数字音响技术电声系统期末复习.docx

1、数字音响技术电声系统期末复习第一章 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

2、。随着电声换能器理论的发展，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

3、节目制作系统 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 学

4、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(c0= f) 声波的传播速度(c0= 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、波长及波速第二节

5、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/m2实践中，常用声强级LI来表示，定义为： LI=10lgI/I0(dB),（其中，

6、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，其方向與聲波的傳播方向平行。

7、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，即在空氣壓力變化極大的位

8、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，人耳对两者的差感觉为120 倍，即

9、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。

10、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。

11、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

12、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

13、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

14、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

15、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，

16、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，吸收了电声学的精华，应用了大量新技术与材料电声性能达到了极高的水平。耳机系统与扬声器系统相比，在更小的投入中往往有更大的乐趣。与扬声器相同的是：同属于“电声”换能器 与扬声器不同的是：扬声器与人耳是间接耦合；耳机与人耳是直接耦合 优点：(1)无需自由空间为中介,避免

17、声场的自身缺陷对还原声音的可能影响；(2)彼此间没有干扰缺点：耳机的最重大缺陷就是音场不自然（声音是被直接“灌”进双耳的，大脑就无法准确判断声音的方位和距离； “头中效应”（In-Head Effect）。 耳机的分类：（1）根据直接耦合的程度可以分为：开放式：一般听感自然，佩带舒适，常见于家用欣赏的HIFI耳机，声音可以泄露、反之同样也可以听到外界的声音，耳机对耳朵的压迫较小。 半开放式：没有严格的规定，声音可以只进不出亦可以只出不进，根据需要而做出相应的调整，目前大部分广播用耳机均采用这种结构。 封闭式：耳罩对耳朵压迫较大以防止声音出入，声音正确定位清晰，专业监听领域中多见此类，但这类耳机

18、有一个缺点就是低音音染严重 。（2）根据换能原理分为： 动圈式（Dynamic）：原理类似于普通音箱，处于永磁场中的线圈与振膜相连，线圈在信号电流驱动下带动振膜发声静电（电容）式（Electrostatic） ：振膜处于变化的电场中，振膜极薄、精确到几微米级（目前STAX新一代的静电耳机振膜已精确到1.35微米），线圈在电场力的驱动下带动振膜发声（3）根据用途分为：家用（Home）便携（Portable）监听（Monitor）混音（Mix）人头唱片耳机的主要参数： 阻抗（Impedance）：注意与电阻含义的区别灵敏度（Sensitivity）指向耳机输入1毫瓦的功率时耳机所能发出的声压级（声

19、压的单位是分贝，声压越大音量越大），所以一般灵敏度越高、阻抗越小，耳机越容易出声、越容易驱动。频率响应（Frequency Response）频率所对应的灵敏度数值就是频率响应，绘制成图象就是频率响应曲线，人类听觉所能达到的范围大约在20Hz-20000Hz，目前成熟的耳机工艺都已达到了这种要求。传声器:一种电声换能器件 (声电) ，俗称话筒。整个声频系统的第一个环节，原始声源的输入口，影响节目质量的重要因素之一。 分类:（一）、根据输出信号的方式有线话筒：有信号输送线，信号电流直接送至有关设备。 无线话筒(无电缆）：无信号输送线，信号以电磁波的形式发射出去（发射机），再由有关设备（接收机）还

20、原出原音频电流信号。工作原理：声音；电流；调频；发射机（VHF 88MHz-108MHz）；超外差式调频 接收机 （ 10.7MHz）（二）、根据换能原理的分类1、电动式话筒 代表产品：动圈式话筒 “电磁感应 ” 动圈式话筒的工作原理：声波 振动 振膜 音圈 磁场 运动 感应电流。 2、 电容式话筒：依靠电容量变化而起换能作用的。它由极头（电容器）、予放、极化电源等组成。按电源方式可分两种。传声器的技术参数灵敏度 频率响应 指向性 输出阻抗 等效噪声级 非线性失真 瞬态特性 灵敏度定义：传声器在1kHz声波正向入射时测得的输出电压。用灵敏度级表示：L=20lgE/E。其中 E。参考灵敏度级，E

