声学基础知识

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。
拨弦古钢琴C\523.2Hz\1 拨弦古钢琴 电子大钢琴C\523.2Hz\1 电子大钢琴 音高\频率 唱名 音高 频率\唱名 键盘位置关系 频率 唱名\键盘位置关系
痛阀
听阀
频率听觉范围实验:频率发生器 频率发生器
第四节 声音的三要素
声音的听觉心理主观感受主要有：音高、响度、音色等特性， 音高、响度、音色 音高 又称为声音“三要素”。 一、音调：音调也称音高，表示人耳对声音调子高低的主观感受，客观上 音调： 音高大小主要取决于声波基频的高低，频率高则音调高，反之则低，单位 用赫兹(Hz)表示。 音调的变化与频率的关系是对数关系，频率每高一倍 一个倍频程）、音调 频率每高一倍(一个倍频程）、 频率每高一倍 一个倍频程）、音调 就高一个八度 八度。 就高一个八度。音调的单位是“美”，通常定义响度为40方的1kHz纯音的 音高为1000美，赫兹与“美”同样是表示音高的两个不同概念的单位。
拨弦古钢琴C\523.2Hz\1 拨弦古钢琴 电子大钢琴C\523.2Hz\1 电子大钢琴 原音钢C\523.2Hz\1 原音钢 盛大钢琴C\523.2Hz\1 盛大钢琴
声音的三要素小结 声音的三要素小结
另外，表征声音的其它物理特性还有：音值，又称音长， 另外，表征声音的其它物理特性还有：音值，又称音长， 是由振动持续时间的长短决定的。持续的时间长，音则长； 是由振动持续时间的长短决定的。持续的时间长，音则长；反 之则短。 之则短。 从以上主观描述声音的三个主要特征看， 从以上主观描述声音的三个主要特征看，人耳的听觉特性 并非完全线性。声音传到人的耳内经处理后，除了基音外， 并非完全线性。声音传到人的耳内经处理后，除了基音外，还 会产生各种谐音及它们的和音和差音 和音和差音， 会产生各种谐音及它们的和音和差音，并不是所有这些成分都 能被人感觉。 能被人感觉。 人耳对声音具有接收、选择、分析、判断响度、 人耳对声音具有接收、选择、分析、判断响度、音高和音 品的功能，例如， 品的功能，例如，人耳对高频声音信号只能感受到对声音定位 有决定性影响的时域波形的包络(特别是变化快的包络在内耳 有决定性影响的时域波形的包络 特别是变化快的包络在内耳 的延时)， 的延时 ，而感觉不出单个周期的波形和判断不出频率非常接 近的高频信号的方向；以及对声音幅度分辨率低， 近的高频信号的方向；以及对声音幅度分辨率低，对相位失真 不敏感等。这些涉及到心理声学和生理声学方面的复杂问题。 心理声学和生理声学方面的复杂问题 不敏感等。这些涉及到心理声学和生理声学方面的复杂问题。
音高\频率 唱名 音高 频率\唱名 键盘位置关系 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 音高 频率\唱名 键盘位置关系 频率 唱名\键盘位置关系−1210 −12 W Nhomakorabea m 2
W
第三节 人耳的听觉范围
一、听力范围：人耳对不同强度、不同频率声音的听觉范围称为声域。 听力范围： 20Hz～20KHz为可听声；低于20Hz为次声；高于20KHz为超声； 青年人1000Hz 、0dB--听阀；1000Hz 、120dB--痛阀。 二、声压级范围： 声压级范围： 其他频率可听声的听力阀和痛阀与1000Hz声音不同，低于1000Hz和高于 4000Hz的听阀都高于0dB，即人耳对它们的灵敏度较差；听阀曲线最低的 是3000～4000Hz的声音。
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 波阵面和声线： 波到达的各点所连成的面称为波阵面 波阵面。波阵面为平面的称平面波（如管子中的声波）， 波阵面 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： 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。 纵波： 纵波：质点的振动方向和波的传播方向相互平行,这种波称为纵波。 二、声波的反射和折射 声波和光波一样，反射时入射角等于反射角；折射时入射角 正弦与折射角正弦之比等于两媒质的声速比。 三、声波的衍射
