1、聲學基礎知識課件l聲音是世界上很重要的物理現象，與日常生活、工作、學習關系密切，它的存在又極其普遍。l自然：風聲、雨、雷聲、心跳、水流l工業：車、船、機、工廠l人文：語言、音樂、歌聲l隨著電子技術水平的逐步提高，電聲技術與音樂表演的關系越來越密切。在音樂表演過程中，無論是現場表演還是錄播、重放，在其傳聲、擴聲、調音、混音、錄音等環節中均日益凸現出電聲技術對藝術質量的影響力。在音樂專業未來的工作環境中，電聲技術的應用越來越廣泛，為使學生在今后的工作中能夠熟練掌握并運用這些技術設備，從而實現最佳的藝術效果。故而開設電聲技術與表演應用課程。l教學內容：教學內容： l聲音的概念和特性；聲音的構成與作用

2、；聲音的傳播規律以及人耳的聽覺特征。聲音的概念和特性；聲音的構成與作用；聲音的傳播規律以及人耳的聽覺特征。l通過本章節的學習使學生掌握聲音現象的物理性質以及人耳聽覺的主觀感覺等方面的規律特通過本章節的學習使學生掌握聲音現象的物理性質以及人耳聽覺的主觀感覺等方面的規律特點。點。l聲音是世界上很重要的物理現象，與日常生活、工作、學習關系密切，它的存在又極其普遍。l自然：風聲、雨、雷聲、心跳、水流l工業：車、船、機、工廠l人文：語言、音樂、歌聲l1、定義：聲音是粒子運動的結果，即物體振動產生的聲波，通過介質對人耳產生的感覺叫聲音。l2、聲音的分類與應用l研究聲音的學科叫聲學，按研究對象不同，可分為：

3、l語言聲學：研究人的發音結構與方法等生理聲學l音樂聲學：研究音樂與聲音的關系l研究樂器結構、制作、音域、音色器樂聲學l研究發聲、氣息、共鳴等聲樂聲學l研究音律關系、數據及使用音樂律學l電子聲學：研究通過電子電路把聲音進行各種特性的加工處理l建筑聲學：研究廳堂建筑設計與聲學關系l噪 聲 學：研究噪聲的危害與利用l聲 納：水下軍事：蝙蝠 （利用聲音的波長與反射）l超 聲 波：工程爆破 （利用大于20聲波刺激）l聲 控：電子工業l語音識別：刑偵、保密 （利用音色的頻譜曲線）l音樂醫療：調節心神、緩解情緒 （利用音樂聲學的暗示作用）l次 低 聲：軍事（利用低于20的次低聲波振動頻率干擾人體固定的共振頻

4、率（3-17） l噪 聲：大于90分貝，且人們主觀不需要的聲音l聽覺閾限：20-20 （超過55分貝即產生不舒服感）l不 需 要：學習與環境噪聲l 午休與唱歌l危害l人體：影響壽命、損壞內臟、擾亂新陳代謝l神經：頭暈、失眠、衰弱、易產生疲勞、降低工作效率l1 1、聲音的傳播過程（自然狀態）：當一個物體受外力作用時，產生一個往復的彈性振動，、聲音的傳播過程（自然狀態）：當一個物體受外力作用時，產生一個往復的彈性振動，這樣就產生了聲波，經過介質（物體、空間或水）向四面八方傳播。當人耳接受聲波的振動，這樣就產生了聲波，經過介質（物體、空間或水）向四面八方傳播。當人耳接受聲波的振動，通過聽覺神經傳達給

5、大腦。（如下圖）通過聽覺神經傳達給大腦。（如下圖）l有線傳送（1806年貝爾發明電話） 無線（1844年，電報發明）有線載波（一線傳多種信息） 光纖與光纜（速度：10） l留聲機 磁帶機 光盤 硬盤（固態記錄）l留聲機：1877年愛迪生發明，唱片直徑30，軌跡紋路0.1，貯存量15分鐘。l磁帶：模擬信號破壞性記錄存新去就，需機械系統支持。l：直徑12，軌跡紋路1.2微米，貯存量74分鐘。l：直徑12，軌跡紋路0.6微米，貯存量120分鐘。l硬盤：非破壞性記錄，可移位貯存，開放式非線形，大容量、可外掛、任意編輯、升級空間大。固態記錄，利用距陣來記錄、拾取，利用地址碼選取。1、聲音的構成及關系客觀

