培训教材1声学的基本知识2音质_第二章声学基本知识

培训教材1声学的基本知识2音质由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“第二章声学基本知识”。

一

声学的基本知识

1.声波是自然界中的一种波，它的产生、传播以及所遵从的规律完全可以用波动理论进行描述，要了 解声波，必须懂得有关波的基本知识。

振动的传播称为波动或简称为波。激发波动的振动系统称为波源。通常波动可分为两大类：一类是机械振动在媒质中的传播，称机械波。例如：水波、声波都是机械波，地震波也是机械波。另一类是变化电场和变化磁场在空间的传播，称为电磁波。例如：无线电波、光波、X射线、丫射线都属电磁波。前者与后者在本质上不同，前者传播需要介质，后者则不需要．但两者都有波动的共同特征。例如：具有一定的传播速度，且伴随着能量的传播，都都能产生反射、折射、干涉和衍射等现象。下面在讨论声波时，以机械波的表述作为基础。

。机械波分为两种：一种是横波，机械振动方向与波的传播方向相垂直。另一种为纵波，机械振动方向与波的传播方向相平行。声波是机械波中的纵波。它的传播速度：在空气中-约340米/秒；在金属中-约4000米/秒。

声波作为一种波，遵从波的一些基本规律，其中有声波反射定律、声波折射定律、声波叠加原理、声波干涉现象、声波驻波的形成、声波的绕射现象、声波的吸收、声强的平方反比定律等。除声波的折射定律外，其他几种规律在扩声中常常会遇到。了解和运用这些规律，对解决扩声中存在的问题极为重要。

声波在空气介质中传播，若碰到另一介质（比如墙面），则会在这种介质表面产生反射，其反射情况遵从反射定律，反射定律是：入射声线、反射声线、法线（在入射点作垂直该表面的垂直线）在同一平面上；入射声线、反射声线分居法线的两侧；入射角（入射声线与法线的夹角）等于反射角（反射声线与法线的夹角）。根据声波反射定律，在室内扩声时，如果天花板或墙穑面为凹面，会产生声聚焦现象，使声场（声强）分布不均匀，在聚焦点附近放置传声器最容易出现声反馈，引起啸叫声，如图所示。如果天花板或墙面形成凸面，则会将反射声扩散开来，使室内声场分布趋于均匀，有利于室内各座位上的音要求，如图所示。许多大型演播室、剧场的墙面分隔成一些柱形面，天花板做成拱形面，都是为了扩散反射声，以获得均匀的声场。

室内反射声来自3个方面：

(1)早期反射声：经过天花板、地板或墙面的一次反射，进入人耳的反射声。这种反射 声有利于声音的加厚增实，有时将早期反射声称为轴向反射声

(2)早中期反射声：来自同一平面的经过两次以上的反射，然后进入人耳的反射声。它 在幅度上比早期反射声小，高频成分丢失更多，声音不清楚。有时将早中期反射声称为切向 反射声。

(3)后期反射声：来自四面八方的经过多次反射最后才进人人耳的反射声。它在幅度上 比早中期反射声更小，中高频、中频成分丢失多，声音更不清楚。有时将后期反射声称为 斜向反射声。

2.什么是声波的叠加原理？有什么实际意义？

几个声源在同一介质中传播声波，对于空间某点的合成声波的振动等于各个声波在该点 的分振动的代数和，每个声响另一声波的物理特性（比如波长、频率等），这称为声波的叠加原理。声波叠加原理在我们日常生活中经常碰见，也经常运用，例如：欣赏交响乐的演奏，在听众席位上能同时听见各种乐器的演奏声，并且不会由于其他乐声的出现，使某种乐音的频率发生生变化。人们在各种会议场合及公众场所各抒己见，不会互相影响，也是因为声波叠加原理在起作用，不会导致声音混乱不堪。|

