音響工程與電聲技術(shù)

E-mail : Cary_C Tel : 13871005274音響工程與電聲技術(shù)音響工程與電聲技術(shù)Electroacoustical Project and Technology JIANG HAN UNIVERSITY CARY CHENG課程簡(jiǎn)介課程簡(jiǎn)介 音響工程與電聲技術(shù)音響工程與電聲技術(shù)是以是以電聲電聲與與計(jì)算機(jī)技術(shù)計(jì)算機(jī)技術(shù)為為基礎(chǔ)，對(duì)基礎(chǔ)，對(duì)聲音信號(hào)聲音信號(hào)的特性以及對(duì)的特性以及對(duì)音頻信號(hào)音頻信號(hào)進(jìn)行加工處進(jìn)行加工處理的理的方法方法、工具工具進(jìn)行研究的一門課程。進(jìn)行研究的一門課程。 課程主要內(nèi)容課程主要內(nèi)容 聲學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的介紹聲學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的介紹 基本基本聽覺聽覺能力的培養(yǎng)能力的培養(yǎng) 音頻處理音頻處理設(shè)備設(shè)備的介紹的介紹 數(shù)字音頻工作站的數(shù)字音頻工作站的使用使用（硬件、軟件）（硬件、軟件） 數(shù)字音頻數(shù)字音頻錄制錄制與與處理處理的基本方法（軟件）的基本方法（軟件）課程基礎(chǔ)課程基礎(chǔ) 數(shù)學(xué)基礎(chǔ)數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 物理基礎(chǔ)（聲學(xué)、電學(xué)）物理基礎(chǔ)（聲學(xué)、電學(xué)） 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí) 音樂基礎(chǔ)知識(shí)音樂基礎(chǔ)知識(shí)教材及參考書目教材及參考書目教育電聲系統(tǒng)教育電聲系統(tǒng)， 曹揆申主編，高等教育出版社曹揆申主編，高等教育出版社電聲技術(shù)基礎(chǔ)電聲技術(shù)基礎(chǔ)， 管善群編著，人民郵電出版社管善群編著，人民郵電出版社音響技術(shù)音響技術(shù)， 美君等編，復(fù)旦大學(xué)出版社美君等編，復(fù)旦大學(xué)出版社數(shù)字音頻素材的制作與應(yīng)用數(shù)字音頻素材的制作與應(yīng)用，劉毓敏著，國(guó)防工業(yè)出版社，劉毓敏著，國(guó)防工業(yè)出版社電聲系統(tǒng)與電聲教學(xué)電聲系統(tǒng)與電聲教學(xué)， 田振清編，內(nèi)蒙古教育出版社田振清編，內(nèi)蒙古教育出版社音響美學(xué)音響美學(xué)， 張鳳濤著，北京廣播學(xué)院出版社張鳳濤著，北京廣播學(xué)院出版社影視錄音影視錄音， 姚國(guó)強(qiáng)著，北京廣播學(xué)院出版姚國(guó)強(qiáng)著，北京廣播學(xué)院出版社社音樂理論基礎(chǔ)音樂理論基礎(chǔ)， 李重光編，人民音樂出版社李重光編，人民音樂出版社 第一章第一章 聲音與人耳的聽覺特性聲音與人耳的聽覺特性學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo):學(xué)完這一章，你應(yīng)當(dāng)能做到：學(xué)完這一章，你應(yīng)當(dāng)能做到：1. 1. 說出說出聲波的幾個(gè)相關(guān)概念；聲波的幾個(gè)相關(guān)概念；2 2. . 