數(shù)字音響技術(shù)基礎(chǔ)第一頁，共二十四頁，2022年，8月28日2023/2/25電子科學(xué)與技術(shù)教研室覃善華2

聲壓：當(dāng)有聲波存在時(shí)，在原來的靜態(tài)氣壓上附加了一個(gè)壓力的起伏變化。這個(gè)由聲波引起的交變壓強(qiáng)稱為聲壓。聲壓的大小表示聲波的強(qiáng)弱。在一定時(shí)間內(nèi)，瞬時(shí)聲壓對(duì)時(shí)間取均方根值稱為有效聲壓。正常人能聽到的最弱聲音約為2×10-5Pa，稱為參考聲壓，用符號(hào)Pr表示。人耳主觀感受的響度正比于聲壓的對(duì)數(shù)值。SPL為聲壓級(jí)，Pe為聲壓有效值，Pr為參考聲壓。聲波在傳播中會(huì)產(chǎn)生反射、繞射和干涉等現(xiàn)象。第二頁，共二十四頁，2022年，8月28日2023/2/25電子科學(xué)與技術(shù)教研室覃善華32.2聽覺的基本特性聽覺形成的基本機(jī)理：由聲源振動(dòng)發(fā)出的聲波，通過外耳道、鼓膜和小聽骨的傳導(dǎo)，引起耳蝸中淋巴液和基底膜的振動(dòng)，并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由神經(jīng)元編碼形成脈沖序列，通過神經(jīng)系統(tǒng)傳遞到大腦皮層中的聽覺中樞，產(chǎn)生聽覺，感受到聲音。人耳能夠接收頻率為20Hz～20kHz的音頻；可以感受聲壓為2×10-5～2×102Pa的聲波。第三頁，共二十四頁，2022年，8月28日2023/2/25電子科學(xué)與技術(shù)教研室覃善華4可聞聲、聽閾和痛域

可聞聲是指正常人可以聽到的聲音頻率范圍：20Hz～20kHz，稱為音頻。20Hz以下稱為次聲，20kHz以上稱為超聲。人耳對(duì)中頻段1～4kHz的聲音最為靈敏，對(duì)低頻和高頻段的聲音則比較遲鈍。正常人能聽到的強(qiáng)度范圍為0～140dB。使聲音聽得見的最低聲壓級(jí)稱為聽閾，它和聲音的頻率有關(guān)。使耳朵感到疼痛的聲壓級(jí)稱為痛域，120dB時(shí)，人耳感到不舒適；聲壓級(jí)大于140dB時(shí)，人耳感到疼痛；聲壓級(jí)超過150dB時(shí)，人耳會(huì)發(fā)生急性損傷。第四頁，共二十四頁，2022年，8月28日2023/2/25電子科學(xué)與技術(shù)教研室覃善華5響度、音調(diào)和音色（聲音三要素）響度俗稱音量，是指人耳對(duì)聲音強(qiáng)弱的主觀感受。響度不僅正比于聲音強(qiáng)度的對(duì)數(shù)值，而且與聲音的頻率有關(guān)。規(guī)定以1000Hz純音的聲壓級(jí)定義為響度級(jí)，單位為“phon”(方)。在放音時(shí)，特別是小音量放音時(shí)，為了不改變原始音色，就應(yīng)借助等響曲線所揭示的聽覺特性對(duì)低頻和高頻進(jìn)行頻率補(bǔ)償，這就是所謂響度控制電路。第五頁，共二十四頁，2022年，8月28日2023/2/25電子科學(xué)與技術(shù)教研室覃善華6等響曲線第六頁，共二十四頁，2022年，8月28日2023/2/25電子科學(xué)與技術(shù)教研室覃善華7

