admin 发表于(2019-08-30) 本文标签：
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第一章 声学基础知识
声波的物理特性
声波的振动方向与传播方向是一致的，所以称声波为纵波。
在某一个时刻，同相位的振动传播到达点的集合称为波前，也称波阵面。波阵面是平面的波称为平面波，波阵面是球面的波称为球面波。
物体在一个位置附近作往返运动称为振动。
振动体每秒振动的次数称为频率，用符号f表示，频率的单位是赫兹（Hz），简称赫。振动体每振动一次，即完成一次往复运动所需的时间为周期，用符号T表示，单位是周，或s/次。频率和周期的关系为f=1/T
声波每秒钟内传播的距离称为声速，用符号c表示，单位为米/秒，声音在空气中的传播速度为343米/秒 。
物体每完成一次往复运动所经过的距离称为波长，用符号λ表示，单位是米。
频率、波长和声速三者之间的关系如下：λ=c/f
声波在传播过程中的状态包括：声波的反射、声波的散射、声波的衍射、声波的绕射、声波的折射、声波的透射、声波的吸收、声波的干涉。
声波的度量
声功率是指声源在单位时间内向外辐射的声能，记做W。单位是瓦（W）
声强是衡量声波在传播过程中声音强弱的物理量。声场中某一点的声强，即指单位时间内，在垂至于声波传播方向的单位面积上所通过的声能，符号为I，单位是瓦每平方米（W/m.m）
介质质点由于声波作用而产生振动时所引起的大气压力的起伏称为声压，记做P，单位是帕斯卡（Pa）
声功率级是声功率与基准声功率之比的对数的10倍，记做Lw，单位是分贝（dB），声强级是声强与基准声强之比的对数的10倍，记做Li，单位是分贝（dB），声压级是声压与基准声压之比的对数的20倍，记做Lp，单位是分贝（dB），声功率级、声强级、声压级都是无量纲量，是相对比较的值，其数值大小与所规定的参考值有关。
两个数值相等的声压级叠加时，只比原来增加了3dB，而不是增加一倍，如果两个声压级差超过15dB，则附加值可以忽略不计。
听觉的主观感受
人耳的可听频率范围一般在20Hz～20000Hz之间，频率超过20000Hz的称作超声波，频率低于20Hz的称为次声波。人耳可听的声压级范围一般在0dB～140dB左右，150dB左右的声音可能会对人耳造成损害。
人耳对声音的识别主要是依据音调、声量和音色，称为声音的三要素。相对应的物理量为频率、响度和频谱。
响度是人耳对于声音强弱的主观感受，用符号S表示。为了对响度进行计量，定义响度的单位为“宋”（sone），并定义：声压级为40dB的1000Hz的标准音的主观感受规定为响度等于1sone。为了把声音强弱的客观尺度与在此声音刺激下的主观感受的强弱联系起来，引入了响度级的概念。任何声音的响度级，在数值上等于与标准音（1000Hz）一样响时所对应的标准音的声压级，用符号P表示。单位为“方”（phon）。根据定义，人耳判断与1000Hz纯音的1dB声压级等响的响度级为1phon。
等响曲线
在同一条等响曲线上的不同频率、不同声压级的纯音信号，给人的响度感觉是一样的。等响曲线在声压级低时斜率大，即变化快，而声压级高时，等响曲线比较平坦，在低频时尤为明显。可以看出人耳对于2000～4000Hz的声音最为敏感。
人耳对于声音的高低的感觉为音调。音调的高低与频率有关，频率越高，人耳感觉的音调越高。在音乐上音调称为音高。频率增加一倍，即增加一个倍频程，音乐上称提高了一个八度。音调的单位是“美”（mel），其定义为：频率为1000Hz、声压级为40dB的纯音所产生的音调是1000mel。
音色主要取决于声音的频谱结构。
掩蔽效应：人耳对一个声音的听觉灵敏度因为另一个声音的存在而降低的现象，称为掩蔽效应。当被掩蔽的声音和掩蔽声频谱接近时，掩蔽量较大，即频率接近的声音掩 蔽效果明显；掩蔽声的声压级越高，掩蔽量越大；低频声对高频声会产生相当大的掩蔽效应，而高频声对低频声的掩蔽效应则相对较小。
双耳效应：双耳定位声源方位的能力称为双耳效应。一般对于1000Hz以上的声音，靠双耳的声强差定位，而对于1000Hz以下的声音，靠双耳的时间差（相位差）定位。双耳效应是立体声听音的重要条件。
