第一章 音响工程基础知识—声学基础.ppt

第一章 声学基础 第一节 声波 一、声波的产生与传播 二、频率、声速和波长 三、频程 四、声波的特性 一、声波的产生与传播 一、声波的产生与传播 声音的传递 二、频率、声速和波长 振动体每秒振动的次数称为频率，用符号f表示，频率的单位是赫兹（Hz），简称赫。 声波在传声介质中，每秒钟传播的距离称为声波的传播速度，简称声速，用符号c表示，单位是米/秒（m/s） 物体或空气分子每完成一次往复运动或疏密相间的运动所经过的距离称为波长，用符号λ表示，单位是米 频率、波长和音调对照表 三、频程 在声学测量中，不可能测量这个范围中的每一个频率，而总是在某一频率区间取特定值进行测量。这个频率区间称为频带。 频带由上限频率f2和下限频率f1确定，f1、f2又称为截止频率。f1、f2的间隔可以用频率比或以2为底的对数表示，称为频程。 上限和下限截止频率的一般关系 式中：n为倍频程的系数，或称倍频程数，它可以是分数或整数。例如：n=1/3即指1/3倍频程；n=1即指倍频程。 中心频率 频带的中心频率fc是上、下截止频率的几何平均，即 1/3倍频程和1/1倍频程的中心频率和带宽 四、声波的特性 波的性质 判别的关键在于障碍物的尺寸l与波长λ的比值。 当lλ时，波动性为主； 当lλ时，粒子性为主； 当l≈λ时，两种性质在一定情况下都会表现出来，此时情况比较复杂 声波的衍射 声波的反射 声波的透射与吸收 根据能量守恒定律，设单位时间内入射到物体上的总声能为Eo，反射的声能为Er，物体吸收的声能为Ea，透过物体的声能为Et，则： Eo=Er+Ea+Et 吸声系数 从入射波与反射波所在的空间考虑，定义材料的吸声系数α为 房间的平均吸声系数 声波的干涉 若两个频率相同、振幅相等、相位差为零或恒定的波在同一介质中传播，则在空间某些地方振幅最大，在某些地方振幅最小，这种现象称为波干涉现象，这两个波叫相干波。 当振动频率、振幅和传播速度相同而传播方向相反的两列波叠加时，就产生驻波 声源的指向性 声源的指向性 指向性的影响 第二节 声波的度量 声压、声强、声功率 声压级、声强级和声功率级 声级的叠加 一、声压、声强、声功率 由声波引起的压强变化称为声压，用符号P表示，单位为微巴(μbar)或帕（Pa） 声源在单位时间内向外辐射的声能量叫做声功率，用符号W表示，单位为瓦（w） 声场中某点的声强，是指在单位时间内（每秒钟），声波通过垂直于声波传播方向单位面积的声能量，用符号I表示，单位为瓦/米2（w /m2） 平方反比定律 在无反射声波的自由声场中，点声源发出的球面波，均匀向四周辐射声能，因此，距离声场中心为r的球面上的声强为 二、声压级、声强级和声功率级 人的听觉与声压、声强不是呈正比例关系，而是近似的与它们的对数值成正比 用声压或声强来表示声音的强弱，数字太长，很不方便 常采用按对数方式分级的办法作为表示声音大小的常用单位，这就是声压级、声强级和声功率级 级 声压级（Lp或SPL） 声强级（LI或SIL） 声强级与声压级关系 由于声强与声压存在着关系I=p2/ρc，将其代入式中得 声功率级（Lw或SWL） 三、声级的叠加 在工程设计和检测中，经常需要进行声级的叠加或分解，如计算多个声源的总声级、给定的倍频程或1/3倍频程声级的总声级等 声压的叠加 当几个不同声源同时作用时，在某处形成的总声强是各个声强的代数和，即I=I1+I2+……+In，而总声压（有效声压）是各声压的均方根值。即 声级的叠加 声压级、声强级、声功率级叠加时，不能简单地进行算术相加，应按对数运算法则进行计算 n个声压相等的声音叠加 两个不等的声压级LP1和LP2（设LP1≥LP2）叠加 利用图表计算声压级叠加 声级的分解 已知两个声源在某点产生的总声压级Lp，若其中一个声源在该点产生的声压级为LP1，则另一声源在该点产生的声压级LP2=LP-ΔL，其中ΔL可由表查出。这种方法常用来从总声级中除去环境噪声等 第三节 听觉的主观感受 一、响度 二、音调 三、音色 一、响度 响度是人耳对声音强弱的主观感受，用符号S表示 等响度曲线 说明 （1）响度级与声压级有关。 （2）等响度曲线在声压级的值低时变化快，斜率大，而在高声压级时就比较平坦，这种情况在低频时尤为明显。 （3）不同的频率，响度级的增长率各不相同 声压级与响度感觉 计权网络 人耳的听觉范围 强度差阈最小可辨别的声压级差 二、音调 人耳对声音高低的感觉称为音调 三、音色 音色主要决定于声音的频谱结构 乐器的音色主要取决于乐器本身的特性和