21、。=1V/Pa ； E为实际声压灵敏度。动圈式传声器灵敏度 （6080）dB，电容式传声器灵敏度（4070）dB。频率响应：频率响应是灵敏度的频率特性，常用频响曲线表示，它表示传声器线性失真的情况。指向性：指向性是灵敏度随入射声波方向改变的特性。有全指向性、单（心形）指向性、双指向性详见P89指向性：又称为方向性，系指传声器对不同角度入射的声波的响应。当声波以不同角度入射到振漠时，振膜所受到的作用力不同，因此相应的输出也不同。这种因入射声波的入射角不同而使传声器灵敏度产生变化的特性，称为传声器的指向性。这里的声波入射角是声波与振膜法线之间的角。在实际工作中，为了避免数学计算，通常采用极坐标图形

22、表示。称位传声器指向性图形。有时也采用不同入射角的频响曲线表示法。输出阻抗：输出阻抗通常指1kHz时传声器输出端呈现的阻抗，分高阻抗、低阻抗两类。分别以10千欧和600欧作为标准阻抗；普及型传声器属高阻抗（多为20千欧）等效噪声级：等效噪声级是传声器输出端呈现的噪声电压，换算成1kHz的输入声压值，以dB表示。实际上，传声器的噪声常用S/N来衡量。非线性失真：非线性失真是在强声压作用下，声压与输出电压不成线性关系的程度。非线性失真限制在0.5%以下瞬态特性：瞬态失真是传声器振动系统跟随声压快速变化的性能。随声源节奏的加快和人们欣赏水平的提高日显重要，但目前缺少定量测试的手段。传声器的选择根据级

23、别：1、普用级；2、准专业级；3、专业级根据环境：1、室内； 2、室外传声器的使用抗电磁干扰 1、屏蔽； 2、低阻抗传输； 3、平衡传输抗声干扰 1、反射声干涉；2、多路拾声干涉第五章 音频录放技术磁带录音机磁带录音机是利用电磁记录的原理，把声音信号以剩磁的形式记录在磁带上的一种电声设备。1898年，Poulsen 钢丝录音电话机 1927年，钢丝录音的交流偏磁法问世1930年，钢丝录音机投放市场 1935年，最早的磁带录音机出现1962年，PHILIPS 推出盒式磁带录音机 1989年，这一年间硬件的销售量为2亿套。录音媒体的特点：能记录、储存和反复重现教学信息 能为教学创设所需的情境能记录

24、学生的朗读，讲演、歌唱等 机小、价廉、使用范围广磁带录音机的种类：1、 模拟磁带录音机（MONO；STEREO数字磁带录音机（DCC；DAT）2、 开盘式、卡式、盒式 3、二磁头式、三磁头式4、单放式、录放式、收录式 5、落地式、台式、便携式、随身携带式盒式磁带录音机基本结构：由电路和机芯两大部分组成。 电路：各种放大器、偏磁电路、电源等。 机芯：机械传动机构和磁头系统机械传动机构：保证磁带各种状态的正常运行。磁头系统：磁带录音机的关键部分，有录音头、放音头、消音头等磁头的性能（P115）：灵敏度 磁头频响 磁头阻抗 串音磁记录原理：磁性物质的磁化磁滞现象 硬磁与软磁硬磁与软磁：硬磁性材料（磁

25、记录介质的剩磁感应强度、矫顽力都很大磁性材料）如：磁带具有较高的剩磁，以能存储较强的信号；软磁性材料（剩磁、矫顽力都很小的材料）如：铁镍合金、硅钢片、坡莫合金等。盒式磁带录音机工作原理录音原理：音频电信号录音 放大器 录音头 磁场 磁带剩磁直流偏磁 和 交流偏磁直流偏磁：优点：简便，线路简单。缺点：磁带被恒定磁化后的剩磁的大小不均匀在放声过程中呈现出不规则的噪声，通常称为本底噪声交流偏磁优点：超音频偏磁能有效地克服信号畸变，因没有恒定磁场，不会产生直流偏磁那种本底噪声。 （40120 kHz ） 缺点：电路略微复杂。偏磁电流与偏磁频率偏磁电流的大小必须满足工作在剩磁曲线线性区这一条件。最佳偏磁

26、：输出信号最大；非线性失真最小；噪声最小；频率特性最好。不同的磁带最佳偏磁不同，如：金属带（METAL）、铬带（Cr）、普通带即铁带（NOR）。偏磁电流与偏磁频率偏磁电流小时，信号输出的高频成分多，而低频成分少，重放低音不足。偏磁电流大时，信号高频成分损失大，重放没有层次感且沉闷。偏磁电流稍大为宜，可获得良好的失真度指标。记录波长若被记录的信号是简谐信号，磁带上的剩磁强度和方向沿着磁带运行的方向按正弦规律分布，剩磁正弦变化的一个周期在磁带上所占的长度即信号一周期内磁带运行的距离，称为记录波长。公式： =v / 其中：为波长，v为走带速度，为信号频率。放音原理信号磁带 (4.76cm/s)磁头缝

