一声波的传播特性及人耳的听觉特性PPT课件
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声波的传播与声音的特性
声波的传播与声音的特性声波是一种机械波，是由声源产生的振动所引起的分子之间的相互作用导致的。
它通过介质的振动传播，使我们能够听到声音。
了解声波的传播过程以及声音的特性对于我们理解声音是如何产生和传播的具有重要意义。
一、声波的传播过程声波的传播分为三个主要过程：声源振动、振动传入媒介、在媒介中传播。
1. 声源振动声波的产生源于物体的振动。
当一个物体振动时，它会产生周期性的压缩和稀薄的效果。
这种振动通过介质中的分子传递，并最终形成声波。
例如，当我们敲击一个鼓，鼓面的振动会造成周围空气分子的振动。
2. 振动传入媒介声波传播的媒介可以是固体、液体或气体。
在固体中，声波的传播是通过固体中的分子间的相互作用来传递的。
在液体和气体中，声波传播的过程涉及到分子之间的压缩和稀薄。
3. 在媒介中传播一旦声波振动进入媒介，它会通过分子之间的相互作用在媒介中传播，并形成一个连续的波动。
这个波动以一定的速度传播，我们称之为声速。
声速的大小取决于媒介的性质，如固体、液体或气体，以及媒介的密度和温度。
二、声音的特性声音是人类感知的一种听觉体验，它具有以下几个特性。
1. 频率频率是声音振动的快慢，单位是赫兹（Hz）。
频率越高，声音越高音调；频率越低，声音越低音调。
人类能够听到的频率范围约为20Hz至20kHz。
2. 声强声强是声音的强弱程度，与声音产生的能量有关。
声音的声强单位是分贝（dB）。
声音越大，声强越高；声音越小，声强越低。
人类能够听到的最小声音大约为0dB，而噪音的声音强度可以高达100dB甚至更高。
3. 声速声速是声音在介质中传播的速度。
不同介质中声速的大小不同，空气中的声速大约为343米/秒。
当声音从一个介质传播到另一个介质时，由于介质性质的不同，声速可能会发生变化。
4. 回声回声是由声波在遇到反射面时反射回来形成的。
当声波遇到障碍物或墙壁时，会发生反射，形成回声。
回声的强度和延迟时间可以帮助我们判断距离或空间的大小。
声学基础知识(1)
第一节 声音和声波 声音是由物体振动产生的，振动发声的物体—声源。 声音可以通过固体、液体、气体等媒质传播。 在空气中，声源的振动会使周围的空气质点产生一定的疏密变化， 并以一定的速度传播出去形成声波。 一、声压： 以P表示，单位是Pa，声压的大小是--将变化的声压瞬时值平方后求得的平均值。 声压在作简谐变化（正弦、余弦）时，声压的有效值是
音高\频率\唱名\键盘位置关系 提琴C\523.2Hz \1 提琴C6\1KHz \і
钢琴：一百三十赫兹（130Hz） 钢琴：一千赫兹（1KHz）
提琴：一百三十赫兹（130Hz） 提琴：一千赫兹（1KHz）
音高\频率\唱名\键盘位置关系
二、响度：响度，又称声强或音量，它表示的是声音能量的强弱程度， 主要取决于声波的振幅大小。
第六节 声波的传播
一、波阵面和声线：声波由声音发出后，在介质中向各个方向传播，在某一时刻由声
波到达的各点所连成的面称为波阵面。波阵面为平面的称平面波（如管子中的声波）， 波阵面为球面的波称为球面波（点声源）；波的传播方向称为声线或波射线。
横波：质点的振动方向和波的传播方向相互垂直,这种波称为横波。
响度是听觉的基础。正常人听觉的强度范围为0dB-140dB。超出人耳的可听频 率范围(即频域)的声音，即使响度再大，人耳也听不出来(即响度为零)。 当声音减弱到人耳刚刚可以听见时，此时的声音强度称为“听阈”；当声音 增强到使人耳感到疼痛时，这个阈值称为“痛阈”，听阈和痛阈随声压和频 率的变化而变化。听阈和痛阈随频率变化的曲线叫“等响度曲线”。
三、音色
音色是人们区别具有同样响度和音调的两个声音的主观感觉，音色也称音 品，由声音波形的谐波频谱和包络决定。
声音波形的基频所产生的听得最清楚的音称为基音，各次谐波的微小振动 所产生的声音称泛音。单一频率的音称为纯音，具有谐波的音称为复音。
