音响基础理论与操作幻灯片.ppt
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1、音响基础理论与操作第1页,共186页,编辑于2022年,星期三一、声音的基础知识一、声音的基础知识 l声音是世界上很重要的物理现象,与日常生活、工作、学习关系密切,它的存在又极其普遍。l自然:风声、雨、雷声、心跳、水流l工业:车、船、机、工厂l人文:语言、音乐、歌声第2页,共186页,编辑于2022年,星期三一、声音的基础知识一、声音的基础知识 l声音是世界上很重要的物理现象,与日常生活、工作、学习关系密切,它的存在又极其普遍。l自然:风声、雨、雷声、心跳、水流l工业:车、船、机、工厂l人文:语言、音乐、歌声第3页,共186页,编辑于2022年,星期三l1、定义:声音是粒子运动的结果,即物体振
2、动产生的声波,通过介质对人耳产生的感觉叫声音。l2、声音的分类与应用第4页,共186页,编辑于2022年,星期三分类 l研究声音的学科叫声学声学,按研究对象不同,可分为:l1、语言声学:研究人的发音结构与方法等生理声学l2、音乐声学:研究音乐与声音的关系l研究乐器结构、制作、音域、音色器乐声学l研究发声、气息、共鸣等声乐声学l研究音律关系、数据及使用音乐律学l3、电子声学:研究通过电子电路把声音进行各种特性的加工处理l4、建筑声学:研究厅堂建筑设计与声学关系l5、噪 声 学:研究噪声的危害与利用第5页,共186页,编辑于2022年,星期三应用 l1、声 纳:水下军事:蝙蝠(利用声音的波长与反射
3、)l2、超 声 波:工程爆破(利用大于20KHz声波刺激)l3、声 控:电子工业l4、语音识别:刑侦、保密(利用音色的频谱曲线)l5、音乐医疗:调节心神、缓解情绪(利用音乐声学的暗示作用)l6、次 低 声:军事(利用低于20Hz的次低声波振动频率干扰人体固定的共振频率(3-17Hz)第6页,共186页,编辑于2022年,星期三噪声及危害 l噪声:大于90分贝,且人们主观不需要的声音l听觉界限:20-20KHz(超过55分贝即产生不舒服感)危害l人体:影响寿命、损坏内脏、扰乱新陈代谢l神经:头晕、失眠、衰弱、易产生疲劳、降低工作效率第7页,共186页,编辑于2022年,星期三音量音量 类比类比
4、130分贝分贝喷射机起飞声音喷射机起飞声音110分贝分贝螺旋浆飞机起飞声音螺旋浆飞机起飞声音105分贝分贝永久损听觉永久损听觉100分贝分贝气压钻机声音气压钻机声音90分贝分贝嘈杂酒吧环境声音嘈杂酒吧环境声音85分贝及以下分贝及以下不会破坏耳蜗内的毛细胞不会破坏耳蜗内的毛细胞80分贝分贝嘈杂的办公室嘈杂的办公室75分贝分贝人体耳朵舒适度上限人体耳朵舒适度上限70分贝分贝街道环境声音街道环境声音50分贝分贝正常交谈声音正常交谈声音20分贝分贝窃窃私语窃窃私语第8页,共186页,编辑于2022年,星期三按普通人的听觉 l020分贝很静、几乎感觉不到;2040分贝安静、犹如轻声絮语;4060分贝一般
5、。普通室内谈话;6070分贝吵闹、有损神经;7090分贝很吵、神经细胞受到破坏。90100分贝吵闹加剧、听力受损;100120分贝难以忍受、呆一分钟即暂时致聋。120分贝以上:极度聋或全聋第9页,共186页,编辑于2022年,星期三二、声音的传递二、声音的传递 l1 1、声声音音的的传传播播过过程程(自然状态):当一个物体受外力作用时,产生一个往复的弹性振动,这样就产生了声波,经过介质(物体、空间或水)向四面八方传播。当人耳接受声波的振动,通过听觉神经传达给大脑。(如下图)第10页,共186页,编辑于2022年,星期三2、声音的传送(人为状态):l有线传送(1806年贝尔发明电话)无线(184
