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1、第一章 绪论一、电声技术的发展沿革电声学是研究声电相互转换的原理和技术，以及声信号的存储、加工、传递、测量和利用的科学。它所涉及的频率范围很广泛，从极低频的次声一直延伸到几十亿赫的特超声。不过通常所指的电声，都属于可听声范围。电声学还是一门与人的主观因素密切相关的物理科学，原因是从声源到接收都摆脱不了人的因素。 古老声学的年轻分支；电声技术的历史最早可以追溯到 19 世纪；爱迪生发明留声机；贝尔发明用于电话机的碳粒传声器；1919 年第一次用电子管放大器和电磁式扬声器做了扩声实验。在第一次世界大战以后，科学家们把机电方面的研究成果应用于电声领域中，于是电声学就有了理论基础。随着电声换能器理论的
2、发展，较为完善的各类电声设备和电声测量仪器相继问世。20 世纪 70 年代来，电子计算机和激光技术在电声领域中的应用，大大促进了电声学的发展。发展趋势是：电声器件和电声设备朝着高保真、立体声、高抗噪能力、高效率、高通话容量的方向发展；还要进行音质评价的研究，改善录放技术以及声音加工技术；新的换能机理的研究以及新材料的开发；提高检测声信号的能力仍是声测技术的主攻方向。 总之，只要发声过程和听感(知觉) 过程以及与二者互相联系的物理和生理上的规律不断为人们所掌握，电声学便会不断有新的发展，所以电声学是蕴藏着巨大生命力的学科。二、 教育电声系统与电声教育媒体广播系统 有线广播 无线广播节目制作系统
3、主传声器方式 多声道合成方式语言学习系统 听音型 听说型 听说对比型 视听型 多媒体型三、 教育电声系统的形成与发展1920-30 年代 ：有线广播、无线广播、有声电影普遍的被应用于学校教育。40 年代：视听教育（1946 DALE “经验之塔”） 40-50 年代：晶体管（1947 年 12 月 23 日）60-70 年代：大发展；（Open University) 80-至今：数字化四、 教育电声系统的研究对象与学习方法教育电声系统研究的范畴电声基础理论的研究 声电转换、电声信号加工处理技术与系统的研究电声教材编制的研究 电声教学研究教育电声系统课程的学习目标及学习方法本课程学习的总目标
4、学习方法第二章 声波的基本性质声波机理声音是一种波动现象。当声源（机械振动源）振动时，振动体对周围相邻的媒质产生扰动，而被扰动的媒质又会对相邻媒质产生扰动，这种扰动的不断传递就是声波产生与传播的基本机理。第一节 声场与声波声场媒质及其参量：媒质密度 声压 质点振速 平面声波的基本性质：声波的频率与波长(c 0= f) 声波的传播速度(c 0= 340m/s) 声阻抗率与媒质特性阻抗 声场定义 存在着声波的空间称为声场。声场媒质定义 声场中能够传递扰动的媒质称为声场媒质。球面声波的基本性质半径大小呈脉动变化的球形声源向周围空间辐射的声波趁为球面声波，其波面为球面。球面声波的波动频率、波长及波速第
5、二节 声场中的能量声能量与声能量密度声能组成（动能和弹性势能，单位：J ） 声能量密度（声场中单位体积内的声能量，单位：J/m3 ） 平面声波的声能与声能量密度 声功率定义我们将单位时间内通过垂直于声波传播方向、面积为 S 的截面的平均声能量称为平均声能量流或平均声功率。 单位：W（瓦特）实践中，常用声功率级 LW 来表示，定义为： LW=10lgW/W0(dB),（其中， W0 =10-12W，称为参考声功率）声强定义通过垂直于声波传播方向单位面积上的平均声功率（或平均声能量流）称为平均声能量流密度或声强。 单位：W/m 2实践中，常用声强级 LI 来表示，定义为： LI=10lgI/I0(
