2声音广播基础

上节课要点1.”广播”的含义及特点2.电视发展的几个时代3.目前世界三大彩色电视制式4.广播电视系统的基本组成第二章声音广播基础知识2.1声音的基础知识1.声音的产生和传播声音的产生:物体的振动产生声音.声音的传播:通过空气或者其他媒质传播.声源:产生声音的振动物体声波:声音的波动声速:声音在媒质中的传播速度.声速与传播的媒介有关:v＝f,＝v/f常温下,空气中的声速为:340米/秒钢铁中的声速为:5000米/秒声波的传播特性声源的方向性声波的反射和折射声波的衍射和散射声波的强弱或大小通常用声压、声功率和声强来表示。描述声波的物理量•声压：由声波引起的交变压强，单位是帕（Pa）基准声压：2×10-5Pa•声功率：声源在单位时间内向外辐射的总声能，单位是瓦（W）。•声强：穿过垂直于声波传播方向上单位面积内的声功率，用符号I表示，单位是W/m2。基准声强：10-12W/m2使大多数人产生听觉现象的最低声压2.人对声音的感知人耳构造图人耳对声音的感知过程:2.人对声音的感知声波鼓膜耳骨淋巴液听觉神经听觉中枢外耳道中耳耳蜗内耳大脑谐振频率约为3000Hz•人耳能够感知的声音频率范围为：20Hz-20kHz，低于20Hz的声音称为次声，高于20kHz的声音称为超声。•人耳能够感知的声音强度范围为：1:1012。3.声音的三要素响度可以用声压级来表示,即以基准声压作为参考所的分贝值人耳能感受到120dB的声音动态范围,而目前广播只能达到约70dB的动态范围：人耳对声音的强弱感觉与物体振动的幅度有关声压级：20lgP/Pr(dBPa)Pr＝2×10-5（Pa）为参考声压音调人耳能够感知的声音频率范围为：20Hz-20kHz，低于20Hz的声音称为次声，高于20kHz的声音称为超声。调幅广播只能传送4.5kHz以下频率的声音.因此,声音保真度不高.：人耳对声音高低的感觉与物体的振动频率有关3.声音的三要素音色音色是人耳对各种频率、各种强度的声波的综合反应。音色主要是由声音的频谱结构决定的。：是人们在听觉上区别具有同样响度、同样音调的两个声音之所以不同的特性。与物体振动波形有关3.声音的三要素听觉的方向感当我们听到一个声音时,可以明确地指出这一声音是从哪里发出的,即可判断出声源的位置.听觉的灵敏度人耳对声压、频率及方位的判断能力称为听觉灵敏度。人耳是根据双耳听到的声音在时间上、强度上及相位上的差异来判断声源的方位的。4.分贝的概念和应用分贝的概念分贝是用来表示声音或电信号的量值增减程度的一种计算单位.在电声技术中，对于两个相同单位的声学量（如声强I和声压P）或电量（如功率W和电压U），如果将它们之间的比值取对数，其单位即为分贝（dB）。4.分贝的概念和应用采用分贝来表示电学量和声量的好处?(1)符合人耳的听觉特性.(3)一般的电路系统都是由多个单元级联而成，若用分贝表示每个单元的增益或衰减，则电路的总增益或总衰减就可以用加减法来计算。(2)便于计算和便于用图表曲线表达的数字范围。4.分贝的概念和应用对于电信号:•分贝的应用•功率放大倍数：10lgPo/Pi(dB)•电压放大倍数：20lgUo/Ui(dB)•功率电平级：10lgP/Pr(dBm)其中，Pr为参考功率，Pr=1(mW)•电压电平级：20lgU/Ur(dBv)其中，Ur为参考电压，Ur=0.775(V)P=I2R=U2/R4.分贝的概念和应用对于声音信号:•分贝的应用(1)声压级：20lgP/Pr(dBPa)Pr＝2×10-5（Pa）为参考声压(2)声强级：10lgI/Ir(dBW/m2)Ir＝10-12（W/m2）为参考声强相当于一般具有正常听力的年轻人刚刚能够察觉到1000Hz声音存在时的声音大小.(3)繁华马路噪声：80dB;百货商场：64dB办公室：55dB;宁静住宅区：30dB2.2传声器与扬声器1.