音高\频率\唱名\键盘位置关系 提琴C\523.2Hz \1 提琴C6\1KHz \і
钢琴：一百三十赫兹（130Hz） 钢琴：一千赫兹（1KHz）
提琴：一百三十赫兹（130Hz） 提琴：一千赫兹（1KHz）
音高\频率\唱名\键盘位置关系
二、响度：响度，又称声强或音量，它表示的是声音能量的强弱程度， 主要取决于声波的振幅大小。
第六节 声波的传播
一、波阵面和声线：声波由声音发出后，在介质中向各个方向传播，在某一时刻由声
波到达的各点所连成的面称为波阵面。波阵面为平面的称平面波（如管子中的声波）， 波阵面为球面的波称为球面波（点声源）；波的传播方向称为声线或波射线。
横波：质点的振动方向和波的传播方向相互垂直,这种波称为横波。
响度是听觉的基础。正常人听觉的强度范围为0dB-140dB。超出人耳的可听频 率范围(即频域)的声音，即使响度再大，人耳也听不出来(即响度为零)。 当声音减弱到人耳刚刚可以听见时，此时的声音强度称为“听阈”；当声音 增强到使人耳感到疼痛时，这个阈值称为“痛阈”，听阈和痛阈随声压和频 率的变化而变化。听阈和痛阈随频率变化的曲线叫“等响度曲线”。
三、音色
音色是人们区别具有同样响度和音调的两个声音的主观感觉，音色也称音 品，由声音波形的谐波频谱和包络决定。
声音波形的基频所产生的听得最清楚的音称为基音，各次谐波的微小振动 所产生的声音称泛音。单一频率的音称为纯音，具有谐波的音称为复音。
人耳的听觉特征重点
人耳的听觉特征1、振动产生声波，声波传播至耳，耳膜受到声压变化刺激听觉神经听觉神经传入大脑中枢，形成声音的存在感觉。
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。
2、声音的产生是物理现象，人对声音的感觉是生理、心理活动。
①构成人耳听觉特性的要素构成声音产生与存在的客观因素是：振幅、频率、谐波构成人耳对声音的听觉特性的要素是：响度、音调、音色⑴响度：是人耳对声音强弱的感觉程度。
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）与振幅的关系：a、声压级越高，人耳感觉声音响度越大b、人耳的声压范围是：0——120 dB与频率的关系：a、4—5KHz附近的声音最响，因外耳道与其产生共鸣b、低声压时，低频区的音响度大于高频音的响度c、常见声源的声压级dBλ窃窃私语：20——35女高音：35——105 男λ高音：40——95λ小提琴：40——100 交响乐：80 dB小鼓：55——105 打雷：120λ dBλ教师讲话：50——60 飞机起飞（3m处）：140 dB⑵音调（音高）：是人耳对声音高低的感觉，其变化主要取决于声音频率的对数值，其次是取决于声音的振幅。
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（mei）音调与频率的关系：a、人耳听觉的频率范围：20Hz——20KHz，其中700——3000Hz为最灵敏区b、语言的频率范围范围是100——10 KHz音乐的频率范围是50——15 KHz音调与声压（振幅）的关系：a、1K——2 KHz 以上的高音区，声压增大感觉音调提升b、500 Hz以下的声音，声压增大，感觉声音低沉，音调下降⑶音色（音品）：指声音的音调和响度以外的音质差异。
第二章 声波的基本性质及其传播规律ppt课件
，2
kx2
2
x2，是第一
ppt精选版
30
➢ 由声波的叠加原理并运用三角函数关系计算可得两列声 波在该点合成的总声压为：
p＝p1＋p2＝ P01cos(ωt-φ1)＋ P02cos(ωt-φ2)＝ PTcos(ωt-φ)
式中
PT2P021P0222P0P 102cos2 (1)
ta1nP P 001c1sio n1 1s P P0 02 2scion 22s
21
2.2.3 声能量、声强、声功率
1、声能量