不同素材的声音响度不同时的对比。 不同素材的声音响度不同时的对比。
钢琴：1KHz 钢琴：1KHz增加5分贝（dB）
音效：汽车 音效：汽车 增加 5dB
等响度： 等响度：
人耳的可听阀是一个类似“V”字形曲线，除中音外，对高音和低音都不 够 敏感，要感到同样响度，高音和低音需要较大的声压级。 例如，200Hz的30dB的 例如， 的 的 声音和1kHz的10dB的 声音和 的 的 声音在人耳听起来具有 相同的响度， 相同的响度，这就是所 谓的“等响度”。 谓的“等响度” 通常认为，对于1kHz纯 音，0dB-20dB为宁静声， 30dB--40dB为微弱声， 50dB-70dB为正常声， 80dB-100dB为响音声， 110dB-130dB为极响声。 而对于1kHz以外的可听 声，在同一级等响度曲 线上有无数个等效的声 压-频率值，
原音钢C\523.2Hz\1 原音钢 盛大钢琴C\523.2Hz\1 盛大钢琴
三、音色 每个基音都有固有的频率和不同响度的泛音，借此可以区别其它具有相同 响度和音调的声音。声音波形各次谐波的比例和随时间的衰减大小决定了 各种声源的音色特征，其包络是每个周期波峰间的连线，包络的陡缓影响 声音强度的瞬态特性。 声音的音色色彩纷呈，变化万千，高保 真(Hi-Fi)音响的目标就是要尽可能准确地 传输、还原重建原始声场的一切特征， 使人们真实地感受到诸如声源定位感、 空间包围感、层次厚度感等各种临场听 感的立体环绕声效果。
等响度： 等响度： 人耳对3-5kHz声音最敏感，幅度很小的声音都能被人耳听到，而在低频区(如 声音最敏感，幅度很小的声音都能被人耳听到，而在低频区 如 人耳对 声音最敏感 小于800Hz)和高频区 如大于 和高频区(如大于 人耳对声音的灵敏度要低得多。 小于 和高频区 如大于5kHz)人耳对声音的灵敏度要低得多。 人耳对声音的灵敏度要低得多 小于0dB听阈和大于140dB 痛阈时为不可听声，即使 是人耳最敏感频率范围的 声音，人耳也觉察不到。 人耳对不同频率的声音听 阈和痛阈不一样，灵敏度 也不一样。人耳的痛阈受 频率的影响不大，而听阈 随频率变化相当敏感。 一般应特别重视加强低频 音量。通常200Hz--3kHz 语音的声压级以60dB70dB为宜，频率范围较宽 的音乐的声压级以80dB90dB最佳。
反 射
折 射
当波在传播过程中遇到障碍物或有孔的障板时,其传播方向绕过障碍物发生偏折弯曲传播 的现象,称为波的衍射，也称之为绕射。 频率越高越难产生衍射； 当障碍物的尺寸小于5λ时，声波会绕过障碍物； 当障碍物的尺寸为5λ～10λ时，一部分声波会绕过 障碍物； 当障碍物的尺寸接近30λ时，声波几乎完全会被障 碍物遮挡。
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， 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。 主要取决于声波的振幅大小。 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”。
人站在一米处大声说话，声压约为
0.05～ 0.05～0.1 Pa
二、声速、频率、周期和波长： 声速、频率、周期和波长： 声波在一秒内传播的距离为声速，以C 声波在一秒内传播的距离为声速，以C表示，单位是 m/s （米／秒）； 常温（15度）时，C=340 常温（15度）时，C=340 m/s 。 声波在一秒内振动的次数为频率，以f 声波在一秒内振动的次数为频率，以f 表示，单位是 Hz；1KHz=1000Hz 。 Hz； 周期性振动完成一次振动所需的时间为周期，以T表示，单位是s 周期性振动完成一次振动所需的时间为周期，以T表示，单位是s（秒）。 频率和周期互为倒数 T=1/ f ； 声波每振动一次所走过的距离为波长，以 表示，单位是m 声波每振动一次所走过的距离为波长，以λ表示，单位是m（米） 声速、频率、波长之间的关系：