解釋解釋什么是聲壓與聲壓級(jí)；什么是聲壓與聲壓級(jí)；3. 3. 區(qū)別區(qū)別聲能量、聲能量密度、聲功率、聲強(qiáng)、聲強(qiáng)級(jí)；聲能量、聲能量密度、聲功率、聲強(qiáng)、聲強(qiáng)級(jí)；4 4. . 解釋解釋什么是分貝；什么是分貝；5.5. 解釋解釋什么是響度、音調(diào)、音色；什么是響度、音調(diào)、音色；6.6. 能大致能大致畫出畫出等響度曲線，并對(duì)其進(jìn)行等響度曲線，并對(duì)其進(jìn)行分析分析與與解釋解釋；7.7. 闡述闡述聲音的時(shí)域特征、頻域特征與動(dòng)態(tài)范圍；聲音的時(shí)域特征、頻域特征與動(dòng)態(tài)范圍；8.8. 解釋解釋什么是掩蔽效應(yīng)、延時(shí)效應(yīng)、雙耳效應(yīng)、聽覺疲勞、什么是掩蔽效應(yīng)、延時(shí)效應(yīng)、雙耳效應(yīng)、聽覺疲勞、聽力駐留與聽力諧音；聽力駐留與聽力諧音；9.9. 區(qū)別區(qū)別準(zhǔn)峰值與準(zhǔn)平均值；準(zhǔn)峰值與準(zhǔn)平均值；10.10.解釋解釋什么是失真，失真有哪幾種類型。什么是失真，失真有哪幾種類型。第一節(jié)第一節(jié) 什么是聲音什么是聲音 聲音是一種波動(dòng)現(xiàn)象。當(dāng)聲源（機(jī)械振動(dòng)源）振聲音是一種波動(dòng)現(xiàn)象。當(dāng)聲源（機(jī)械振動(dòng)源）振動(dòng)時(shí)，振動(dòng)體對(duì)周圍相鄰媒質(zhì)產(chǎn)生擾動(dòng)，而被擾動(dòng)的動(dòng)時(shí)，振動(dòng)體對(duì)周圍相鄰媒質(zhì)產(chǎn)生擾動(dòng)，而被擾動(dòng)的媒質(zhì)又會(huì)對(duì)它周圍的相鄰媒質(zhì)產(chǎn)生擾動(dòng)，這種擾動(dòng)的媒質(zhì)又會(huì)對(duì)它周圍的相鄰媒質(zhì)產(chǎn)生擾動(dòng)，這種擾動(dòng)的不斷傳遞就是聲波產(chǎn)生與傳播的基本原理。不斷傳遞就是聲波產(chǎn)生與傳播的基本原理。 通過機(jī)械振動(dòng)發(fā)出聲音的物體稱為通過機(jī)械振動(dòng)發(fā)出聲音的物體稱為聲源聲源，聲源振，聲源振動(dòng)所導(dǎo)致的周圍媒質(zhì)的振動(dòng)傳播稱為動(dòng)所導(dǎo)致的周圍媒質(zhì)的振動(dòng)傳播稱為聲波聲波，存在聲波，存在聲波的空間稱為的空間稱為聲場(chǎng)聲場(chǎng)，聲場(chǎng)中能夠傳遞上述振動(dòng)的媒質(zhì)稱，聲場(chǎng)中能夠傳遞上述振動(dòng)的媒質(zhì)稱為為聲場(chǎng)媒質(zhì)聲場(chǎng)媒質(zhì)。（氣體媒質(zhì)、液體媒質(zhì)、固體媒質(zhì)）。（氣體媒質(zhì)、液體媒質(zhì)、固體媒質(zhì)）一、聲波的物理特性一、聲波的物理特性波長(zhǎng)波長(zhǎng)：聲源的某一振動(dòng)狀態(tài)在一個(gè)周期內(nèi)所傳播的距離（：聲源的某一振動(dòng)狀態(tài)在一個(gè)周期內(nèi)所傳播的距離（m）頻率頻率 ：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)聲源所完成的全振動(dòng)的次數(shù)（：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)聲源所完成的全振動(dòng)的次數(shù)（Hz）周期周期T：聲源完成一次全振動(dòng)所需要的時(shí)間（：聲源完成一次全振動(dòng)所需要的時(shí)間（s）速度速度V：聲源某一振動(dòng)狀態(tài)在單位時(shí)間內(nèi)所傳播的距離（：聲源某一振動(dòng)狀態(tài)在單位時(shí)間內(nèi)所傳播的距離（m / s）=1 / T VT V / 振幅振幅s相位相位 空間距離空間距離d任何任何2 2個(gè)振動(dòng)相位相同而又相鄰的媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)間的距離就是波長(zhǎng)個(gè)振動(dòng)相位相同而又相鄰的媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)間的距離就是波長(zhǎng) 聲波是一種聲波是一種縱波縱波，即傳播媒介中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與聲波傳播的方向是，即傳播媒介中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與聲波傳播的方向是平行的。平行的。 質(zhì)點(diǎn)自身并不隨著聲波一起向四周擴(kuò)散，而只是在原地附近進(jìn)行振動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)自身并不隨著聲波一起向四周擴(kuò)散，而只是在原地附近進(jìn)行振動(dòng)，并由存在于它們之間的彈性進(jìn)行能量傳遞。唯一不傳遞聲波的空間是真空。并由存在于它們之間的彈性進(jìn)行能量傳遞。唯一不傳遞聲波的空間是真空。 聲波在不同介質(zhì)中的傳播速度是不同的，常溫下它在空氣中的傳播速聲波在不同介質(zhì)中的傳播速度是不同的，常溫下它在空氣中的傳播速度約為：度約為：340m/s340m/s振幅振幅s相位相位 空間距離空間距離d媒質(zhì)分子的媒質(zhì)分子的振動(dòng)振動(dòng) 狀態(tài)狀態(tài) 圖：聲波的傳播方式圖：聲波的傳播方式補(bǔ)充一句補(bǔ)充一句 聲音的傳播速度取決于傳遞媒介的聲音的傳播速度取決于傳遞媒介的密度密度與與溫度溫度。 通常媒介的密度越大、溫度越高，聲音在里面?zhèn)鞑サ乃俣韧ǔＣ浇榈拿芏仍酱?、溫度越高，聲音在里面?zhèn)鞑サ乃俣染驮娇?。（氣溫每上升或下降就越快。（氣溫每上升或下?1，聲速即加快或減慢約，聲速即加快或減慢約0.6m0.6m。因此在音樂廳中的氣溫能夠影響交響樂團(tuán)演奏音調(diào)的高度，而因此在音樂廳中的氣溫能夠影響交響樂團(tuán)演奏音調(diào)的高度，而濕度則對(duì)聲速的影響很小。）濕度則對(duì)聲速的影響很小。）二、聲壓二、聲壓 由于空氣媒質(zhì)具有彈性，當(dāng)聲波（擾動(dòng)）在其中傳播時(shí)，由于空氣媒質(zhì)具有彈性，當(dāng)聲波（擾動(dòng)）在其中傳播時(shí)，媒質(zhì)中每一個(gè)區(qū)間段都處于媒質(zhì)中每一個(gè)區(qū)間段都處于“壓縮壓縮舒張舒張壓縮壓縮”的的變化狀態(tài)中。當(dāng)媒質(zhì)的某個(gè)區(qū)域被壓縮時(shí)，其密度變化狀態(tài)中。當(dāng)媒質(zhì)的某個(gè)區(qū)域被壓縮時(shí)，其密度 將將沒沒有聲波（靜態(tài)）傳遞時(shí)的有聲波（靜態(tài)）傳遞時(shí)的 0 0；反之，當(dāng)媒質(zhì)的某個(gè)區(qū)域處于舒反之，當(dāng)媒質(zhì)的某個(gè)區(qū)域處于舒張狀態(tài)時(shí)，其密度張狀態(tài)時(shí)，其密度 將將沒有聲波（靜態(tài)）傳遞時(shí)的沒有聲波（靜態(tài)）傳遞時(shí)的 0 0。 