声学知识培训

• 由于扬声器振膜前后辐射的声波，其相位 相差，在低频时，这种反相的声波会相互 干涉而使声波削弱，从而使扬声器的低频 性能下降。
• 为了提高扬声器的低频重放性能，必须防止这种 反相波的干涉。如果将直接辐射式扬声器安装在 无限大障板上，则可以防止前后声波的干涉。但 这只是一种理想状态，在实际上及设计上都是不 方便。因此，在实际上是使用有限障板来尽量减 小后面所发声音的影响。 • 一般来说，都是将扬声器装入箱体中，从而隔断 了扬声器前后辐射的声音，不会因为它们的干涉 而影响低声频特性。对于较大尺寸的扬声器箱， 有敞开式扬声器箱、封闭式扬声器箱以及倒相式 扬声器箱。图4－3是封闭式扬声器箱的示意图。
• 声学家们研究还发现，人耳对音调的感觉， 不仅和频率有关系，而且还和声音的强度 有关。保持频率不变，改变声压级，听觉 上会感到音调发生了变化。对于低频，提 高声压，让人觉得音调变低了，对于 1000Hz以上的中高频，提高声压，则会感 到音调提高了。
音色
• 音色就是声音的特色。 • 乐队演奏时，每一个相同的音符，各个乐器发 出的音调（频率）都是一样的，但人们的耳朵 还是分得清不同乐器发出的声音，原因就在于 每个乐器发出的乐音的音色不一样。 • 19世纪初，法国伟大的数学家傅里叶告诉我们， 任何一个复杂的周期性非正弦波f(t)，都可以 分解成许多个频率与幅度各不相同的单一的正 弦波。 • 德国伟大的声学家赫尔姆兹说，音色实质上去
• 扬声器是一种电声换能器。它通过某种物理效应 把电能转换成声能。用以实现电声能转换的物理 效应有很多，按物理效应的不同，可以把扬声器 分成若干类型，用的最多的是电动扬声器。它是 利用磁场载流导体的作用来实现电声能转换的， 如果将磁场中的导体做成音圈的形式，则又称为 动圈扬声器。扬声器的磁路系统构成环形磁间隙 ，其间布满均匀磁场。扬声器的振动系统由导线 绕成的音圈和与之连接的振膜组成。音圈被馈入 信号电压后，产生电流，音圈切割磁力线，产生 作用力，带动振膜一起运动，振膜策动空气发出 相应的声音。
1.声音的相关概念 2.手机的一些音频测试参数
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声音的产生
• 任何声音的发生，都是来自于物体的振动， 产生声波。人声的振动体是声带；鼓的振 动体是皮；弦乐器的振动体是弦；管乐器 的振动体是簧；蟋蟀知了的振动体是翅膀。 • 振动物体将它的振动传给周围的弹性物质, 弹性物质又将振动传到人的耳朵,听觉系统 感受到振动,并对其中的20Hz~20000Hz的频 率成分作出反应,就形成了声音.
二.发送响度评定值
• 发送响度评定值(SLR)是一种基于客观单音测 试的表示发送灵敏度的方法，这种测试表征收 听者对话音信号的感受。 • 响度评定值是用来表示响度的单位，但不是 表示绝对响度的单位。它是用插人到中间参考 系统(IRS)的语言通道、与频率无关的传输损耗 值来表示。插人这些损耗以后，可以使收听到 的响度与被测语言通道的响度相等。 • 发送响度评定值可用如下公式计算得出:
Type 1 人工耳
Type 3.2 人工耳
四.接收响度评定值
• 接收响度评定值(RLR)是一种基于客观单音 测试的表示接收灵敏度的方法，这种测试 表征收听者对话音信号的感受. • 接收响度评定值可用如下公式计算得出:
• 由于目前在P.64中提到的用仿真耳测得的接收灵敏度并 不直接适用于计算响度评定值，对它必须作适当修正， 以补偿实际通话条件下在人耳中的声压与用仿真耳测得 的声压之差，即修正系数LE。这可以部分地归因于仿真 • 耳和实际人耳之间存在着可以感觉得到的声泄露LE(在现 • 有建议的仿真耳结构中，这种泄露并没有考虑进去)， 还有部分可以归因于耳机外廓和人耳外廓之间所包括的 容积增加。因此，必须对测得的各频率点的接收灵敏度 进行修正。当用Type3.2仿真耳进行测量时，因为在仿真 耳部分已经考虑到了耳承泄露因素，所以将LE设置为0. • RLR=2±3 dB 当有音量控制器时，对至少某一控制值， RLR应满足这个要求 • 音量最大时，RLR不小于-13，音量最小时RLR不大于18