6、dB),（其中， I0 =10-12W /m2 ，称为参考声强）第三节 声波的传播一、声波的反射与透射 二、声波的干涉 三、声波的绕射聲 波 物體因振動對介質產生擾動，使周圍空氣分子在其平衡位置振動，產生疏密的波動。聲波必須依靠介質的擾動來傳送能量，屬於力學波的一種。聲波傳入人耳，使鼓膜產生同頻率的振動，即可聽到聲音。 聲波在空氣中傳播為縱波的原因由於空氣為流體，可以承受垂直於其表面的縱向力，但無法抵抗平行於其表面的橫向力（或稱為剪力） ，所以當空氣受擾動時，就一小群分子而言，其位移平行於受力的方向。因此在空氣中傳播的聲波為縱波，聲波傳來時，空氣的每一小部份皆隨之作週期性的來回振動，其方向與聲
7、波的傳播方向平行。聲波產生取一內有空氣的長管子，管的左端有一揚聲器，其皮膜作週期性的前後振動，使氣體受壓縮而產生空氣分子有疏密分布，藉空氣分子間碰撞，使此疏密分布向前傳播，故縱波又稱為 疏密波。聲波傳播的模型(1) 密部：皮膜向前推動時，空氣被擠壓成稠密部。 疏部：皮膜往後退縮時，空氣被疏散成稀疏部。 當聲波傳播時，不論是疏部或密部，前進的速率相同。 聲波只是傳播空氣的擾動，空氣分子僅在原平衡位置前後作來回振動而已，當聲波通過後，即恢復原先狀態。 聲波傳播的模型(2)相鄰兩密部(或疏部)的距離稱為波長 疏部與密部來回振動一次所需的時間為週期空氣分子在各位置的位移與壓力變化波形相差 波長，即在空
8、氣壓力變化極大的位置，介質的位移為零。當介質的位移為極大或極小時，其對應的空氣壓力變化值為零。聲波傳播時的空氣分子運動聲波的傳播速率聲波在介質中的傳播速率，稱為聲速。在不同介質與溫度下，聲速大小不同。一般而言，在不同的介質狀態中其聲速大小順序為固體液體氣體。在乾燥無風的空氣中，0的聲速約為331m/s。 氣溫每升高 1，聲速約增加 0.6m/s ，則空氣中聲波傳播速率的公式可寫成 第三章 人耳的听觉特性人耳对声音的感知有：响度 音高 音色 响度：人耳对声音强弱的主观感觉。主要决定因素：声压或声强。 最低声压 2*10-5Pa难以忍受的最高声压是最低声压的 100 万倍, 为 20Pa，人耳对两
9、者的差感觉为 120 倍，即是以对数为规律。 次要因素：频率 声压级：为了与人耳的响度特性相符合，声压级用相对量-对数表示，声压级Prms 某点声压的有效值 P0 零声级的参考声压。即，国际规定 1kHz 时，人耳刚能听到的声音（闻阈）的声压为 2*10-5Pa,作为 0dB.等响度曲线响度定义，声音听起来的与 1khz 的声音，在声压级为 0dB 时一样响,则响度为 0Phon(方） （此时的声压值为多少？） ，同理，与 1khz 声压级为 40dB 时一样响,则响度为 40Phon(方） 。即，1khz 的声音，声压级为多少，响度就为多少。等响度曲线解读从图上发现，一个 40dB 1khz
10、 的声音要比声压级相同的 100hz 声音响的多。等响度曲线的意义1。在低声压时，不同频率的声音达到响度相同时，声压相差较大。如达到 10Phon 时，30Hz 声音的声压为 60dB，而 2000Hz 的声音的声压为 5dB2 声压较高时，等响曲线较为平坦，说明在高声压时，各频率的听感等响差别不大。等响度曲线的意义3 曲线在高频段，响度曲线斜率与间隔基本一致，而低频段，斜率与响度曲线间隔变化大，表明低频声音，较小的变化可以引起较大的听觉变化。如，频率为 1khz 时，20 方和 60 方等响曲线之间差 40dB,在 100Hz 时，只有 65-35=30dB 的变化（P3)音高：在乐音中，用
11、音律来表示音高音色的本质频谱不同的乐器演奏相同的一个音名，其基频相同，但其谐波分量不同，造成了音色不同。语声：在低频段，如 70hz,男声与女声差 18dB,一般人主要能量在 100hz-5khz,特别在 200hz-700hz 之间电话的频带宽度：3003.4khz人耳的掩蔽效应掩蔽效应的作用：不同频率的声音叠加产生新的音乐形象。两声音叠加，一中声音会覆盖另一种声音纯音的掩蔽掩蔽量是指在受干扰时，闻阈（刚能听到的声音）需要提高的分贝数。噪声对纯音的掩蔽低频声对高频声的掩蔽作用明显 掩蔽音是复合音时，会影响整个频段单耳听觉的掩蔽效音大于双耳听觉立体声原理人耳立体声的双耳效音来源于 3 个方面