传声器作用：将声音振动变成相应的电流变化按接收声波的原理可将传声器分为:声压式和压差式电动式传声器电容式传声器动圈传声器带式传声器电容传声器驻极体传声器按换能方式可将传声器分为:1.动圈式传声器（1）动圈式传声器结构工作原理响度大－振膜振动幅度大－感应电流幅度大音调高－振膜振动快－感应电流频率高音色不同－振膜振动波形不同－感应电流波形不同优点：结构简单，稳定可靠，使用方便，固有噪声低，因此广泛用于语音广播和扩声中。缺点：灵敏度低，容易产生磁感应噪声，频响较窄。1.动圈式传声器1.传声器（2）电容式传声器结构由于频率特性好，音质清脆、构造坚固、体积小巧，被广泛应用于广播电台、电视台、电影制片厂及厅堂扩声等各种场合。1.传声器（2）电容式传声器工作原理响度大－膜片振动幅度大－输出电压幅度大音调高－膜片振动快－输出电压频率高音色不同－膜片振动波形不同－输出电压波形不同1.传声器工作原理（3）铝带式传声器结构磁铁产生磁场声波使振带振动振带切割磁力线振带中产生感应电流声音响度大－振带振动幅度大－感应电流幅度大声音音调高－振带振动快－感应电流频率高声音音色不同－振带振动波形不同－感应电流波形不同铝带马蹄形磁铁（5）无线传声器（4）驻极体电容传声器电容极板采用驻极体材料由传声器头、小型发射机、小型接收机组成1.传声器（1）灵敏度2.传声器的主要性能当向传声器的振动膜片施加1帕的声压时，传声器输出端开路时的电压值。单位：毫伏/帕（mV/Pa）灵敏度表示传声器的声－电转换效率。（2）指向性2.传声器的主要性能指传声器的灵敏度随声波入射角的改变而变化的特性。指向图如下：009009000090000全向型双向型心型单指向型超心型强指向型00900（3）频率响应2.传声器的主要性能传声器的输出信号大小和频率的关系，即电压灵敏度随频率的变化特性。（4）固有噪声由于周围空气压力的波动和传声器电路的热噪声等的影响，使传声器的输出端存在着一定的噪声电压。3.传声器的使用传声器固定方法：（a）手持式（b）立架式（c）吊杆式：电影电视节目制作（d）吊挂式：合唱节目传声器的特性选择开关（a）指向性开关（b）音质选择开关：M,V（c）电平衰减开关：防止损坏（d）阻抗变换开关：与其他设备匹配防风罩：泡沫塑料，金属网作用：防风、防潮、防干扰各种传声器的外观4.扬声器作用：将按声音变化的电流转换为声音电动式扬声器舌簧式扬声器纸盆扬声器号筒扬声器按换能方式可将扬声器分为:压电式扬声器球顶扬声器4.扬声器纸盆扬声器电流幅度大－音圈振动幅度大－声音响度大电流频率高－音圈振动快－声音音调高电流波形不同－音圈振动波形不同－声音音色不同工作原理：磁铁产生磁场音圈中通有交变电流音圈在电磁力作用下发生振动纸盆随音圈振动产生声音5.扬声器的主要性能频率响应：在规定的音频电压作用下，扬声器轴向一定距离处的辐射声压级随频率变化的特性，称为扬声器的频率响应。失真：失真包括非线性失真，互调失真，以及瞬态失真等。扬声器的辐射特性辐射特性：描述扬声器向各方向辐射声能的不均匀程度的特性。5.扬声器的使用各种扬声器的外观上节课要点声音是如何产生和传播的?声音的三要素及其具体的含义声音和电信号为何要采用分贝来表示动圈式传声器的结构和工作原理纸盆扬声器的结构和工作原理2.3立体声原理1.立体声层次分明、具有立体感（方位感和深度感）的声音效果,就是通常所说的立体声。立体声包括:立体声广播、立体声录音和立体声重放。双扬声器听声实验2.双耳的听觉特性人耳有对声源的定位能力，能够判断声源的方向和空间分布，即双耳效应。双耳听觉特性包括:方位感：时间差（相位差）和声级差（强度差）纵深感：人耳能辨别声源的远近。3.传声系统单声道系统：只由一只传声器拾音（或由几只传声器拾音后混合在一起），经一个传输通路传输后，由一只扬声器或由一组扬声器重放出来。