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•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级1音频基础知识•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级2•声音的感知是一种在弹性媒介（比如空气）内的分子的机械扰动，声音能量能穿过不同状态的物质，比如气体、固体、液体。这种分子扰动在特定媒介中传播的速率与媒介本身的分子结构（或密度）有关。分子的扰动是动能的一种，称为声能。•声音是两个或多个物体以足够的力量碰撞的结果，合成能量以声波的方式从接触点向外传播，有些能量被转换成热能，而不是声音。•最终，转换为热量的那部分声音能量大于在分子间传输的力量，声能消散为察觉不到的电平。•听到声音的过程依靠机械扰动在不同形态的物质中传播，不仅在环境中传播，也包括在人类的耳朵里面传播。例如，从空气到固体，到液体，最终到我们耳部神经将脉冲送到大脑，大脑将这种扰动解释成声音。声音•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级3•声音能在真空中传播吗？答案是否定的，声波只有在现有的声能介质中才能传播。实验得知，当两个固体物体在真空中碰撞时，真空中的液体或气体分子无法传输产生的动能，因此，太空中的两个物体碰撞时只能就地转换为热能。在地球上，我们对声音的感知大部分是机械振动在空气中传播的结果，在此过程中，声音电平的提高会对空气分子产生一个正压波，就象海浪的升高一样；声音电平的降低会减小波的压力，就象海浪的波谷，这个低声压区称为膨胀波。连续的波峰波谷组成了可感知的声音电平。声音传播•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级4声速•声音传播速度取决于介质分子的紧密程度，一般来说，分子越紧密，或密度越大，振动传输就越快，因为分子间传递距离近。因此，声音在高密度固体（如钢铁）中传播最快，相比在气体中（如空气），分子的间距会大很多。•声音传播速度除依赖于介质外，温度对声速也有影响。固体中声音传播速度受温度变化影响很小，空气中温度变化对声速影响明显。密度大的低温空气分子比高温空气分子靠得更近，因此，大气中声音传播速度必须考虑温度和影响气压的海拔。•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级5听力极限•世界范围内公认的声压测量参考为20摄氏度时海平面，此状态等于1标准大气压。1标准大气压等于每平方米100，000牛顿或每平方英尺14.5磅。•牛顿是力的国际单位，等于0.225英制磅力。人类耳朵很敏感，平均来说，它可以感知小到十万分之二牛顿/平方米（0.00002N/sq.m），或通常表示为20微帕（μPa）；非常低的声压！在大约4KHz，人类能感知到一半电平，或10微帕。这个声压区域就是听力极限。•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级6忍受极限•人类听力灵敏度的最高极限为忍受极限。•人类能感知的很大的声音（不会痛苦）高达64Pa。比较两个极限，人类声压灵敏度的范围为6.4百万:1。•范围如此之大，以至于如果没有管理声音电平强度的简单方法，表述声压电平会很困难。•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级7分贝•我们感知音量是对数性的并且与运行需要的功率电平有紧密联系，因此，表述我们能感知的声压电平范围的简单方法是用对数比率。分贝用于描述两个对数比率，将声压级计算演变为简单的算数，用dB（SPL）代表声压级的有效范围。•用分贝表示，0dB~130dB表示听力的两个极限。分贝为理解和交流声压电平提供了更多的方便，稍后会更多地讨论分贝度量。•为纪念Bell电话实验室著名的亚历山大·格拉汉姆·贝尔，电话的创立和发明者，在他去世后不久，重新命名了音频信号传输损失单位，传输单位（TU），后来被称为“Bel”；表示在一英里标准电话线中损失百分之五十的声音电平。•应用到人类听力，感觉一个系统的声音电平降低了一半，就是损失1Bel；同样感觉声音响了一倍，就是得到了比1Bel响两倍的增益。虽然Bel仍然在使用，但当计算和描述我们感知的声音电平和多数电子系统信号能量损失比时，Bel太大很麻烦。前缀“deci”，表示十分之一，加上后为decibel（dB）,即十分之一Bel。这样，感知的两倍声压级等于10dB（SPL）。•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级8人类听力•大气中的振动传播碰到我们耳朵的两个关键部位：耳廓和外耳，两者有各自的频率敏感范围，共同起到声学作用，有助于收信和持有声音，在没有到达耳膜前，声音通过耳道传输，大约4KHz时耳道会引起共鸣，这个频率范围包括许多人声频率。耳膜（或叫鼓膜）通过3小块耦合骨将声音振动从外界传输到中耳，在中耳，由耳蜗、含听觉神经的充满液体的共振室将声振动转换成电能传给大脑，耳蜗的形状和长度以及听觉神经的位置将决定我们对声音程度或频率的感知。•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级9•以前，声波被描述成空气分子的机械振动。反复的或任意模式的高压波之后伴随低压波（膨胀波）产生的声音与我们感知的位置有关，这就带来频率问题。•音调或音符的频率是指声振动重复的速率，最简单的重复声音为正弦波，声波频率是声波完成一次循环的时间，即波峰到波峰或波谷到波谷，纯正弦波产生等辐压力波伴随等幅的膨胀波。频率•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级10•正弦波是数学化的模型，作为独特的纯音存在，没有和音。正弦波经过诸如不充分或不合适的音频调节设备后会变失真，包含和声。和声是原始基础音调频率的整数倍（如二次谐波、三次谐波等）集成。任何重复的声音或音调都是包含了基础频率和声的非正弦波。正弦波、音调或复杂声波的频率是完成一次波形周期的时间，历史上，我们简称频率为“每秒周期”，为纪念德国物理学家赫兹，电磁学的先驱，频率单位重命名为“Hertz”，或简写为“Hz”；1Hz=每秒一个振动周期。频率和正弦波•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级11•声速是与频率和波长紧密相关的：声压波峰、波谷间或波形上的两个特性点之间的物理距离是最基本的重复周期，即声波长度。