12、1。声级差 2。时间差 3。相位差声像及声像定位哈斯效应的三个结论A 同声源的两个声波，时间差 t 在 535ms 以内，人无法区分两个声源，只能听到前面一个B.时间差 t 在 35-50ms 以内，人开始感知滞后声源，C.当时间差大于 50ms 时，能分辨出两个声音的方位德 波埃效应如果两声级相同，听者感到声音是从中间来的（声像在中间）逐渐加大 Y1 的声级，听者感到声像向 Y1 处移动。若 Y1 比 Y2 大过 15dB 时，听者感到声音完全来自 Y1.如果左右声级相等，但有时间差，声像向超前的声源移动，如果时间差大于 3ms 时，声象感觉完全来自超前的声源。因为 =15dB 和 3ms
13、作用相同，所以，差不多 1ms=5dB第四章 电声器件扬声器概述电动式扬声器工作原理：是利用电磁作用力原理而设计的。 （劳伦磁力）主要分类：（1）纸（锥）盆式扬声器（2）球顶形扬声器（3）号筒式扬声器纸（锥）盆式扬声器 1、基本组成（俗称低音喇叭）振动系统，包括锥形纸盆、音圈和定心支片等；磁路系统，包括永久磁铁、导磁板和场心柱等；辅助系统，包括盆架、接线板、压边和防尘盖等。2、工作原理：当处于磁场中的音圈有音频电流通过时，就产生随音频电流变化的磁场，这一磁场和永久磁铁的磁场发生相互作用，使音圈沿着轴向振动，压迫周围的弹性媒质而发声。纸（锥）盆式扬声器 3、特点：结构简单、低音丰满、音质柔和、频
14、带宽、效率较低 球顶形扬声器：常用作高音单元；和纸盆式扬声器的主要区别是：振膜形状不是锥形，而是近似的半球面，称为球顶。球顶直径 3570mm，有硬球顶、软球顶之分。号筒式扬声器：由振动系统（高音头）和号筒两部分组成；振动系统和纸盆式相似，不同的是，其振膜不是纸盆，而是一球顶形膜片；振膜的振动通过号筒（两次反射）向空气中辐射声波；频率高、音量大，常用作室外及广场扩声。电动式扬声器性能指标：功率、阻抗、灵敏度、频率响应、指向性、非线性失真和互调失真、瞬态失真密闭式和倒相式音箱密闭式音箱就是在封闭的箱体上装上扬声器，效率比较低；而倒相式音箱与它的不同之处就是在前面或后面板上装有圆形的倒相孔。 优点
15、是灵敏度高、能承受的功率较大和动态范围广。 而且同一只扬声器装在合适的倒相箱中会比装在同体积的密闭箱中所得到的低频声压要高出3dB，也就是有益于低频部分的表现，所以这也是倒相箱得以广泛流行的重要原因。分频器是指将不同频段的声音信号区分开来，分别给于放大，然后送到相应频段的扬声器中再进行重放。 分类：功率分频器和电子分频器；二分频器和三分频器在高质量声音重放时，需要进行电子分频处理 功率分频器：位于功率放大器之后，设置在音箱内，通过 LC 滤波网络，将功率放大器输出的功率音频信号分为低音，中音和高音，分别送至各自扬声器。连接简单，使用方便，但消耗功率，出现音频谷点，产生交叉失真，它的参数与扬声器阻抗有的直接关系，而扬声器的阻抗又是频率的函数，与标称值偏离较大，因此误差也较大，不利于调整。 电子分频器：将音频弱信号进行分频的设备，位于功率放大器前，分频后再用各自独立的功率放大器，把每一个音频频段信号给予放大，然后分别送到相应的扬声器单元。因电流较小故可用较小功率的电子有源滤波器实现，调整较容易，减少功率损耗，及扬声器单元之间的干扰。使得信号损失小，音质好。但此方式每路要用独立的功率放大器，成本高，电路结构复杂，运用于专业扩声系统。耳机：是一种历史悠久的电声转换元件。现代 Hi-Fi 耳机经过了半个多世纪的历练，吸收了电声