哈斯效应：两个同样的声音（频率、振幅相同）到达人耳，会出现三种情况：（1）一个声音比另一个声音先到达5～30ms，则会感觉到一个延长了的声音，它来自先到达声音的方向，迟到的声音好像不存在。（2）如两个声音先后到达有30～50ms的时间差，就会感到存在两个声音，声音的方向仍由先到达的决定。（3）若两个声音先后到达时间在50ms以上，则可以清楚地听到两个声音来自各自的方向。
室内声学
发声体在闭室内振动，所发出的声波在室内空间形成复杂的声场。声场中某一位置上听到的声音由三部分组成：直达声、近次反射声（早期反射声）和混响声（多次反射声）。
直达声：指从声源直接传播到听音点的声音，其传播路径是从声源到该点的直线段。在传播过程中，直达声不受室内界面的影响，距离每增加一倍，声压级衰减6dB。
近次反射声：指相对直达声延迟50ms以内到达的反射声。由于哈斯效应，延时在50ms内的反射声难以和直达声分开，不会互相干扰。
混响声：指在近次反射声后陆续到达的、经过多次反射的声音。
当室内声源停止发声后，声音衰减的过程称为混响过程。混响过程可以用混响时间加以度量。混响时间，指在达到稳态声场后，声源停止发声，从声源停止发声到室内声能密度衰减到原来的百万分之一（衰减60dB）时所经历的时间，记做T60。在计算混响时间时，通常要计算125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz六个频率的值。在未加注明时，通常是指500Hz的声音的混响时间。混响时间短，有利于听音的清晰度，但过短则会感到声音干涩、缺少穿透力和亮度。混响时间长，有利于声音的丰满，但过长则会感到声音含糊不清，降低了听音的清晰度。
计算混响时间：赛宾公式T60=KV/A，式中：T60为混响时间；K为与温度有关的常数，一般取K=0.161s/m；V为闭室的容积；A为房间的吸声量A=Sα，S为室内总表面积，α为室内平均吸声系数。
房间共振：共振现象，即物体被一外界干扰振动激发时，将按照其本身所具有的固有频率（又称简正频率或共振频率）而振动。激发频率越接近物体的某一固有频率，共振响应就越大。在一些室内装修材料比较坚硬的房间内，当声源发声时，声波不可避免地会相互干扰，从而激发房间内的某些固有频率的声音，形成驻波，即出现了房间的共振现象。当发生共振现象时，声源中某些频率被特别加强，即出现了“声染色”现象。声染色，指由于室内声频率响应的变化，使原来声音信号的频谱发生某种改变而被赋予外加的音色，从而导致原来地的声音产生失真，影响音质。房间共振还使某些频率（主要是低频）的声音在空间分布上很不均匀，即出现了在某些固定位置上加强和某些固定位置上减弱的驻波，称简正现象。
第二章 传声器（话筒）
传声器，俗称话筒，又称麦克风（microphone），是一种将声音信号转换为电信号的音响设备。
传声器的分类：
按换能原理分：动圈式传声器，电容式传声器，带式传声器，驻极体式传声器
按指向性分：全指向性传声器，双指向性传声器，单指向性传声器，强指向性传声器
按传输方式分：有线传声器，无线传声器
按用途分：会议传声器，演唱传声器，录音传声器，测量传声器
按功能分：单声道传声器，立体声传声器，混响传声器
按输出阻抗分：高阻传声器（20～50kΩ），低阻传声器（200～600Ω）
传声器的主要技术指标：
灵敏度：灵敏度表示传声器的声电转换能力，即指传声器声电转换过程中，把声压转换为电压的能力。传声器灵敏度常用开路灵敏度和灵敏度级来表示。开路灵敏度：通常规定在自由声场中，传声器在1000Hz的恒定声压作用下，正弦波声信号从传声器轴向输入时，传声器输出端开路状态下测得的输出电压与声压之比，称为开路灵敏度和轴向灵敏度。一般动圈传声器开路灵敏度在0.1～0.5mV/μbar左右，电容传声器开路灵敏度在1～4mV/μbar左右。传声器灵敏度也有用dB值表示的，它是指传声器灵敏度E与参考灵敏度Eref之比的对数值，称为传声器的灵敏度级。一般动圈传声器的灵敏度级约为－60～－70dB；电容传声器约为－40～－50dB（1mv/Pa=－60dB，1V/Pa=0dB）。使用过程中，灵敏度高对提高信噪比有利，但太高的灵敏度往往会引起失真。
频率响应：频率响应是指传声器输出电平与频率的关系。它是指传声器在一恒定声压作用下，传声器的输出电平随不同频率的电压变化。频率响应可以用频率响应曲线来表示。
动态范围：传声器动态范围是指在规定的谐波失真条件下（一般规定0.5％），其所承受的最大声压级与绝对安静条件下传声器的等效噪声级之差。
