现代音响与调音技术-第1章1-音响技术基础.ppt

现代音响与调音技术,2,音响是一种经过必要修饰处理的，能满足特定环境要求而又达到一定电声指标的声响。,电子管,晶体管,集成电路,场效应管,一 什么是音响？,二 音响技术的发展,建筑声学,电声学,赛宾 混响时间,发生,接收,变换,处理,加工,记录,重放,传输,3,第1章 音响技术基础,1.1 声学基础 1.2 声源、声场及室内声学 1.3 音响系统的分类和组成 1.4 音响系统的电声性能指标 1.5 立体声基础,4,1.1 声学基础,一 声波的基本特性,我们把正在发出声音的振动物体通常称为声源。,物体振动或气流扰动而引起周围的空气或其它弹性介质发生波动的现象称为声波。,三个条件,存在声源并振动,传播介质,听觉感受,声波所波及的空间范围称为声场。,1 声波的产生,5,2 声波的传播,波速,纵波,振动方向与传播方向一致的波,（声速）,与介质、温度有关,一般来说，声波在固体介质中传播速度最快，液体中其次，气体中最慢（340 m/s），真空中不能传播；同种介质中传播时，当温度增加时，声速略有增加。,波长,声波在一个周期T内传播的距离称为波长，单位为m.,频率,声波每秒钟周期性振动的次数称为频率，单位为Hz.,(11),6,二 声音的特性参数,20Hz,20kHz,倍频程（n）,定义为两个声音的频率或音调之比的对数,基准频率,信号频率,倍频程数,（可正可负，可整可分）,(12),7,三 声波的度量,声压（P）,当有声波存在时，在原来的静态气压上附加了一个压力的起伏变化，这个由声波引起的变化的压强称为声压。bar,Pa,N/m2,1bar=0.1Pa=0.1N/m2,基准声压Pr=210-5 Pa,有效声压,瞬时声压的均方根值,声压级（Lp）,有效声压和基准声压比值的常用对数的20倍。单位为dB,(16),8,可闻声的强度与频率范围,9,频谱分析,对一个声源发出的声音的频率成分和强度的分析。,10,四 音质,音调,人耳对声音高低的感觉,音量,人耳对声音强弱的主观感觉,音色,取决于声音的频谱结构,复音,基音,泛音,从音响角度出发，它是指回放出来的声音能摹仿原声源的精确性。,11,图 1 1 钢琴和黑管各奏出以100 Hz为基音的乐音频谱图,12,五 听觉特性,1听觉的感受性(1)对音频高、中、低各频段平衡性的控制。整体平衡性不是指频率响应曲线的平直，而是指高、中、低频段适当的量感分配。低频基础要好一些，它在整个音乐里造成稳固状态。合理的高、中、低频量感就是整体平衡性。整体平衡性的器材发出的声音会耐听，也就是人们所说的音乐性。(2)空间感。它反映声场空间的大小。(3)定位感。根据声音的来向确定音响感觉。,13,(4)层次感。它反映的是声场中声音空间层次的清晰程度。(5)透明感。它感受的是声音的耐听而不刺耳的程度。(6)速度感与暂(瞬)态反应。指器材各项反应的快慢。(7)想像力与形体感。它反映声音的立体感。(8)对比性。音效具有可比性。(9)密度与重量感。它反映声音的厚实和饱满度，听起来更具真实感。,14,2 响度与响度级,响度（N）,人耳对声音大小、声音强弱的主观感受单位是sone（宋）,国际上规定，频率为1000Hz、声压级为40dB时的响度为1宋。,1宋=1000毫宋，1毫宋约相当于人耳刚能听到的声音响度。大量统计表明，一般人耳对声压的变化感觉是，声压级每增加10dB，响度增加1倍，所以响度与声压级有如下关系,(112),式中：N为响度(宋)；Lp为声压级(dB)。,15,响度级,是一个主观量，即是凭人的听觉主观地判断声音强弱的量。单位是phon（方）,定义为等响的1000Hz纯音的声压级，响度级为40方时，响度为1宋，响度级每增加10方，响度增加1倍。,表11 响度与声压级的关系,16,3 听觉灵敏度,听觉灵敏度,人耳对声压、频率及方位的微小变化的判断能力。,当声压或频率发生变化时，人耳听到的响度或音调也会发生相应的变化。听觉灵敏度还与年龄有关，因人而异。,17,4 听觉的掩蔽效应,当一个复合声音信号作用到人耳时，如果其中有响度较高的频率分量，则人耳不易察觉到低响度的频率分量，这种生理现象称为“掩蔽效应”。,规律,低频声容易掩蔽高频声，而高频声较难掩蔽低频声。,频率相近的两个纯音掩蔽效果显著,掩蔽声消除后，听觉暂时损失,单耳的掩蔽作用大于双耳的掩蔽作用,18,5 听觉的延时效应,当几个内容相同的声音相继到达人耳的时间差在50ms以内时，人耳不一定能分辨出这几个先后到来的声音。哪一个方位的声音首先传入人耳，那么人的听觉感觉就是全部声音都是从这个方位传来的。