五.侧音掩蔽评定值(STMR)
• 从手机送话器到受话器的声传输叫做侧音。 侧音通道就是发话者讲话时能听到自己声 音的一种传输通道。侧音掩蔽评定值是基 于客观单音的测试，表示仿真嘴至仿真耳 间的通路损耗，这种测试表征说话者讲话 时对他本人话音的感受。如果侧音损耗太 小，则回到自己耳朵的话音声级太响，致 使用户满意度下降;如果侧音损耗太大，会 使电话的声音听起来很“死”，好像一个 人在独自讲话。
• 在噪声测试仪器中，利用模拟人的听觉的某些特性，对不同频 率的声压级予以增减，以使直接读出主观反映人耳对噪声的感 觉数值来，这种通过频率计权的网络读出的声级，成为计权声 级。 • 计权网络有A、B、C、D，最常用的是A计权和C计权。 • A计权网络是模拟响度级为40phon的等响曲线的倒置曲线，它 对低频声（500Hz以下）有较大的衰减。B网络是模拟人耳对 70phon纯音的响应，它近似于响度级为70phon的等响曲线的倒 置曲线，它对低频段的声音有一定的衰减。C等响曲线的倒置曲 线，它对低频段的声音有一定的衰减。C网络是模拟人耳对 100phon的等响曲线倒置相接近，它对可听声所有频率基本不 衰减。D计权网络是对高频做了补偿，它主要用了航空噪声的 评价。上述经各种计权网络测得的声压级，即为响应的声级。 如经A计权网络测得的声压级为A计权声级，单位是dB(A).
SLR=8±3 dB。
三.接收灵敏度/频率响应
• 接收灵敏度/频率响应是输人测试信号频率 的函数，是指输出声压与输人电平之比。 在100~4000Hz频段内，音频分析仪用1/12 倍频间隔测试输出声压。接收灵敏度可以 用下式来表示:
• 上式中Pe是仿真耳中的声压，1/2Ej是内阻为600欧姆信 号源开路电压的一半。信号源位于音频分析仪的 Generator部分。在模拟电话测量中Ej=-12dBV ,1 /2Ej=18dBV。为了与模拟电话测试相适应，在接收灵敏度/频 率响应和接收响度评定值测量中，信号源的输出信号电 平为一16dBm0(-18dBV)。测试通路如下:音频分析仪 • 的Generator产生模拟信号，作为系统模拟器的语音编码 • 器的输人;经过系统模拟器的调制，将信号发出;手机接 • 收此信号，将信号解调;最终经过数模变换，可由音频 分析仪的Analyzer部分测得手机的receiver在仿真耳中产 • 生的声压。
p • 式中 pe为待测声压的有效值； ref 为参考声压。 • 在空气中，参考声压一般取为2×10－5Pa，这个数值 是正常人耳对1kHz声音刚刚能觉察其存在的声压值， 也就是1kHz声音的可听阈声压，一般讲，低于这一 声压值，人耳就再也不能觉察出这声音的存在了。 显然该可听阈声压的声压级即为零分贝。
一.发送灵敏度/频率响应
• 发送灵敏度/频率响应是输入测试信号频率的函数，是指输出 电平与输人声压之比在100~4000Hz频段内，音频分析仪用1/12 倍频间隔测试输出电平。发送灵敏度可以用下式来表示:
•
上式中，Pm是嘴参考点上的声压。参考点上的声压是在不安放 手柄时测量的，然后在保持仿真嘴声源不变的情况下，把手柄 按照响度评定值保护环位置((LRGP)放到仿真嘴前方规定的位置。 在模拟电话测量中，测试信号是100~4000Hz频率范围内以1/12 倍频程频率间隔为中心频率的正弦信号，Pm是指每一频率点在 嘴参考点上的声压。但是，在移动数字终端的测量中，由于移 动终端声码器的编码特性，单频正弦信号已不适用于移动终端 的语音性能测试，必须用P.50和P.501规定的仿真语音和复合测 试信号来进行测试。此时，Pm是指嘴参考点处100~4000Hz频率 范围内的声压。
响度
• 人们对响度的感觉就是对声音的主观反映。
• 声音的响度与振幅有关，声压越大，响度 也就越大。但同时，人耳对不同频率声音 的响度感觉又是不同的，频率越低，响度 感觉越差，频率越高，响度感觉同样会变 差
音调