传声器阻抗：传声器的阻抗有两种，即输出阻抗与负载阻抗。
为了保证声源转换为高质量、高保真的电信号，要求宁肯损失部分能量也不加大失真，一般采用跨接方式。即传声器输出阻抗Zout×5＝调音台输入阻抗Zin（传声器负载阻抗）
指向性：传声器的指向性是指在某一特定频率下，随着声波入射方向的不同其灵敏度的变化特性，分为全指向性，双指向性，心型指向性，超心型指向性和强指向性。
失真度：失真度即声音通过传声器声电变换后信号变形的程度。主要是指谐波失真和频率失真。一般要求谐波失真不能超过0.5％。
常用传声器：
动圈式传声器：动圈传声器的工作原理是：当声波传到传声器的膜片上，膜片受声压的作用而产生运动，并带动粘连在振膜上的音圈一起振动，而音圈又置于磁体产生的磁场中作切割磁力线的运动，使音圈产生一交变的感应电动势，进而感应产生电流。此电流的波形与声波传到膜片上的音频波形相一致。该电信号即为动圈传声器的输出信号。
近讲式动圈传声器：压差式和复合式传声器在近距离使用时，不但声音增大，而且低频输出增加，亦即低音加重。距离声源越近，频率越低，低音加重越显著，这种低频提升的效应称为近讲效应，或称球面波效应。利用这种近讲效应，设计成适合近距离演唱和语言扩声用的传声器，就称为近讲传声器。特点是声音具有真实感、细腻感、亲切感和临场感。
电容式传声器：电容式传声器是依靠振膜振动引起的电容量变化实现换能的，因此称作电容式传声器。电容式传声器由极头、前置放大器和极化电压供给电路三大部分组成。电容式传声器具有灵敏度高、动态范围大、频率响应宽且平坦、瞬态特性好、失真度低等特点。
幻象供电：幻象供电是利用传声器输出电缆内的信号芯线和屏蔽线作为直流供电的通路来传输电源的一种供电方式，把传声器的信号线作为传输信号和施加极化电压的复用通路，电容传声器就可以由原来的使用多芯电缆变为使用普通的二芯屏蔽线缆，利用调音台上提供的幻象供电向电容传声器供电，这样就省去了电容话筒的供电电源，大大地方便了实际使用。幻象供电只适用于平衡传输、对称输入的信号传输方式，且要求调音台有相应的幻象供电功能。
立体声传声器：立体声传声器是专门为立体声扩声和录音而设计的传声器，根据不同的立体声制式，可以由两个或两个以上的传声器组成。双通路立体声系统，可分为AB制、XY制和MS制系统。
无线传声器：无线传声器由传声器、小型无线电发射机和无线传声接收机三部分组成。按载波频率不同分为以下三种：FM型：工作在调频波段88～108MHz；VHF型：又分为低频段VHF型，工作在30～50MHz，高频段VHF型，工作在150～250MHz。UHF型：又分为低频段UHF型，工作在200～600MHz，高频段UHF型，工作在700～1000MHz。
传声器的使用：
使用要点：
（1）传声器与音箱之间的关系也十分重要，传声器拾音范围尽量避开音箱的辐射方向。传声器的位置附近不应有大的反射面，以避免强烈的反射声引起声音相位干涉而破坏声音的自然度。
（2）传声器的插接件要牢固可靠，与传声器的焊接要求规范，不允许有虚焊、接触不良等现象存在。传声器必须使用优质屏蔽电缆传送信号。一般来说，不平衡连接时，传声器连线的长度不宜超过10米，若必须加长连接线，则应采用平衡接法，以减少外来干扰。
（3）声源与传声器的拾音距离要适当。
（4）传声器要注意防风、防尘、防潮、防震。
（5）多只传声器使用时传声器的相位要一致。对于一个声源如需两个传声器进行单声道拾音时，就将两个传声器尽量靠近，或保证每个传声器与音源的距离相等，以免相加时产生相位干涉现象；对于两个以上声源如需两个以上传声器拾音时，应使每个传声器之间的距离大于声源与传声器间距离的3倍，以减小信号相加时产生相位干涉现象。
无线传声器的使用要点：
（1）无线传声器接收机天线尽量要与发射机近一些。
（2）其间最好没有障碍物，尤其避开金属结构，否则信号会被吸收或引起超短波的反射，使噪声增大。
（3）发射机天线一定要顺着人体垂直于地面。
（4）所有发射机天线不能与外壳相碰，否则会有“喀喀”声。
（5）尽量选用双接收式无线传声器，保障无线接收质量。
（6）使用时避开盲点区。
（7）同时使用无线传声器不要过多，一般不超过4只，避免其频率接近互相产生干扰。
（8）及时更换电池，保持电力充足，长时间不用时一定要将电池取出。
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