第二章 声音广播基础知识

2.1 声音的基础知识
1.声音的产生和传播
波长: 声波在一个周期的时间内传播的距离。 声速V: 声波每秒内传播的距离。单位：m/s 波长、声速和频率的关系：v＝f , ＝v/ f 声速与传播的媒介有关: 常温下,空气中的声速为:340米/秒 钢铁中的声速为:5000米/秒
声波的传播特性

33
2、扬声器的主要性能指标
(2)频率特性 频率响应：在规定的音频电压作用下，扬声器轴向一定距 离处的辐射声压级随频率变化的特性，称为扬声器的频率响 应。 频率特性是衡量扬声器放声频率范围的指标。高保真放音 系统要求扬声器系统应能重放 20Hz～2000Hz的人耳可听音 域。由于用单只扬声器不易达到该频率范围，因此， 目前高 保真音箱系统采用高、中、 低 3种扬声器组合来实现全频带 重放覆盖。此外， 高保真扬声器的频率特性应尽量趋于平坦 ，否则会引入重放的频率失真。
• 分贝的应用
对于电信号: •
• •
P=I2R=U2/R
功率放大倍数：10lgPo/Pi (dB)
电压放大倍数：20lgUo/Ui (dB) 功率电平级：10lgP/Pr (dBm) 其中，Pr 为参考功率，Pr =1(mW)=0dBm 1W=1000mW=30dBm
•
电压电平级：20lgU/Ur (dBv)

响度 ：人耳对声音的强弱的主观感觉
与物体振动的幅度有关

可以用声压级来表示。即以基准声压作为参考所得分贝值
声压级：20lgP/Pr (dB)
Pr＝2×10-5 （Pa）为参考声压

响度取决于声强，但也与声音频率有关。 人耳能感受到120dB的声音动态范围,而目前广播只能达 到约70dB的动态范围


听觉的灵敏度 人耳对声压、频率及方位的判断能力称为听觉 灵敏度。
3.分贝的概念和应用

分贝的概念 分贝是用来表示声音或电信号的量值增减程度 的一种计算单位。
在电声技术中，对于两个相同单位的声学量（如 声强I 和声压P）或电量（如功率W和电压U），如果 将它们之间的比值取对数，其单位即为分贝（dB）。
声功率，用符号I表示，单位是W/ m2。
基准声强：10
-12
W/m2
2.人的听觉和声音特性
• 人耳能够感知的声音 频率范围为：20Hz20kHz， 低于20Hz的声音称为 次声，高于20kHz的 声音称为超声。 • 人耳能够感知的声音 强度范围为：1:1012。
声波
外耳道
鼓膜
耳骨
中耳
淋巴液
耳蜗
马蹄形磁铁
（4）驻极体电容传声器
电容极板采用驻极体材料，存在永久电荷。
（5）无线传声器
由传声器头、小型发射机、小型接收机组成
2.传声器的主要性能 （1）灵敏度 当向传声器的振动膜片施加1帕的声压时， 传声器输出端开路时的电压值。 单位：毫伏/帕（mV/Pa） 灵敏度表示传声器的声－电转换效率。
34
2、扬声器的主要性能指标
(3)额定阻抗 额定阻抗是指扬声器工作在额定功率状态下，加在扬声器 输入端的电压与流过扬声器的电流的比值。 现在，扬声器的额定阻抗一般有2Ω、4Ω、8Ω、16Ω、32Ω 等几种。 扬声器额定阻抗是在输入400Hz信号电压情况下测得的， 它并不等于扬声器音圈的直流电阻，一般情况下，扬声器音 圈的直流电阻大约是额定阻抗0．9倍。 (4)灵敏度 灵敏度通常是指输入功率为1w的噪声电压时，在扬声器轴 向正面1m处所测得的声压大小。 灵敏度是衡量扬声器对声频信号中的细节能否精确重放的 指标。
4.立体声的拾声技术

X-Y方式：
用两只指向特性完全一致的 传声器，使其成一定的角度一 上一下紧靠排列。 各个方向的声源传到两传声 器的直达声几乎不存在时间差， 而只有声强差。 选用的传声器可以是两个双 指向性传声器或两个单指向性 传声器，其夹角为90度或110 度。
声源的方向性
声波的反射和折射 声波的衍射和散射
声波的传播特性

