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声学基本知识声音的定义定义：声音是粒子运动的结果，即物体振动产生的声波，通过介质对人耳产生的感觉叫声音。人们之所以能够听到声音，是由于声波振动引起的，并通过传声媒质（如：空气、水、混凝土等弹性物质）传播进入人耳。声音的传输物体振动产生的声音，必须由空气或其他媒质的传播，才能使我们听到。没有空气或其他媒质，我们就听不到声音。月球上没有空气，所以月球是无声的世界。空气是如何传播声音？我们以敲鼓为例来说明声音的传播过程（自然状态）：当一个物体受外力作用时，产生一个往复的弹性振动，这样就产生了声波，经过介质（物体、空间或水）向四面八方传播。当人耳接受声波的振动，通过听觉神经传达给大脑。人耳的听觉外耳和中耳之间一层薄膜，叫做鼓膜。平常我们看到的耳朵就是外耳，它起着收集声波的作用。声波由外耳进来，使鼓膜产生相应的振动。这一振动再由中耳里的一组耳骨传到内耳，刺激听觉神经并传给大脑，我们就听到了声音。声音的物理特性声音的构成及关系主观：响度；音调；音色（声音的三要素）客观：振幅（大、小）；频率（快、慢）；谐波声音的三要素之响度响度：声音的强弱称为强度，它由气压迅速变化的振幅(声压)大小决定。它首先决定于声音的振幅，其次是频率。声学中把描述响度、振幅、频率之间的关系曲线叫等响度曲线。单位：分贝（dB）但人耳对强度的主观感觉与客观的实际强度并不一致，声压计量单位为分贝(db)，它是根据1000Hz的声音在不同强度下的声压比值，取其常用对数值的l／10而定的。取对数值的原因是由于强度与响度的增加不是成正比关系，而是真数与对数的关系！例如声音强度大到10倍时，听起来才响了一级(10dB)，强度大到100倍时听起来才响了两级(20dB)。对于1000Hz的声音信号，人耳能感觉到的最低声压为2×10E－5Pa，把这一声压级定为0dB，当声压超130dB时人耳将无法忍受，故人耳听觉的动态范围为0～130dB。纯音等响曲线声音的三要素之响度声音的三要素之音调音调：具有一特定且通常是稳定音高的信号。通俗的讲是声音听来调子高低的程度。它主要取决于频率，还与声音强度有关。声音的音调高低与物体振动的频率高低有关。频率高的声音，叫做高音；频率低的声音，叫做低音。音调随频率(Hz)的变化基本上呈对数关系。不同的乐器演奏同样频率的音符，音色虽然不同，但它们的音调是相同的，也就是演奏声音的基频是相同的。频率越高，人耳感觉的音调随之升高，频率增加一倍，声学中称之增加一个“倍频程”，音乐上叫“提高一个八度”。音调单位：美声音的三要素之音调在重放声音中，当高音和低音分量适当时，听起来就会感到声音清晰而柔和，有自然的感觉。如管弦乐中失去了低音，则感到声音尖锐刺耳；失去了高音，则感到声音混浊不清，有烦躁的感觉。因此，声音的频率范围越宽越好。人耳所能听到的声音频率范围大约在20-20000HZ之间（这一范围的频率叫做声频或音频）。声音的三要素之音色音色：指声音的音调和响度以外的音质差异。它与声音的频谱结构、包络和波形有关。发音体的泛音结构不同频率特性曲线、种类不同造成音色结构的不同。对声音音质的感觉，也是一种声音区别于另一种声音的特征品质。不同的乐器在发同一音调时，它们的色可以迎然不同。这是由于它们的基频频率虽相同，但谐波成分相差甚大。故音色不但取决于基频，而且与基频成整倍数的谐波密切有关，这就使每种乐器和每个人有不同的音色。