都作穩(wěn)定的振動(dòng)。波形并沒(méi)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(gè)駐波點(diǎn)重疊在一起，會(huì)使得房間的頻響特性過(guò)分不平坦，而這些頻率點(diǎn)上，又會(huì)造成頻率的異常突出，造成聽(tīng)覺(jué)上的不自然感。也就是平時(shí)我們常說(shuō)的房間的“聲染色”。,哈斯效應(yīng),沒(méi)有延時(shí)，感覺(jué)聲音從兩聲源中間發(fā)出,延時(shí)5～30ms，感覺(jué)聲音從超前一個(gè)聲源發(fā)出，感覺(jué)不到另一個(gè)聲源的存在,延時(shí)30～50ms，能感覺(jué)兩個(gè)聲源的存在，但方向仍由超前一個(gè)

16、聲源決定,延時(shí)50ms以上，感覺(jué)兩個(gè)聲源同時(shí)存在，方向由各個(gè)聲源決定，滯后聲為回聲,,哈斯效應(yīng),哈斯效應(yīng)又稱：時(shí)差效應(yīng)、優(yōu)先效應(yīng),四、人耳對(duì)聲音的感知,人耳對(duì)一個(gè)聲音的聽(tīng)覺(jué)靈敏度因?yàn)榱硪粋€(gè)聲音的存在而降低的現(xiàn)象,存在的干擾聲音,,掩蔽聲,聽(tīng)閾所提高的分貝數(shù),,掩蔽量,提高后的聽(tīng)閾,,掩蔽閾,取決于聲壓級(jí)差、頻譜、時(shí)間和相位的關(guān)系,掩蔽效應(yīng),一個(gè)較弱的聲音（被掩蔽音）的聽(tīng)覺(jué)感受被另一個(gè)較強(qiáng)的聲音（掩蔽音）影響的現(xiàn)象,四、人耳對(duì)聲音的感知,

17、當(dāng)聲源和聽(tīng)者發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，聽(tīng)者感覺(jué)到的聲波頻率和聲源頻率產(chǎn)生差異,當(dāng)聲源朝向聽(tīng)者運(yùn)動(dòng)時(shí)，聽(tīng)者感到頻率變高,當(dāng)聲源背向聽(tīng)者而去時(shí)，聽(tīng)者感到頻率變低,多普勒效應(yīng),四、人耳對(duì)聲音的感知,在乘火車的時(shí)候，當(dāng)兩火車錯(cuò)車時(shí)，你會(huì)感覺(jué)到火車?guó)Q笛聲由低逐漸變高；而當(dāng)火車遠(yuǎn)離時(shí)，你又會(huì)感覺(jué)到火車?guó)Q笛聲由高變低的變化。其實(shí)，火車?guó)Q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

18、所造成的。提高汽車?guó)Q叫聲的頻率，讓人感到汽車在“疾馳而來(lái)”；而降低頻率并減小音量，則可產(chǎn)生汽車在“馳離現(xiàn)場(chǎng)”的感覺(jué)。,兩只相同的揚(yáng)聲器對(duì)稱地分布在聽(tīng)音者的正前方，如果送給兩只揚(yáng)聲器的聲音信號(hào)的功率相同，兩只揚(yáng)聲器輻射的聲強(qiáng)級(jí)差為0，到達(dá)聽(tīng)音者耳朵的時(shí)間差為0，則聽(tīng)音者感覺(jué)到聲音只有一個(gè)，來(lái)自正前方的對(duì)稱軸上，人耳不能區(qū)分出兩個(gè)聲源。如果增加兩只揚(yáng)聲器的輻射聲強(qiáng)級(jí)差，則聲方位（聲像）向聲音響的那只揚(yáng)聲器偏移，其偏移量大小與聲強(qiáng)級(jí)差有關(guān)

19、。 當(dāng)聲強(qiáng)級(jí)大于15dB時(shí)，聽(tīng)音者會(huì)感覺(jué)到聲音來(lái)自聲強(qiáng)級(jí)大的那只揚(yáng)聲器。如果兩只揚(yáng)聲器的聲強(qiáng)級(jí)差為0，但兩只揚(yáng)聲器輻射聲音有一些時(shí)間差，這時(shí)聽(tīng)音者感覺(jué)到聲像向先到達(dá)的那只揚(yáng)聲器方向偏移。當(dāng)時(shí)間差大于3ms時(shí)，聲音（聲像）好像完全來(lái)自聲音先到達(dá)的那只揚(yáng)聲器。實(shí)驗(yàn)表明，聲強(qiáng)級(jí)差與時(shí)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(jí)差在15dB以下、時(shí)間差在3ms以內(nèi)時(shí)，它們之間呈線性關(guān)系，每5dB的聲強(qiáng)級(jí)差引起的聲像偏移相當(dāng)于兩聲音引起

20、的時(shí)間差1ms的效果，這便是德波埃效應(yīng)。這種效應(yīng)說(shuō)明了人耳同時(shí)聽(tīng)多個(gè)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(tīng)效應(yīng)”、“聚焦效應(yīng)”,雞尾酒會(huì)效應(yīng),人的聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)可以從眾多聲源同時(shí)發(fā)出的聲音之中，把聽(tīng)覺(jué)的主要對(duì)象集聚到其中某一點(diǎn)上。,四、人耳對(duì)聲音的感知,德 · 波埃效應(yīng),聲像,,,,,,,,,,,,,,,,,Linear,dB,混響時(shí)間（s）,ON 聲源 OFF,,,,,,,,,,,

21、,,,,,,1/1,000,000,,,,-60 dB,,,混響時(shí)間 Reverberation time,室內(nèi)音響,賽賓公式,V ：房間容積，m3S ：室內(nèi)總表面積，m2 ：室內(nèi)平均吸聲系數(shù)4m：空氣吸聲系數(shù),伊林公式（艾潤(rùn)公式）,伊林公式（艾潤(rùn)公式）：考慮空氣吸聲時(shí),不同表演形式對(duì)廳堂混響時(shí)間的不同要求,經(jīng)典藝術(shù)類,交 室響 內(nèi)樂(lè) 樂(lè),1.8S|2.2S,歌劇芭蕾,1.1S|1.3S,戲劇戲曲,1.2S|