27、隙磁力线耦合感应电动势放音放大器扬声器补偿电路（由于存在各种损失）磁电转换过程被记录在磁带上的磁迹，可认为是由一连串磁极相对的小磁体组成，每个磁体为1/2记录波长。剩磁通过磁头铁芯，则铁芯中随磁迹变化的磁通将导致磁芯线圈中感应出相应的电动势，完成磁电转换。录放过程中的损失记录过程中的损失（1）自去磁损失（2）录音去磁损失（3）磁性层厚度损失 重放过程中的损失（1）工作缝隙损失（2）间隙损失（3）方位损失降噪系统噪声的来源背景噪声、调制噪声、调幅噪声、调频噪声杜比降噪系统：杜比-A 杜比-B消音原理直流消音：直流电消音头强直流磁场磁带饱和磁化消音目的。交流消音：交流电（频率很高）消音头交变磁场磁

28、带剩磁为零消音目的。交流消音法：1、交流消磁电流要足够大消磁场强度比记录磁场强度大35倍2、交流消磁的频率不宜太低 3、交流信号波形的对称性要好盒式磁带录音机的维护（1）使用：清楚各按键、开关、旋钮、插孔和指示灯的功能和作用。（English) (2) 维护：（A）清洁（B）消磁（C）注油盒式录音磁带及保养磁带犹如照相机的胶卷，是决定录音机性能的重要因素之一。磁带主要由带基和磁性层两部分组成。带基：决定磁带的物理性能。 磁性层：决定磁带的电磁性能。磁带的种类按磁性材料来分，有以下五类：1）氧化铁磁带（铁带，普通带） 2）二氧化铬磁带（铬带）3）铁铬磁带（铁铬带） 4）铁钴带 5）金属带磁带的性

29、能：相对灵敏度 频率特性 信号偏磁噪声比 最大输出电平 复印比相对灵敏度:在最佳偏磁电流与线性录放条件下使磁带的录放输出电平相对于基准带录放电平的dB差值信号偏磁噪声比：指磁带的信号输出电平与磁带不录信号,但经过消音磁头和偏磁录音磁头作用后产生的噪声电平dB差值. 要求大于53dB最大输出电平：指磁带不超过规定谐波失真(3%)时重放输出电平与额定输出电平的dB差值.最大输出电平与噪声电平的差值就是信号的动态范围.复印比：指已记录有剩磁通的磁带层对相邻层磁带的磁化效应。大于50dB磁带的保养：1）温度、湿度要合适2）不用时，应放入磁带盒3）不要用手去摸磁带4）远离磁场 5）定期快进、快倒一次等录

30、音机的整体指标：带速与带速误差 频率响应 信噪比 抖晃率 谐波失真数字音响综述1、模拟音响100多年（1887迄今 ）2、数字音响（声频信号数字化），从根本上解决模拟音响所无法解决的问题数字音响是指对原始的声音信号进行一系列的数字化处理，将模拟声音信号变换成一系列由二进制码表示的数字比特流之后，再进行记录、传输和加工处理，最后再恢复成高保真的模拟信号，重放出声音。 3、PCM (Pulse-Code-Modulation) 技术：脉冲编码调制，将模拟声频信号进行数字化的一种技术，1937年问世。过程：取样 编码 量化4、数字音响发展简史 1937年，PCM 1967年，NHK 把PCM引入音响

31、领域 1979年，PHILPS&SONY CD方式 1982年，CD发展迅猛，垄断地位 1983年，美、加 DAB（数字音频广播） 1987年，DAT（数字录音机） 1990年迄今，大量的数字声频产品问世5、数字音响的优点（与模拟音响比较）： （1）重放信号的质量高（2）便于对信号的存储、传输和加工处理 （3）便于对信号的复制和长期保存 （4）有利于提高音响系统的可靠性 （5）对存储介质的容量要求较高 CD唱片、唱机 （Compact Disc)：泛指使用激光方法的小型数字音响唱片系统（Digital Audio Disc)。光、机、电于一体的高科技产品。作为一种新型的电教媒体，具有其独特的优点。 CD唱片：（1）物理结构 单面；8cm &12cm；74min。（见122页图6-31）（2）信号的记