用各种不同的乐器演奏同样的一个乐音，虽然音调与响度都不一样，但听起来，它们各自的音色却不一样，这是由于物体振动所形成的声波波形不相同的缘故。这种独特的波形就决定了某种乐器（或某人的声音）的特色，叫做音色或音品。自然界的声音一般都是复合声波，而不是单一正弦波的声音。声音的三要素之音色如图所示的复合声波，是由它的基波、二次谐波、三次谐波（几次谐波就是它的频率为基波频率的几倍）等所构成。各种物体所发出的每个声音都有它特定的谐波，所以声音的合成波形也不同。即使两个声音的基波与谐波的频率完全一样，然而由于两者的基波与谐波之间的振幅比值不同，也会使合成后的声波波形有所不同，使声音也不同。这样，就造成各种声音的独特音色，形成自然界各种各样声音的区别。声音的客观特性之振幅振幅：声波的振动幅度，它的大小影响人耳对声音强弱的感觉强度（即响度）单位：分贝（dB）声音的客观特性之频率频率：声波每秒钟振动的次数。它直接影响人耳对声音高低（音调）的感觉。单位：赫兹（Hz）各个物体振动有快有慢，例如细而短的琴弦振动比较快，粗而长的琴弦振动比较慢。例如某种物体的振动次数为每秒100次时，它的频率就是100HZ。声音的客观特性之频率谐波：谐波：指声波的波形。包括瞬间状态。它直接影响人们对声音音质差异（音色）的感觉。（如乐器不同，频率相同听觉则不相同。）声音的传播速度在海拔空气压力下，21摄氏温度时，声音速度为344m／s。我们常用的声音速度是34Om／s，这个是在15摄氏度的温度时声音的速度。声音的速度会随着空气温度及空气压力而改变的，温度越低，空气里的分子密度就会增高，所以声音的速度就会下降。而如果在高海拔的地方，因为空气压力减少，空气内的分子变得稀少，声音速度就会增加。波长的计算声波振动一周所传播的距离叫“波长”用λ表示声波一秒钟传播的距离叫“波速”用c表示声波一秒钟振动的次数叫“频率”用f表示它们之间的关系：λ=c/f音频及波长与声音的关系是：波长=声音速度／频率；λ=v／f，如果假定音速是344m／s时，100Hz的音频的波长就是3．44m，1000hz(即lkHz)的波长就是34．4cm，而一个20kHz的音频波长为1．7cm室内声音的传播特性直达声反射声混响声室内声音的传播特性直达声直达声：是室内任一点直接接收到声源发出的声音。它是接收声音的主体，又叫主达声，不受空间界面影响，其声强基本上是与听点到声源间距离的平方成反比衰减。距离每增加一倍，声压级衰减6dB。室内声音的传播特性反射声早期反射声：指延迟直达声50ms以内到达听声点的反射声，对声音起到增强作用；在大空间内，因反射距离远，易形成回声，产生空间感。室内声音的传播特性混响声混响声：声波经室内界面的多次反射，迟于早期反射声到达听点的声音，直至声源停止发声，但由于多次反射，听点仍能听到，故又称余声，影响声音的清晰度。混响时间：在一个声场中，一个声音的声压级衰减60dB所需要的时间，用T60来表示。单位：秒（s）T60=0.16V/Sa(赛宾公式)V：声场总容积S：声场的表面积a：声场的建筑装饰材料的平均吸声系数。例：某段音乐的声压级为90dB，此时中止音乐，音乐声逐渐减弱，当其声压级从90dB降至30dB时可需时1.2秒，那么，此房间的混响时间为1.2秒。