➢ 声波在媒质中传播，一方面使媒质质点在平衡位置 附近往复运动，产生动能；另一方面又使媒质产生 了压缩和膨胀的疏密过程，使媒质具有形变的势能。 这两部分能量之和就是由于声扰动使媒质得到的声 能量，以声的波动形式传递出去。所以声波是媒质 质点振动能量的传播过程，这一能量可从力学中作 用在物体上的力所做的功率推导出。
p（x,t）=P0cos[ω (t－t’)]
ppt精选版
11
➢ 而媒质中声波传播速度为c，则：
t’= x/c
代入上式则有
p（x,t）=P0cos[ω (t－x/c)] 为方便起见，定义（圆）波数为
k＝ω/c ＝2π/λ
➢ 其物理意义是长为2πm的距离上所含的波长λ的数目， 于是p(x,t)又可以写成：
6
2.2 声波的基本类型 ➢ 根据声波传播时波阵面的形状不同可以将声波分
成平面声波、球面声波和柱面声波类型。
➢ 声波在介质中传播时，其相位相同的各点连成的 面称为波阵面。波的传播方向称为声线或射线。
➢ 在各向同性的媒质中，声线就是代表波的传播方 向且处处与波阵面垂直的直线。
ppt精选版
7
线声
声音的传播特性ppt课件
13
精选PPT课件
三、噪声的叠加
D t＝ D 1D2 Dn
D
p
2 e
0c 2
n
pt2ep12ep2 2e pn 2e pi2e i1
简写为：
n
pt2 p12 p22 pn2 pi2 i1 14
精选PPT课件
写成声压级的形式：
n
Lpt 10lg( 100.1Lp)i i1
一个噪声源发出的噪声，一般都包含多个频率 的声波；
9
精选PPT课件
在一般的噪声问题中，经常遇到 多个声波，或者频率不同，或者 相互之间并不存在固定的相位差， 或者两者兼有。
怎么叠加呢？
10
精选PPT课件
以两列频率相同，而不存在固定相位差的 声波为例。同前面的过程一样：
D t D 1D 2pA1 0p c2 A2co2s(1)
因此，我们对这一点足取够长时间 的平均值，
那么，这点的瞬时声压就等于各列波在这
点的瞬时声压之和。
n
pt p1p2 pn pi i1
5
精选PPT课件
x
x
为了简化问题，首先讨论频率相同的两列简谐波 的叠加。
设声场中某点P至两声源的距离为x1、x2。则两列 波在这点的瞬时声压为：
p 1pA 1co tsk (1)xpA 1co ts(1) p2pA 2co tsk (2x )pA 2co ts(2)
L1-L2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 △L 3.0 2.5 2.1 1.8 1.5 1.2 1.0 0.8 0.6 0.5 0.4 0.3
19
例2
精选PPT课件
分别测得两台机器在某测点处的声压级 均为87dB，问总声压级是多少dB？
精选PPT课件
三、噪声的叠加
D t＝ D 1D2 Dn
D
p
2 e
0c 2
n
pt2ep12ep2 2e pn 2e pi2e i1
简写为：
n
pt2 p12 p22 pn2 pi2 i1 14
精选PPT课件
写成声压级的形式：
n
Lpt 10lg( 100.1Lp)i i1
一个噪声源发出的噪声，一般都包含多个频率 的声波；
9
精选PPT课件
在一般的噪声问题中，经常遇到 多个声波，或者频率不同，或者 相互之间并不存在固定的相位差， 或者两者兼有。
怎么叠加呢？
10
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以两列频率相同，而不存在固定相位差的 声波为例。同前面的过程一样：
D t D 1D 2pA1 0p c2 A2co2s(1)
因此，我们对这一点足取够长时间 的平均值，
那么，这点的瞬时声压就等于各列波在这
点的瞬时声压之和。
n
pt p1p2 pn pi i1
5
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x
x
为了简化问题，首先讨论频率相同的两列简谐波 的叠加。
设声场中某点P至两声源的距离为x1、x2。则两列 波在这点的瞬时声压为：