这种现象就是人类听觉的延迟效应，人耳的这种先入为主的聆听感觉特性，也称为“哈斯效应”。,19,1.2 声源、声场及室内声学,一 声源,产生声能的源体称为声源。,环境音响,动作音响,非现实音响,二 声场,声源产生的声波通过媒体向周围自由场辐射时，声源的周围均称声场，也叫音场。,近场,远场,20,三 室内声学,1 室内声学特性,声源在闭室内发声时，所发出的声波在室内空间形成复杂的声场。声场中的某一位置上听到的声音是由三部分组成：直达声、反射声、混响声。,直达声,由声源直接传播到听者的声音。直达声不够，将影响声音的亲切感。,反射声,由界面反射后到达听者的声音。反射声影响声音的清晰度。,混响声,经过多次反射后分布很密、方向较散、陆续到达听者的反射声。混响声影响声音的丰满度。,21,如何分配直达声和混响声分量的比例？,完全直达声而没有混响声输出，就不能起到改善和美化声音的作用，通常只用于开会发言或朗诵的场合。适当加大混响声成分的比例，可使声音丰满动听，增加听众的现场立体感。,完全混响声而无直达声分量输出，则会使声音产生“染色”现象，造成严重失真，就像在浴室，澡堂内听到的声音那样含混不清.在无特殊要求下，直达声分量与混响声分量比例为1:1，这样，声音不但不会产生失真，又有一定的混响效果。,22,影响声音立体高传真重播效果的因素,隔音,目的是为了防止外来噪声干扰音响效果,措施：可以加隔层墙壁，皮革包门，双层玻璃或加厚窗帘来改善,吸音,硬调空间：住宅是钢筋水泥建成或由砖块砌成、玻璃窗隔间，地上铺的多是瓷砖，那么这个空间的表面对声音的吸收值很低，会令声音高度反射。,软调空间：听音室结构多数以木头、夹板构成，地板也是木板铺成，四壁以石膏板订成，天花板是木架子钉上薄夹板的结构，那么这个房间有高度吸音的表面。,23,室内声场分布,理想的室内声场分布应该是均匀的，其中包括房间的长宽高的最佳比例，还有墙体的形状。房间中不能有太多的立柱，墙壁应避免有圈套的弧形。,24,2 室内声学的主要指标,混响时间,声源停止发声后，从声源停止发声到室内声能密度衰减到原来的百万分之一，即衰减60dB所需的时间，记为T60,赛宾公式,室内表面总面积,室内表面平均吸声系数,闭室容积,当室内声源停止发声后，声音衰减的过程称为混响过程。混响过程可以用混响时间来衡量。,25,混响通常决定了余音的长度，对声音的色彩和清晰度有直接的影响。混响时间与声源无关，与频率有关。,一般情况下，男低音演唱时，可将混响时间调得短一些，以提高声音的清晰度；如果是女高音演唱，可适当延长混响时间，以增加声音的色彩。T60过短，声音发干；过长，声音拖尾。,对于演唱场所来说，如果房间四周墙壁是木板材料构成的，应将混响时间调小一些，以免声音模糊不清；如果房间挂有绒布窗帘等吸声材料，应将混响时间调大一些，以免声音干涩。另外观众的服装也有很大的吸声作用。,26,评价一个房间混响效果是否合理，还要考察房间的声扩散度。扩散好的房间，声音衰减平滑，室内各处感觉均匀；扩散不好的房间，室内各处感觉不同。现给出几种不同场所在频率1000Hz时的T60值：多声道录音室 0.30.4s 试听室(听音评价房间)0.40.5s 企事业单位礼堂(兼语音、音乐)0.81s 一般家庭 0.40.6s,27,本底噪声,室内不放声源时的噪声声压级，包括音响设备噪声和放音环境噪声两部分。,（背景噪声）,它与音响系统的电路设计与布线结构、抗干扰能力、以及前后级隔离度等都有直接关系。如果本底噪声是交流声且较明显时，就会对较弱的声音造成影响，使得这些声音与噪声音量比例减少、声音的动态范围变小；过强的本底噪声不仅会使人烦躁，还会淹没声音中较若的细节部分，使再现声音质量受到破坏。本底噪声可直接测出，如较高，可采用隔声、隔振方法或铺吸声材料来降噪或吸声。,28,房间常数 混响半径,分别与房间吸声特性及直达声有关，主要用于比较正规的录音室。,声染色,声音信号在传输过程中，由于某种原因使声源中的某一频率成分过分地得到加强或衰减，破坏了音响效果的均匀性。可通过调整房间的长宽高之比为无理数，以及室内物品摆放避免对称。,一般长宽高可为黄金分割比，即1.618：1：0.618，也可采用其它比例方法，但三边之比应为无理数。,29,介绍几种常用房间的本底噪声：演播室 25dB(A)影剧院 25dB(A)会议室 25dB(A)居民区(环保部门规定)白天 55dB(A)夜间 45dB(A),30,3 室内声场的估算,目的：,计算室内任一点的实际声压级。,基本思路：,室内任一点实际声压级是直达声场和混响声场在该点的声压级的叠加。