混响时间：T60混响时间：T60室内声音的传播特性室内声音的传播特性声音的指向性与覆盖范围高频声音指向性很强覆盖角度窄小、射程远、穿透力强中频有一定指向性覆盖面积比较容易控制低频指向性不明显向四面辐射、声功能损失大、传播距离近声音的指向性与覆盖范围声音的指向性与覆盖范围声音的共振声音的振动和传播过程中，有一种很重要的物理现象——共振，也叫共鸣。定义：当策动力变化的频率跟物体的固有频率相一致时，振动的振幅就会特殊地增大到最高峰值，这种现象叫共振。声音的共振小提琴共鸣箱较小共振频率高为256-1100Hz大提琴共鸣箱增大共鸣频率低为110-400Hz贝斯提琴共鸣箱最大共振频率更低为80-350Hz萨克斯：左右手指全按下共振腔容积最大共振频率低发低音右手指抬起共振腔容积缩小共振频率提高发中音双手全抬起共振腔体最小共振频率最高发高音例一：部队行军步伐的振动频率与桥梁的固有振动频率相一致时，会因共振的产生而坍桥。例二：暖水瓶接水，听到的声音会由低频逐渐变成高频率声音。水流击水产生的声音频宽很宽，即有低频、又有高频。刚接时瓶的空间大固有振动频率低，水流击水的低频音产生共振，低频加强，快满时，水瓶的空间变小，共振腔变小，共振频率提高，与水流击水产生的高频音产生共振，高频加强，即听到高频音。声音的共振声音的掩蔽现象当不同频率的声音在同一声场中传递，各频率之间会发生掩蔽现象。现象一：声音能量大的掩盖声音能量小的。现象二：中频声音掩盖高频和低频声音。现象三：高频声音掩盖低频声音。声音的颅骨效应声音从音源传入大脑有两个途径，一是音源→空间→人耳→大脑，另一途径是音源→人体颅骨→大脑（小实验：双手堵耳，发声，仍可听见）通过颅骨传导声音的现象叫颅骨效应。现象一：听自己的声音，有两个途径，频带宽，音色好。现象二：手表、钟摆声音仍可通过牙齿和颅骨传递到人的大脑神经。声音的鸡尾酒会效应在嘈杂的声场中，人可以把自己的听力集中在某一个人的谈话中，而把其他人的声音都推到背景杂声中，此现象叫“鸡尾酒会效应”。原理：人耳的选择功能人耳通过两耳拾取音源的距离差、时间差、频率差就可以辨别出不同方位的声音，以此调解听觉神经来选择不同方位的声源。声音的回音壁效应在某一声场中，视觉看不到声源而听觉却能听到声音，这种现象就是声波传播的特殊反射作用的结果，被称谓“回音壁效应”。例：早些年的舞台上方、侧方、后方的声音反射板即是利用这一原理把演员的声音集中向直达声弱的区域进行反射。声音的哈斯效应一个声场中的二个同频声源，在传入人耳的时间差在50ms以内时，人耳无法明显辨别出它们的方位。那个声源的声音先入，那么人就感觉到声音即由此方位传来。这种先入为主的听觉特性叫哈斯效应。现象一：两侧声源A、B与人耳距离相同时，人们感觉声音由前方来，俗称“假立体声”。现象二：当距离A声源略近时，实际应是A音大，B音小的两个声源，但人们往往只感觉到所有声音均由A输出，这种错觉现象即是“哈斯效应”。现象三：将近点A的声音加以延时，使它迟于B声源进入人耳，人们即感觉到所有声音均由B声源发出。声音的干涉现象声波在传输过程中具有相互干涉作用。两个频率相同、振动方向相同且步调一致的声源发出的声波相互叠加时就会出现干涉现象。如果它们的相位相同，两波叠加后幅度增加声压加强；反之，它们的相位相反，两波叠加后幅度减小声压减弱，如果两波幅度一样，将完全抵消。由于声波的干涉作用，常使空间的声场出现固定的分布，形成波峰和波谷（从频响曲线上看似梳状滤波器的效果），即：音响术语中常说的----驻波现象。关键词1、声音的构成、传播过程、传播方式及指向性？2、声音的三要素？3、声音的几种特性？谢谢大家