教育电声系统电子教案

教育电声系统电子教案授课班级:教育技术2005级本科授课教师:钱研第一节教育电声系统与电声教育媒体一、广播系统二、节目制作系统三、语言学习系统（一）有线广播（二）无线广播第二节教育电声系统的形成与发展一、电声技术的诞生与起步1907年二、教育电声系统的沿革第三节教育电声系统的研究对象与学习方法一、教育电声系统研究的范畴（一）电声基础理论的研究。（二）声电转换、电声信号加工处理技术与系统的研究。（三）电声教材编制的研究。（四）电声教学研究。二、教育电声系统课程的学习目标及学习方法第二章第一节声场与声波一、声场媒质及其基本参量声音是由物体振动所产生的。声源的振动引起周围相邻媒质的振动，以波的形式向外传播即声波。横波：质点振动与传播方向垂直的机械波。纵波：质点振动与传播方向一致的机械波。声波是纵波。声场:存在声波的空间称为声场。声场媒质:传播声波的媒质称为声场媒质。以空气声场媒质为例，在无声波传播时，媒质密度为ρ0，媒质压强为大气压强P0，媒质质点振动速度为v=0。当有声波传播时，这三个量将随之变化。（一）媒质密度ρ（二）声压p声波所引的附加压强定义为声压，单位为“帕”（Pa）。（三）质点振速v二、平面声波的基本性质（一）声波的频率和波长x=xmcos(ωt+a)波长：在波的传播方向上，任何两个震动相位相同而又相邻的媒质质点间的距离（二）声波的传播速度c0c0=fλ常温附近、常压下c0(t℃)≈331.4+0.6t(m/s)2/f（三）声阻抗率与媒质特性阻抗Zs=p/v;p/v=ρ0c0Zs为声阻抗率，ρ0c0为媒质特性阻抗，单位为Rayl（瑞利）（1Rayl=1N·s/m3）平面声波声阻抗率在数值上与媒质的特性阻抗相等。（四）声传播过程中的声压及媒质质点振动速度v(x,t)=（1/ρ0c0）pmcos(ωt-kx)波数：k=ω/c平面声波的基本性质平面声波传播过程中，声压及媒质质点的振动速度都随时间及位置而简谐变化。v(x,t)正比于p(x,t)，两者位相相同。三、球面声波的基本性质半径大小呈脉动变化的球形声源向周围空间辐射的声波。（一）球面声波的波动频率、波长及速度。（二）球面声波的声压、媒质质点振速及声阻抗率。球面波的声压幅值与球心距成反比。球面声场的远区可作为平面声场处理。第二节声场中的能量一、声能量与声能量密度（一）声能组成动能：势能：20021vVEkpppdVE0（二）声能量密度e声能量密度是指声场中单位体积内的声能量，单位：J/m3。（三）平面声波的声能与声能量密度动能：势能：体积元声能：声能量密度：声能量密度的平均值：2002cpe二、声功率与声强（一）声功率单位时间内通过垂直于声传播方向，面积为S的截面的平均声能量称为平均声能量流或平均声功率。声功率级：（dB）Lw=10lgW/W0式中W0=10-12W，称为参考声功率。SceW0（二）声强通过垂直于声传播方向单位面积上的平均声功率（或平均声能量流）称为平均声能量密度或声强。声强级：（dB）声强与声压关系：002cpI0lg10IILI第三节声波的传播一、声波的反射与透射（一）平面声波垂直入射时的反射与透射反射波声压与入射波声压之比：透射波声压与入射波声压之比：11221122ccccppimrmp2211222cccpptimtmp（二）平面声波垂直入射时的反射系数与透射系数反射波的声能与入射波的声能之比为反射系数：透射波的声能与入射波的声能之比为透射系数：211221122112112)(22cccccpcpimrmI222112211112222422cccccpcpimtmI凹曲面对声波形成集中反射，使声能集中于某一点或某一区域，称为声聚焦。凸曲面对声波反射，使声能形成扩散。二、声波的干涉声波的迭加原理：声波的干涉：驻波现象：指两个频率相同、传播方向相反的声波，相互叠加而产生的特殊干涉现象。在不同的传播空间的不同点上，其振幅也不同。声波的衍射：指声波通过某一物体的边缘而产生的声波传播方向的改变。声波在传输过程中如果碰到物体时，会产生反射、折射和绕射现象。声源与听声人相处于运动状态，听声人会感到声源所发出的频率有变化，这种现象称为多普勒效应。为什么我们把头没入水中就听不到空气中的嘈杂声音?“只闻其声，不见其人”第三章第一节人类听感的基本特征一、响度:人耳对声音强弱的主观感觉称为响度。单位是sone（宋）1宋的定义为声压级为40dB,频率为1000Hz,且来自听者正前方的平面波形的强度。（一）声压级与声强级1、声压级Prms——某点声压的有效值；Pref——零声级的参考声压值。1kHz时人耳刚能听的声音（称闻阈）声压为2x10-5Pa。dBLrefrmsPPplg202、声强级I——某点的声强值；Iref——零声级的参考声强值。Iref=10-12W/m2，该数值是人对1kHz声音刚能听到时的声强值。dBLrefIIIlg10（二）可闻声的频率范围可闻声:（20-20kHZ)，次声:低于20Hz的频段超声:高于20kHz的频段闻阈曲线（在1kHz时为0dB）；痛阈曲线（在1kHz时为120dB或140dB）。