第一章 聲學基礎知識
聲波的物理特性
聲波的振動方向與傳播方向是一致的，所以稱聲波為縱波。
在某一個時刻，同相位的振動傳播到達點的集合稱為波前，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。
物體在一個位置附近作往返運動稱為振動。
振動體每秒振動的次數(shù)稱為頻率，用符號f表示，頻率的單位是赫茲（Hz），簡稱赫。振動體每振動一次，即完成一次往復運動所需的時間為周期，用符號T表示，單位是周，或s/次。頻率和周期的關系為f=1/T
聲波每秒鐘內傳播的距離稱為聲速，用符號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運動所經過的距離稱為波長，用符號λ表示，單位是米。
頻率、波長和聲速三者之間的關系如下：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間內向外輻射的聲能，記做W。單位是瓦（W）
聲強是衡量聲波在傳播過程中聲音強弱的物理量。聲場中某一點的聲強，即指單位時間內，在垂至于聲波傳播方向的單位面積上所通過的聲能，符號為I，單位是瓦每平方米（W/m.m）
介質質點由于聲波作用而產生振動時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）
聲功率級是聲功率與基準聲功率之比的對數(shù)的10倍，記做Lw，單位是分貝（dB），聲強級是聲強與基準聲強之比的對數(shù)的10倍，記做Li，單位是分貝（dB），聲壓級是聲壓與基準聲壓之比的對數(shù)的20倍，記做Lp，單位是分貝（dB），聲功率級、聲強級、聲壓級都是無量綱量，是相對比較的值，其數(shù)值大小與所規(guī)定的參考值有關。
兩個數(shù)值相等的聲壓級疊加時，只比原來增加了3dB，而不是增加一倍，如果兩個聲壓級差超過15dB，則附加值可以忽略不計。
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。人耳可聽的聲壓級范圍一般在0dB～140dB左右，150dB左右的聲音可能會對人耳造成損害。
人耳對聲音的識別主要是依據(jù)音調、聲量和音色，稱為聲音的三要素。相對應的物理量為頻率、響度和頻譜。
響度是人耳對于聲音強弱的主觀感受，用符號S表示。為了對響度進行計量，定義響度的單位為“宋”（sone），并定義：聲壓級為40dB的1000Hz的標準音的主觀感受規(guī)定為響度等于1sone。為了把聲音強弱的客觀尺度與在此聲音刺激下的主觀感受的強弱聯(lián)系起來，引入了響度級的概念。任何聲音的響度級，在數(shù)值上等于與標準音（1000Hz）一樣響時所對應的標準音的聲壓級，用符號P表示。單位為“方”（phon）。根據(jù)定義，人耳判斷與1000Hz純音的1dB聲壓級等響的響度級為1phon。
等響曲線
在同一條等響曲線上的不同頻率、不同聲壓級的純音信號，給人的響度感覺是一樣的。等響曲線在聲壓級低時斜率大，即變化快，而聲壓級高時，等響曲線比較平坦，在低頻時尤為明顯?？梢钥闯鋈硕鷮τ?000～4000Hz的聲音最為敏感。
人耳對于聲音的高低的感覺為音調。音調的高低與頻率有關，頻率越高，人耳感覺的音調越高。在音樂上音調稱為音高。頻率增加一倍，即增加一個倍頻程，音樂上稱提高了一個八度。音調的單位是“美”（mel），其定義為：頻率為1000Hz、聲壓級為40dB的純音所產生的音調是1000mel。
音色主要取決于聲音的頻譜結構。
掩蔽效應：人耳對一個聲音的聽覺靈敏度因為另一個聲音的存在而降低的現(xiàn)象，稱為掩蔽效應。當被掩蔽的聲音和掩蔽聲頻譜接近時，掩蔽量較大，即頻率接近的聲音掩 蔽效果明顯；掩蔽聲的聲壓級越高，掩蔽量越大；低頻聲對高頻聲會產生相當大的掩蔽效應，而高頻聲對低頻聲的掩蔽效應則相對較小。
雙耳效應：雙耳定位聲源方位的能力稱為雙耳效應。一般對于1000Hz以上的聲音，靠雙耳的聲強差定位，而對于1000Hz以下的聲音，靠雙耳的時間差（相位差）定位。雙耳效應是立體聲聽音的重要條件。
哈斯效應：兩個同樣的聲音（頻率、振幅相同）到達人耳，會出現(xiàn)三種情況：（1）一個聲音比另一個聲音先到達5～30ms，則會感覺到一個延長了的聲音，它來自先到達聲音的方向，遲到的聲音好像不存在。（2）如兩個聲音先后到達有30～50ms的時間差，就會感到存在兩個聲音，聲音的方向仍由先到達的決定。（3）若兩個聲音先后到達時間在50ms以上，則可以清楚地聽到兩個聲音來自各自的方向。