声源的方向性
声波的反射和折射 声波的衍射和散射
描述声波的物理量
声波的强弱或大小通常用声压、声功率和声强来表示。
声压： 由声波引起的交变压强，单位是帕（Pa） 基准声压：2×10-5 Pa 声源在单位时间内向外辐射的总声能， 使大多数人产生听 声功率： 觉现象的最低声压 单位是瓦（W）。 穿过垂直于声波传播方向上单位面积内的 声强：
立体声包括:立体声广播、立体声录音和立体声重放。
2.双耳的听觉特性
人耳有对声源的定位能力，能够判断声源的方向和空间分 布，即双耳效应。 双耳听觉特性包括:
方位感：时间差（相位差）和声级差（强度差） 纵深感：人耳能辨别声源的远近。
3.传声系统
单声道系统：只由一只传声器拾音（或由几只传声器拾音后 混合在一起），经一个传输通路传输后，由一只扬声器或由 一组扬声器重放出来。
（4）固有噪声
由于周围空气压力的波动和传声器电路的热噪声等的影响， 使传声器的输出端存在着一定的噪声电压 。
3.传声器的使用
• 传声器固定方法： （a）手持式 （b）立架式 （c）吊杆式：电影电视节目制作 （d）吊挂式：合唱节目 • 传声器的特性选择开关 （a）指向性开关 （b）音质选择开关：M,V （c）电平衰减开关：防止损坏 （d）阻抗变换开关：与其他设备匹配 • 防风罩：泡沫塑料，金属网 作用：防风、防潮、防干扰
36
3、扬声器的使用
各种音箱的外观
3、扬声器的使用
音箱的结构
上节课要点

声音是如何产生和传播的?
声音的三要素及其具体的含义
声音和电信号为何要采用分贝来表示
动圈式传声器的结构和工作原理
纸盆扬声器的结构和工作原理
2.3
立体声原理
1.立体声
层次分明、具有立体感（方位感和深度感）的声音效果, 就是通常所说的立体声。
工作原理： 原理
响度大－膜片振动幅度大－ 输出电压幅度大
音调高－膜片振动快－输出 电压频率高 音色不同－膜片振动波形不 同－输出电压波形不同
（3）铝带式传声器
结构： 工作原理：
磁铁产生磁场 声波使振带振 动 振带切割磁力线 振带 中产生感应电流 铝 带 声音响度大－振带振动幅度大－感 应电流幅度大 声音音调高－振带振动快－感应电 流频率高 声音音色不同－振带振动波形不同 －感应电流波形不同
2.传声器的主要性能 （2）指向性
指传声器的灵敏度随声波入射角的改变而变化的特性。
指向图如下：
00 00 00 00
900
900
900 900
全向型
双向型
心型 单指向型
超心型 强指向型
2.传声器的主要性能
（3）频率响应
传声器的输出信号大小和频率的关系，即电压灵敏度随频 率的变化特性 。 为获得高保真音质，要求传声器的灵敏度频响具有宽而平 直的特征。
（1）动圈式传声器

优点：
结构简单，稳定可靠，使用方便，固有噪声， 因此广泛用于语音广播和扩声中。

缺点： 灵敏度低，容易产生磁感应噪声，频响较窄。
（2）电容式传声器
结构：
极板间距20-50um,静 电容量约50PF-200PF
加40V-200V直流极化电压使电 容两极板带上极性不同的电荷
由于频率特性好，音质清脆、构造坚固、体积小巧，被 广泛应用于广播电台、电视台、电影制片厂及厅堂扩声等 各种场合。

音色 ：是人们对各种频率、各种强度的声波的综 合反应。
与物体振动的频谱有关

音色主要是由声音的频谱结构决定的。 谐波的多少和强弱构成不同的音色。
波形分解图例

听觉的方向感 当我们听到一个声音时,可以明确地指出这一 声音是从哪里发出的,即可判断出声源的位置. 人耳是根据双耳听到的声音在时间上、强度 上及相位上的差异来判断声源的方位的。
各种传声器的外观
2.2.2.扬声器
作用：将按声音变化的电流转换为声音 按换能方式可将扬声器分为: 纸盆扬声器 电动式扬声器 压电式扬声器 舌簧式扬声器
球顶扬声器 号筒扬声器
1、纸盆扬声器
主要由固定的永久磁铁、 线圈和锥形纸盆构成。
工作原理：
磁铁产生磁场 音圈中通有交变电流 作用下发生振动 纸盆随音圈振动
其中，Ur 为参考电压，Ur=0.775(V)(600Ω、1mW)
• 分贝的应用
对于声音信号: (1)声压级：20lgP/Pr (dB)
相当于一般具有正常 听力的年轻人刚刚能 够察觉到1000Hz声 音存在时的声音大小。
Pr＝2×10-5 （Pa）为参考声压 (2)声强级：10lgI/Ir (dB ) Ir＝ 10-12（W/ m2）为参考声强

