专业数字音响与DSP

声波的干涉
当具有相同或相近频率的两个或两个以上波源 所发出的波相遇叠加时，在波重叠的区域内某 些点处，振动始终彼此加强，而在另一些位置，
振动始终互相削弱或抵消，这种现象叫做波 的干涉。
▪ 驻波是干涉的一种特例，它由两列振幅和频
率相同的声波在同一直线上沿相反方向传播时 叠加而成。
➢ 驻波
驻波的形成
•运用人耳的掩蔽效应和 “听闻阈值”来将听不到 的声音去掉, 压缩信息冗余度,提高压缩率。
二、哈斯效应
▪ 当两个相同声音的时间差小于50ms时，人的听
觉将声音方向定位为先到达的声音方向。
▪ 当时间差超过50ms时，若后到达的声音有足够
的声级，则会干扰先到的声音，形成回声效果。
应用：扩声系统中应用延时器改善回声问题。
在室内声场充分扩散的条件下，当声场达到稳态时， 在距该声源r处的声压级为
Lp
LW
10 lg( Q
4 r2
4) R
(dB)
其中：LW:声源的声功率级（dB）
r：接收点离开声源的距离（m）
R：房间常数，R S
1
：室内平均吸声系数
（ m2）
S：室内总表面积（m2）
Q：声源指向性因数
声源指向性因数
Q=1 Q=2
录音棚
专业音响与DSP
张承云
广州大学机械与电气工程学院 ADI-广州大学信号处理联合实验室 cyzhang@gzhu.edu.cn 13710764576
2010.3.2
目录
1. 专业音响技术基础知识 2. 专业音响相关产品 3. DSP在专业音响中的应用
音响系统的作用
有人类就有聚会:祭祀神灵、丰收庆典、戏剧集会、 婚丧嫁娶、战争典礼等.
例: 30段软件图示均衡器按1/3倍频程划分频带
声音大小的量度
声音大小（强弱）可用：
✓声压； ✓声压级； ✓声强； ✓声强级； ✓声功率； ✓声功率级等物理量表示。
▪ 声压级（Sound pressure level SPL)：
LP=20 ㏒ p/p0 dB p —声压 p0 —基准声压，2×10-5Pa=20 μPa
上限和下限截止频率的一般关系
f2 2n f1
n: 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。
源自文库
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
fc f1f2
1/3倍频程和1/1倍频程的中心频率和带宽
1/3倍频程和1/1倍频程的中心频率和带宽
声音传播特性:
室内 (indoor)
室内声的分类
1、直达声、早期反射声与混响声
（1）直达声：声源直接到达接收点的声音
（2）早期反射声：直达声到后相对延时50ms内 到达的反射声。
（3）混响声：在早期反射声后陆续到达的，经 过多次反射后的声音统称为混响声。
混响时间：当室内声场达到稳态后，令声源停止发 声，自此刻起至声压级衰变60dB所经历的时间，记 作T60，或RT，单位是秒。
为什么要用音响系统？
音响系统的作用
➢自然声源(人声、乐器声等）:能量有限，声压级随传播距离增大而衰减； ➢声源有指向性，声音在听音区域内分布不均匀； ➢现有声音各频带不均衡； ➢有多个声源，需按不同比例混合； ➢希望给现有声音添加效果；
➢……
使用音响系统
模拟音响
(易引入噪声和畸变，影响 音质; 一致性不好. )
可以是气体，也可以是固体或液体。 3、声波是纵波。
▪ 人耳能感觉到的声波频率范围约为
20-20000Hz；
▪ 低于20Hz的声波称为次声（Subsonic)； ▪ 高于20000Hz的声波称为超声（Super sound)；
▪ 声速（Speed of sound)：声波在弹性媒质中
的传播速度。 符号c 单位m/s 通常室温下空气中的声速约为340m/s，
钢中的声速为5000m/s， 松木中的声速为3320m/s， 水中的声速为1450m/s。
频程
▪ 在声学测量中，不可能测量每一个频率，而总是
取一个频率区间(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。
数字音响
(数字实现，很灵活、易做到低成本; 电性能指标高,一致性好. )
音响系统应用场合
很多场所都需要用到音响系统
文化广场、大型表演
大
烛
型
光
演
晚
唱
刚可觉察
人耳的两个重要听觉特性
一、掩蔽效应 二、哈斯效应
一、掩蔽效应
▪ 一个声音的听阈因另一声音的存在而提高的现
象，称为掩蔽效应
▪ 例: 假设听清声音A,
声压级要40dB
若同时又听见声音B，A声音提高到52dB，
比原来高12dB。
B: 掩蔽声，A:被掩蔽声。
掩蔽效应的应用
声音掩蔽与数字音频压缩技术
Q=4
Q=8
听觉的主观感受
等 响 曲 线
• 100Hz:声压级=40dB
1kHz:声压级= 0dB
人耳刚能听到
• 标准的监听:
声压级应在80dB-90dB之间. 原因: 这样不同频率引起的响度不平衡差别相
对减少，声音的主观听觉偏差较小。
声压级变化与响度感觉
声压级的变化 1 dB
2~3 dB
响度感觉 几乎觉察不出来
今天人类社会的聚会活动就更加丰富多彩: 会议交流、电影、音乐、戏剧、话剧、歌舞剧、实况电
视演播、宴会、酒会、舞会、文艺表演、KTV、DISCO、 体育活动、新闻发布会、时装发布会、展览展示推广会、 大型指挥调度等等。
离不开声音
声音的产生与传播
1、声源：能产生声音的振动物体 2、声音必须经过一定的介质才能传播，传播介质
声音传播特性:
▪ 声压级随距离的变化
点声源向自由空间幅射声能，距离增加一倍， 声压级衰减6dB，这称为平方反比定律。
声源的指向性 声源向各个方向辐射的声音能量不一样，称为指向性 例如人在讲话时，正面声音最大，背面声音最小。
频率越高指向性越强。
声能的分布
指向性较 弱的声源
指向性较 强的声源
室内稳态声场声压级
混响时间 Reverberation time
ON 声源
OFF
Linear
室内音响
1/1,000,000
dB
-60 dB
混响时间（s）
室内声场特点
1. 声波在各个界面引起一系列的反射，吸收与透射。 2. 与自由声场有不同的音质 3. 由于房间的共振可能引起某些频率的声音被加强或
减弱 4. 声能的空间分布发生了变化。