• 音调表示人对声音振动频率高低的心理感受量,单位 是美(mei),所谓美,是将频率为1000Hz,声压级为40dB 的纯音的音调定为1000美，音调与声源振动频率正 相关，频率越低，音调越低，频率越高，音调越高。 • 人耳能分辨出的最小频率差，也就是能分辨出的最 音调差与频率的高低有关系，频率差要大于3/1000 人耳才能分辨出，也就是说，如果有一频率为 1000Hz的纯音，当它的频率升高到1003Hz时，人耳 才辨别出它们之间音调差别。如果频率是3000Hz， 则其频率变化就应达到9Hz，人耳才能觉察出音调 的差别。
• Vj是手机发送电路的输出电压，经过如下的通 路测得:音频分析仪的Generator部分输出模拟 信号，使人工嘴发出声仿真语音;手机接收到 此信号，首先手机的麦克风将声信号变换成电 信号，之后手机的基带电路对此电信号进行处 理，经过模数变换、数字滤波、语音编码等， 经过射频电路的调制，将信号发出;系统模拟 器接收到信号之后，进行解调，并将系统模拟 器语音解码器的输出送给音频分析仪的 Analyzer部分，测出手机发送电路的电输出。
声音的分类
• • • • • • • • 声音的频率范围分类: 次声 可听声 超声 按声音的频谱分类 纯音(单一频率的声音) 复音(由频率不同的一些纯音组合而成的声音) 单音(由一个基音和它整数倍的谐音合成的声 音)
声压
声压级
• 声压级以符号SPL来表示，其定义为
S PL 2 0lo g10 pe p ref ( d B)
• 如果接收到的声音里增加了新谐波成份称 为谐波失真，
• THD=
• THD+N=
声压单位换算
• dBSPL • dBPa • dBPa/V • dBV/Pa
频率的心理感受
• • • • • • • • • • 30HZ-80Hz的声音给人一种深沉，震撼和地动山摇的感觉。这段频率理论上在 人的听觉范围之内，但人耳对它们很不敏感，更多的是通才过身体，皮肤， 五脏六腑受压迫来感觉到。 50-120Hz的声音，是人耳能听到的最壮丽的低音，它给人以雄壮有力，而有 宽广宏大的感觉 100HZ~500HZ的声音，听起来敦厚，扎实 低音重现不足，声音必然单薄乏力。过分提升，又容易显得混浊不清。 从300HZ的中低音往上延伸，声音逐渐进入中频段，力度感逐渐消失，开始变 得清楚明亮透明，越接近4000Hz，声音变得越来越锐利. 不管是语言还是乐器的声音,中频段所包含的信息,都是最丰富的, 因为许许多多的声源的基音和大部分泛音,都落在这一区域.一般来讲,中频段 过强,声音会因为失去高低音的陪伴而显的生硬,但如果压得过低,又会使语音 含混不清,在过强的高低音的干扰下而飘忽不定. 从3000Hz往上至10000Hz,进入高音区,声音开始由清楚明亮,变得清脆纤细.高音 严重不足,声音则会显得暗淡,失去色彩,但高音过度提升则会 使人尖刺,烦躁. 10000HZ以上的超高音,细如游丝的声音也才会有挑动心弦的感觉.
• 但是对于手机和无绳电话子机上的微型扬 声器来说，除了扬声器背面和机壳形成的 腔体，我们通常称为后腔之外，扬声器正 面和机壳也会形成一个腔体，称为前腔， 机壳正面还有出声孔，还有密封不好形成 的泄露孔，这些孔和腔体对扬声器的性能 都会有不一样的影响。
• 在YD/T 1215-2002标准中仅包含了前言中提 到的7项要求，也是数字移动终端中最主要 的7项音频性能指标，下面先对这7项指标 进行分析。
• 主观判据 • 响度级LN：单位为“方”(Phons），为了确 定某一声音的轻与响的程度，把它和另一 个标准的1KHz的声音相比较，调节1KHz纯 音的声压级，使它和所研究的声音听起来 有同样的响，这时1KHz纯音的声压级就被 定义为该声音的响度级。
失真
• 1、线性失真：重发后的信号与原始信号相 比，频率成份不变，但各频率成分的振幅 或相位发生变化，从而产生音质变化或声 染色，我们称之为线性失真。 • 2.非线性失真：重发后的信号与原始信号相 比，出现了新的频率成份，我们称之为非 线性失真。这种非线性失真对音质产生的 影响是很难用信号处理的方法加以消除的。