音圈在电磁力 产生声音
电流幅度大－音圈振动幅度大－声音响度大 电流频率高－音圈振动快－声音音调高 电流波形不同－音圈振动波形不同－声音音色不同
2、扬声器的主要性能指标
(1)额定功率 额定功率是指扬声器稳定工作时的输出功率，又称不失真 功率。 当扬声器工作于额定功率时，音圈不会产生过热或机械振 动过载等现象，发出的声音没有显著失真。 额定功率是一种平均功率，而实际上扬声器通常是工作在 动态功率状态，它随输入声频信号强弱而变化，当瞬间输入 信号较强时，峰值脉冲信号会超过额定功率很多倍，由于持 续时间较短而不会损坏扬声器，但有可能出现失真。因此， 为保证在峰值脉冲出现时仍能获得很好的音质，扬声器需留 足够的功率余量。一般扬声器允许的最大功率是额定功率的 2倍～4倍。

采用分贝来表示电学量和声量的好处?
(1) 符合人耳的听觉特性。 (人听到声音的响度是与功 率的相对增长呈正相关的。) 功率：0.1W 1.1W（10.4db) 1W 2W(3db) 10W 11W(0.4db) (2) 便于计算和便于用图表曲线表达的数字范围。 (3) 一般的电路系统都是由多个单元级联而成，若用分 贝表示每个单元的增益或衰减，则电路的总增益或总衰减 就可以用加减法来计算。
35
2、扬声器的主要性能指标
(5)指向性 辐射特性：描述扬声器向各方向辐射声能的不均匀程度的 特性。 扬声器对不同方向上的辐射，其声压频率特性是不同的， 这种特性称为扬声器的指向性。指向特性是扬声器系统空间 辐射特性的描述。 指向性与扬声器的口径有关，口径大时指向性尖，口径小 时指向性宽。指向性还与频率有关，一般而言，对250Hz以 下的低频信号，没有明显的指向性：对1.5kHz以下的高频信 号则有明显的指向性。 (6)失真 失真包括非线性失真，互调失真，以及瞬态失真等。
立体声系统：由两个或两个以上的传声器、传输通路和扬声器 （或耳机）组成的系统，经过适当安排，能使听者有声源在空 间分布的感觉。
4.立体声的拾声技术

A-B方式：
用两个型号、性能完全 相同的传声器并排放置于 声源的前方，左、右两传 声器拾音后分别将信号送 至左右两个声道 。
优点是对传声器的要求 较低，无需专门的重合传 声器对，所以在要求不高 的场合被人们使用。
第二章 声音广播基础知识
2.1 声音的基础知识
1.声音的产生和传播
声音的产生: 物体机械振动或气流扰动引起弹性媒质发 生波动产生的。 产生声音的振动物体称作声源。 声音是由物体振动而产生的声波通过感觉器官所产生的 印象。 声音必须通过空气或者其他媒质进行传播，才能形成声 波。 声波频率和周期： 频率f：声波传播过程中所引起的空气密度和压力每秒 钟变化的次数。单位：赫兹（Hz） 周期T：声波完成一次振动所需要的时间。单位：秒（S） 周期和频率互为倒数，即：T=1/f
(3)繁华马路噪声：80dB； 百货商场：64dB 办公室：55dB； 宁静住宅区：30dB
2.2 传声器与扬声器
2.2.1传声器
• 作用：将声音振动变成相应的电流变化 • 分类：
（1）动圈式传声器
结构： 工作原理：
响度大－振膜振动幅度大－感应电流幅度大 音调高－振膜振动快－感应电流频率高 音色不同－振膜振动波形不同－感应电流波形不同
内耳
听觉神经
谐振频率约为3000Hz
听觉中枢
大脑
声音特性：三要素

响度 ：人耳对声音的强弱的主观感觉
与物体振动的幅度有关

可以用声压级来表示。即以基准声压作为参考所得分贝值
声压级：20lgP/Pr (dB)
Pr＝2×10-5 （Pa）为参考声压

响度取决于声强，但也与声音频率有关。
声音特性：三要素
声音特性：三要素
Fra Baidu bibliotek
音调 ：人耳对声音高低的感觉
与物体的振动频率有关

人耳能够感知的声音频率范围为：20Hz-20kHz，且音调变
化的感知与频率变化的对数成正比。

低于20Hz的声音称为次声，高于20kHz的声音称为超声。 调幅广播只能传送4.5kHz以下频率的声音，因此,声音保 真度不高。

声音特性：三要素