《现代音响与调音技术(第四版)》教学课件.pptx

高等学校应用型本科“十三五”规划教材;目录;第1章音响技术基础知识;

1.1声学基础;

声波的定义有两种:一是弹性媒质中传播的压力、应力、质点位移、质点速度等的变化或几种变化的综合;二是声源产生振动时,迫使其周围的空气质点往复移动,使空气中产生附加的交变压力,这一压力波称为声波。产生声波的物体称为声源。传播声波的物体称为媒质。声波所波及的空间范围称为声场。

声音是声源振动引起的声波传播到听觉器官所产生的感受。所以说,声音是由声源振动、声波传播和听觉感受这三个环节所形成的。;

2.声速、波长和频率

声波可以在空气、液体及固体等媒质中传播,但不能在真空中传播。

声波在媒质中每秒钟传播的距离称为声速,用符号c表示,单位为m/s。声速与媒质的密度、弹性等因素有关,而与声波的频率、强度无关。当温度改变时,由于媒质特性的变化,声速也发生变化。;

声波在一个周期T内传播的距离称为波长,用符号λ表示,单位为m。声波每秒钟周期性振动的次数称为频率,用符号f表示,单位为Hz,周期T和频率f互为倒数。

声速、波长和频率之间的关系为

由于在同一媒质中,声速是固定不变的,因此,声波的频率越高,其波长越短,反之,则波长越长。;

1.1.2声音的特性参数

1.频率与倍频程

频率与声音的对应关系是:频率低,相应的音调就低,声音就越低沉;频率高,相应的音调就高,声音就越尖锐。人耳可以听到的声音,即可闻声的频率范围通常是20Hz~20kHz,这一范围的频率称为声频或音频。频率低于20Hz的称次声,高于20kHz的称超声,次声和超声都是人耳听不到的,但有的动物却可以听到,这两种声频通常对人体有害。;

倍频程定义为两个声音的频率或音调之比的对数,其公式为

式中:f1———基准频率;

f2———欲求其倍频程数的信号频率;

n———倍频程数。n可正可负,也可以是分数或整数。;

2.声阻抗与特性阻抗

媒质在波振面某个面积上的声阻抗是这个面积上的声压与通过这个面积的体积速度的复数比值。其单位是声欧,它的倒数称为声导纳。声阻抗的实部称为声阻,虚部称为声抗。

媒质中某点的声压和质点速度的复数比值称为声阻抗率,其单位是(Pa·s)/m帕秒每米),它的实部是声阻率,虚部是声抗率。

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声场中声阻抗Za定义为表面上的平均有效声压p与经过有效体积的速度U之比,即

声阻抗的单位是(N·s)/m3(牛秒每立方米),即MKS制声欧姆。;

由于U的含义不明确,人们通常用质点速度v来代替U,因此定义声场中某位置的声压与该位置的质点速度之比为该位置的声阻抗率Zs,即

在理想介质中,声阻抗也是有损耗的,不过它不是把电量转化成热量,而是把能量从一处向另一处转移,即传播损耗。;

平面波在传播过程中的声抗率可用下式计算

式中:c———声速;

ρ0———介质密度。

平面自由行波在媒质中某点的有效声压与通过该点的有效质点速度的比值称为特性阻抗。媒质的特性阻抗等于媒质密度与声速的乘积。

平面声波的声阻抗率,在数值上恰好等于介质的特性阻抗,即平面波阻抗处处与介质的特性阻抗相匹配。;

3.声压与声压级

声波的强度可用声压、声压级来定量描述。

大气静止时存在着一个压力,称为大气压强,简称气压。当有声波存在时,局部空间产生压缩或膨胀,在压缩的地方压力增加,在膨胀的地方压力减小。于是就在原来的静态气压上附加了一个压力的起伏变化。这个由声波引起的交变压强称为声压。;

声压的大小表示声波的强弱。声场中某一瞬时的声压值,称为瞬时声压。在一定时间内最大的瞬时声压值称为峰值声压,声压随时间按谐振规律变化。峰值声压也就是声压的幅值。在一定时间间隔内,瞬时声压对时间取均方根所得的值,称为有效声压。

声压的国际单位是Pa(帕),1Pa=1N/m2,1个大气压为105Pa。声压与大气压相比是极其微弱的,有时也用μbar(微巴)作单位,1μbar=0.1Pa=0.1N/m2。正常人能听到的最弱声音约为2×10-5Pa,称其为基准声压,用符号pr表示。;

声压级指的是有效声压和基准声压比值的常用对数的20倍,单位为dB,用Lp表示,即

式中:pe———有效声压;

pr———基准声压。;

4.声强与声强级

在自由平面波或球面波中,设有效声压为p,传播速度为c,介质密度为ρ0,则在传播方向上的声强为

声强的单位是W/cm2,可闻声音的最小声强为10-6W/cm2,称为听阈声强;震得耳朵发痛的声音,其声强约为10-4W/cm2,称为痛阈声强。;

声强级指的是对声强与基准声强的比值取常用对数后再乘以10所得的值,