第一章 聲學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

聲波的物理特性

       聲波的振動(dòng)方向與傳播方向是一致的，所以稱聲波為縱波。
       在某一個(gè)時(shí)刻，同相位的振動(dòng)傳播到達(dá)點(diǎn)的集合稱為波前，也稱波陣面。波陣面是平面的波稱為平面波，波陣面是球面的波稱為球面波。
       物體在一個(gè)位置附近作往返運(yùn)動(dòng)稱為振動(dòng)。
       振動(dòng)體每秒振動(dòng)的次數(shù)稱為頻率，用符號(hào)f表示，頻率的單位是赫茲（Hz），簡稱赫。振動(dòng)體每振動(dòng)一次，即完成一次往復(fù)運(yùn)動(dòng)所需的時(shí)間為周期，用符號(hào)T表示，單位是周，或s/次。頻率和周期的關(guān)系為f=1/T
       聲波每秒鐘內(nèi)傳播的距離稱為聲速，用符號(hào)c表示，單位為米/秒，聲音在空氣中的傳播速度為343米/秒 。
       物體每完成一次往復(fù)運(yùn)動(dòng)所經(jīng)過的距離稱為波長，用符號(hào)λ表示，單位是米。
       頻率、波長和聲速三者之間的關(guān)系如下：λ=c/f
       聲波在傳播過程中的狀態(tài)包括：聲波的反射、聲波的散射、聲波的衍射、聲波的繞射、聲波的折射、聲波的透射、聲波的吸收、聲波的干涉。

聲波的度量

       聲功率是指聲源在單位時(shí)間內(nèi)向外輻射的聲能，記做W。單位是瓦（W）
       聲強(qiáng)是衡量聲波在傳播過程中聲音強(qiáng)弱的物理量。聲場中某一點(diǎn)的聲強(qiáng)，即指單位時(shí)間內(nèi)，在垂至于聲波傳播方向的單位面積上所通過的聲能，符號(hào)為I，單位是瓦每平方米（W/m.m）
      介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)由于聲波作用而產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)所引起的大氣壓力的起伏稱為聲壓，記做P，單位是帕斯卡（Pa）
      聲功率級(jí)是聲功率與基準(zhǔn)聲功率之比的對(duì)數(shù)的10倍，記做Lw，單位是分貝（dB），聲強(qiáng)級(jí)是聲強(qiáng)與基準(zhǔn)聲強(qiáng)之比的對(duì)數(shù)的10倍，記做Li，單位是分貝（dB），聲壓級(jí)是聲壓與基準(zhǔn)聲壓之比的對(duì)數(shù)的20倍，記做Lp，單位是分貝（dB），聲功率級(jí)、聲強(qiáng)級(jí)、聲壓級(jí)都是無量綱量，是相對(duì)比較的值，其數(shù)值大小與所規(guī)定的參考值有關(guān)。
      兩個(gè)數(shù)值相等的聲壓級(jí)疊加時(shí)，只比原來增加了3dB，而不是增加一倍，如果兩個(gè)聲壓級(jí)差超過15dB，則附加值可以忽略不計(jì)。

聽覺的主觀感受

       人耳的可聽頻率范圍一般在20Hz～20000Hz之間，頻率超過20000Hz的稱作超聲波，頻率低于20Hz的稱為次聲波。人耳可聽的聲壓級(jí)范圍一般在0dB～140dB左右，150dB左右的聲音可能會(huì)對(duì)人耳造成損害。
       人耳對(duì)聲音的識(shí)別主要是依據(jù)音調(diào)、聲量和音色，稱為聲音的三要素。相對(duì)應(yīng)的物理量為頻率、響度和頻譜。
       響度是人耳對(duì)于聲音強(qiáng)弱的主觀感受，用符號(hào)S表示。為了對(duì)響度進(jìn)行計(jì)量，定義響度的單位為“宋”（sone），并定義：聲壓級(jí)為40dB的1000Hz的標(biāo)準(zhǔn)音的主觀感受規(guī)定為響度等于1sone。為了把聲音強(qiáng)弱的客觀尺度與在此聲音刺激下的主觀感受的強(qiáng)弱聯(lián)系起來，引入了響度級(jí)的概念。任何聲音的響度級(jí)，在數(shù)值上等于與標(biāo)準(zhǔn)音（1000Hz）一樣響時(shí)所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)音的聲壓級(jí)，用符號(hào)P表示。單位為“方”（phon）。根據(jù)定義，人耳判斷與1000Hz純音的1dB聲壓級(jí)等響的響度級(jí)為1phon。
 等響曲線
 