波阵面、声线、声波的反射、折射、衍射、驻波 波阵面、声线、声波的反射、折射、衍射、
人耳的几种效应\ 人耳的几种效应\
掩蔽效应、双耳效应、主观音、鸡尾酒会效应、哈斯效应 掩蔽效应、双耳效应、主观音、鸡尾酒会效应、
第一章 声音与人耳听觉特性
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： 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。 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 人耳刚好能听到的声压约为
三、声功率和声强 单位时间内，穿过垂直于声波传播方向给定面积的声能通量为声功率（P 单位是W 单位时间内，穿过垂直于声波传播方向给定面积的声能通量为声功率（P）,单位是W ； 单位面积上的声功率为声强，以 表示，单位是W/m²（瓦／平方米）。 单位面积上的声功率为声强，以 I 表示，单位是W/m²（瓦／平方米）。 四、声级 人耳对声压和强度变化的敏感度与强度变化的绝对值不成正比，而与强度变化的对数 值成正比。 声压级增加10分贝，人们感到响度约增加一倍，声压级、声强级和声功率级的单位为 声压级增加10分贝，人们感到响度约增加一倍，声压级、声强级和声功率级的单位为 dB(分贝) dB(分贝) ; 1、声压级 P0为基准声压数值等于 P0为基准声压数值等于 也可写成 LP = 20 lg p + 94dB P为待求声压级的声压。
四、驻波： 驻波： 由两列振幅及频率相同的声波在同一直线上沿相反方向传播时叠加形成的波。
它表示各点都在作简谐振动，各点振动的频率相同，是原来波的频率。但各点振幅 随位置的不同而不同。 振幅：各处不等大，出现了波腹（振幅最大处）和波节（振幅最小处）。相邻波节 间距 λ/2。
第七节 人耳的几种效应
一、掩蔽效应 其它声（噪声）的存在，使得人们对目标声音的听力降低。其规律如下： 1、低频声易掩蔽高频声，而高频声不易掩蔽低频声。 2、掩蔽声的声压级越高，掩蔽能力越强，频带也越宽。 3、掩蔽声的频带越宽，对目标声掩蔽的频带越宽。 4 4、掩蔽声与目标声的频率越接近，掩蔽能力也越强。 5、频率相近的纯音容易掩蔽，但过于接近则会产生差拍，反而使掩蔽减弱。 二、双耳效应 1、双耳可听到比单耳更小的声音，差值3dB；声压35dB以上时差值6dB。 2、双耳可正确的确定音源的方位，但随着声音的性质和周围的情况而改变。 三、主观音 当声音变强时，人耳会感觉到原来声音中所没有的频率声音，这是因为人耳中传输 声音的机构有非线性而产生了失真，除了基音外，还会产生各种谐音及它们的和音 和差音。声音越强谐波的次数越高。
I (dB) 2、声强级 LI = 10lg 、 IO P (dB) 3、声功率级 LP = 10lg 、 PO
Io为基准声强数值等于 Io为基准声强数值等于 也可写成 LI = 10 lg I + 120dB I为待求声强级的声强。 P0为基准声功率级数值等于10 P0为基准 数值等于 P为待求 为待求声功率级的声功率。 的 。 也可写成 LP = 10lg P + 120dB
声学基础知识
声音与人耳听觉特性\ 声音与人耳听觉特性\
声音和声波、声压、声速、频率、周期、 声音和声波、声压、声速、频率、周期、泼长
声功率\声强\ 声功率\声强\声级 人耳的听觉范围\听力范围、 人耳的听觉范围\听力范围、听力范围 声音的三要素\音高、响度、 声音的三要素\音高、响度、音色 声波的传播\ 声波的传播\