3.什么是声波干涉？它对扩声音质有什么影响？

两个声波在同一介质（例如在空气中）中传播，若振幅相同、频率相等、相位差为零或恒定，则在空间某些地方合成振幅最大，在空间某些地方合成振幅为零，这种现象被称为声波干涉。若两个扬声器放声满足上述条件，可能出现声波干涉，引起声染色，给美妙动听。

多姿多彩的音乐加上了斑斑点点的噪声，尤其在中频段影响很明显，因为大部分乐音能量集中在中频段和中低频段。在高频段不易察觉，在低频段可能有声场拓宽的感觉。

4.什么是声驻波？它对扩声音质有什么影响？

两列反向传播的声波在同一介质（例如在空气中）中传播，若振幅相同、频率相等、相位差为零或恒定，则在两声源的连线上有些地方合成振幅总是最大（称波腹），有些地方合成振幅总是为零（称波节），这种声波叫声驻波。在扩声环境下。出现声驻波会引起严重的声染色。平行的墙面声反射很强，而且两墙面距离正好等于某声波波长的整数倍时，就会引起声驻波，当房间的长宽高之比是整数倍关系时，会产生严重的空间驻波，对扩声音质危害很大，这是建声的缺陷。

5.什么是声波的绕射现象？它与室内扩声有什么联系？

声波在传播过程中遇到障碍物时，会出现两种情况：若障碍物的尺寸与声波波长相近时，声波像没有遇到障碍物一样继续传播。若障碍物的尺寸比声波波长大很多时，声波则会在障碍物的边缘产生子波，子波的频率与原声波相同，但幅度较小，并且继续嘎向障碍物的阴影区传播，这种现象叫声波绕射（衍射）现象。室内扩声，场地较大，听众座位平排水平放置，坐在后面各排的听众会听不见低位音箱的直达声，只能听见前面排座上人头边传来的绕射声和天花板、墙面传来的反射声，声音既小又不清晰，这些区域叫声影区，这是建声的缺陷，扩声环境里的听音区应避免声影区的存在。

6.声波在传播过程中碰到另一介质时会被其吸收，怎样表示吸收？

声波在传播过程碰到另一介质，除在介质表面反射一部分声能外，另一部分声能被反射介质吸收，例如声波在空气中传播碰到墙壁，声能一部分被反射，另一部分被墙体吸收，用吸声系数。反映这种吸收状况，将它表示为

a=被吸收声能从射声能=（入射声能—反射声能）／射声能

通常0

A=(a125 + a250 + asoo + alk + a2k + a4k)/6

7.室内环境里常用的吸声材料都有哪些？ 室内环境里常用的吸声材料有以下几种：

(1)多孔性吸声材料：这种材料内部有大量的微小孔隙或空腔，彼此沟通，声波入射时引起其中空气分子振动，空气分子不断撞击材料分子，将部分声能转换成材料内能（热能）而被吸收。这类材料有矿棉、玻璃棉、泡沫塑料等，常用于中高频声波的吸收。

(2)纤织物挂帘：这种材料纤维交织，内存孔隙，声波作用在纤织物上时，一方面使维之间相互摩擦，一方面使空气分子不断撞击纤维，使部分声能变成纤织物热能而被吸收。这类材料有灯芯绒、平绒、布料等，可用于中高频声波的吸收。

(3)成型吸声板：这种材料是用矿棉、纤维棉加工成型板材，常用于天花板、墙面装饰，其吸声频段较宽、吸声系

(4)薄板吸声材料：利用板材如：胶合板、石棉板、纤维板、薄木板等，与墙面龙骨组成空腔，声波作用于腔体形成共振，声能在空腔体内，使腔内空气分子不断撞击腔壁而发热，大部分声能被消耗，这适合低频段声波的吸收。