立体声系统：由两个或两个以上的传声器、传输通路和扬声器（或耳机）组成的系统，经过适当安排，能使听者有声源在空间分布的感觉。4.立体声的拾声技术A-B方式：用两个型号、性能完全相同的传声器并排放置于声源的前方，左、右两传声器拾音后分别将信号送至左右两个声道。优点是对传声器的要求较低，无需专门的重合传声器对，所以在要求不高的场合被人们使用。4.立体声的拾声技术X-Y方式：用两只指向特性完全一致的传声器，使其成一定的角度一上一下紧靠排列。各个方向的声源传到两传声器的直达声几乎不存在时间差，而只有声强差。选用的传声器可以是两个双指向性传声器或两个单指向性传声器，其夹角为90度或110度。现代立体声已较多采用这种拾音方式。4.立体声的拾声技术多声道立体声拾音一般来说，立体声的声道数越多越好，但由于受到技术的限制而采用一定数量的声道数，以获得较好的效果。声道1传声器1传声器2传声器n声道2声道n扬声器1扬声器2扬声器n多声道立体声系统框图2.4数字音频技术基础1.“模拟”和“数字”的概念模拟信号：指在时间和幅度上都连续变化的信号。数字信号：指在时间和幅度上都离散的信号。模拟音频信号：是指在模拟状态下由电-声转换器件得到的声音信号，振幅具有随时间连续变化的性质，其幅度可在一连续范围内取任意数值。数字音频信号：是指把声音信号数字化，以一个数的序列来表示，即在时间上是离散的，由于一个数只能取有限位的数码，因而它只能用一组数值来表示，而不能取连续范内的任意数值。1.“模拟”和“数字”的概念模拟音频信号的缺点（1）处理过程中不容易区分有用信号和杂音，容易损害原信号。（2）记录媒质的动态范围代替了原信号的动态范围。（3）模拟记录随着转录次数的增加，噪声不段增加，使信噪比严重下降。（4）录放磁头等换能器容易导致出现失真。（5）旋转系统如果不稳，就会使原信号产生抖动。1.“模拟”和“数字”的概念数字音频信号的优点（1）精度高：元器件，很难达到10-3字长，14位字长就可达到10-4的精度。（2）灵活性高：改变存储的系数就可得到不同的系统，比改变模拟系统方便得多。（3）可靠性强：因为数字系统只有“0”和“1”两种信号，因而受周围环境的温度及噪声的影响较小。（4）易于大规模集成：大规模生产，而对电路参数要求不严，故产品成品率高。（5）可实现时分复用：可利用数字信号处理器同时处理几个通道的信号。2.模拟信号的数字化采样：将时间轴上连续的信号每隔一定的时间间隔抽取出一个信号的幅度样本，使其成为时间上离散的脉冲序列。模数变换（A/D转换）可分为采样、量化和编码三部分。连续信号的采样采样信号的频谱结构2.模拟信号的数字化量化:在幅度轴上将连续变化的幅度值用有限位的数字表示，也即将幅度离散化。2.模拟信号的数字化编码：将量化后的幅值转变成相应的二进制代码的过程。（即“l”和“0”的组合）数据率:每秒钟所传送的数据量.数据率=采样频率×量化比特数计算:设声音信号的采样频率是fs=32kHz,量化比特数是16bit,问:(1)每个声道的数据绿为多少?(2)对于双声道立体声数字信号,其总数据率为多少?2.模拟信号的数字化3.数字信号处理系统数字信号处理系统的基本构成4.数字音频信号的压缩编码数字音频信号压缩的必要性•数字音频信号压缩的可行性a.一种是去除声音信号中的“冗余”部分b.是利用人耳的听觉特性，将声音中与听觉无关的“不相关”部分去除。•数字音频信号的压缩标准a.MPEG音频编码MPEG-1MPEG-2MPEG-4b.杜比AC-3音频压缩编码0001110110101000010010……奇偶校验法0001110110101000010010……1的个数为3000111001的个数为411010101000100110……1的个数为2两个响度不同的声音波形两个音调不同的声音波形两个音色不同的声音波形