因此，我們可以根據(jù)氣體狀態(tài)方程得知，當(dāng)媒質(zhì)被壓縮因此，我們可以根據(jù)氣體狀態(tài)方程得知，當(dāng)媒質(zhì)被壓縮時(shí)，媒質(zhì)的壓強(qiáng)將大于靜態(tài)時(shí)的大氣壓強(qiáng)時(shí)，媒質(zhì)的壓強(qiáng)將大于靜態(tài)時(shí)的大氣壓強(qiáng)P P0 0；當(dāng)媒質(zhì)舒張時(shí)，；當(dāng)媒質(zhì)舒張時(shí)，媒質(zhì)的壓強(qiáng)將小于媒質(zhì)的壓強(qiáng)將小于P P0 0。壓縮：壓縮： P PP P P P0 000舒張：舒張： P PP P P P0 005dB最高準(zhǔn)平均值最高準(zhǔn)平均值信噪比（信噪比（S/NS/N）動(dòng)態(tài)闕動(dòng)態(tài)闕準(zhǔn)峰值（噪聲）準(zhǔn)峰值（噪聲） 一般而言，語言信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍較小，約為一般而言，語言信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍較小，約為202040dB40dB；音樂信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)音樂信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)80dB80dB以上，現(xiàn)代流行音樂動(dòng)態(tài)的上以上，現(xiàn)代流行音樂動(dòng)態(tài)的上限甚至可以超過限甚至可以超過100dB100dB。 動(dòng)態(tài)的下限主要是高斯噪聲，其準(zhǔn)峰值約高于準(zhǔn)平均值動(dòng)態(tài)的下限主要是高斯噪聲，其準(zhǔn)峰值約高于準(zhǔn)平均值6dB6dB左右。左右。失真失真 只要聲音信號(hào)喪失或者歪曲了原始聲波的特性，我們就只要聲音信號(hào)喪失或者歪曲了原始聲波的特性，我們就認(rèn)為產(chǎn)生了失真現(xiàn)象。失真的形式主要有以下幾種：認(rèn)為產(chǎn)生了失真現(xiàn)象。失真的形式主要有以下幾種：1 1）頻率失真）頻率失真 由于電聲設(shè)備在音頻范圍內(nèi)對(duì)各頻率聲音的放大率不一由于電聲設(shè)備在音頻范圍內(nèi)對(duì)各頻率聲音的放大率不一致；或者是出現(xiàn)了對(duì)音頻范圍內(nèi)某一頻率的遺漏，即產(chǎn)生了致；或者是出現(xiàn)了對(duì)音頻范圍內(nèi)某一頻率的遺漏，即產(chǎn)生了頻率失真。頻率失真。f ff f原始信號(hào)原始信號(hào)放大信號(hào)放大信號(hào)f f失真信號(hào)失真信號(hào)2 2）諧波失真）諧波失真 由于電聲設(shè)備的非線性，引入了原始波形中所沒有的諧由于電聲設(shè)備的非線性，引入了原始波形中所沒有的諧波或丟失原有的某些諧波所導(dǎo)致的一種失真。波或丟失原有的某些諧波所導(dǎo)致的一種失真。3 3）互調(diào)失真）互調(diào)失真 兩個(gè)頻率不同的聲音疊加在一起時(shí)所產(chǎn)生的一種失真形兩個(gè)頻率不同的聲音疊加在一起時(shí)所產(chǎn)生的一種失真形式，其表現(xiàn)為兩個(gè)頻率相互調(diào)制并產(chǎn)生不需要的拍頻與復(fù)合式，其表現(xiàn)為兩個(gè)頻率相互調(diào)制并產(chǎn)生不需要的拍頻與復(fù)合聲波。