声学及录音技术题目

-1-一、基础理论1.1电信号的电平和监测电平电子系统中对电压、电流、功率等物理量强弱的通称。电平一般以分贝(dB)为单位来表示。即事先取定一个电压或电流数作为参考值(0dB)，用待表示的量与参考值之比取对数，再乘以20作为电平的分贝数(功率的电平值改乘10)。53.阻尼系数负载阻抗与放大器输出阻抗之比。使用负反馈的晶体管放大器输出阻抗极低，仅零点几欧姆甚至更小，所以阻尼系数可达数十到数百。54.反馈也称为回授，一种将输出信号的一部分或全部回送到放大器的输入端以改变电路放大倍数的技术。55.负反馈导致放大倍数减小的反馈。负反馈虽然使放大倍数蒙受损失，但能够有效地拓宽频响，减小失真，因此应用极为广泛。1.2线性失真、非线性失真（谐波失真、互调失真）的计算扬声器的失真扬声器的要求是＜5%,受话器＜3%，一般唛啦扬声器＜7%，因音频功率放大器的失真可以做到0.001%，（1）谐波失真当扬声器输入某一频率的正弦信号f时，扬声器输出声信号中，除了输入信号基波成份外，又出现了二次(2f)、三次(3f)….谐波等，这种现象称为谐波失真。可用谐波失真系数K来定量计算：均方根值：也称作为有效值,它的计算方法是先平方、再平均、然后开方。...占空比为0.5的方波信号,如果按平均值计算,它的电压只有50V,而按均方根值计算则有70.71V。什么叫线性失真：在稳态情况下，信号各频率的振幅及各频率间的相位不按线性关系变化。而导致信号波形变化。扬声器的线性失真表现在以下几个方面：（1）f0处引起的线性失真，当Qts＞1,低频出现峰值，听感产生轰鸣声，Qts＜0.5时低频能量太小，听感感到太干没有力度，这就是扬声器在低频段典型的线性失真。（2）振膜分割振动和轭环共振产生的线性失真，这种失真产生在中频段。此时扬声器的振膜已产生分割振动，振膜的轭环部分也在辐射声波，当轭环强度较弱或轭环质量比振膜的质量大时就会产生轭环反共振，轭环的一次共振在频响曲线上产生一个小峰，轭环的二次共振在频响曲线上产生了中频谷点的线性失真。轭环共振除了产生线性失真以外还会产生非线性失真。（3）振膜形状、材料以及音圈质量在高频引起的线性失真，振膜在高频时受振膜形状、材料的限制产生分割振动，使频响曲线上产生很多峰和谷，这是频繁出现的线性失真。另外振膜在高频截止频率附近，其根部会加有拉伸和弯曲的力，由于振膜材料及形状的非线性，会产生很大的非线性失真。（4）扬声器前室效应引起的线性失真，经试验说明振膜的锥盆越浅，锥角越大，高频段的起伏就越小，但是太浅后振膜的强度变弱，会导致分割振动的频率下降同样会造成大的峰谷。这四项线性失真主要是振幅特性失真，表现在频响曲线上的不均匀性，（5）相位失真很多人有一个不清楚的认识，就是认为单只扬声器没有相位问题，更不存在相位失真，也就是相位频率特性平滑，其数值应为0或π的整数倍，但是事实并非如此，单只扬声器本身就存在相位失真，现在是采用测量扬声器的群迟延时间频率特性来测量扬声器的相位失真。扬声器相位失真产生的原因有两点：①电流的相位所产生的失真，低频段是在f0附近的相位变化，在中高频段是由于轭环的反射、音圈电感等引起的相位变化。在电路上可以进行补偿。②纸盆在分割振动时因音圈和纸盆各部分振动相位不一致。非线性失真什么叫非线性失真：扬声器的非线性失真是指在放声中出现了输入信号中没有的频率成份，这种非信号的频率声音称为非线性失真。这些分量可分为谐波失真，分谐波失真，调制失真等。我们讨论对声音影响最大的谐波失真是由那些因素造成的（1）支撑系统的非线性，在大振幅时产生的三次谐波失真扬声器的顺性元件是振膜的轭环和弹波，它们的作用是保证振膜在中心位置上下做线性振动，设力顺为Cm，位移为X，力为F，总的力顺：Cm=x/f如果Cm不变，则X与F成正比，但是实际上F与X的关系不是线性的，是呈磁滞回线的形状，所以Cm发生改变时，就会出现非线性振动，如下图：这种非线性失真主要出现在低频段，尤其是当扬声器出现低频谐振时这种失真就更为明显，低频非线性失-2-真主要是二次谐波和三次谐波，改善办法是提高振膜轭环和弹波的线性工作范围，合理的设计他们的几何形状并选择好材扬声器在低频段工作时我们近似看作是活塞运动（振膜整体运动）但是到达中频以后，振膜就会产生分割振动，频响曲线中频谷点的产生就是分割振动造成的，谷点附近有较大的质。