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声学基础与声学量 1970/01/01 19:04 点击:352 / 回复:0

一、 声学基础
音响技术属于物理学的分支,是研究声波发生、传播、接收以及声信号处理的科学。声学基础是从事音响行业人员必须具有的基本知识,同时也是音乐欣赏者及音响爱好者必备的艺术修养,其中主要包括美学认识、情感投入和艺术构思等。声音是通过机械振动产生的,而又以波动形式传播的,这就是最基本的声学物理基础。声音的产生与传播方法很多,下面就有针对性地介绍与实用技术相关的内容。
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声音的产生:声音是由声波刺激人耳所引起的感觉。声音产生必须满足两个条件,一是振动物体,二是使声波传播的媒体。振动是研究声学的基础,声学现象实质上就是传声媒体质点所产生机械振动过程的表现,而且声波的发生基本上也来源于物体的振动。任何物体振动都可以发出声音,例如:敲鼓时,鼓槌敲击鼓膜,使鼓膜产生振动而发出咚咚的声音。
物体振动时,以一定幅度在平衡位置附近往复运动,反映运动幅度的量,叫做振幅。物体完成一次振动所需要的时间,叫做周期,通常用符号T表示。周期T的倒数是频率F
谐振运动是最基本的振动,各种复杂振动可以看成是由许多不同振幅、不同频率谐振迭加而成的,叫振动频谱。
许多情况下,物体的线性同声波在其中传播的波长是可以比拟的,叫分布参数系统,即质量在空间有一分布,弹性系数以及阻尼系数也同空间有关,而且空间每一质量中还包含弹性与阻尼,即所谓弹性体。其振动过程中,总是有阻力作用,振动机械能不断的转化为其它形式的能量,如不给予补充,经过一段时间后,振动就要停下来。这种能量不断消耗的振动,叫做阻尼振动。阻尼的作用不仅使振动的机械能逐渐消耗振幅衰减,而且还使振动一周所需时间比无阻尼时增加,且振动的频率降低。阻尼越小,机械损耗越小,振幅衰减也越慢,而振动频率接近于无阻尼自由振动的频率,整个振动也就接近于谐振运动;反之,阻尼越大,机械损耗就越大,振幅衰减也越快,振幅频率也就越低。
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声波的传播:在弹性媒质中传播的机械波,由于其弹性和惯性的作用,使得受扰动的质点在平衡位置来回振动;同样的原因,被该点推动了的质点以至更远的质点也依次滞后一些时间在它们平衡位置往返振动,这种媒质质点机械振动的传播过程,叫做声波。声波的本质是机械振动或气流扰动引起周围弹性媒体发生波动的现象,声波又称弹性波。物体的振动是产生声波的原因。
有声波传播时,介质各部分能产生压缩和膨胀的周期性变化。压缩时压强增加,膨胀时压强减小。可用瞬时声压、峰值声压和有效声压等具体的描述变化部分的压强。声波在介质中的压强超过静压强。一般使用时,有效声压简称声压。瞬时声压是某点的瞬时总压强减去静压强。对于周期波,在某一周期内的极大声压是这一周期中瞬时声压的极大绝对值;如所取时间等于整个周期,峰值声压是声压的幅值,等于有效声压的 倍。
声波传播时,介质中各质点发生振动,具有动能,同时产生变形,因而具有弹性位能,声波传播时总是伴随着能量的传播。声音的强弱可以用声压表示,也可以用声强来衡量。声强就是单位时间内通过垂直于传播方向上单位面积的声能量。
声波在介质中传播时,能量不断地被介质吸收而转化为其它形式平面,称为声波的吸收。声波从一种介质传播到另一种介质,在分界面上传播的方向要发生变化,并产生反射和折射现象。
二、 声学量
声学讨论与实践的研讨,牵涉很多声学物理量,这里就经常应用到的声学量进行介绍。
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频率与倍频程:声波的频率指的是在单位时间内振动的次数。如果变量是时间,则单位时间内的周期数就称为周期量的频率。两个声音的频率之比或音调之比用2为底的对数表示称为倍频程。可闻声的频率从20Hz ~ 20KHz,高低相差1000倍。为了方便起见,把宽广的声频变化范围划分为若干较小的段落,叫做频带或频段。
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声强:各类声音除了音调的不同外,还有响度的差别。对于一定频率的声音,其响度主要由声强的强弱来决定。声场中某点上一个与指定方向垂直的单位面积上,在单位时间内通过的平均声能称为声波的声强。声强越大声音就越响,但两者之间并不成正比关系,一般来说,声强每增加10倍,响度才增加1倍。因此,用声强来说明声音的强度与人的主观感觉有很大差异。为了使声音的强弱量度能与主观感觉相符,人们规定了另一个物理量,叫做声级,单位为dB。听阈所对应的声级被视为0dB。但是需要注意的是,0dB并不是没有声音,而是可闻声的起点。按照这种规定,一般录音室内背景杂音的声级为30dB,这种情况就显得很安静;轻声细语的声级为50dB;交响乐高潮时约90dB;而震耳欲聋的声级则为120dB
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声压级与声强级:声压级指的是有效声压P和基准Pr的比值的常用对数乘以20,单位为dB,同时基准声压必须详细说明;声强级指的是声强与基准声强之比值,并用对数乘以10,单位为dB,基准声强必须说明。
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频谱:声源发出的声音并不是单一频率,而是同时含有许多复杂的频率。频谱是把时间函数的分量按幅值或相位表示为频率函数的分布图形。一个声源发出的声音,对其频率成分和强度的分析,叫做频谱分析。若用频率表示横坐标,声压级表示纵坐标,把频率与声强的对应关系用图形表示出来,就叫做频谱图,简称频谱。
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分贝(dB):dB电声学中重要度量单位,其定义为两个功率的比值取常用对数后,再乘以10
dB
deci Bel的缩写,用以表达电压、电流、功率、声压级的相对值、电平、电平比以及设备的放大倍数等。由于科学家门发现当声音成对数关系10倍、100倍、1000倍地增长时,人耳所能感觉到的只是1倍、2倍、3倍,这便说明人耳所感到声音响度并不与输入功率成正比关系。
增益 用增益标志音响电器功率放大器特征并不能反映听觉上声音增强的效果,为了适应人类生理特点,将信号功率放大10倍作为1个单位的增益为计量标准;放大100倍作为2个单位增益,放大1000倍作为3个单位增益,单位为贝尔(Bel),实际应用中贝尔的量值太大,而用它的1/10文章:121.33.238.35 [1970/01/01 19:04]

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