第二章音響基本知識(shí)第1頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1聲音的物理特性

客觀物理性世界上的一切聲音都是由物體振動(dòng)而產(chǎn)生的。我們用手觸摸一下放聲時(shí)的揚(yáng)聲器紙盆,會(huì)立即感到紙盆在振動(dòng),這個(gè)振動(dòng)的紙盆就叫做聲源。紙盆在振動(dòng)時(shí)激起周圍空氣層振動(dòng),于是在空氣中形成一疏一密向四面八方傳播,這種波動(dòng)現(xiàn)象叫做聲波。聲波所及的空間范圍叫做聲場(chǎng)。主觀聽感性第2頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1聲音的物理特性

客觀物理性，主觀聽感性客觀物理性世界上的一切聲音都是由物體振動(dòng)而產(chǎn)生的。這個(gè)振動(dòng)的物體就叫做聲源。物體在振動(dòng)時(shí)激起周圍空氣層振動(dòng),于是在空氣中形成一疏一密向四面八方傳播,這種波動(dòng)現(xiàn)象叫做聲波。聲波所及的空間范圍叫做聲場(chǎng)。

第3頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月聲波可以在空氣中傳播,也可在液體中傳播,因?yàn)樗鼈兌际菑椥晕镔|(zhì)。下圖是聲波在空氣中的瞬時(shí)傳播,波峰處稍高于大氣壓,波谷處稍低于大氣壓。第4頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月聲壓由于聲波的傳播,使周圍的氣壓發(fā)生高低變化,空氣密集處壓強(qiáng)增加,空氣稀薄處壓強(qiáng)降低。這種由聲波引起的壓強(qiáng)變化就叫做

聲壓

,一般用p表示,單位為帕(Pa)聲壓大小決定聲音的強(qiáng)弱。聲壓與大氣壓相比是非常微小的,說話時(shí)離嘴0.5米處的聲壓大約是0.1帕。聲壓低到2×10一5

帕是人耳可聽音的極限,也叫做聽閥。聲壓高到20帕是人聽覺的最高極限,超過這個(gè)極限人耳會(huì)引感到痛癢,所以把它叫做痛閥。第5頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月聲功率聲源在單位時(shí)間內(nèi)輻射的總聲能叫做

聲功率

,以P表示,單位用瓦(W)、毫瓦(mW)、微瓦(μW)表示。聲功率的范圍很廣：小聲耳語只有10-9

瓦而噴氣飛機(jī)則為104

瓦,兩者相差1013

倍。第6頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月聲強(qiáng)是指垂直于傳播方向單位面積上所通過的平均聲功率,以I表示,用瓦/厘米2為單位。聲強(qiáng)和聲源聲功率成正比。與離開聲源的距離平方成反比,聲強(qiáng)隨著離開聲源距離的增加按平方反比定律減少,即距離增加1倍聲強(qiáng)則減少1/4,距離增大3倍聲強(qiáng)即減少1/9。聲功率和聲強(qiáng)很難直接測(cè)量,通常根據(jù)聲場(chǎng)所測(cè)得的聲壓來換算。第7頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月聲強(qiáng)隨聲源距離增加而減少的原因,是聲能在空氣中的損耗和幾何擴(kuò)散。實(shí)際上空氣中的損耗很小,主要是幾何擴(kuò)散。如右圖所示,從一個(gè)點(diǎn)聲源向周圍均勻輻射出來的聲能,必然通過一系列擴(kuò)大的球面。因此,單位面積上的聲能和球面半徑平方成反比變化。

第8頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月聲音的頻率和頻譜頻率即每秒鐘振動(dòng)的次數(shù),頻率單位過去習(xí)慣用周/秒表示,現(xiàn)在統(tǒng)一用赫[茲](Hz)表示,1周/秒即為1赫(Hz)。聲音有單一頻率的純音

,但大多數(shù)聲音是由多個(gè)頻率組成的復(fù)合音。第9頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月聲音的頻率范圍很寬,組合起來的許多純音集中在高頻部分叫做高頻聲。集中在低頻部分稱做低頻聲。許多聲音包含著低頻、中頻、高頻三個(gè)頻段：一般把200——300赫以下稱低頻,500——2000赫稱中頻,4000赫以上稱高頻。通常劃頻段的方法是按頻率每加1倍作為1倍頻程,這與音樂的八度類似。例如125——250赫或160——320赫,稱做1倍頻程或1倍頻帶。