音調(diào)又稱音高，是指人耳對(duì)聲音音調(diào)高低的主觀感受。音調(diào)主要決定于聲音的基波頻率，基頻越高，音調(diào)越高；同時(shí)還與聲音的強(qiáng)度有關(guān)。音調(diào)的單位是“美”，頻率為1000Hz、聲壓級(jí)為40dB的純音所產(chǎn)生的音調(diào)定義為1美。聲音基頻每增加一個(gè)倍頻程，音樂上稱為提高一個(gè)“八度音”。音色是指人耳對(duì)聲音特色的主觀感受。音色主要決定于聲音的頻譜結(jié)構(gòu)，還與聲音的響度、音調(diào)、持續(xù)時(shí)間、建立過程及衰老過程等因素有關(guān)。聲音的頻譜結(jié)構(gòu)用基頻、諧頻數(shù)目、幅度大小及相位關(guān)系來描述。第七頁，共二十四頁，2022年，8月28日2023/2/25電子科學(xué)與技術(shù)教研室覃善華8聽覺靈敏度聽覺靈敏度是指人耳對(duì)聲壓、頻率及方位的微小變化的判斷能力。聲壓級(jí)在50dB以上時(shí)，人耳能分辨出的最小聲壓級(jí)差約為1dB；而聲壓級(jí)小于40dB時(shí)，要變化1～3dB才能覺察出來。頻率為1000Hz、聲壓級(jí)為40dB的聲音，變化3Hz就能覺察出來，當(dāng)頻率超過1000Hz、聲壓超過40dB時(shí)，人耳能覺察到的相對(duì)頻率變化范圍（△f/f）約為0.003。第八頁，共二十四頁，2022年，8月28日2023/2/25電子科學(xué)與技術(shù)教研室覃善華9掩蔽效應(yīng)掩蔽效應(yīng)是指同一環(huán)境中的其它聲音會(huì)使聆聽者降低對(duì)某一聲音的聽力。一個(gè)較強(qiáng)的聲音往往會(huì)掩蓋住一個(gè)較弱的聲音，特別是當(dāng)這兩個(gè)聲音處于相同的頻率范圍時(shí)。第九頁，共二十四頁，2022年，8月28日2023/2/25電子科學(xué)與技術(shù)教研室覃善華102.3立體聲基本原理立體聲是一個(gè)應(yīng)用兩個(gè)或兩個(gè)以上的聲音通道，使聆聽者所感到的聲源相對(duì)空間位置能接近實(shí)際聲源的相對(duì)空間位置的聲音傳輸系統(tǒng)。立體聲成分：第一類為直達(dá)聲。直達(dá)聲能幫助人們確定聲源方位。第二類為反射聲。反射聲給人空間感，可以感受到音樂廳的空間大小。第三類為混響聲。由于大量的反射聲在廳堂內(nèi)經(jīng)過各個(gè)邊界面和障礙物多次無規(guī)則的入射和反射，形成漫無方向、彌漫整個(gè)空間的散射，即使樂器停止發(fā)聲后，廳堂內(nèi)的聲音仍延續(xù)一個(gè)瞬間，這種裊裊余音稱為混響聲。建立起來的混響聲從強(qiáng)度最大值到衰落60dB為止，這段時(shí)間稱為混響時(shí)間?；祉懡o人包圍感，可以感受到聲音在三維空間環(huán)繞。反射聲和混響聲共同作用，綜合形成現(xiàn)場環(huán)境音響氣氛，即產(chǎn)生所謂臨場感。第十頁，共二十四頁，2022年，8月28日2023/2/25電子科學(xué)與技術(shù)教研室覃善華11立體聲的特點(diǎn)（1）具有明顯的方位感和分布感用單聲道放音時(shí)，即使聲源是一個(gè)樂隊(duì)的演奏，聆聽者仍會(huì)明確地感到聲音是從揚(yáng)聲器一個(gè)點(diǎn)發(fā)出的。而用多聲道重放立體聲時(shí)，聆聽者會(huì)明顯感到聲源分布在一個(gè)寬廣的范圍，主觀上能想象出樂隊(duì)中每個(gè)樂器所在的位置，產(chǎn)生了對(duì)聲源所在位置的一種幻像，簡稱為聲像?；糜X中的聲像重現(xiàn)了實(shí)際聲源的相對(duì)空間位置，具有明顯的方位感和分布感。（2）具有較高的清晰度用單聲道放音時(shí)，由于辨別不出各聲音的方位，各個(gè)不同聲源的聲音混在一起，受掩蔽效應(yīng)的影響，使聽音清晰度較低。而用立體聲系統(tǒng)放音，聆聽者明顯感到各個(gè)不同聲源來自不同方位，各聲源之間的掩蔽效應(yīng)減弱很多，因而具有較高的清晰度。第十一頁，共二十四頁，2022年，8月28日2023/2/25電子科學(xué)與技術(shù)教研室覃善華12（3）具有較小的背景噪聲用單聲道放音時(shí)，由于背景噪聲與有用聲音都從一個(gè)點(diǎn)發(fā)出，所以背景噪聲的影響較大。而用立體聲系統(tǒng)放音時(shí)，重放的噪聲聲像被分散開了，背景噪聲對(duì)有用聲音的影響減小，使立體聲的背景噪聲顯得比較小。（4）具有較好的空間感、包圍感和臨場感立體聲系統(tǒng)能比單聲道系統(tǒng)更好地傳輸近次反射聲和混響聲。音樂廳里的混響聲是無方向性的，它包圍在聽眾四周；而近次返射聲雖然有方向性，但由于哈斯效應(yīng)的緣故，聽眾也感覺不到反射聲的方向，即對(duì)聽感來說也是無方向性的。單聲道系統(tǒng)中，重放的近次反射聲、混響聲都變成一個(gè)方向傳來的聲音；而立體聲系統(tǒng)中，能夠再現(xiàn)近次反射聲和混響聲，使聆聽者感受到原聲場的音響環(huán)境，具有較好的空間感、包圍感和臨場感。