•例如，通过计算基本频率的整个波长或波长的一部分，将其与房间尺寸比较，可以对房间的声学性能进行优化。•声速、频率和波长之间的数学关系公式为：波长•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级12•知道任意两个上面提到的值，就可以计算出第三个值。•前面提到声速与气体、液体和固体有关，我们知道海平面(20℃)声速为1128ft/s和或344米/秒。•这样声音任何频率，如1000Hz，通过上面公式的变形，我们可以计算出波长如下：答案是1.128英尺：波长（1000Hz）=1128ft/sec÷1000Hz=1.128英尺波长公式•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级13•“音频”这一词用于更准确地定义机械和电子术语的声音。在A/V中，音频用于描述声音的电子传输。•为实现这一点，第一步是将空气中声波运动转换成电信号，需要用换能器来完成，换能器将一种形式的能量转换成另一种类型。在音频系统实例中，麦克风履行着将声音转化为电能的功能。•一旦引入电子领域，声音就可放大、混合、均衡、数字化、录制、传输和转换回声能。音频•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级14•早期，我们用分贝描述人类听觉的有效范围，从0到130dB。分贝是用于描述两个功率、压力电平、电压、电流等比值的单位。所以它可广泛应用于声学、电子声学和声音功率情况。•分贝是描述电子领域信号总量和声学领域声音响度的重要方式。•一分贝是指两个功率电平比值的对数的十倍，表达如下：分贝级•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级15•当考虑电压增益或损失时，计算涉及到电压的平方，结果是，用电压比较时应该用两数比的对数乘20而不是10。表示如下：•为正确理解用dB表示的比值，通常会加上扩展名。下面是典型的用dB表示的音频计算的扩展名：dB伏特=dBVdB声压=dBSPLdB功率=dBm（m=1毫瓦，特定阻抗）分贝度量（续）•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级16•分贝级是对数性的，听力的最低极限声压为0dB。•测量值为10dB的声音比声压电平大10倍，提高10dBSPL，人耳会感觉到大概两倍响。20dB的声压级是10dB声压级的10倍，是0dB声压级的100倍，而人耳感知的20dB的响度是10dB的2倍，是0dB的4倍。•从安静的家庭会谈（65dB）到InfoComm展会最大的声压电平（85dB），增加了数百倍，但我们感觉到只响了4倍。•采有对数使处理音频系统中的大范围的电压值更容易，用dB允许用一个简单的数字（+10dB）来表述一个复杂的比率或变化，如20Log（1volt/.316Volt）。分贝测量•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级17•音频制造商广泛用dB表征产品性能，理解dB关系是理解产品指标的基础。•下面是音频中常用的dB度量：•dBSPL（声压级）——用于表示声能，参考值为20毫帕（0.00002Pa）•dBu（空载）——常用于表示专业设备音频电平•dBV（伏特）——用于表示消费类设备的音频电平•dBFS（全比例）——用于数字音频设备，是指信号开始失真的点。常见分贝度量•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级18•分贝常用来表示同一个声音的强度变化，这些变化是指基于原始声音的相对变化，声音的绝对电平用分贝表示为“dbSPL”，而感知的声音需要与听力极限（20μPa或0dBSPL）相比，换名话说，当谈到声音强度时，“SPL”通常被降低了，通常：–1dB是能感知的最小变化–3dB是大多数人都能感觉到的变化–10dB是加倍或一半的强度变化分贝变化•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级19•右图显示不同声源的声压电平dB值比较，这些电平随详细条款和距离而变化。•长时间超过85dB的持续噪声电平会损害听力，超过140dB的噪声电平会立刻造成损害•下面是A/V中常用的分贝电平：–0dB是人类听力的最低极限–130dB是人类听力的最高极限，是人耳能承受的最大值–+4dBu是专业音频设备信号电平–-10dBv是消费类音频设备信号电平，注意：许多打算用于专业应用的产品，如果采用RCA接头，则也会用这个电平。用dBSPL比较声音电平•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级20•常用音频产品有不同的音频信号电平。•普通音频产品提供的多种信号强度是指输出电压电平，这些电平变化很大，从几毫伏的麦克风到超过100伏的放大器，音频信号电平范围用标称输出电平来描述，如麦克风电平、线路电平或扬声器电平。音频信号电平•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级21•麦克风电平是指标准麦克风信号输出，麦克风电平的电压非常低，为775毫伏(-60dBu)•因为信号电平十分低，在输入其它音频处理设备进行音频传输前，需要用前置放大器将信号提高到线路电平，前置放大器在视听系统中可以是一个内置电路或外部组件。麦克风电平•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级22•线路电平为视听系统中的工作信号电平。线路电平是指由事先录制信号的设备产生的。这些设备包括：–DVD–CD播放机–录像机–调谐器–磁带卡座•典型的消费类设备输出信号特征包括：–-10dBV(非平衡)–316毫伏或0.316伏•典型的专业设备输出信号特征包括：–+4dBu(平衡)–1.228伏•均衡器和反馈抵抑制器等信号处理设备工作在线路电平，另外，麦克风前置放大器的•输出和输入到功放的信号也为线路电平。线路电平•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四级»第五级23•头戴耳机电平，是常见于便携式设备和普通电脑声卡的音频电平，比麦克风电平高，比消费类设备线路电平稍低。特征包括：–-20dBV或100毫伏–大约16欧姆阻抗•注意电平和阻抗必须与信号源设备匹配，使头戴耳机产生正确的声音。头戴耳机电平•单击此处编辑母版文本样式–第二级•第三级–第四