声学基础20131016武汉.ppt

声音与听力 听觉是声音作用于听觉系统引起的感觉。声音是一种振动，是由一定的能量作用于可振动的物体而产生并由介质传播的波，即从振动物体发出来的 声音在真空中会怎么样？ 陆生动物听到的主要是气播声，传播介质是空气，声波在空气中传播的速度约为340 m/s 物体的振动有快有慢，因而声波的频率也有高有低。人耳能够听到的声音频率范围是大致从20～20 000 Hz。不能引起我们听觉的低于可听声的叫次声(次声频率高限大致为20 Hz)，高于可听声的叫超声波(大致高于20 000 Hz)。而人的语言频率主要在500 Hz～4 000 Hz范围内 声波在传播中的性质 声音在介质中传播时并不是介质随声波向前移动，而是在声场的某一空间位置上介质分子只随压力的变化而原地周期性地压缩和稀疏，形成所谓疏密波。最简单的振动为简谐振动，它的波形是正弦波，产生的声音称为纯音 (1) 声波的反射与折射 声波在传播过程中，遇到两种介质的交界面时，一部分声波透过界面进入第二介质，另一部分返回第一介质。返回第一介质的声波称为反射波。透入第二介质的声波在一般情况下，改变了传播的方向，故而称为折射波(亦称透射)。而原来第一介质中的声波则称为入射波 (2) 声波的衰减与吸收 声波在介质中传播时，声能将随着距离的增大而逐渐减少。一类是由于声音本身的扩散以及反射，散射等原因，使能量分散而降低声能，这种现象称声能的衰减。另一类是由于介质对声波的吸收作用，将声能转换成热能，使声能减少，这称做声能的吸收现象 (3) 声波的干涉与绕射 当两个或几个相干声波(频率相同，振动方向在同一直线上，位相差恒定)在空间某一点相遇而迭加或抵消，于是该点就表现出声音的加强或减弱现象，这种现象即是声波的干涉 为什么单侧耳聋的病人喜欢用好耳朵对着讲话的人 纯音听阈测试时我们常发现仅6kHz或8kHz频率点的听阈下降？ 电影院和会场及听力室的设计 秋千与声共振 声波能绕过障碍物的边缘前进，此现象称为绕射，亦称衍射。但这种障碍物的尺度必须小于或不大于前进声波的波长，才能不发生声影而产生绕射。实验证明300 Hz的声波无论从头的哪一方位来，都不会影响对侧耳的听力。但对于高频，特别是16 000 Hz的声波，头部可妨碍声音传到对侧耳而形成声影区 驻波效应：在声学上，当一种纯音进入一长度与纯音波长相等的一端封闭的管状腔时，封闭端的反射声波与继续进入的声波相遇；因相位相反，声能被抵消，而使传入的声能降低。外耳道长度约2.5~3.5 cm，放置耳机后，耳机膜片与鼓膜距离约为 4cm，8 kHz波长约4 cm，故产生驻波，这可以移动耳机向外来消除 (4) 混响 如果声音是在室内传播，则声音传至墙壁和天花板处将有一部分被吸收，而另一部分发生反射，反射声再次传至另一墙壁或天花板处均有一部分声能被吸收，因而经过一段时间的多次反射后声音强度将逐渐减弱，一直到声强降低到听阈之下。这种在声源停止之后，声音在室内并不立即消失，而是延续一个时刻的现象称为混响 (5) 声共振 物体的振动需要外力策动，当振动的物体在周期性的外力作用下，且这个外力的作用频率与振动物体的固有频率相等，此时振动物体获得的能量最大，振幅也最大，这种现象称为共振。与物体固有频率相等的外力作用频率称为共振频率。在听觉生理中，外耳与中耳的传音作用，耳蜗对声音频率的分辨过程中也都要涉及到共振问题 声音的物理参量 (1) 频率、周期及波长 频率用f表示，以Hz为单位，周期用T表示，以秒为单位，周期是频率的倒数，即：T=1/f。周期与波长的关系如下：λ=C·T (2) 相位：指质点在周期性运动中某一瞬间与振动周期相应的时间位置 (3) 频谱：傅立叶分析法表明任何周期性波均能用一系列频率确定的纯音表示。这些纯音构成一傅立叶级数，其中最低频率纯音是这一傅立叶级数的基频，其它纯音频率亦称谐波，为基频的整数倍 如果每一谐音的幅值用一个纵线图来表示，则这种表示方法简洁方便且可表达和时域图同样的信息，此图称为线性频谱或离散频谱 傅氏分析法目前最为普遍应用的为快速傅立叶变换（FFT） 在听力学和言语方面通常遇到的FFT分析法就是指将复合声波(如噪音、言语声等)分解为一系列正弦波进行分析后，将复合声中所含各个频率成份以振幅为纵坐标(表示声音的强度)，频率为横坐标，按频率从低向高依次排列而得到的频谱 (4)声强、声压、声强级及声压级 声音的强度由振动幅度的大小决定，以能量来计算称为声强，以压力表示时称为声压