（2）纸盆引起的非线性失真谐波失真：是由振幅非线性引起的一种失真，当扬声器输入某一频率的正弦信号时，扬声器输出的声信号中，除了原输入之基波信号外还出现有2倍、3倍……于基波频率的信号（称为谐波）。失真的百分率值和分贝值之间的关系：分贝值＝20×log10（百分率值）如1％的失真系数对应-40dB，5%的对应-26dB。一个声音的音色由它的成分音的构成所决定。由于扬声器的振动系统或磁路系统的非线性，导致各成分音产生谐波失真和互调失真，使频谱改变，因而音色也发生变化。互调失真指由放大器所引入的一种输入信号的和及差的失真。例如，在给放大器输入频率为1kHz和5kHz的混合信号后，便会产生6kHz（1kHz和5kHz之和）及4kHz（1kHz和5kHz之差）的互调失真成份1.3噪声的理论和计算一般用Lx表示，指x%的测量时间所超过的声级。如L90=70dB，表示整个测量时间内有90%的测量时间噪声都超过70dB，通常把它看作背景噪声。L50=74dB，表示整个测量时间内有50%的测量时间噪声都超过74dB，通常把它看作中间值噪声（平均噪声）。L10=80dB,表示整个测量时间内有10%的测量时间噪声都超过80dB，通常把它看作峰值噪声求统计噪声的方法将测得的声压级从大到小排列：若100个数据，第10个为L10，第50个为L50，第90个为L90。若200个数据，第20个为L10，第100个为L50，第180个为L90。Leq和L50之间的关系：Leq=L50+d2/60（其中d=L10-L90）噪声污染级用来评价噪声对人体的影响，它用等效声级和标准差表示，综合了能量平均值和变动特性两者的影响。标准偏差越大，表示噪声离散程度越大，即噪声起伏越大。噪声污染级用LNP表示，表达式为LNP=Leq-kσLeq—指定的测量时间内A计权声级的等能量声级值。σ—声级的标准偏差k—常数，为2.56。1.4声压级、响度的概念和计算声压：用声扰动在空气中所产生的逾量压强p来表述声波的状态：p=P－P0，这个逾量压强p称为该点的瞬时声压，单位是帕斯卡（PA）。听阈（Yu）为：2×10-5Pa痛阈为：20Pa声压级：声压的平方与一个基准声压平方比值的对数再乘10。(单位分贝，计作dB)响度：响度的单位是“宋”（sone），定义1000Hz纯音声压级为40dB时的响度为1sone。响度级：把1000Hz纯音时声强的dB数称为这条等响曲线的以“方”为单位的响度级。1.5音频采样率、码率的计算指录音设备在一秒钟内对声音信号的采样次数声压：用声扰动在空气中所产生的逾量压强p来表述声波的状态：p=P－P0，这个逾量压强p称为该点的瞬时声压，单位是帕斯卡（PA）。听阈（Yu）为：2×10-5Pa0012322100UUUTHD-3-痛阈为：20Pa声压级：声压的平方与一个基准声压平方比值的对数再乘10。(单位分贝，计作dB)声强：单位时间内通过垂直于声波传播方向单位面积的平均声能量叫声强，一般用I表示，单位为W/m2。声强级：声强级常用LI表示，声功率：声源在单位时间内辐射的声能量叫声功率，声功率用W表示，单位为瓦。由声源做简谐震动所辐射的声波叫简谐波，线状谱，连续谱，符合谱对噪声进行评价是一个比较复杂的问题，主要是由于各种不同的噪声有各自的物理性质，并且不同环境下，人们进行噪声控制的目的不同，要根据不同情况，拟定不同的噪声评价量，以制定不同的噪声控制标准。现在国际上已经提出的各种噪声评价量已有上百种，大部分的评价量是在某些基本评价量的基础上作些变化或修正。响度：响度的单位是“宋”（sone），定义1000Hz纯音声压级为40dB时的响度为1sone。