6、：振幅（大、小）；頻率（快、慢）；諧波主觀：響度；音調（音高）；音色（音品）振幅：聲波的振動幅度，它的大小影響人耳對聲音強弱的感覺強度（即響度）單位：分貝（）頻率：聲波每秒鐘振動的次數。它直接影響人耳對聲音高低（音調）的感覺。單位：赫茲（）諧波：指聲波的波形。包括瞬間狀態。它直接影響人們對聲音音質差異（音色）的感覺。（如樂器不同，相同的“i”聽覺則不相同。）直達聲：是室內任一點直接接收到聲源發出的聲音。 它是接收聲音的主體，又叫主達聲，不受空間界面影響，其聲強基本上是與聽點到聲源間距離的平方成反比衰減。早期反射聲：指延遲直達聲50以內到達聽聲點的反射聲，對聲音起到增強作用；在大空間內，因反射距

7、離遠，易形成回聲，產生空間感。 混響聲：聲波經室內界面的多次反射，遲于早期反射聲到達聽點的聲音，直至聲源停止發聲，但由于多次反射，聽點仍能聽到，故又稱余聲，影響聲音的清晰度。 混響時間：在一個聲場中，一個聲音的聲壓級衰減60所需要的時間，用T60來表示。單位：秒（s） T60=0.16 (賽賓公式) V：聲場總容積 S：聲場的表面積 a：聲場的建筑裝飾材料的平均吸聲系數。 例：某段音樂的聲壓級為90，此時中止音樂，音樂聲逐漸減弱，當其聲壓級從90降至30時可需時1.2秒，那么，此房間的混響時間為1.2秒。 聲音的繞射與散射： 聲波在傳播過程中遇到障礙物，能夠繞過障礙物的邊緣前進，這種現象叫波的

8、繞射，又叫聲衍射。當聲波波長大于障礙物尺寸但在10倍以內時，障礙物會化成一個聲源使聲波向四周散射，這種現象叫聲波的散射。 例一：聲源處于人的背后時，由于人耳殼的遮蔽作用，聲源中低頻音會繞過耳廊使人聽到，而聲源中的高頻音則在人耳處形成聲影區使其減弱。 例二：音樂會時，后排座的聽眾聽到的低頻強、高頻弱，即是因為低頻可繞射，而高頻音散射的原因。l高頻 聲音指向性很強 覆蓋角度窄小、射程遠、穿透力強l中頻 有一定指向性 覆蓋面積比較容易控制l低頻 指向性不明顯 向四面輻射、聲功能損失大、傳播距離近l聲音的振動和傳播過程中，有一種很重要的物理現象共振，也叫共鳴。l定義：當策動力變化的頻率跟物體的固有頻率

9、相一致時，振動的振幅就會特殊地增大到最高峰值，這種現象叫共振。l例一：部隊行軍步伐的振動頻率與橋梁的固有振動頻率相一致時，會因共振的產生而坍橋。l例二：暖水瓶接水，聽到的聲音會由低頻逐漸變成高頻率聲音。水流擊水產生的聲音頻寬很寬，即有低頻、又有高頻。剛接時瓶的空間大固有振動頻率低，水流擊水的低頻音產生共振，低頻加強，快滿時，水瓶的空間變小，共振腔變小，共振頻率提高，與水流擊水產生的高頻音產生共振，高頻加強，即聽到高頻音。 l例三：小提琴 共鳴箱較小 l 共振頻率高 為256-1100l 大提琴 共鳴箱增大 l 共鳴頻率低 為110-400l 貝斯提琴 共鳴箱最大 l 共振頻率更低 為80-35