(5)穿孔板组合共振吸声：穿孔板（胶合板、石膏板及木板等）后贴微孔吸声材料，利用龙骨组合成大小不一的空腔，构成较宽范围的、中低频声波的吸收装置。

8.扩声的声音音质受哪些重要因素影响？

扩声的声音音质受两大因素的影响：一是扩声设备，要搭配合理，电气技术指标档次相近，若技术指标有高有低，其结果会向低指标靠拢，这是显而易见的。二是放声环境，实验告诉我们，即使扩声设备顶级配置，但扩声环境太差，反射声很强或环境高度低于2.5m，：则很难获得良好的扩声音质。反之，若扩声设备搭配合理，即使设备档次略低，但放声环境甚好，亦有可能获得较好的音质。

二

人的听音特性与音质评价

1、人耳的听音

人耳是既能听见树叶飘落到地的响声，又能承受炸雷声和喷气式飞机引擎的轰鸣声；能分辨不同频率的声音，又能对多种频率声进行评价。人耳朵既是放大器，又是压缩器；既是频谱分析器，又是综合器。它可对声音信号作出种种判断和选择。人耳的听觉范围

听觉的频率范围就是人耳对声音的感受范围，通常是20Hz～20kHz，低于20Hz的属于次音波，人耳听不见。高于20kHz的声属于超音波，人耳听不见。在音频区里，人耳最敏感的频率是2kHz～4kHz。由图13-1可知，人耳对各种音频频率的灵敏度是不相同的。

图中以6方响度为准，lkHz纯音，声压级ldB的响度叫1方。随着人的年龄增长，人耳灵敏度会下降，尤其在高频段下降更多。

2、听觉的音量范围

人耳刚好能听见声音时的声压级叫听感闻阈，或简称闻阈。闻阈与声音频率有关，在500Hz-1kHz之间。2kHz附近的声压级接近OdB，频率到达5kHz以上时闻阈急剧上升，频率在20kHz附近时陡峭上升。入耳听声时所能承受的最大声压级叫痛阈，超过此阈，人耳会疼痛难忍，再大则会引起耳膜破裂，造成永久性耳聋。痛阈区在2—8kHz范围内有所下降，声压级为115dB时人耳已经产生疼痛感，500Hz以下痛阈提高至125dB。

3、人耳对声音最基本的心理感受是什么？与这些感受相对应的物理特性是什么？

人耳对声音最基本的心理感受是响度、音高、音色和音品，其实这些是音质要素，与这些音质要素相对应的物理特性是声波振幅、频率、声频谱以及各频率成分强度分布比例特性（包绝络线）

4、什么是人耳的掩蔽效应？怎样表示掩蔽量？ 当人们同时听两个声音时，人耳对一个声音所感受的闻阈会因为另一个声音的干扰，而使该声音的听觉闻阈提高，这种现象称人耳的掩蔽效应。人耳的掩蔽效应在降噪系统中经常用到，5、掩蔽效应与声音频率有何关系？

一个纯音引起的掩蔽效应决定于它的强度和频率，低频声能有效地掩蔽高频声，而高频声对低频声的掩蔽作用却不是很大。用窄带噪声进行的掩蔽效应实验表明，最大掩蔽量出现在掩蔽声频率附近，掩蔽量随掩蔽声的增强而加大。

6、什么是人耳的双耳定位效应？它对立体声听音起什么作用？

人们用双耳听音比单耳听音灵敏度高、闻阈低、抗干扰力强，并能定位声源的空间方位，其原因是两耳相距几cm，在接收声源传送声波时存在强度差和时间差。一般而言，高频声（1kHz以上）的定位依赖于其在人的头部产生绕射，两耳接收声波存在声强差，通过人脑听觉神经感知，分析和判断．出声源方位。而对于低频声的定位则依赖于双耳接收声时存在相位差或时间差。如果人耳作声源定位时，头部左右移动，则定位的准确度会进一步提高。双耳定位效应在人的正前方或正后方的上下位置的定位准确度较差，尤其在对称轴上的位置存在一些盲点。当我们聆听播放的音乐、观看影视画面时，感觉到立体声更真实、更动听、更感人，主要是人的双耳通过双耳定位效应能感受各个声源来自不同的空间位置，产生身临其境的感觉。所以，人耳的双耳定位效应是立体声听音的重要条件，当然声源必须通过双声道以上的音箱播放声音，形成声源有一定的空间分布图像，这样才能构成立体声听音。