响度级：把1000Hz纯音时声强的dB数称为这条等响曲线的以“方”为单位的响度级。编码率/比特率直接与文件体积有关。且编码率与编码格式配合是否合适，直接关系到视频文件是否清晰。在视频编码领域，比特率常翻译为编码率，单位是Kbps，例如800Kbps其中，1K=10241M=1024Kb为比特（bit）这个就是电脑文件大小的计量单位，1KB=8Kb，区分大小写，B代表字节(Byte)s为秒（second）p为每（per）以800kbps来编码表示经过编码后的数据每秒钟需要用800K比特来表示。1MB=8Mb=1024KB=8192KbWindows系统文件大小经常用B(字节)为单位表示，但网络运营商则用b(比特)，也就是为什么2Mb速度宽带在电脑上显示速度最快只有约256KB的原因，网络运营商宣传网速的时候省略了计量单位。完整的视频文件是由音频流与视频流2个部分组成的，音频和视频分别使用的是不同的编码率，因此一个视频文件的最终技术大小的编码率是音频编码率+视频编码率。例如一个音频编码率为128Kbps，视频编码率为800Kbps的文件，其总编码率为928Kbps，意思是经过编码后的数据每秒钟需要用928K比特来表示。了解了编码率的含义以后，根据视频播放时间长度，就不难了解和计算出最终文件的大小。编码率也高，视频播放时间越长，文件体积就越大。不是分辨率越大文件就越大，只是一般情况下，为了保证清晰度，较高的分辨率需要较高的编码率配合，所以使人产生分辨率越大的视频文件体积越大的感觉。计算输出文件大小公式：（音频编码率（Kbit为单位）/8+视频编码率（Kbit为单位）/8）×影片总长度（秒为单位）=文件大小（MB为单位）这样以后大家就能精确的控制输出文件大小了。1.6AD/DA原理及主要指标AD:模数转换，将模拟信号变成数字信号，便于数字设备处理。DA：数模转换，将数字信号转换为模拟信号与外部世界接口。DA转换器的主要技术指标：1）分辩率(Resolution)指最小模拟输出量（对应数字量仅最低位为‘1’）与最大量（对应数字量所有有效位为‘1’）之比。2）建立时间(SettingTime)是将一个数字量转换为稳定模拟信号所需的时间，也可以认为是转换时间。DA中常用建立时间来描述其速度，而不是AD中常用的转换速率。一般地，电流输出DA建立时间较短，电压输出DA则较长。其他指标还有线性度(Linearity)，转换精度，温度系数/漂移。1.7数字音频接口及相关指标AES/EBU接口（AES3-1992），在AES3-1992，IEC958（类型1），CCIRRec.647和EBUTech3250E中所述基本上是一致的，它可以通过一个平衡接口来串行传送两通道的数字声频信号（A和B），它采用的平衡驱动器和接收器，与用于RS422数字传输的标准类似，其输出电平为2V到7v，这种接口允许的两通道声频信号传送的距离可以达到100m，但更长的距离则需要采用相应的线缆、均衡和端口。一般使用标准的XLR-3接口，并标有DI（数字输入）和DO（数字输出）。SPDIF——Sony/Philips数字接口有关，与专业的AES/EBU接口非常相似，但是它采用特性阻抗为75Ω的同轴电缆来进行不平衡的电气连接，如图7所示。这种接口常用于准专业级或民用级数字声频设备的技术规格中，比如CD放音机和DAT机。通常其端口采用的是RCA型唱机接口。尽管有些Hi-Fi设备也采用光缆来传送同样的信号。实用中通常使用格式转换器来将民用格式的信号转换为专业格式的信号，或反过来进行，并且可以在电气和光格式间进行转换。SPDIF-2，它被设计用每根电缆来传送最高为20比特分辨率的一个通道的数字声频信息（尽管大多数的设备仅采用16比特）。当在大多数双通道设备中，接口是不平衡式的，并采用75Ω同轴电缆和75ΩBNC型接口端子，每个通道一个。电平为TTL兼容电平（0～5V）。MADI（Multi-channelA