室內聲學
發(fā)聲體在閉室內振動，所發(fā)出的聲波在室內空間形成復雜的聲場。聲場中某一位置上聽到的聲音由三部分組成：直達聲、近次反射聲（早期反射聲）和混響聲（多次反射聲）。
直達聲：指從聲源直接傳播到聽音點的聲音，其傳播路徑是從聲源到該點的直線段。在傳播過程中，直達聲不受室內界面的影響，距離每增加一倍，聲壓級衰減6dB。
近次反射聲：指相對直達聲延遲50ms以內到達的反射聲。由于哈斯效應，延時在50ms內的反射聲難以和直達聲分開，不會互相干擾。
混響聲：指在近次反射聲后陸續(xù)到達的、經過多次反射的聲音。
當室內聲源停止發(fā)聲后，聲音衰減的過程稱為混響過程?；祉戇^程可以用混響時間加以度量。混響時間，指在達到穩(wěn)態(tài)聲場后，聲源停止發(fā)聲，從聲源停止發(fā)聲到室內聲能密度衰減到原來的百萬分之一（衰減60dB）時所經歷的時間，記做T60。在計算混響時間時，通常要計算125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz六個頻率的值。在未加注明時，通常是指500Hz的聲音的混響時間?；祉憰r間短，有利于聽音的清晰度，但過短則會感到聲音干澀、缺少穿透力和亮度?；祉憰r間長，有利于聲音的豐滿，但過長則會感到聲音含糊不清，降低了聽音的清晰度。
計算混響時間：賽賓公式T60=KV/A，式中：T60為混響時間；K為與溫度有關的常數(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為室內總表面積，α為室內平均吸聲系數(shù)。
房間共振：共振現(xiàn)象，即物體被一外界干擾振動激發(fā)時，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。激發(fā)頻率越接近物體的某一固有頻率，共振響應就越大。在一些室內裝修材料比較堅硬的房間內，當聲源發(fā)聲時，聲波不可避免地會相互干擾，從而激發(fā)房間內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。當發(fā)生共振現(xiàn)象時，聲源中某些頻率被特別加強，即出現(xiàn)了“聲染色”現(xiàn)象。聲染色，指由于室內聲頻率響應的變化，使原來聲音信號的頻譜發(fā)生某種改變而被賦予外加的音色，從而導致原來地的聲音產生失真，影響音質。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（microphone），是一種將聲音信號轉換為電信號的音響設備。
傳聲器的分類：
按換能原理分：動圈式傳聲器，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）
傳聲器的主要技術指標：
靈敏度：靈敏度表示傳聲器的聲電轉換能力，即指傳聲器聲電轉換過程中，把聲壓轉換為電壓的能力。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，正弦波聲信號從傳聲器軸向輸入時，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之比的對數(shù)值，稱為傳聲器的靈敏度級。一般動圈傳聲器的靈敏度級約為－60～－70dB；電容傳聲器約為－40～－50dB（1mv/Pa=－60dB，1V/Pa=0dB）。使用過程中，靈敏度高對提高信噪比有利，但太高的靈敏度往往會引起失真。
頻率響應：頻率響應是指傳聲器輸出電平與頻率的關系。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。頻率響應可以用頻率響應曲線來表示。
動態(tài)范圍：傳聲器動態(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與絕對安靜條件下傳聲器的等效噪聲級之差。
傳聲器阻抗：傳聲器的阻抗有兩種，即輸出阻抗與負載阻抗。
為了保證聲源轉換為高質量、高保真的電信號，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＝調音臺輸入阻抗Zin（傳聲器負載阻抗）