p 1pA 1co tsk (1)xpA 1co ts(1) p2pA 2co tsk (2x )pA 2co ts(2)
L1-L2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 △L 3.0 2.5 2.1 1.8 1.5 1.2 1.0 0.8 0.6 0.5 0.4 0.3
19
例2
精选PPT课件
分别测得两台机器在某测点处的声压级 均为87dB，问总声压级是多少dB？
声波传播特性及人耳听觉特性课件
外耳
收集声音并导向中耳，由耳廓和外耳道组成。
中耳
传递声音并增强低频声音，由鼓膜和听骨链组成 。
内耳
将声波转换为神经信号，由耳蜗和前庭器官组成 。
声音的感知阈值
绝对阈值
人耳能够听到的最小声音强度，因人 而异。
差别阈值
人耳对声音强度的最小可察觉变化量 。
声音的掩蔽效应
频谱掩蔽
一个声音的频率成分掩盖了另一个声音的频率成分。
利用声波进行物理、化学等实验研究。
THANKS
利用声波测量风速、风向等气象参数。
声波在噪声监测中的应用
利用声波测量环境噪声的强度和频谱。
声波在地质勘查中的应用
利用声波探测地下结构、矿产资源等。
声波在其他领域的应用实例
声波在农业领域的应用
利用声波刺激植物生长，提高产量。
声波在军事领域的应用
利用声波进行目标探测、干扰敌方通信等。
声波在科研领域的应用
同时掩蔽
一个声音的存在使得另一个声音无法被听到。
声音的方向定位
声音来源的判断
人耳通过双耳接收到的声音差异来判断声音的来源方向。
双耳线索
包括时间差、强度差和频谱差异等双耳接收到的声音差异。
04 声波的接收与处理
声音信号的接收与转换
声音信号的接收
声音信号通过空气、水或固体等介质 传播，被接收器（如麦克风）接收。
声音信号的转换
接收到的声音信号被转换成电信号， 以便进一步处理和分析。
声音信号的处理与分析
声音信号的预处理
包括降噪、放大等操作，以提高信号质量。
声音信号的特征提取
提取出声音信号中的关键特征，如频率、振幅等。
声音信号的分析
对提取出的特征进行分析，以识别和分类不同的声音。
收集声音并导向中耳，由耳廓和外耳道组成。
中耳
传递声音并增强低频声音，由鼓膜和听骨链组成 。
内耳
将声波转换为神经信号，由耳蜗和前庭器官组成 。
声音的感知阈值
绝对阈值
人耳能够听到的最小声音强度，因人 而异。
差别阈值
人耳对声音强度的最小可察觉变化量 。
声音的掩蔽效应
频谱掩蔽
一个声音的频率成分掩盖了另一个声音的频率成分。
利用声波进行物理、化学等实验研究。
THANKS
利用声波测量风速、风向等气象参数。
声波在噪声监测中的应用
利用声波测量环境噪声的强度和频谱。
声波在地质勘查中的应用
利用声波探测地下结构、矿产资源等。
声波在其他领域的应用实例
声波在农业领域的应用
利用声波刺激植物生长，提高产量。
声波在军事领域的应用
利用声波进行目标探测、干扰敌方通信等。
声波在科研领域的应用
同时掩蔽
一个声音的存在使得另一个声音无法被听到。
声音的方向定位
声音来源的判断
人耳通过双耳接收到的声音差异来判断声音的来源方向。
双耳线索
包括时间差、强度差和频谱差异等双耳接收到的声音差异。
04 声波的接收与处理
声音信号的接收与转换
声音信号的接收
声音信号通过空气、水或固体等介质 传播，被接收器（如麦克风）接收。
声音信号的转换
接收到的声音信号被转换成电信号， 以便进一步处理和分析。
声音信号的处理与分析
声音信号的预处理
包括降噪、放大等操作，以提高信号质量。
声音信号的特征提取
提取出声音信号中的关键特征，如频率、振幅等。
声音信号的分析
对提取出的特征进行分析，以识别和分类不同的声音。
声音的特性ppt课件
声音数字化是指将模拟声音信号转换为数字声音信号的过程。
采样率与分辨率
声音数字化的过程中，采样率和分辨率是两个关键参数。采样率决 定了音频的频率范围，分辨率决定了音频的动态范围。
数字信号处理
数字信号处理技术可以用于增强数字音频信号的质量，包括降低噪 声、提高清晰度、改变音调等。