10、0 l例四：薩克斯箱 l左右手指全按下 共振腔容積最大 l 共振頻率低 發低音l右手指抬起 共振腔容積縮小 l 共振頻率提高 發中音l雙手全抬起 共振腔體最小 l 共振頻率最高 發高音l當不同頻率的聲音在同一聲場中傳遞，各頻率之間會發生掩蔽現象。 l如銅管樂器掩蓋木管樂器、木管樂器掩蓋弦樂器。l解決：從樂隊編制解決。要求有合理的聲部和樂器分配，調整好各聲部之間、各種樂器之間聲功能的平衡。l從音樂結構上解決。要有合理的和聲、配器，使各聲部間平衡。l從聲場音響上解決。la、對不同音源選擇最適合表現這種樂器音色特性的話筒。lb、選擇拾取音源的最佳距離、高度、角度。lc、在調音臺上進行音頻信號電平的處

11、理。l原因：人耳對7003000的中頻率聲音聽覺最為靈敏，在聲音強度相同的情況下，優于并強于對高、低聲音的聽覺。l解決：減少中頻輸入，適當增加高低頻尤其是低頻音輸出。l現象三：高頻率聲音掩蓋低頻聲音。l如：板胡、京胡、笛子等高音樂器掩蓋貝斯提琴、大提琴、巴松等低音樂器。l原因：高頻音聲波較短、指向性強、穿透力強、射程遠，對人耳刺激明顯，低頻音有繞射特性，散射強，功能損失大。l解決：適當降低高頻音，增加低頻音。l對不同的樂器拾音時選擇合適話筒，掌握好距離角度。l振動產生聲波，聲波傳播至耳，耳膜受到聲壓變化刺激聽覺神經聽覺神經傳入大腦中樞，形成聲音的存在感覺。l聲音的產生是物理現象，人對聲音的感覺

12、是生理 心理活動。l構成聲音產生與存在的客觀因素是：振幅、頻率、諧波l構成人耳對聲音的聽覺特性的要素是：響度、音調、音色 響度：是人耳對聲音強弱的感覺程度。它首先決定于聲音的振幅，其次是頻率。聲學中把描述響度、振幅、頻率之間的關系曲線叫等響度曲線。單位：分貝（）與振幅的關系：a、聲壓級越高，人耳感覺聲音響度越大b、人耳的聲壓范圍是：0120 與頻率的關系：a、45附近的聲音最響，因外耳道與其產生共鳴b、低聲壓時，低頻區的音響度大于高頻音的響度c、常見聲源的聲壓級竊竊私語：2035 女 高 音：35105 男高音：4095小 提 琴：40100 交響樂：80 小 鼓：55105 打 雷：120

13、教師講話：5060 飛機起飛（3m處）：140 音調（音高）：是人耳對聲音高低的感覺，其變化主要取決于聲音頻率的對數值，其次是取決于聲音的振幅。 頻率越高，人耳感覺的音調隨之升高，頻率增加一倍，聲學中稱之增加一個“倍頻程”，音樂上叫“提高一個八度”。音調單位：美（）音調與頻率的關系：a、人耳聽覺的頻率范圍：2020，其中7003000為最靈敏區b、語言的頻率范圍范圍是10010 音樂的頻率范圍是5015 音調與聲壓（振幅）的關系：a、1K2 以上的高音區，聲壓增大感覺音調提升b、500 以下的聲音，聲壓增大，感覺聲音低沉，音調下降音色（音品）：指聲音的音調和響度以外的音質差異。它與聲音的頻譜結

14、構、包絡和波形有關。發音體的泛音結構不同頻率特性曲線、種類不同造成音色結構的不同。影響音色的因素：a、結構不同：弦、簧片、金屬b、質料、質地不同、金屬、人體、電子c、激發位置不同：氣息、聲帶、口形、吹奏或拉奏方法d、力度大小不同，p、f（弱、強）影響音色e、共鳴體（箱、腔）大小不同：影響單元色的泛音結構f、振動體的彈性：影響音色的始振特性和衰減特性 聲帶：兒童富有彈性、音色清脆明亮 成人聲帶松弛、音色蒼老 哨片：軟始振性慢、衰減也慢 硬始振性快、力度大、衰減也快l聲音從音源傳入大腦有兩個途徑， 一是 音源空間 人耳大腦，另一途徑是 音源人體顱骨大腦（小實驗：雙手堵耳，發聲，仍可聽見）通過顱骨傳