,方法：,直达声场的声压级 SPL/D（dB）,S：扬声器灵敏度,D：距扬声器的距离,P：输入扬声器的电功率,室内混响声场的声压级SPL/R（dB）,D/C：临界距离,从声源中心到直达声与混响声声能密度相等的距离，称为临界距离，有时也称为混响半径。,31,4 室内声场的创造,声场,数字声场扬声器（DSP）,输出,五声道及以上环绕立体声输出,将音乐厅中捕捉到的初期反射和残响数据分析处理后送入DSP，重放时便能重现音乐厅中的声场。,残响：声源停止发声后，由于惯性和反射等原因，声音并没有立即停止，而是呈缓慢衰减的现象。在音响系统中利用声音的残响效果，可以改变声音的余音过程，使声音更加圆润丰满。,L、R，中央声道，两个后置环绕声道，多种声道可创造出更加逼真、更加立体的空间感。,32,房间,房间长宽高之比必须取无理数,噪声控制,吸音、隔音处理,为房间最小容积,为下限频率的对应波长,33,1.3 音响系统的分类和组成,一 音响系统的分类（按照音响任务及目的不同来分）,扩声系统,把从传声器、调谐器、录音机等信号源送来的语言或音乐等音频信号进行放大、控制、美化及加工，最终送到扬声器或耳机，还原成声音信号，供人们聆听。,录音系统,室内扩声系统,室外扩声系统,把从传声器、调谐器、录音机等信号源送来的语言或音乐等音频信号记录下来，待到需要时再通过其它重放设备还原成为音频信号。,根据使用场合不同,34,二 家用音响系统的组成,典型的家用音响系统组成方框图如下图,节目源设备,放大器,音箱,控制单元,35,节目源设备,节目源设备包括：DVD,VCD,CD，录音机，调谐器（又称收音头，用于将接收到的广播电台信号转换成声音的无线电接收装置，有调谐、调频等多种接收方式），最常见的是传声器，即话筒，麦克风。,36,放大器,放大器是前置放大器和功率放大器的统称。功率放大器简称功放，用来增强信号功率以驱动音箱发声的一种电子装置。前置放大器是功放之前的预放大和控制部分，用于增强信号的电压幅度，提供输入信号的选择，音调调整及音量控制等功能。,37,音箱,音箱：又称为扬声器系统，是音箱系统中极为重要的环节。因为音箱的放音质量对整个音响系统的影响非常大。主要任务是将声频电压信号转换为声能，传播出去供人聆听。,38,控制单元,控制单元主要是将音调、音量、收音机的调幅、调频的选择及其它的一些功能集中制作在一起，便于调节。,低频段的声音强劲而有质感，中频、高音段声音则是通透清亮，但在实际中都会有所缺陷。均衡器就是通过对各种不同频率的电信号的调节来补偿扬声器和声场的缺陷，起的是补偿和修饰的作用。,39,3 专业音响系统的组成 典型的专业音响系统由声源、调音台、信号处理设备、功率放大器及音箱等部分组成，如图15所示。,40,图15 典型的专业音响系统组成,41,图15 典型的专业音响系统组成,扩展器,42,调音台是专业音响系统中最重要的部分。可以同时接受多路不同的输入声源信号，并对这些信号进行放大和处理，然后按照不同的音量对信号进行混合、编组或重新分配，产生一路或多路输出，同时还可对各种信号进行监听作用。,43,信号处理部分：包括延时、混响器，扩展器，均衡器，压缩限幅器，降噪器，听觉激励器等,作用一：修饰声音，音色美化，更加动听（如混响器，均衡器，延时器）作用二：对输入信号进行降噪及改善动态性能，如减小失真等（如压缩限幅器，降噪器）,44,功率放大器：由前置放大器，预激励电路，激励电路，功率放大器，保护系统，显示系统及电源等部分组成。,音箱由扬声器、分频器和箱体构成。分频器是将不同频段的声音信号区分开来，分别给予放大，然后送达相应频段的扬声器中再进行重放。,45,专业音响系统与家用音响系统相比，具有以下几大特点：,(2)家用音响一般以放大器为中心，配以几种信号源和一对音箱。为了改善音质，再加上均衡器和混响器等，整个组合比较简单；专业音响常用于各种演出场合，需要多路话筒和多种信号源输入，故一般都是以调音台为中心组成的，这是两种音响系统的重要区别。,(1)专业音响的功放和音箱的功率大。,46,(3)专业音响主要工作于面积大、人员多且嘈杂的环境；家用音响主要用于面积小、听众少、环境安静的场合进行各种节目的欣赏，注重重放音乐的层次感、亲切感，强调对音乐的“解析力”以及声像定位准确、瞬态响应良好等。,47,4 数字音响简介,指把声音信号数字化，并在数字状态下进行传送、记录、重放以及其它加工处理等一套技术。,数字音响的特点：,1)信噪比高,2)失真度低,3)重复性好,4)抖晃率小5)适应性强,6)便于集成,