第十二頁，共二十四頁，2022年，8月28日2023/2/25電子科學(xué)與技術(shù)教研室覃善華13聽覺定位機(jī)理(平面、距離、高度）1、聲源平面定位（1）時(shí)間差（2）相位差（3）聲級(jí)差（4）音色差第十三頁，共二十四頁，2022年，8月28日2023/2/25電子科學(xué)與技術(shù)教研室覃善華14

2、聲源距離定位人耳對(duì)聲源距離的定位，在室外主要依靠聲音的強(qiáng)弱來判斷，在室內(nèi)則主要依靠直達(dá)聲與反射聲、混響聲在時(shí)間上、強(qiáng)度上的差異等因素來判斷。3、聲源高度定位由聲波在垂直面上的入射角（仰角）和直線距離決定。

耳殼效應(yīng)：耳殼有特殊形狀，聲波由不同方向入射到不同部位，反射到耳道口的聲程不同，時(shí)間差形成反射波與直達(dá)波在不同頻率上的疊加，形成一種和聲源方向有關(guān)的梳狀頻譜特性，耳殼神經(jīng)據(jù)此判斷聲源方位（4kHz有效）第十四頁，共二十四頁，2022年，8月28日2023/2/25電子科學(xué)與技術(shù)教研室覃善華15雙揚(yáng)聲器定位

實(shí)驗(yàn)裝置第十五頁，共二十四頁，2022年，8月28日2023/2/25電子科學(xué)與技術(shù)教研室覃善華16雙揚(yáng)聲器聲像定位聆聽重放的立體聲時(shí)，聽覺器官幻覺中的聲源位置稱為聲像。聲像分布、聲像清晰度是最終體現(xiàn)立體聲效果的要素。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：當(dāng)兩聲道信號(hào)完全相關(guān)時(shí)，聆聽者感覺到的是點(diǎn)狀聲像；當(dāng)信號(hào)不完全相關(guān)時(shí)，形成的是統(tǒng)一的較寬的聲像；如果放送的兩個(gè)信號(hào)互不相關(guān)，無論強(qiáng)度差或時(shí)間差為何值，聆聽者均感到兩只揚(yáng)聲器各發(fā)出各自的聲音。聲像分布：當(dāng)聆聽者位于雙揚(yáng)聲器中心線時(shí)，感覺到的聲像分布與聲源聲級(jí)差、頻譜差、相位差及時(shí)間差有關(guān)。第十六頁，共二十四頁，2022年，8月28日2023/2/25電子科學(xué)與技術(shù)教研室覃善華17聲像分布與聲級(jí)差及頻率域的關(guān)系