聲波。4 4）空間感失真）空間感失真 表現(xiàn)為聲像位置與原始聲源位置不一致，從而影響空間表現(xiàn)為聲像位置與原始聲源位置不一致，從而影響空間感的再現(xiàn)。通常是由于錄音時(shí)傳聲器擺放位置不當(dāng)，聲源位感的再現(xiàn)。通常是由于錄音時(shí)傳聲器擺放位置不當(dāng)，聲源位置不當(dāng)或由于多個(gè)傳聲器的拾取音量不平衡所導(dǎo)致。置不當(dāng)或由于多個(gè)傳聲器的拾取音量不平衡所導(dǎo)致。5 5）瞬態(tài)失真）瞬態(tài)失真 瞬態(tài)失真是由于電聲設(shè)備的某一部分不能將原始波形上瞬態(tài)失真是由于電聲設(shè)備的某一部分不能將原始波形上的陡峭波前準(zhǔn)確還原而引起的。通常在把能量從一種媒介轉(zhuǎn)的陡峭波前準(zhǔn)確還原而引起的。通常在把能量從一種媒介轉(zhuǎn)移到令一種媒介的器件時(shí)才會(huì)引起瞬態(tài)失真現(xiàn)象。移到令一種媒介的器件時(shí)才會(huì)引起瞬態(tài)失真現(xiàn)象。 例如當(dāng)一個(gè)很強(qiáng)的瞬態(tài)聲音被揚(yáng)聲器播放時(shí)，揚(yáng)聲器的紙例如當(dāng)一個(gè)很強(qiáng)的瞬態(tài)聲音被揚(yáng)聲器播放時(shí)，揚(yáng)聲器的紙盆在恢復(fù)其原來位置之前有時(shí)會(huì)有一段盆在恢復(fù)其原來位置之前有時(shí)會(huì)有一段“延遲復(fù)位延遲復(fù)位”時(shí)間，這時(shí)間，這被稱為被稱為“振蕩（振鈴）現(xiàn)象振蕩（振鈴）現(xiàn)象”，它會(huì)使接著播放的聲波產(chǎn)生輕，它會(huì)使接著播放的聲波產(chǎn)生輕微的振幅變化，結(jié)果就形成了瞬態(tài)失真。微的振幅變化，結(jié)果就形成了瞬態(tài)失真。6 6）音量失真）音量失真 即揚(yáng)聲器音量與原始聲音音量不一致。這種現(xiàn)象往往是我即揚(yáng)聲器音量與原始聲音音量不一致。這種現(xiàn)象往往是我們故意造成的。例如在影視作品中，我們常常將角色的耳語放們故意造成的。例如在影視作品中，我們常常將角色的耳語放大若干倍，以提高語言的可讀懂度。大若干倍，以提高語言的可讀懂度。7 7）過載失真）過載失真（也稱為（也稱為振幅失真振幅失真或或調(diào)制失真調(diào)制失真） 電聲設(shè)備通常都有一定的動(dòng)態(tài)范圍，超過這一范圍的聲音電聲設(shè)備通常都有一定的動(dòng)態(tài)范圍，超過這一范圍的聲音信號(hào)就會(huì)產(chǎn)生過載失真。它常常表現(xiàn)為尖利刺耳或爆裂的聲音。信號(hào)就會(huì)產(chǎn)生過載失真。它常常表現(xiàn)為尖利刺耳或爆裂的聲音。例如聲源聲壓級(jí)過高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電容傳聲器振模產(chǎn)生的電壓使例如聲源聲壓級(jí)過高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電容傳聲器振模產(chǎn)生的電壓使其內(nèi)部的前置放大器出現(xiàn)信號(hào)過載失真。這種失真是傳聲器本其內(nèi)部的前置放大器出現(xiàn)信號(hào)過載失真。這種失真是傳聲器本身造成的，即使在調(diào)音臺(tái)上使用衰減器來降低信號(hào)電平也無濟(jì)身造成的，即使在調(diào)音臺(tái)上使用衰減器來降低信號(hào)電平也無濟(jì)于事，因?yàn)檫^載失真是不可逆的。