       在同一條等響曲線上的不同頻率、不同聲壓級(jí)的純音信號(hào)，給人的響度感覺是一樣的。等響曲線在聲壓級(jí)低時(shí)斜率大，即變化快，而聲壓級(jí)高時(shí)，等響曲線比較平坦，在低頻時(shí)尤為明顯?？梢钥闯鋈硕鷮?duì)于2000～4000Hz的聲音最為敏感。
      人耳對(duì)于聲音的高低的感覺為音調(diào)。音調(diào)的高低與頻率有關(guān)，頻率越高，人耳感覺的音調(diào)越高。在音樂上音調(diào)稱為音高。頻率增加一倍，即增加一個(gè)倍頻程，音樂上稱提高了一個(gè)八度。音調(diào)的單位是“美”（mel），其定義為：頻率為1000Hz、聲壓級(jí)為40dB的純音所產(chǎn)生的音調(diào)是1000mel。
      音色主要取決于聲音的頻譜結(jié)構(gòu)。
      掩蔽效應(yīng)：人耳對(duì)一個(gè)聲音的聽覺靈敏度因?yàn)榱硪粋€(gè)聲音的存在而降低的現(xiàn)象，稱為掩蔽效應(yīng)。當(dāng)被掩蔽的聲音和掩蔽聲頻譜接近時(shí)，掩蔽量較大，即頻率接近的聲音掩 蔽效果明顯；掩蔽聲的聲壓級(jí)越高，掩蔽量越大；低頻聲對(duì)高頻聲會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的掩蔽效應(yīng)，而高頻聲對(duì)低頻聲的掩蔽效應(yīng)則相對(duì)較小。
      雙耳效應(yīng)：雙耳定位聲源方位的能力稱為雙耳效應(yīng)。一般對(duì)于1000Hz以上的聲音，靠雙耳的聲強(qiáng)差定位，而對(duì)于1000Hz以下的聲音，靠雙耳的時(shí)間差（相位差）定位。雙耳效應(yīng)是立體聲聽音的重要條件。
      哈斯效應(yīng)：兩個(gè)同樣的聲音（頻率、振幅相同）到達(dá)人耳，會(huì)出現(xiàn)三種情況：（1）一個(gè)聲音比另一個(gè)聲音先到達(dá)5～30ms，則會(huì)感覺到一個(gè)延長了的聲音，它來自先到達(dá)聲音的方向，遲到的聲音好像不存在。（2）如兩個(gè)聲音先后到達(dá)有30～50ms的時(shí)間差，就會(huì)感到存在兩個(gè)聲音，聲音的方向仍由先到達(dá)的決定。（3）若兩個(gè)聲音先后到達(dá)時(shí)間在50ms以上，則可以清楚地聽到兩個(gè)聲音來自各自的方向。

室內(nèi)聲學(xué)