音频编辑软件介绍
Adobe Audition
声音的特性
contents
目录
• 声音的基本概念 • 声音的物理特性 • 声音的心理特性 • 声音的应用 • 声音的合成与数字化处理 • 声音的生理与心理效应研究
01
声音的基本概念
声音的产生
01 声音是由物体的振动产生的。
02
物体振动产生声波，这些声波在传播过程中被空气或
其他介质所吸收。
03
当声波到达人耳时，人耳的鼓膜会受到振动，进而引
应用
在声音处理和录音中，振 幅调整是常见的操作。通 过改变振幅可以增强或减 弱声音的强度。
音质
定义
音质是指声音的品质或听感，包 括清晰度、柔和度、丰满度、平
衡度等。
决定因素
音质由多种因素共同决定，包括 频率、振幅、音色等。它还与环 境噪声、回声和混响等因素有关
。
应用
在音频制作和录音中，音质调整 是关键步骤。通过使用均衡器、 压缩器、混响等工具来改善音质
Adobe Audition是一款功能强大的音频编 辑软件，支持多轨编辑、效果处理、混音等 功能。
Audacity
Audacity是一款免费的开源音频编辑软件，支持多 轨编辑、效果处理、录音等功能。
Pro Tools
Pro Tools是专业的音频制作软件，广泛应 用于音乐制作、电影音效等领域，支持多轨 编辑、效果处理、混音等功能。
采样率与分辨率
声音数字化的过程中，采样率和分辨率是两个关键参数。采样率决 定了音频的频率范围，分辨率决定了音频的动态范围。
数字信号处理
数字信号处理技术可以用于增强数字音频信号的质量，包括降低噪 声、提高清晰度、改变音调等。
音频编辑软件介绍
Adobe Audition
声音的特性
contents
目录
• 声音的基本概念 • 声音的物理特性 • 声音的心理特性 • 声音的应用 • 声音的合成与数字化处理 • 声音的生理与心理效应研究
01
声音的基本概念
声音的产生
01 声音是由物体的振动产生的。
02
物体振动产生声波，这些声波在传播过程中被空气或
其他介质所吸收。
03
当声波到达人耳时，人耳的鼓膜会受到振动，进而引
应用
在声音处理和录音中，振 幅调整是常见的操作。通 过改变振幅可以增强或减 弱声音的强度。
音质
定义
音质是指声音的品质或听感，包 括清晰度、柔和度、丰满度、平
衡度等。
决定因素
音质由多种因素共同决定，包括 频率、振幅、音色等。它还与环 境噪声、回声和混响等因素有关
。
应用
在音频制作和录音中，音质调整 是关键步骤。通过使用均衡器、 压缩器、混响等工具来改善音质
Adobe Audition是一款功能强大的音频编 辑软件，支持多轨编辑、效果处理、混音等 功能。
Audacity
Audacity是一款免费的开源音频编辑软件，支持多 轨编辑、效果处理、录音等功能。
Pro Tools
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人耳的听觉特性PPT课件
36
3.连续谱
连续谱：在频谱 轴上没有断续的频谱 分布称为连续谱。如 右图示：
37
五、可闻声的频域特征
1.共振峰 2.频谱分布
38
1.共振峰
线状谱的峰包 共振峰的高度、位置和数量决 定着每种乐器的特色。
39
2.频谱分布
语 音 音 乐
40
语音
通过对人发出的声音的统计可得到它的谱级分布曲线。 如图所示：
30
3.音律与唱名
十二个音名字： C、 D、 E 、F 、G、 A 、B 其余以#和b半音命名。
唱名：1、2、3、4、5、6、7、i
相邻两个半音的频率比：12 2 / 1 1.05946 / 1
人对音高的区别：1000Hz,Lp=40dB时，一般人 ±3Hz有觉察,调音师±1Hz有觉察
31
定义：
某点声强值与零声级的参考声强值之比的对 数值。如下式所示：
Li
10 lg
I I0
(dB)
式中: I某点声强
I0基准声强(=10-12W/m2) 平面波声强级与声压级的关系
11
平面波声强级与声压级的关系
p2 rms
LI