6、4年,电报发明)有线载波(一线传多种信息)光纤与光缆(速度:10GB/S)第11页,共186页,编辑于2022年,星期三三、声音的物理特性三、声音的物理特性 l1、声音的构成及关系l客观:振幅(大、小);频率(快、慢);l主观:响度;音调(音高);音色(音品)l振幅:声波的振动幅度,它的大小影响人耳对声音强弱的感觉强度(即响度)单位:分贝(dB)l频率:声波每秒钟振动的次数。它直接影响人耳对声音高低(音调)的感觉。单位:赫兹(Hz)l谐波:指声波的波形。包括瞬间状态。它直接影响人们对声音音质差异(音色)的感觉。(如乐器不同,相同的“i”听觉则不相同。)第12页,共186页,编辑于2022年,星
7、期三2、声音的传播 l直达声:是室内任一点直接接收到声源发出的声音。l它是接收声音的主体,又叫主达声,不受空间界面影响,其声强基本上是与听点到声源间距离的平方成反比衰减。l早期反射声:指延迟直达声50ms以内到达听声点的反射声,对声音起到增强作用;在大空间内,因反射距离远,易形成回声,产生空间感。第13页,共186页,编辑于2022年,星期三l混响声:声波经室内界面的多次反射,迟于早期反射声到达听点的声音,直至声源停止发声,但由于多次反射,听点仍能听到,故又称余声,影响声音的清晰度。l混响时间:在一个声场中,一个声音的声压级衰减60dB所需要的时间,用T60来表示。单位:秒(s)lT60=0.
8、16V/Sa(赛宾公式)lV:声场总容积 lS:声场的表面积 la:声场的建筑装饰材料的平均吸声系数。l例:某段音乐的声压级为90dB,此时中止音乐,音乐声逐渐减弱,当其声压级从90dB降至30dB时可需时1.2秒,那么,此房间的混响时间为1.2秒。第14页,共186页,编辑于2022年,星期三第15页,共186页,编辑于2022年,星期三l声音的绕射与散射:l声波在传播过程中遇到障碍物,能够绕过障碍物的边缘前进,这种现象叫波的绕射,又叫声衍射。l当声波波长大于障碍物尺寸但在10倍以内时,障碍物会化成一个声源使声波向四周散射,这种现象叫声波的散射。l例一:声源处于人的背后时,由于人耳壳的遮蔽作
9、用,声源中低频音会绕过耳廊使人听到,而声源中的高频音则在人耳处形成声影区使其减弱。l例二:音乐会时,后排座的听众听到的低频强、高频弱,即是因为低频可绕射,而高频音散射的原因。第16页,共186页,编辑于2022年,星期三3、声音的指向性与覆盖面积:l高频(500Hz5KHz)声音指向性很强 覆盖角度窄小、射程远、穿透力强l中频(150Hz5kHz)有一定指向性 覆盖面积比较容易控制l低频(低于150Hz)指向性不明显 向四面辐射、声功能损失大、传播距离近第17页,共186页,编辑于2022年,星期三第18页,共186页,编辑于2022年,星期三4、声音的共振与共鸣 l声音的振动和传播过程中,有
10、一种很重要的物理现象共振,也叫共鸣。l定义:当策动力变化的频率跟物体的固有频率相一致时,振动的振幅就会特殊地增大到最高峰值,这种现象叫共振。第19页,共186页,编辑于2022年,星期三l例一:部队行军步伐的振动频率与桥梁的固有振动频率相一致时,会因共振的产生而坍桥。l例二:暖水瓶接水,听到的声音会由低频逐渐变成高频率声音。水流击水产生的声音频宽很宽,即有低频、又有高频。刚接时瓶的空间大固有振动频率低,水流击水的低频音产生共振,低频加强,快满时,水瓶的空间变小,共振腔变小,共振频率提高,与水流击水产生的高频音产生共振,高频加强,即听到高频音。第20页,共186页,编辑于2022年,星期三5、声