       發(fā)聲體在閉室內(nèi)振動(dòng)，所發(fā)出的聲波在室內(nèi)空間形成復(fù)雜的聲場。聲場中某一位置上聽到的聲音由三部分組成：直達(dá)聲、近次反射聲（早期反射聲）和混響聲（多次反射聲）。
       直達(dá)聲：指從聲源直接傳播到聽音點(diǎn)的聲音，其傳播路徑是從聲源到該點(diǎn)的直線段。在傳播過程中，直達(dá)聲不受室內(nèi)界面的影響，距離每增加一倍，聲壓級(jí)衰減6dB。
       近次反射聲：指相對(duì)直達(dá)聲延遲50ms以內(nèi)到達(dá)的反射聲。由于哈斯效應(yīng)，延時(shí)在50ms內(nèi)的反射聲難以和直達(dá)聲分開，不會(huì)互相干擾。
       混響聲：指在近次反射聲后陸續(xù)到達(dá)的、經(jīng)過多次反射的聲音。
       當(dāng)室內(nèi)聲源停止發(fā)聲后，聲音衰減的過程稱為混響過程?；祉戇^程可以用混響時(shí)間加以度量?；祉憰r(shí)間，指在達(dá)到穩(wěn)態(tài)聲場后，聲源停止發(fā)聲，從聲源停止發(fā)聲到室內(nèi)聲能密度衰減到原來的百萬分之一（衰減60dB）時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間，記做T60。在計(jì)算混響時(shí)間時(shí)，通常要計(jì)算125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz六個(gè)頻率的值。在未加注明時(shí)，通常是指500Hz的聲音的混響時(shí)間?；祉憰r(shí)間短，有利于聽音的清晰度，但過短則會(huì)感到聲音干澀、缺少穿透力和亮度?；祉憰r(shí)間長，有利于聲音的豐滿，但過長則會(huì)感到聲音含糊不清，降低了聽音的清晰度。
 
       計(jì)算混響時(shí)間：賽賓公式T60=KV/A，式中：T60為混響時(shí)間；K為與溫度有關(guān)的常數(shù)，一般取K=0.161s/m；V為閉室的容積；A為房間的吸聲量A=Sα，S為室內(nèi)總表面積，α為室內(nèi)平均吸聲系數(shù)。
       房間共振：共振現(xiàn)象，即物體被一外界干擾振動(dòng)激發(fā)時(shí)，將按照其本身所具有的固有頻率（又稱簡正頻率或共振頻率）而振動(dòng)。激發(fā)頻率越接近物體的某一固有頻率，共振響應(yīng)就越大。在一些室內(nèi)裝修材料比較堅(jiān)硬的房間內(nèi)，當(dāng)聲源發(fā)聲時(shí)，聲波不可避免地會(huì)相互干擾，從而激發(fā)房間內(nèi)的某些固有頻率的聲音，形成駐波，即出現(xiàn)了房間的共振現(xiàn)象。當(dāng)發(fā)生共振現(xiàn)象時(shí)，聲源中某些頻率被特別加強(qiáng)，即出現(xiàn)了“聲染色”現(xiàn)象。聲染色，指由于室內(nèi)聲頻率響應(yīng)的變化，使原來聲音信號(hào)的頻譜發(fā)生某種改變而被賦予外加的音色，從而導(dǎo)致原來地的聲音產(chǎn)生失真，影響音質(zhì)。房間共振還使某些頻率（主要是低頻）的聲音在空間分布上很不均勻，即出現(xiàn)了在某些固定位置上加強(qiáng)和某些固定位置上減弱的駐波，稱簡正現(xiàn)象。
 
              第二章 傳聲器（話筒）
傳聲器，俗稱話筒，又稱麥克風(fēng)（microphone），是一種將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的音響設(shè)備。

傳聲器的分類：

按換能原理分：動(dòng)圈式傳聲器，電容式傳聲器，帶式傳聲器，駐極體式傳聲器
按指向性分：全指向性傳聲器，雙指向性傳聲器，單指向性傳聲器，強(qiáng)指向性傳聲器
按傳輸方式分：有線傳聲器，無線傳聲器
按用途分：會(huì)議傳聲器，演唱傳聲器，錄音傳聲器，測量傳聲器
按功能分：單聲道傳聲器，立體聲傳聲器，混響傳聲器
按輸出阻抗分：高阻傳聲器（20～50kΩ），低阻傳聲器（200～600Ω）