10 lg I I0
10 lg
p02
0c
400
10 lg
p2 rms
B计权：模拟人耳对70方的纯音的响度指示 。用来
测55dB--85dB
C计权：模拟人耳对100方的纯音的响度指示。用来
测85dB--130dB
Lin计权：不修正，用来测声压级Lp。 D计权：用来测量飞机噪声
21
5.声级计
a.原理框图 b.记权的依据 c.记权曲线
22
a.原理框图
显 示
3.连续谱
连续谱：在频谱 轴上没有断续的频谱 分布称为连续谱。如 右图示：
37
五、可闻声的频域特征
1.共振峰 2.频谱分布
38
1.共振峰
线状谱的峰包 共振峰的高度、位置和数量决 定着每种乐器的特色。
39
2.频谱分布
语 音 音 乐
40
语音
通过对人发出的声音的统计可得到它的谱级分布曲线。 如图所示：
30
3.音律与唱名
十二个音名字： C、 D、 E 、F 、G、 A 、B 其余以#和b半音命名。
唱名：1、2、3、4、5、6、7、i
相邻两个半音的频率比：12 2 / 1 1.05946 / 1
人对音高的区别：1000Hz,Lp=40dB时，一般人 ±3Hz有觉察,调音师±1Hz有觉察
31
定义：
某点声强值与零声级的参考声强值之比的对 数值。如下式所示：
Li
10 lg
I I0
(dB)
式中: I某点声强
I0基准声强(=10-12W/m2) 平面波声强级与声压级的关系
11
平面波声强级与声压级的关系
p2 rms
LI
10 lg I I0
10 lg
p02
0c
400
10 lg
p2 rms
B计权：模拟人耳对70方的纯音的响度指示 。用来
测55dB--85dB
C计权：模拟人耳对100方的纯音的响度指示。用来
测85dB--130dB
Lin计权：不修正，用来测声压级Lp。 D计权：用来测量飞机噪声
21
5.声级计
a.原理框图 b.记权的依据 c.记权曲线
22
a.原理框图
显 示
第二节声音的特性课件(共24张PPT)
1、超声波
①频率大于20000Hz的波； ②人耳听不见，可被仪器检测； ③能被定向发送，遇到很小的物体也能 被反射回来。
[趣味物理]超声波在技术上的应用
今天的物理学家和技术专家已经有方法可以创造振动频率比刚才 说过的高得多的“听不见的声音”，超声波的振动频率可以高到每秒 钟10亿次。
产生超声波的一种方法是利用石英片的一种性能，石英片是用一 定的方法从石英晶体上切下来的，在压缩的情况下，它的表面会起电。
2、次声波
①频率小于20Hz的波；
②人耳听不见，可被仪器检测；
③不容易被大气、水、地层物质吸收， 传播距离远，穿透性强。
次声波是频率为0.0001～20Hz的声波，这个频段通常是人耳听 不到的。由于人体各部位都存在细微而有节奏的脉动，这种脉动频 率一般为2～16Hz，如内脏为4～6Hz，头部为8～12Hz等。人体的 这些固有频率正好在次声波的频率范围内，一旦大功率的次声波作 用于人体，就会引起人体强烈的共振，从而造成极大的伤害。谈到 共振的破坏力，可能不少读者都知道在19世纪的欧洲，曾多次发生 过士兵齐步过桥引发桥体共振，使大桥倒塌的悲剧。坚固的大桥都 可以毁于共振，何况血肉之躯呢！次声武器就是利用频率低于20Hz 的次声波与人体发生共振，使共振的器官或部位发生位移和变形而 造成人体损伤以至死亡的一种武器。
现在各国的研究家都在仔细地研究着超声波。这种振动对于生物能 够起强烈的作用：遇到它们，海草的纤维会裂开，动物的细胞会破碎， 血球会破坏，小鱼和蛙类会在一二分钟里面被杀死。
用超声波做实验的时候，动物的体温会提高，譬如老鼠的体温会提 高到45摄氏度。以后超声波还一定会在医药方面起相当重要的作用；听 不见的超声波会同看不见的紫外线一起，帮助医师治病。
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四、声强
• 声波的强度可以用声压幅度表示.如果声源是一个点声源, 在距声波不太远的范围内,声波的波前为球面,声压幅度 将与距离平方成反比.