11、音的掩蔽现象与解决l当不同频率的声音在同一声场中传递,各频率之间会发生掩蔽现象。第21页,共186页,编辑于2022年,星期三现象一:声音能量大的掩盖声音能量小的。如铜管乐器掩盖木管乐器、木管乐器掩盖弦乐器。l解决:从乐队编制解决。要求有合理的声部和乐器分配,调整好各声部之间、各种乐器之间声功能的平衡。l从音乐结构上解决。要有合理的和声、配器,使各声部间平衡。l从声场音响上解决。la、对不同音源选择最适合表现这种乐器音色特性的话筒。lb、选择拾取音源的最佳距离、高度、角度。lc、在调音台上进行音频信号电平的处理。第22页,共186页,编辑于2022年,星期三现象二:中频声音掩盖高频和低频声音。
12、l原因:人耳对7003000Hz的中频率声音听觉最为灵敏,在声音强度相同的情况下,优于并强于对高、低声音的听觉。l解决:减少中频输入,适当增加高低频尤其是低频音输出。l现象三:高频率声音掩盖低频声音。l如:板胡、京胡、笛子等高音乐器掩盖贝斯提琴、大提琴、巴松等低音乐器。l原因:高频音声波较短、指向性强、穿透力强、射程远,对人耳刺激明显,低频音有绕射特性,散射强,功能损失大。l解决:适当降低高频音,增加低频音。l对不同的乐器拾音时选择合适话筒,掌握好距离角度。第23页,共186页,编辑于2022年,星期三四、人耳的听觉特征四、人耳的听觉特征l振动产生声波,声波传播至耳,耳膜受到声压变化刺激听觉神
13、经,听觉神经传入大脑中枢,形成声音的存在感觉。l声音的产生是物理现象,人对声音的感觉是生理心理活动。第24页,共186页,编辑于2022年,星期三1、构成人耳听觉特性的要素l构成声音产生与存在的客观因素是:振幅、频率、谐波l构成人耳对声音的听觉特性的要素是:响度、音调、音色第25页,共186页,编辑于2022年,星期三l响度:是人耳对声音强弱的感觉程度。它首先决定于声音的振幅,其次是频率。声学中把描述响度、振幅、频率之间的关系曲线叫等响度曲线。单位:分贝(dB)l与振幅的关系:a、声压级越高,人耳感觉声音响度越大b、人耳的声压范围是:0120dBl与频率的关系:a、45KHz附近的声音最响,因
14、外耳道与其产生共鸣b、低声压时,低频区的音响度大于高频音的响度c、常见声源的声压级dBl窃窃私语:2035l女高音:35105男高音:4095l小提琴:40100交响乐:80dBl小鼓:55105打雷:120dBl教师讲话:5060飞机起飞(3m处):140dB第26页,共186页,编辑于2022年,星期三l音调(音高):是人耳对声音高低的感觉,其变化主要取决于声音频率的对数值,其次是取决于声音的振幅。l频率越高,人耳感觉的音调随之升高,频率增加一倍,声学中称之增加一个“倍频程”,音乐上叫“提高一个八度”。音调单位:美(mei)音调与频率的关系:la、人耳听觉的频率范围:20Hz20KHz,其
15、中7003000Hz为最灵敏区lb、语言的频率范围范围是10010KHzl音乐的频率范围是5015KHzl音调与声压(振幅)的关系:la、1K2KHz以上的高音区,声压增大感觉音调提升lb、500Hz以下的声音,声压增大,感觉声音低沉,音调下降第27页,共186页,编辑于2022年,星期三l音色(音品):指声音的音调和响度以外的音质差异。它与声音的频谱结构、包络和波形有关。发音体的泛音结构不同频率特性曲线、种类不同造成音色结构的不同。l影响音色的因素:la、结构不同:弦、簧片、金属lb、质料、质地不同、金属、人体、电子lc、激发位置不同:气息、声带、口形、吹奏或拉奏方法ld、力度大小不同,p、
