声学基础知识
0.16V RT 60 Sa
V:房间的容积,单位为立方米(M3) S:房间表面积的总和,单位为(M2) ā :房间表面的平均吸声系数,百分率,
ā=S1a1+S2a2+…Snan÷S1+S2+…SN
S1…Sn和a1…an:分别代表房间表面的每个面的面积和它们的吸声系数
混响时间
房间的 混响长短是由它的吸音量和体积大小所决定的,体 积大且吸音量小的房间,混响时间长,吸收强且体积小的 房间,混响时间就短。
在背景噪声较强的情况下,利用一定的手段提高信号的信 噪比,可以使语言清晰度得以提高。
房间的特殊声学现象
声聚焦:由于室内存在的凹面,使部分区域的声音汇集在 某一个焦点上,从而造成室内声场分布不均匀的现象。
死点:由于声音的聚焦或干涉形成某点(或某区域)声音
严重不足的情况。
声影区:由于建筑物或折射的原因,造成声音不能辐射到
声波的基本量
声压
疏密波压力的大小称为声压。压力变化的幅度越大,听觉上声音越大, 振幅小的声音小。单位Pa。引起人耳听到声音时的声压为可闻阈,它与声源 的频率及人的年龄有关。使人的耳膜感到疼痛时的声的能量称为声强(能量密度), 单位w/m² 。
声功率
声源在单位时间内所发出的声能称为声功率,单位W(瓦)。
的区域。 声染色:由于房间频率相应的问题,原始声音在传播过程 中被赋予了额外的声音特征。
倍频程
倍频程:通常将可闻频率范围内20~20KHz分为十个倍频 带,其中心频率按2倍增长,共十一个,为: 16 31.5 63 125 500 1K 2K 4K 8K 16K
1/3倍频程:将倍频程再分成三个更窄 的频带,使频率划分更加细化,其中 心频率按倍频的1/3增长,为: 20 25 31.5 40 50 63 80 100
125 160 ...
频谱与音质的关系
在评价乐器或声音时,频谱结构在很大程度上决定声音的 音质。了解声音频谱与音质的内在关系,有助于声音的调 整和修饰。这对声音的前期处理喝后期加工都是十分必要
的。
频谱划分 高频段:7kHz以上 中高频段:2kHz~7kHz 中低频段:500Hz~2kHz 低频段:500Hz以下
频谱与音质的关系
低频 声音的低频成分多,声音有气魄、厚实、有力、有温暖感、
柔和、圆润、丰满;
低频成分过多,声音浑浊、沉重、有隆隆声;
低频成分适中,声音丰满低沉、坚实;
低频成分过少,声音可能会比较干净,但是单薄无力。
人耳听觉特性和有关问题
声音是一种物理现象,人耳听到后的感受则是一 种心理现象。人耳具有分辨声音的强度、音调及音色
中频 声音的中频主要包括中高频和中低频,中频成分多时,
声音表现有力、活跃清晰、透亮;中频成分过多,声音动态
出不来、浑浊有号角声,鸣声(500~800Hz)、电话声 (2~4kHz)、刺耳声(4~7kHz)、金属声(3~5kHz); 中频成分适中,声音自然、中性、圆滑、悦耳,但声音可能 无活力、平淡;中频成分过少,声音圆润柔和,但是显得松 散。
混响时间过短,声音发干,枯燥无味,不亲切自然。
混响时间过长,会使声音含混不清;合 适时声音圆润动听。
参考混响时间
厅堂类型 电影院 参考混响时间 1.0 ~ 1.2 Sec
会议厅
音乐厅 电视演播室 语言录音室
1.0 ~ 1.4 Sec
1.5 ~ 1.8 Sec 0.8 ~ 1.0 Sec 0.3 ~ 0.4 Sec
语言清晰度(可懂度)
语言清晰度和可懂度是语言经过传输,受到各种失真(处 理)和干扰后,能够听清或听懂的程度。
目前,经常使用的清晰度的评价方法叫做STI。这种测量 方法的特征是计算自声源连续发出声音的直达声,经过各 种各样的反射,以及噪声的干扰程度,并用0~1的数值表 示听取的难以程度。
不良
不可 可
声音的基本性质
“声”由声源发出,“音”在传播介质中向外传播。
声音在固体中的传播速度最快,其次是液体,声音 在气体中传播的速度最慢。
声波的基本量
f:频率,每秒钟振动的次数,单位Hz(赫兹)频率高的声音称为高音,
频率低的声音称为低音。 声音是声波作用于人耳引起的主观感受,人耳对声波频率的主观 感觉范围为20Hz~20kHz,通常称此范围为音频;低于20Hz为次 声波,高于20kHz为超声波。
早期反射声
早期反射声是指延迟直达声50毫秒以内到达听音点的反射次数 较少的声音,包括一次、二次或少数三次反射声。
混响声
混响声是指声源发出的声波经过室内界面多次反射,迟于早期反 射声到达听音点的声音。
混响时间
混响时间(Reverberation Time),表示声音混响程度的参量,声源停 止发声后,声压级减少60分贝所需要的时间,单位为秒。用T60或RT 表示 。
频谱与音质的关系
高频 声音的高频成分多,表现出声音明亮、清晰、锐利。高
频成分过多,声音就会刺耳、有丝丝声,轮廓过于清楚,声