• 如果声源很大,或离开声源很远,则声波波前为平面,声压 幅度就不随距离远近而变化,而是保持一个恒定大小.
• 在实际中,由于空气对声波的吸收,声波的能量会逐步损 失,直至使声压幅度为零.
• 也就是说,每个声波都独立地保持自己原有的特性(如频率、 波长、振动方向等).
• 因而,几种乐器同时演奏或几个人同时说话时,我们也能分 辨出各种乐器和各个人的声音.
• 两个声波传到媒质中的一点时,如果两声波在该点产生的 振动是同相的,则这点的振动会加强;如果两声波在该点产 生的振动是反相的,则该点的振动就会相互减弱或抵消.
• 用人耳辨别声音的音调,只需听到振动的几个周期就能分 辨得一清二楚.在听觉范围内人耳能认定和区分大约1500 种不同的音调.
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二、人耳对声音的感受
• 人耳对声音的感受,只能在一定范围的频率及声压级下进 行,在这个范围外的声音人耳是感觉不到的.人耳能感受的 声音频率范围因人而异,也随听音人的年龄而不同.人耳的 可听频率范围为20Hz-20KHz,这个范围外的声音,无论声 压级多高,人耳都听不到.高于20KHz的称为超声;低于 20Hz的称为次声.年轻人可以听到高频上限的声音,超过20 岁后,可听到的频率上限会逐渐下降.
15~20dB.
• 2.中耳
• 由鼓膜和三块听小骨组成.鼓膜是一个漏斗状的薄膜,声波 激励鼓膜振动,并将振动传给三块听小骨.听小骨具有一些 非线性,使人们对一个频率的声音能产生出它的谐音的感 觉.
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• 3.内耳
• 由三个半规管和耳蜗组成.耳蜗呈螺旋形,状似蜗牛,是一骨 质腔体,内部充满淋巴液.耳蜗沿其长度被基底膜分为两部 分,分别称为前庭阶和鼓阶.在基底膜上分布有大量毛细胞, 每根毛细胞上都连有末梢神经.
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第二节 人耳的听觉特性
• 一、人耳的听觉器官
• 图1-5为人耳的剖面图.它分为外耳、中耳和内耳三个部分.
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• 1.外耳
• 由耳廓(耳壳)和外耳道组成.耳廓起收集和向外耳道反射声 音的作用,外耳道将声音传送给中耳.外耳道的自然谐振频 率约为3400Hz,由于外耳道的共鸣,以及人头对声音产生的 反射和衍射,使得人耳对2~4Hz的声音感觉约可提高
第一章 声波的传播特性及人耳的听觉特性
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第一节 声波的传播特性
• 声波是由物体振动产生的,当振动在一定的频率和强度范 围内时,人耳就可以听到.
• 振动发声的物体称为声源,有声波传播的空间称为声场. • 当声源在空气中发声时,媒质也产生振动,于是,振动形成波
动,在空间传播开来,在声源周围形成疏密交替的空气压力 波,即声波. • 在15摄氏度时,大约以340米/秒的速度由声源向外传播.气 体中的声波属于纵波,即波的前进方向与媒质质点的振动 方向在一条直线上.