16、f(弱、强)影响音色le、共鸣体(箱、腔)大小不同:影响单元色的泛音结构lf、振动体的弹性:影响音色的始振特性和衰减特性l声带:儿童富有弹性、音色清脆明亮l成人声带松弛、音色苍老l哨片:软始振性慢、衰减也慢l硬始振性快、力度大、衰减也快第28页,共186页,编辑于2022年,星期三2、颅骨效应l声音从音源传入大脑有两个途径,一是音源空间人耳大脑,另一途径是音源人体颅骨大脑(小实验:双手堵耳,发声,仍可听见)通过颅骨传导声音的现象叫颅骨效应。l现象一:听自己的声音,有两个途径,频带宽,音色好。l现象二:手表、钟摆声音仍可通过牙齿和颅骨传递到人的大脑神经。第29页,共186页,编辑于2022年,星
17、期三l应用:当练唱一首新歌时,对音高音调旋律无法准确掌握时,大声唱干扰环境、小声唱自我感觉不明显,可用双手掩耳来练唱,可清晰感觉自己声带发声的旋律,准确的音高和声音结构的细节部分。根据自我感觉来调解发声状态,即通过甲状软骨、早环软骨和披裂肌肉的配合来调解声带的收放,从而调整音高和音色。第30页,共186页,编辑于2022年,星期三3、鸡尾酒会效应:l在嘈杂的声场中,人可以把自己的听力集中在某一个人的谈话中,而把其他人的声音都推到背景杂声中,此现象叫“鸡尾酒会效应”。l原理:人耳的选择功能l人耳通过两耳拾取音源的距离差、时间差、频率差就可以辨别出不同方位的声音,以此调解听觉神经来选择不同方位的声
18、源。l应用:使用强指向性话筒在现场来同步录音。第31页,共186页,编辑于2022年,星期三4、回音壁效应:l在某一声场中,视觉看不到声源而听觉却能听到声音,这种现象就是声波传播的特殊反射作用的结果,被称谓“回音壁效应”。l应用:舞台上方、侧方、后方的声音反射板即是利用这一原理把演员的声音集中向直达声弱的区域进行反射。第32页,共186页,编辑于2022年,星期三5、哈斯效应:l一个声场中的二个同频声源,在传入人耳的时间差在50ms以内时,人耳无法明显辨别出它们的方位。那个声源的声音先入,那么人就感觉到声音即由此方位传来。这种先入为主的听觉特性叫哈斯效应。第33页,共186页,编辑于2022年
19、,星期三l现象一:两侧声源A、B与人耳距离相同时,人们感觉声音由前方来,俗称“假立体声”。l现象二:当距离A声源略近时,实际应是A音大,B音小的两个声源,但人们往往只感觉到所有声音均由A输出,这种错觉现象即是“哈斯效应”。l现象三:将近点A的声音加以延时,使它迟于B声源进入人耳,人们即感觉到所有声音均由B声源付出。l应用:在剧场中为了弥补哈斯效应所产生的听觉、视觉不统一的现象,对顶部和侧面扬声器均作延时处理,使它们传出的声音与前方主扬声器传出的声音同步到达人耳,使后排观众的视觉、听觉协调统一。第34页,共186页,编辑于2022年,星期三6、关于立体声:l造成立体声的原因;l构成立体声的主要因
20、素;第一要有立体声音源;第二要有立体声声场;第三是人耳的双耳效应la、路程差:由于声音传递到双耳的路程不同造成lb、时间差:由于路差使声音到达双耳的时间不同造成lc、强弱差:由于路程差使先到声音感觉强,后到的感觉弱ld、频率差:由于声音的传播特性决定,近耳听到的高频音多、低频音少,远耳听到的高频音少、低频音多。l定义:立体声是指人感到声源分布在空间的声音,使听到的声音具有空间感、远近感及监场感第35页,共186页,编辑于2022年,星期三环绕立体声:环绕立体声:l在立体声声场中,除听者有身临其境的感觉之外,还必须具有使听音者被声音包围的效果,使听者产生围绕感和声音似乎离开听者扩散并再次反射回来