傳聲器的主要技術(shù)指標(biāo)：

       靈敏度：靈敏度表示傳聲器的聲電轉(zhuǎn)換能力，即指傳聲器聲電轉(zhuǎn)換過程中，把聲壓轉(zhuǎn)換為電壓的能力。傳聲器靈敏度常用開路靈敏度和靈敏度級(jí)來表示。開路靈敏度：通常規(guī)定在自由聲場中，傳聲器在1000Hz的恒定聲壓作用下，正弦波聲信號(hào)從傳聲器軸向輸入時(shí)，傳聲器輸出端開路狀態(tài)下測得的輸出電壓與聲壓之比，稱為開路靈敏度和軸向靈敏度。一般動(dòng)圈傳聲器開路靈敏度在0.1～0.5mV/μbar左右，電容傳聲器開路靈敏度在1～4mV/μbar左右。傳聲器靈敏度也有用dB值表示的，它是指傳聲器靈敏度E與參考靈敏度Eref之比的對(duì)數(shù)值，稱為傳聲器的靈敏度級(jí)。一般動(dòng)圈傳聲器的靈敏度級(jí)約為－60～－70dB；電容傳聲器約為－40～－50dB（1mv/Pa=－60dB，1V/Pa=0dB）。使用過程中，靈敏度高對(duì)提高信噪比有利，但太高的靈敏度往往會(huì)引起失真。
       頻率響應(yīng)：頻率響應(yīng)是指傳聲器輸出電平與頻率的關(guān)系。它是指傳聲器在一恒定聲壓作用下，傳聲器的輸出電平隨不同頻率的電壓變化。頻率響應(yīng)可以用頻率響應(yīng)曲線來表示。
       動(dòng)態(tài)范圍：傳聲器動(dòng)態(tài)范圍是指在規(guī)定的諧波失真條件下（一般規(guī)定0.5％），其所承受的最大聲壓級(jí)與絕對(duì)安靜條件下傳聲器的等效噪聲級(jí)之差。
       傳聲器阻抗：傳聲器的阻抗有兩種，即輸出阻抗與負(fù)載阻抗。
       為了保證聲源轉(zhuǎn)換為高質(zhì)量、高保真的電信號(hào)，要求寧肯損失部分能量也不加大失真，一般采用跨接方式。即傳聲器輸出阻抗Zout×5＝調(diào)音臺(tái)輸入阻抗Zin（傳聲器負(fù)載阻抗）
       指向性：傳聲器的指向性是指在某一特定頻率下，隨著聲波入射方向的不同其靈敏度的變化特性，分為全指向性，雙指向性，心型指向性，超心型指向性和強(qiáng)指向性。
       失真度：失真度即聲音通過傳聲器聲電變換后信號(hào)變形的程度。主要是指諧波失真和頻率失真。一般要求諧波失真不能超過0.5％。
常用傳聲器：

       動(dòng)圈式傳聲器：動(dòng)圈傳聲器的工作原理是：當(dāng)聲波傳到傳聲器的膜片上，膜片受聲壓的作用而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)粘連在振膜上的音圈一起振動(dòng)，而音圈又置于磁體產(chǎn)生的磁場中作切割磁力線的運(yùn)動(dòng)，使音圈產(chǎn)生一交變的感應(yīng)電動(dòng)勢，進(jìn)而感應(yīng)產(chǎn)生電流。此電流的波形與聲波傳到膜片上的音頻波形相一致。該電信號(hào)即為動(dòng)圈傳聲器的輸出信號(hào)。
       近講式動(dòng)圈傳聲器：壓差式和復(fù)合式傳聲器在近距離使用時(shí)，不但聲音增大，而且低頻輸出增加，亦即低音加重。距離聲源越近，頻率越低，低音加重越顯著，這種低頻提升的效應(yīng)稱為近講效應(yīng)，或稱球面波效應(yīng)。利用這種近講效應(yīng)，設(shè)計(jì)成適合近距離演唱和語言擴(kuò)聲用的傳聲器，就稱為近講傳聲器。特點(diǎn)是聲音具有真實(shí)感、細(xì)膩感、親切感和臨場感。
       電容式傳聲器：電容式傳聲器是依靠振膜振動(dòng)引起的電容量變化實(shí)現(xiàn)換能的，因此稱作電容式傳聲器。電容式傳聲器由極頭、前置放大器和極化電壓供給電路三大部分組成。電容式傳聲器具有靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍大、頻率響應(yīng)寬且平坦、瞬態(tài)特性好、失真度低等特點(diǎn)。
幻象供電：幻象供電是利用傳聲器輸出電纜內(nèi)的信號(hào)芯線和屏蔽線作為直流供電的通路來傳輸電源的一種供電方式，把傳聲器的信號(hào)線作為傳輸信號(hào)和施加極化電壓的復(fù)用通路，電容傳聲器就可以由原來的使用多芯電纜變?yōu)槭褂闷胀ǖ亩酒帘尉€纜，利用調(diào)音臺(tái)上提供的幻象供電向電容傳聲器供電，這樣就省去了電容話筒的供電電源，大大地方便了實(shí)際使用。幻象供電只適用于平衡傳輸、對(duì)稱輸入的信號(hào)傳輸方式，且要求調(diào)音臺(tái)有相應(yīng)的幻象供電功能。
       立體聲傳聲器：立體聲傳聲器是專門為立體聲擴(kuò)聲和錄音而設(shè)計(jì)的傳聲器，根據(jù)不同的立體聲制式，可以由兩個(gè)或兩個(gè)以上的傳聲器組成。雙通路立體聲系統(tǒng)，可分為AB制、XY制和MS制系統(tǒng)。
       無線傳聲器：無線傳聲器由傳聲器、小型無線電發(fā)射機(jī)和無線傳聲接收機(jī)三部分組成。按載波頻率不同分為以下三種：FM型：工作在調(diào)頻波段88～108MHz；VHF型：又分為低頻段VHF型，工作在30～50MHz，高頻段VHF型，工作在150～250MHz。UHF型：又分為低頻段UHF型，工作在200～600MHz，高頻段UHF型，工作在700～1000MHz。