15、導聲音的現象叫顱骨效應。l現象一：聽自己的聲音，有兩個途徑，頻帶寬，音色好。l現象二：手表、鐘擺聲音仍可通過牙齒和顱骨傳遞到人的大腦神經。 應用：當練唱一首新歌時，對音高音調旋律無法準確掌握時，大聲唱干擾環境、小聲唱自我感覺不明顯，可用雙手掩耳來練唱，可清晰感覺自己聲帶發聲的旋律，準確的音高和聲音結構的細節部分。根據自我感覺來調解發聲狀態，即通過甲狀軟骨、早環軟骨和披裂肌肉的配合來調解聲帶的收放，從而調整音高和音色。l在嘈雜的聲場中，人可以把自己的聽力集中在某一個人的談話中，而把其他人的聲音都推到背景雜聲中，此現象叫“雞尾酒會效應”。l原理：人耳的選擇功能l人耳通過兩耳拾取音源的距離差、時間差

16、、頻率差就可以辨別出不同方位的聲音，以此調解聽覺神經來選擇不同方位的聲源。l應用：使用強指向性話筒在現場來同步錄音。 l在某一聲場中，視覺看不到聲源而聽覺卻能聽到聲音，這種現象就是聲波傳播的特殊反射作用的結果，被稱謂“回音壁效應”。l應用：舞臺上方、側方、后方的聲音反射板即是利用這一原理把演員的聲音集中向直達聲弱的區域進行反射。l一個聲場中的二個同頻聲源，在傳入人耳的時間差在50以內時，人耳無法明顯辨別出它們的方位。那個聲源的聲音先入，那么人就感覺到聲音即由此方位傳來。這種先入為主的聽覺特性叫哈斯效應。l現象一：兩側聲源A、B與人耳距離相同時，人們感覺聲音由前方來，俗稱“假立體聲”。l現象二：

17、當距離A聲源略近時，實際應是A音大，B音小的兩個聲源，但人們往往只感覺到所有聲音均由A輸出，這種錯覺現象即是“哈斯效應”。l現象三：將近點A的聲音加以延時，使它遲于B聲源進入人耳，人們即感覺到所有聲音均由B聲源付出。l應用：在劇場中為了彌補哈斯效應所產生的聽覺、視覺不統一的現象，對頂部和側面揚聲器均作延時處理，使它們傳出的聲音與前方主揚聲器傳出的聲音同步到達人耳，使后排觀眾的視覺、聽覺協調統一。構成立體聲的主要因素；第一要有立體聲音源；第二要有立體聲聲場；第三是人耳的雙耳效應造成立體聲的原因；a、路程差：由于聲音傳遞到雙耳的路程不同造成b、時間差：由于路差使聲音到達雙耳的時間不同造成c、強弱差

18、：由于路程差使先到聲音感覺強，后到的感覺弱d、頻率差：由于聲音的傳播特性決定，近耳聽到的高頻音多、低頻音少，遠耳聽到的高頻音少、低頻音多。定義：立體聲是指人感到聲源分布在空間的聲音，使聽到的聲音具有空間感、遠近感及監場感l在立體聲聲場中，除聽者有身臨其境的感覺之外，還必須具有使聽音者被聲音包圍的效果，使聽者產生圍繞感和聲音似乎離開聽者擴散并再次反射回來的擴展感。 la、四聲道環繞立體聲（見圖）l產生環繞立體聲需有不同方向的四個以上聲源，相對聽音者來講分為前左、前右（主聲道）；后左、后右（環繞聲道）。l將四只強指向性傳聲器擺放在演出中心部或靠近舞臺，拾取舞臺上聲源發出的四個不同方向的聲音，用聲道重放系統把四個揚聲器放在房間四角，產生環繞聲場。l常見有超級、均屬此類。背板標有14四路聲音輸出。 l與四聲道同理，將六個聲源經編碼后用少量聲道輸出，經解碼后，傳至六個（組）揚聲器。l常見即被使用杜比3（3）聲音壓編方式實現前左、前右中置；左環、左環、超低音的六聲道輸出。l因超低音通道僅用音頻全音域的十分之一，民用產品常稱之為5.1聲道。l機分外置和內置3解碼器二種，外置的北板只有“L、R”兩路輸出，需再接解碼器才能傳至揚聲器形成環繞立體聲。l內置解碼器機器，背板聲音輸出有16六路，分別標明前