21、的扩展感。第36页,共186页,编辑于2022年,星期三la、四声道环绕立体声(见图)l产生环绕立体声需有不同方向的四个以上声源,相对听音者来讲分为前左、前右(主声道);后左、后右(环绕声道)。l将四只强指向性传声器摆放在演出中心部或靠近舞台,拾取舞台上声源发出的四个不同方向的声音,用声道重放系统把四个扬声器放在房间四角,产生环绕声场。l常见有超级VCD、CVD均属此类。背板标有CH1CH4四路声音输出。第37页,共186页,编辑于2022年,星期三第38页,共186页,编辑于2022年,星期三b b、编码式六声道环绕:、编码式六声道环绕:l与四声道同理,将六个声源经编码后用少量声道输出,经解
22、码后,传至六个(组)扬声器。l常见DVD即被使用杜比数字AC-3(AC3)声音压编方式实现前左、前右、中置;左环、左环、超低音的六声道输出。l因超低音通道仅用音频全音域的十分之一,民用产品常称之为5.1声道。lDVD机分外置和内置AC3解码器二种,外置的北板只有“L、R”两路输出,需再接解码器才能传至扬声器形成环绕立体声。l内置解码器机器,背板声音输出有CH1CH6六路,分别标明前左(L)、前右(R)、中置(C)、左环绕(SL)、右环绕(SR)和超低音(BASS),只需接上对应的扬声器即可。第39页,共186页,编辑于2022年,星期三厅堂音响与室外扩声厅堂音响与室外扩声 l厅堂分类:厅堂分类
23、:l以传播语言为主的如:报告厅、会议厅等;l以传播乐音为主的,如:音乐厅、歌剧院等。l厅堂传播声音分类:厅堂传播声音分类:l一是声源(包括人、乐器)发出的自然声在厅堂内的传播。l二是自然声经电声系统加工处理后在厅堂内的传播。第40页,共186页,编辑于2022年,星期三一、厅堂内的声学现象一、厅堂内的声学现象l1、声反射:声波在室内传播,除直达声外,最常见的是反射声。声波入射到坚硬刚性平面,会产生全反射,当声波的波长小于反射面的尺寸时,入射角等于反射角,当反射面为凸面时散射声波,当反射面为凹面时形成声聚焦。(见图)第41页,共186页,编辑于2022年,星期三l2、声吸收:声波入射到任何媒质都
24、会产生不同程度的声能吸收,当遇到柔性、多孔、纤维等材料及人体时,会产生比较多的吸收。l吸收方式:l其一用吸声材料铺敷在墙体表面,吸收入射波的部分声能,其吸收声量为表面积与吸声材料的吸声系数的乘积。l其二:空间吸声,采用穿孔板材(钢、铝、硬质纸条)做成各种形状,内部填充吸声材料。悬吊在顶棚下面,单个吸声体的吸声量与其表面积,内填充材料吸声系数及悬吊高度有关。第42页,共186页,编辑于2022年,星期三l常见吸声材料:la、多孔材料:指纤维板、矿棉、毛毡等,由无数相联通的微孔构成的网状物。当声波进入微孔后经与物质分子相碰撞而转为热能被吸收。在施工时,如材料与墙体间保留间隙,形成空腔结构,则对低频
25、声音的吸收效果极佳。lb、板状吸声体:指不穿孔的板状或薄膜吸声体,依靠龙骨铺在墙面,与墙面保留一定空隙,当声波入射板面时会因撞击产生振动而吸收部分入射声能,在吸收中低频声音时效果较佳。第43页,共186页,编辑于2022年,星期三l吸声材料的选择:吸声材料的选择首先着眼点是改善厅堂的声学环境,达到一定要求的声学条件,使房间内的反射与混响均匀。应注意:la、材料的吸声系数lb、材料的易燃性lc、安装的难易程度ld、使用的耐久性le、厚度和重量(厚度影响房间体积)lf、性能价格比第44页,共186页,编辑于2022年,星期三l3、混响:当声源停止发音后,声音在封闭空间发射延续的时间,叫混响。l混响
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