傳聲器的使用：

使用要點(diǎn)：
（1）傳聲器與音箱之間的關(guān)系也十分重要，傳聲器拾音范圍盡量避開音箱的輻射方向。傳聲器的位置附近不應(yīng)有大的反射面，以避免強(qiáng)烈的反射聲引起聲音相位干涉而破壞聲音的自然度。
（2）傳聲器的插接件要牢固可靠，與傳聲器的焊接要求規(guī)范，不允許有虛焊、接觸不良等現(xiàn)象存在。傳聲器必須使用優(yōu)質(zhì)屏蔽電纜傳送信號(hào)。一般來說，不平衡連接時(shí)，傳聲器連線的長度不宜超過10米，若必須加長連接線，則應(yīng)采用平衡接法，以減少外來干擾。
（3）聲源與傳聲器的拾音距離要適當(dāng)。
（4）傳聲器要注意防風(fēng)、防塵、防潮、防震。
（5）多只傳聲器使用時(shí)傳聲器的相位要一致。對(duì)于一個(gè)聲源如需兩個(gè)傳聲器進(jìn)行單聲道拾音時(shí)，就將兩個(gè)傳聲器盡量靠近，或保證每個(gè)傳聲器與音源的距離相等，以免相加時(shí)產(chǎn)生相位干涉現(xiàn)象；對(duì)于兩個(gè)以上聲源如需兩個(gè)以上傳聲器拾音時(shí)，應(yīng)使每個(gè)傳聲器之間的距離大于聲源與傳聲器間距離的3倍，以減小信號(hào)相加時(shí)產(chǎn)生相位干涉現(xiàn)象。

無線傳聲器的使用要點(diǎn)：
（1）無線傳聲器接收機(jī)天線盡量要與發(fā)射機(jī)近一些。
（2）其間最好沒有障礙物，尤其避開金屬結(jié)構(gòu)，否則信號(hào)會(huì)被吸收或引起超短波的反射，使噪聲增大。
（3）發(fā)射機(jī)天線一定要順著人體垂直于地面。
（4）所有發(fā)射機(jī)天線不能與外殼相碰，否則會(huì)有“喀喀”聲。
（5）盡量選用雙接收式無線傳聲器，保障無線接收質(zhì)量。
（6）使用時(shí)避開盲點(diǎn)區(qū)。
（7）同時(shí)使用無線傳聲器不要過多，一般不超過4只，避免其頻率接近互相產(chǎn)生干擾。
（8）及時(shí)更換電池，保持電力充足，長時(shí)間不用時(shí)一定要將電池取出。

（放在你的朋友圈子里，朋友們會(huì)感激您）