聲像分布與聲級(jí)差及頻率域的關(guān)系，用正弦定理來描述：式中θ是聲像方位角，α是聆聽角，L、R分別為左、右兩聲道的信號(hào)強(qiáng)度，K是修正系數(shù)。當(dāng)信號(hào)頻率f≤700Hz時(shí)，K=1；當(dāng)f＞700Hz時(shí)，K=1.4在制作立體聲節(jié)目時(shí)可用一個(gè)以700Hz為轉(zhuǎn)折頻率的“階梯頻響校正電路”，使高于700Hz的信號(hào)強(qiáng)度下降3dB，校正特性如圖2–8所示。這種預(yù)先校正可以避免復(fù)音聲像變寬，清晰度下降的現(xiàn)象。第十七頁，共二十四頁，2022年，8月28日2023/2/25電子科學(xué)與技術(shù)教研室覃善華18700f(Hz)–3dB10.707K圖2-8階梯頻響校正特性第十八頁，共二十四頁，2022年，8月28日2023/2/25電子科學(xué)與技術(shù)教研室覃善華19聲像清晰度（與聲像寬度有關(guān)）寬度越小，聲像清晰度越高。因?yàn)槿藢?duì)聲源的方向定位精度會(huì)隨著偏離正前方而下降，所以聲像的寬度在揚(yáng)聲器基線上也不是等寬分布，靠近揚(yáng)聲器處聲像寬度增大。實(shí)驗(yàn)證明：在基線的中間段，室內(nèi)聽音的聲像寬度約為7B%，戶外聽音的聲像寬度約為9B%；在基線兩側(cè)揚(yáng)聲器處，聲像寬度達(dá)20B%，聲像清晰度下降。聆聽者在最佳位置聆聽立體聲時(shí)，最多能辨別的聲像數(shù)約為7～10個(gè)。揚(yáng)聲器的間距，即基線長度B的最佳值為2～3.4m，最佳聆聽區(qū)在中心線兩側(cè)一個(gè)狹長的區(qū)域內(nèi)。第十九頁，共二十四頁，2022年，8月28日2023/2/25電子科學(xué)與技術(shù)教研室覃善華20雙聲道立體聲拾音1、A–B制：A–B制拾音方式是將兩只型號(hào)及性能完全相同的傳聲器并排放置于聲源的前方，傳聲器可選用全指向性的或單指向性的。2、X–Y制：X–Y制拾音方式采用兩只型號(hào)及特性完全一致的傳聲器，上下靠緊安裝在一個(gè)殼體內(nèi)，構(gòu)成重合傳聲器。兩只傳聲器的指向性主軸形成90～120°的夾角，采用這種拾音方式，兩只傳聲器拾得的信號(hào)幾乎不存在時(shí)間差和相位差，而只有聲級(jí)差。

第二十頁，共二十四頁，2022年，8月28日2023/2/25電子科學(xué)與技術(shù)教研室覃善華213、M–S制：M–S制拾音方式是將一只傳聲器M的指向性主軸對(duì)著拾音范圍的中線，而另一只傳聲器S的指向性主軸則向著兩邊，兩只傳聲器的指向性主軸夾角為90°。通常，M傳聲器采用全指向性或心形傳聲器，而S傳聲器則必須采用雙指向性傳聲器。4、仿真頭制：用立體聲耳機(jī)收聽，真實(shí)感很強(qiáng)，立體聲效果很好。但是，不能用雙揚(yáng)聲器來放聲，否則會(huì)引起附加的時(shí)間差和聲級(jí)差，立體聲效果很差。第二十一頁，共二十四頁，2022年，8月28日2023/2/25電子科學(xué)與技術(shù)教研室覃善華22+–MS左聲道右聲道L=M+SR=M–S圖2-11M-S制拾音方式第二十二頁，共二十四頁，2022年，8月28日2023/2/25電子科學(xué)與技術(shù)教研室覃善華232.4室內(nèi)聲學(xué)

音響效果與室內(nèi)聲學(xué)特性有著密切的聯(lián)系。對(duì)音響效果有決定作用的室內(nèi)聲學(xué)特性包括3個(gè)方面，即室內(nèi)聲場分布、隔音效果和混響效果。混響時(shí)間：混響聲從最強(qiáng)值到衰落60dB為止，所經(jīng)歷的時(shí)間稱為混響時(shí)間?；祉憰r(shí)間估算第二十三頁，共二十四頁，2022年，8月28日2023/2/25電子科學(xué)與技術(shù)教研室覃善華24最佳混