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• 当两个频率相同,振动方向相同,相位相同或相位差恒定的 声源所发出的声波叠加时,会使某些点的振动加强,某些点 的振动减弱,甚至被抵消而不振动,这种现象称为声波的干 涉现象.
• 产生干涉的声波称为相干Байду номын сангаас波,相应的声源称为相干声源.
• 当一个声源处于两个具有很小吸声性能的平行界面之间时, 垂直入射的声波与反射声波会产生干涉现象,干涉的结果 在空间形成振幅分布恒定不变的振动,这种情况称为驻波.
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• 尺寸比波长小的声源所发出的声波是以球面扩展的,波阵 面为球面,这种声波称为球面声波.这种声源称为点声源.
• 现实中的声源,即使具有一定的尺寸,但在距离与声源尺寸 相比充分远时,也可将它看作点声源,在这样距离里处得到 球面声波.
• 当距离远到一定程度时,波阵面即与平面声波的波阵面相 接近,可看做平面声波.
• 人耳听音的详细过程如下:声音经过耳廓和外耳道到达鼓 膜,使鼓膜产生相应的振动.鼓膜的振动经类似杠杆系统的 三个听小骨放大后,传到耳蜗的卵形窗,并传递给耳蜗内的 淋巴液.耳蜗通过大约4000根神经末梢与大脑相连.
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• 耳蜗是一选频器官.高频声音激励靠近卵形窗的神经末梢; 中频声音激励中部的神经末梢;末端的神经末梢则被低频 的声音激励。
• 如图1-4所示,当声波在传播过程中遇到有小孔的大障碍物 时,如果小孔宽度大于声波波长,声波将从小孔穿过向前传 播;如果小孔宽度小于声波波长,则在障碍物的另一侧的声 波有如一个以小孔为中心的新的声源发射的声波.当声波 的波长远大于障碍物尺寸时,声波可绕过障碍物向前前进; 当声波的波长远小于障碍物尺寸时,声波会被反射一部分, 并在障碍物后面形成一无声区.
• 两个频率相近,强度相差不多的声波相遇时,由于两者间的 相位差时刻在变化而使叠加后的声波振幅做周期变化,合 成的声波会在时间上有强弱的变化,这种现象称为拍.振幅 变化的频率等于原来两个频率之差,称为拍频.
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三、声波的衍射和绕射
• 由于媒质中的障碍物或其他不连续性而引起声波波阵面 畸变的现象称为衍射(或绕射).
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• 当声源在一个凹界面前,声波会产生聚焦,如图1-2所示.对 于播音室来说,为了良好扩散,应避免凹界面.
• 当声源在一个凸界面前,声波会产生扩散,如图1-3所示.播 音室中经常采用凸面结构,以增加声波的扩散,使声场中声 能密度均匀.
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二、声波的干涉
• 由几个声源产生的声波,同时在同一媒质中传播时,如果几 个声波在某点相遇,在相遇处媒质质点的振动将是各个声 波所引起的分位移和矢量和,就是声波的叠加原理.
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一、声波的反射
• 声波在前进过程中如果遇到尺寸甚大于声波波长的坚 硬界面,会产生反射.
• 声波从界面反射的角度与声波入射到界面的角度相等, 即反射角等于入射角.
• 反射的声波如同从界面后面与声源相对应位置处发射 出来的一样,即如同在该位置处有一声源,称为虚声源,也 称为镜像声源,它与界面的距离等于声源与界面的距离, 如图1-1所示.
• 当耳蜗的某个范围被相应频率的声音激励时,这个部位的 毛细胞就会使相连的神经末梢发出电脉冲,并将电脉冲传 递给大脑.每单位时间的脉冲数取决于声音的强度.声音越 强,毛细胞受到的激励越强烈,单位时间内传给大脑的脉冲 数就越多.因此,耳蜗是个很好的声音分析仪,它能从一个复 合的声音中分辨出各个频率成分.