7、什么是人耳的耳廓效应？

耳廓效应也称单耳效应，是指人的单只耳朵由于耳廓各个部位反射不同方位的声波有微秒级的时间差，给听音者带来方位信息。水平面入射的声波和以各种仰角入射的声波在耳廓不同部位反射，反射声波叠加，形成的离散频谱形状各异，以此判断其声源方位，：尤其4kHz以上的高频声波在耳廓各部位反射波之间会出现同相相加，反相相减，甚至出现干涉现象，起梳状滤波作用，产生出不同的离散频谱形状，使听觉系统能感知这些差别，判断出方位。由此可知，人耳在辨别方位时，对中高音特别敏感。对低音相对迟钝。

三

音质的评价

音质就是声音的本质，音质评价即对声音本质的评估。这种评估是声音信号呜通过人耳的听觉生理，作用于人脑，引起不同的感觉，再进行分析，给予表达，做鉴定。显然，音质评甘是人对声音的主观评价。由于是主观评价，除忽略人体生理上的差异和缺陷外，还牵涉到诸多因素，如个人爱好、传统习惯文化层次、教育水平、音乐修养、素质锻练、专业特长等等。因此，音质评价是较为复杂的。

（一）音质的主观评价与客观技术测量

人们在进行音质评估时，总是希望能建立定量的客观测量标准。但是，人耳听音是一种感受，这种感受与声学物理量之间并不是线性关系，声音的瞬态特性生及时间的延续性，使期间的联系变得错纵复杂。为了寻找相关的关系，通过过大量实验表明，影响音质的主要因素有四个：音量、音调、音色和音品，称其为四要素。四要素的搭配直接影响着音质好坏，它们本身仍是心理量，这些心理量与物理量之间存在这样的对应关系：音量与声振幅相关，三，音调与声波频率相关，音色与声音的频谱结构相关，音品与音频包络线相关。这些关系不是等价或线性关系，人耳听觉系统对声波纯音的感觉是单维的，感知的只是音高(Pitch)和响度(Loud-ne)，也就是音调和音量。而对于非纯音来说，几种相近频率的纯音成分叠加，人耳除感受到音高和响度之外，还会感受到声音清澈或浑浊，平滑或粗粗糙糙等，这关系到音色和音品问题。

此外，人们在自然环境中听音，左耳和右耳接收到声音信号在时间上和强度上常常是不一样的，这是因为两耳相距十多厘米，加之头部的遮挡或声波的衍射作用，产生接收声音信号的差异。人们通过听感神经，能感知到声音的方位和声源的的空间位置，形成听觉空间，构成声像的立体感。实际的空间声源发声，结合人耳的双耳效应，成为立体声听音的条件。左右扬声器立体声放声，模拟空间声源发声条件，形成视在声像，然后通过双耳去感知，再现立体声像。利用仿真人头的实验，表明高频声定位主要由幅度差形成，低频声定位则依赖于相位差。

（二）音质的表述

在进行音质表述时，许多心理概念中有抽象概念，也有实际的具体概念。例如：在音乐表述上，抽象概念有：华丽、激情、优美、悦耳等。对音质的表述采取直观感受，简单意识体验也许更具有实用价值。使用这些术语或表现用语应当符合如下原则：(1)多数人的共同感觉。(2)多数人共同使用。

(3)使用的概念术语具有自己的独立的心理空间，不能互相重叠，不能交叉使用，不能彼此渗透。音质表现用语，如图所示：

由图可见，音色与音品的结合，产生出多种的音质属性。