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，超心型指向性和強指向性。
失真度：失真度即聲音通過傳聲器聲電變換后信號變形的程度。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：
動圈式傳聲器：動圈傳聲器的工作原理是：當聲波傳到傳聲器的膜片上，膜片受聲壓的作用而產生運動，并帶動粘連在振膜上的音圈一起振動，而音圈又置于磁體產生的磁場中作切割磁力線的運動，使音圈產生一交變的感應電動勢，進而感應產生電流。此電流的波形與聲波傳到膜片上的音頻波形相一致。該電信號即為動圈傳聲器的輸出信號。
近講式動圈傳聲器：壓差式和復合式傳聲器在近距離使用時，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稱為近講效應，或稱球面波效應。利用這種近講效應，設計成適合近距離演唱和語言擴聲用的傳聲器，就稱為近講傳聲器。特點是聲音具有真實感、細膩感、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引起的電容量變化實現(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、動態(tài)范圍大、頻率響應寬且平坦、瞬態(tài)特性好、失真度低等特點。
幻象供電：幻象供電是利用傳聲器輸出電纜內的信號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，把傳聲器的信號線作為傳輸信號和施加極化電壓的復用通路，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，利用調音臺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，大大地方便了實際使用?；孟蠊╇娭贿m用于平衡傳輸、對稱輸入的信號傳輸方式，且要求調音臺有相應的幻象供電功能。
立體聲傳聲器：立體聲傳聲器是專門為立體聲擴聲和錄音而設計的傳聲器，根據(jù)不同的立體聲制式，可以由兩個或兩個以上的傳聲器組成。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)射機和無線傳聲接收機三部分組成。按載波頻率不同分為以下三種：FM型：工作在調頻波段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：
（1）傳聲器與音箱之間的關系也十分重要，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有大的反射面，以避免強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)質屏蔽電纜傳送信號。一般來說，不平衡連接時，傳聲器連線的長度不宜超過10米，若必須加長連接線，則應采用平衡接法，以減少外來干擾。
（3）聲源與傳聲器的拾音距離要適當。
（4）傳聲器要注意防風、防塵、防潮、防震。
（5）多只傳聲器使用時傳聲器的相位要一致。對于一個聲源如需兩個傳聲器進行單聲道拾音時，就將兩個傳聲器盡量靠近，或保證每個傳聲器與音源的距離相等，以免相加時產生相位干涉現(xiàn)象；對于兩個以上聲源如需兩個以上傳聲器拾音時，應使每個傳聲器之間的距離大于聲源與傳聲器間距離的3倍，以減小信號相加時產生相位干涉現(xiàn)象。
無線傳聲器的使用要點：
（1）無線傳聲器接收機天線盡量要與發(fā)射機近一些。
（2）其間最好沒有障礙物，尤其避開金屬結構，否則信號會被吸收或引起超短波的反射，使噪聲增大。
（3）發(fā)射機天線一定要順著人體垂直于地面。
（4）所有發(fā)射機天線不能與外殼相碰，否則會有“喀喀”聲。
（5）盡量選用雙接收式無線傳聲器，保障無線接收質量。
（6）使用時避開盲點區(qū)。
（7）同時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生干擾。
（8）及時更換電池，保持電力充足，長時間不用時一定要將電池取出。
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