第10頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月語聲與音樂的頻率范圍大約20——20000赫

由于每種聲音的諧波成分不同,相對(duì)聲強(qiáng)不同,即使相同的頻率范圍其音色也不完全相同。第11頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月諧波一個(gè)波的頻率為另一波頻率的整數(shù)倍時(shí),就把它稱做另一波的諧波。例如,1000赫就是500赫的諧波,而500赫稱做基波或一次諧波,1000赫則稱做二次諧波,1500赫則稱做三次諧波,因?yàn)樗鼈兌际腔ǖ?倍或3倍。

第12頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月語言、音樂都是由基波與諧波所組成,這些復(fù)雜的波都可進(jìn)行分析。第13頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月聲音的反射和繞射聲波在傳播過程中,遇到物體就會(huì)產(chǎn)生反射現(xiàn)象聲波碰到墻壁或物體時(shí),它會(huì)沿著物體的邊緣而彎曲地進(jìn)行傳播,這種現(xiàn)象稱做繞射

第14頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月A：障礙物是個(gè)圓柱,若波長(zhǎng)較柱直徑小得多,柱背面出現(xiàn)影區(qū)。而波長(zhǎng)大于柱直徑聲波則經(jīng)柱面產(chǎn)生繞射現(xiàn)象。B：障礙物是高大的墻板,波長(zhǎng)比墻板尺寸小得多的聲

波,被阻擋產(chǎn)生影區(qū),但也有部分聲音產(chǎn)生繞射現(xiàn)象。

C：是洞孔,當(dāng)聲波通過洞孔時(shí),會(huì)產(chǎn)生明顯的繞射現(xiàn)象,|這是由于聲波波長(zhǎng)比洞孔大得多的緣故。第15頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月聲波的干涉現(xiàn)象兩個(gè)頻率相同的聲波,傳播到空間某一點(diǎn)時(shí)則會(huì)產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。如果兩個(gè)聲波是同相位,又在同一時(shí)刻處于相同的壓縮或稀疏狀態(tài),這兩個(gè)聲波就會(huì)互相迭加而聲音增強(qiáng),如果兩者相位相反便會(huì)互相減弱甚至抵消

第16頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月混響與混響時(shí)間聲波在室內(nèi)產(chǎn)生并向四周傳播時(shí),碰到物體或墻壁要產(chǎn)生反射或散射,繼續(xù)在室內(nèi)傳播,再次碰到物體或墻壁再次發(fā)生反射和散射,以此繼續(xù)下去直到聲音消失。在這一過程中有聲源的直達(dá)聲,有延遲時(shí)間不同的反射聲和散射聲,其中間隔很密的反射聲稱做混響聲,延遲時(shí)間在50毫秒以內(nèi)的反射聲稱初期反射聲。第17頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月所謂混響時(shí)間,就是當(dāng)聲源發(fā)聲停止后,室內(nèi)混響聲能密度衰減到它最初數(shù)值的百萬分之一(聲能衰減60分貝)所需的時(shí)間。室內(nèi)的混響時(shí)間與室內(nèi)的容積和形狀以及室內(nèi)的裝飾材料有關(guān)錄音棚、廳堂要按需要控制混響時(shí)間。

第18頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月人耳的聽覺特性當(dāng)聲波傳到人耳便激勵(lì)鼓膜產(chǎn)生振動(dòng),經(jīng)過聽骨傳到耳蝸,再經(jīng)過耳蝸的聽覺神經(jīng)傳到大腦,大腦對(duì)聲波信號(hào)有了感覺,這時(shí)人們才聽到了聲音,

人耳的聽覺感受和識(shí)別是非常靈敏的,它具有放大、換能、選擇、定位的功能,可以辨別聲音頻率與聲強(qiáng)的變化,可以在繁雜的聲響中識(shí)別各種聲音,即使最先進(jìn)的科學(xué)技術(shù),也制造不出這樣靈敏的儀器。

第19頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月人耳的構(gòu)造人耳分為：外耳、中耳和內(nèi)耳第20頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月中耳包括鼓膜、鼓室及室內(nèi)聽小骨，聽小骨包括錘骨，砧骨和鐙骨。內(nèi)耳有三半規(guī)管、耳蝸、及聽覺神經(jīng)組成。第21頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月聽覺過程：聲波通過空氣媒質(zhì)傳播到耳廓，耳廓除起定位作用外，還使入射波和外耳道之間阻抗匹配，從而提高入射聲能。聲波再激發(fā)耳膜震動(dòng)，耳膜震動(dòng)在依次傳給椎骨、砧骨、鐙骨傳播到耳蝸的前庭窗，而前庭窗的運(yùn)動(dòng)又激起耳蝸內(nèi)淋巴液的波動(dòng)。再激起基底膜的震動(dòng)，膜上毛細(xì)血管受到機(jī)械刺激，形成不同的神經(jīng)脈沖信號(hào)，在通過聽覺傳導(dǎo)神經(jīng)傳道大腦聽覺中樞，經(jīng)過中樞分析得出入射聲波的強(qiáng)度、頻率特性、時(shí)間特性等等，最后判斷出聲音的含義。第22頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月聽覺的頻率范圍人耳能聽到的頻率范圍大約是20-20000赫