音硬、缺乏弹性;高频成分适中,则声音开阔、活跃、透明 清晰、自然,但是可能细节过分清楚;高频成分少,声音圆 润、柔和、丰满,但是明亮度下降。动态出不来、沉重、浑 浊。
频谱与音质的关系
不同材料,不同的构造对声音具有不同的性能。在隔声中希望用 透射系数小的材料防止噪声。在音质设计中需要选择吸声材料, 控制室内声场。
声音在室内传播
当一个声源在室内发声,任一点听到的声音按照先后顺 序分为直达声、早期反射声和混响声。
声音在室内传播
直达声
直达声是室内任一点直接接收到声源发出的声音,是接收声音的 主体,不受空间界面的影响。
录音控制室 多轨录音棚
0.3 ~ 0.4 Sec 0.6 Sec
回声
比听到直达声迟50毫秒以上,可以从直达声中分离出来的 反射声叫做回声。
混响是来自于很多的反射声,听到的是连续的衰减声音。 回声是可以清晰的分离出来听到的反射声。 回声使声音的清晰度明显下降,房间越大,墙壁反射性越 强越容易产生,增加墙壁的吸声能力,改变墙壁的角度可 以防止回声。
:波长,在传播途径上,两相邻同相位质点距离。单位m(米)。声波完
成一次振动所走的距离。
C:声速,声波在某一介质中1秒钟传播的距离。单位m/s。
声速受温度的影响,用下式表示为:C=331.5+0.6t (m/s)
声波的基本量
波长公式
波长=声速/频率
=c/f
通过计算波长我们可知道最高可听声和最低可 听声的范围
良
优
0
0.1
0.2
0.3
0.4 0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
语言清晰度和其它声学概念的关系
语言清晰度和可懂度的关系
单句可懂度高于单词可懂度。
语言清晰度和声压级的关系
在一定声压级范围内,语言清晰度是随声压级的增大而提 高的,但达到一定值后,声压级的增大反而会使清晰度下 降。
语言清晰度和信噪比的关系
分贝
分贝(decibel)dB 分贝是以美国发明家亚历山大·格 雷厄姆·贝尔命名的,他因发明电话而闻名于世。因为贝尔 的单位太粗略而不能充分用来描述我们对声音的感觉,因此 前面加了“分”字,代表十分之一。一贝尔等于十分贝。声 学领域中,分贝的定义是声源功率与基准声功率比值的对数 乘以10的数值;其简单表达式lgA/B。而分贝,即dB=10 lgA/B。单位为dB。根据公式计算以及工作中的经验,我们 得出以下结论。 功率增加一倍,声压增加3dB。 距离增加一倍,声压减少6dB(自由声场的情况下) 在电声领域中,分贝这个量的变化关系恰恰和人耳的听 觉强弱感受非常吻合,这也给声学计算打下了一个良好的 基础。
声波的透射与吸收
声波具有能量,简称声能。 当声波碰到室内某一界面后(如天花、墙),一部分声能被反射,
一部分被吸收(主要是转化成热能),一部分穿透到另一空间。
Eo E E E
透射系数:
反射系数:
Ei Eo
Er Eo
Er Ea Ei Eo Eo
吸声系数: 1 r 1
分贝(dB) 120 110 100 场 所
90 80 70 60 50 40 30
飞机起飞着路时,正下方 列车通过铁路桥时,正下方 地铁行车时,车厢内 公共汽车内 白天十字路口 普通讲话 安静的街头 安静的办公室 安静的住宅小区,白天 安静的住宅小区,夜晚
声波的绕射
声波在传播过程中遇到障碍或孔洞时将发生绕射。绕射的 情况与声波的波长和障碍物(或孔)的尺寸有关。
常见声源的声压级-分贝
窃窃私语:20dB~35dB 人声语言:30dB~80dB 女高音:35dB~105dB 男高音:40dB~95dB 小提琴:40dB~100dB 打击乐:55dB~105dB 交响乐:20dB~120dB
本底噪声
在厅堂声学设计中,本底噪声是指房间内部自身振动或外 来干扰而形成固有的噪声,大小仍以声压级dB的方式表示。
声学基础知识
声学基础知识
声音是如何产生的
振动的物体能使邻近的空气分子振动,这些分子又
引起它们邻近的空气分子振动,从而产生声音,声音以
声波的形式传递,这种传递过程叫声辐射。由于分子振 动产生的声波的方向与波传递的方向相同,所以是一种 纵波。 声音必须在介质中传播,无论是固体、液体还是气 体,都可以作为介质。
声音的三要素
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 于声波振幅的大小。响度是听觉的基础。正常人听觉的强度范围 为0dB—140dB。
音高
音高也称音调,表示人耳对声音调子高低的主观感受。客观上 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。
音色
音色又称音品,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。