（三）等响度曲线在声压级与频率的坐标系中,声压级作为参变量,将频率不同,人们听起来却有同等响度的声压级连接起来组成的一簇曲线响度级定义：将某一频率的声音与1kHz的声音比较，当两者响度一样时，1kHz声音的声压级（以2x10-5Pa为0dB的相对分贝数）就是该声音的响度级。单位：方（phon）响度特性：1、低声压级时，等响上曲线各频率声音的声压级相差很大。2、高声压级时，各频率的听感等响基本相同。3、高频段的响度变化与声压级增量基本一致；低频段声压级的微小变化会导致响度的较大变化。二、音高(mel)人耳对声音调子高低的主观感觉称为音高或称音调、音准。(一)人耳对声音频率的主观感觉音高=Klgf倍频程：若两个声信号的频率f1、f2相差一倍时(f2/f1＝2)，称其为一个倍频程。(二)音律在乐音中，为了反映音高的规律，常用音律来表述。(三)响度对音高的影响通常情况下，响度增加时，人耳对音高的听感降低；如果该声波是低频，人耳对音高的听感降低得愈加明显。三、音色人耳在主观感觉上区别相同响度和音高的两类不同声音的主观听觉特性称为音色。(一)线状谱各谐波分量呈现密线状排列的频谱图。谐波成分的多少及振幅的比例决定了乐音的音色。(二)连续谱不存在明显的周期性特征。非周期声的频谱具有连续谱的性质。基音：在复音中，频率最低的声音叫做“基音”。乐音的音调是由基音的频率决定的。例如100Hz的钢琴声，100Hz的纯音叫钢琴的基音。泛音泛音：频率为基音的整数倍的其余纯音称作“泛音”。又称谐音。作简谐振动的发声体，发出的是纯音。乐器发出的声音，一般是由若干个频率和振幅都不同的纯音所组成的复音。乐音的音频就是由泛音的多少及其频率和振幅决定的。四、可闻声的频域特征(一)共振峰长短不一的谐波分量连接起来形成的包络，峰包为共振峰。共振峰的高度、位置和数量决定着每种乐器的音色。(二)谱级分布1．语声男声与女声相比，在200Hz以下差异大；在中频段女声略高；高频段男声略高。人的讲话声主要能量分布在100Hz～5kHz之间，200Hz～700Hz间的能量更为集中。2．音乐音乐的频谱分布曲线比语声的曲线宽些。五、可闻声的时域特征(一)起振段声源激发发声体或空气柱使之克服静止张力或阻尼而开始振动的时段。同一种乐器或发音器官，高频音起振时间较短，低频音则较长。(二)稳态段起振后具有稳定鸣响的时段。以持续力激发的声源(包括电子乐器)多具有稳定振荡，以断续力激发的声源则多缺少稳定振荡。(三)衰减段振幅开始减小直至停振的时段。高频音的衰减时间较短，低频音较长。六人耳的非线性掩蔽效应掩蔽效应：当两个声源出现时，其中一个声源会影响人耳对另一个声源的听觉能力，这种现象称为掩蔽效应。掩蔽量：被掩蔽音受掩蔽音干扰时应提高的分贝数。纯音的掩蔽噪音的掩蔽:“鸡尾酒会效应”1频域掩蔽–一个强纯音会掩蔽在其附近同时发声的弱纯音，这种特性称为频域掩蔽。例如，同时有两种频率的纯音存在，一种是1000Hz的声音(60dB)，另一种是1100Hz的声音(42dB)，在这种情况下，1100Hz的声音就听不到。–弱纯音离强纯音越近就越容易被掩蔽。掩蔽效应分类2时域掩蔽–在时间上相邻的声音相互之间也有掩蔽现象，称为时域掩蔽。时域掩蔽又分为超前掩蔽和滞后掩蔽。前掩蔽很短，只有大约5～20毫秒，而后掩蔽可以持续50～200毫秒。掩蔽效应分类掩蔽效应1.低频声对高频声掩蔽作用明显。2.复音掩蔽声音色发生变化。3.掩蔽声接近被掩蔽声，掩蔽作用大；后掩蔽明显。4.单耳掩蔽效应大于双耳。5.提高掩蔽音的声压级可展宽掩蔽的频率范围。第二节立体声的听觉原理具有声像临场感具有较高的清晰度和信噪比双耳效应与哈斯效应由于不同的声源作用于人耳的时间、声压及相位的不同从而使人的耳朵可以判断出声源的方向及位置。声级差时间差相位差哈斯效应（延时效应）当两个声源中的一个延时在３５ｍs以内时，人耳的听音感觉只能判断出前导声源的存在，而不能感觉到延时声源的存在。其中一个声源的延时大于５０ｍs时，人耳则能够感觉到两个声源的方位。德.波埃效应－双声源实验当听音者在距离立体声声源相等的对称线上时，如果其声源的声压差和时间差均为零，所表现的声像在对称线上，听感好象只为一个声源。当声压差增大时，声像则向声音较强的声源方向移动，当声压差大于１５ｄＢ时，就会感受到声像是由较响的声源单独发出。如果声压差为零，而时间差变化时，同样也有声像移动的效果，当时间差大于３ｍｓ时，则声像完全由前导的声源所决定。第四章第一节室内声场室内声场组成简正频率平行墙壁的房间在声音反射时，可能引起驻波，引起驻波的条件是为相应声波的频率，为两平行墙壁间的距离3,2,12nLnL由此可以推出第n个简正频率发生的条件为2222zzyyxxnLnLnLncfx=y=z=7米的正方形房间，计算出如下的十种简正频率简并：简正方式不同，而简正频率相同。由于室内简并现象，使原信号频谱有了某种改变，产生失真称为声染色。