人耳對(duì)同樣強(qiáng)度但頻率不同的聲音,在主觀感覺上強(qiáng)弱是不一樣的,譬如聲壓相同的聲音,對(duì)中頻感到聲音強(qiáng),對(duì)高頻聲或低頻聲則感到弱,也就是說它對(duì)中頻較敏感而對(duì)高頻或低頻較為遲鈍。

第23頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月人耳對(duì)聲音強(qiáng)弱的感覺表現(xiàn)為響度

第24頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月聽覺對(duì)聲音的分辨能力人耳對(duì)聲音有很強(qiáng)的分辨能力,首先能分辨出聲音的強(qiáng)度變化,當(dāng)聲音很低時(shí),在1000赫處可分辨出3分貝的變化,當(dāng)聲音較高時(shí)可分辨出2.5分貝的變化,調(diào)音臺(tái)上的衰減器為2分貝一檔,所以一般人耳是分辨不出來的。其次,人耳能分辨出聲音的頻率的變化。對(duì)低于1000赫的聲音,人耳能分辨出3赫頻率的變化,對(duì)于頻率高于1000赫的聲音,只要頻率變化0.5%,人耳就能辨別出來。

第25頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月雙耳效應(yīng)

從聲源發(fā)出的某一聲音,由于到達(dá)兩耳的聲壓級(jí)和時(shí)間不同,而使人耳能辨別出聲源的方向。利用這一原理人們可以進(jìn)行聲像定位?，F(xiàn)在不論立體聲系統(tǒng)或立體聲聆聽,都是利用人耳的雙耳效應(yīng),創(chuàng)造出各種立體聲效果。產(chǎn)生雙耳效應(yīng)有兩個(gè)因素,一是聲強(qiáng)差,一是時(shí)間差。

第26頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月人耳對(duì)于噪聲的識(shí)別比較敏銳,相比之下,對(duì)純音或單頻聲音則比較遲鈍;在復(fù)合音中,對(duì)高頻的識(shí)別比對(duì)低頻的識(shí)別敏銳;對(duì)直接聲識(shí)別比間接聲識(shí)別敏銳。譬如,在室內(nèi)講話,聽直達(dá)聲要比昕帶反射或有混響聲清晰易懂。第27頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月聽覺的掩蔽效應(yīng)

由于某種聲音的存在而影響聆昕另一個(gè)聲音,這種現(xiàn)象稱做掩蔽效應(yīng)。譬如低頻聲就可以掩蔽高頻聲,市電的交流噪聲就嚴(yán)重影響語言聲或音樂聲。掩蔽效應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的生理和心理現(xiàn)象,它不僅與兩個(gè)聲音的聲級(jí)有關(guān),也與它們的聲音頻譜,以及相對(duì)方向、延續(xù)時(shí)間有關(guān)。第28頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月聽覺和視覺的關(guān)系視覺和昕覺各有其特點(diǎn),這些特點(diǎn)恰好是互相彌補(bǔ)的

視覺的空間恰好需聽覺的時(shí)間來補(bǔ)充。譬如眼前看到一片茂密的森林,聽不到聲音則沒有動(dòng)的感覺,聽到樹在響鳥在叫便立即有生動(dòng)和真實(shí)的感受。聽覺雖然靈敏但卻是零散的和不確定的。譬如在室內(nèi)雖然聽到外邊的響聲或嘈雜聲,但卻得不到完整的印象,然而走到室外便一目了然,這就是昕覺感受需要視覺的明確肯定。影、視、戲劇都是視昕藝術(shù),視聽藝術(shù)就是通過視與聽的結(jié)合而獲得理想的藝術(shù)效果。

第29頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月聲音的計(jì)量

人耳的分辨能力,不僅與聲壓、聲功率絕對(duì)值有關(guān),也與它的相對(duì)值有關(guān)。為了適應(yīng)人耳的