于事，因?yàn)檫^載失真是不可逆的。信噪比信噪比 S/N 信噪比可以理解為電聲信號(hào)與設(shè)備本底噪聲之間的幅度比信噪比可以理解為電聲信號(hào)與設(shè)備本底噪聲之間的幅度比值，通常也用分貝來表示。它表現(xiàn)為電聲設(shè)備可用的有效音量值，通常也用分貝來表示。它表現(xiàn)為電聲設(shè)備可用的有效音量范圍。范圍。 一般民用設(shè)備的信噪比約為一般民用設(shè)備的信噪比約為40404545分貝；專業(yè)模擬設(shè)備可分貝；專業(yè)模擬設(shè)備可以達(dá)到以達(dá)到6060分貝，而數(shù)字設(shè)備則可以達(dá)到分貝，而數(shù)字設(shè)備則可以達(dá)到9090分貝以上。分貝以上。阻抗阻抗 當(dāng)一個(gè)電聲設(shè)備或者電子元件對(duì)外表現(xiàn)得當(dāng)一個(gè)電聲設(shè)備或者電子元件對(duì)外表現(xiàn)得既有電抗既有電抗（感（感抗）抗）又有電阻又有電阻時(shí)，其合成的效果我們統(tǒng)稱為時(shí)，其合成的效果我們統(tǒng)稱為“阻抗阻抗”。 例如：一個(gè)揚(yáng)聲器的音圈上標(biāo)明的阻抗是例如：一個(gè)揚(yáng)聲器的音圈上標(biāo)明的阻抗是1515，但我們，但我們測(cè)得的直流電阻可能只有測(cè)得的直流電阻可能只有5 56 6 ，其差值就是音圈對(duì)交流電，其差值就是音圈對(duì)交流電所能夠產(chǎn)生的感抗值。所能夠產(chǎn)生的感抗值。 當(dāng)設(shè)備之間的阻抗正確匹配時(shí)，我們可以獲得最大功率當(dāng)設(shè)備之間的阻抗正確匹配時(shí)，我們可以獲得最大功率的傳輸效果；而在阻抗匹配不良的時(shí)候，輸出功率就會(huì)受到的傳輸效果；而在阻抗匹配不良的時(shí)候，輸出功率就會(huì)受到損失。損失。噪聲噪聲 聲信號(hào)在拾取、傳播、記錄或處理過程中會(huì)產(chǎn)生各種噪聲信號(hào)在拾取、傳播、記錄或處理過程中會(huì)產(chǎn)生各種噪聲，它通常有以下幾種類型：聲，它通常有以下幾種類型：1 1）線路噪聲）線路噪聲 主要是電子元件內(nèi)部的固有噪聲、導(dǎo)線的熱噪聲和外來主要是電子元件內(nèi)部的固有噪聲、導(dǎo)線的熱噪聲和外來電磁干擾噪聲。電磁干擾噪聲。2 2）本底噪聲）本底噪聲 記錄媒介本身的噪聲。例如磁帶上磁粉涂布不均所產(chǎn)生記錄媒介本身的噪聲。例如磁帶上磁粉涂布不均所產(chǎn)生的噪聲等等。的噪聲等等。3 3）現(xiàn)場(chǎng)噪聲）現(xiàn)場(chǎng)噪聲 環(huán)境噪聲與設(shè)備噪聲環(huán)境噪聲與設(shè)備噪聲高保真高保真 所謂高保真是指聲信號(hào)經(jīng)過各種設(shè)備處理后，能夠不失所謂高保真是指聲信號(hào)經(jīng)過各種設(shè)備處理后，能夠不失真的被精確還原為原始狀態(tài)，即將聲源聲再現(xiàn)出來。真的被精確還原為原始狀態(tài)，即將聲源聲再現(xiàn)出來。 高保真只是相對(duì)而言的，它會(huì)隨著技術(shù)的發(fā)展而不斷變高保真只是相對(duì)而言的，它會(huì)隨著技術(shù)的發(fā)展而不斷變化。例如化。例如7070年代運(yùn)用磁帶記錄的聲音我們就認(rèn)為它具有高保年代運(yùn)用磁帶記錄的聲音我們就認(rèn)為它具有高保真效果（相對(duì)于唱盤而言），而現(xiàn)在我們顯然不一樣。真效果（相對(duì)于唱盤而言），而現(xiàn)在我們顯然不一樣。