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1、2019/6/2,1,音频技术基础,陈华: 13007813611 2011年3月,2019/6/2,2,课程概述,人类交换信息的手段有哪些？ 多媒体到底有多少媒体？ 听觉（声音）和视觉（图像）信息占主导地位！,2019/6/2,3,课程概述,人本身的力量有多大？ 在电子信息时代，听觉信息如何与时俱进？ 电声技术、音响技术、声频技术、音频技术？,2019/6/2,4,课程概述,AUDIO与VIDEO A、V，A、V不分家：AV 数字化趋势对音频技术的要求、影响,2019/6/2,5,课程概述,音频技术的应用是一门艺术性很强的技术，比视频技术的应用困难得多。为什么？ 听觉特性（特殊的手机铃声？
2、）与视觉特性决定，人耳更难伺候。,2019/6/2,6,课程概述,什么是噪声？ 一般指无规则的杂声波（声学测量领域），但不是永恒的定义：有时候，没有用的声音就是噪声（例如在居民区、校园建造声障墙）,2019/6/2,7,课程概述,指标（技术参数、技术规格）：衡量技术性能的客观定量描述。 设备指标与系统指标，还和所处声学环境有关。而听觉效果除此以外还与个人阅历及心理状态有关。,2019/6/2,8,课程概述,声学应用远不只局限在电声领域：还用于探测（声纳技术）、清洗（超声波）、碎石（超声波）、声控等。,2019/6/2,9,课程概述,正确认识Hi-Fi，发烧烧什么？ 烧器材：功放、喇叭、喇叭线、
3、信号线，最终是烧钞票。 发烧应该有度，不要发高烧！,2019/6/2,10,课程概述,目标和要求：在电子信息时代，音频技术日新月异、飞速发展，已成为信息技术的主要支撑学科之一。 通过本课程的学习，应了解声音的基本特性及人耳的听觉特性，在此基础上了解音频系统的基本结构及信号流程，掌握常规设备的调试方法及系统调试方法，为后续应用专业课程打下基础。,2019/6/2,11,课程概述,本课程将涉及以下内容： 声学基础 音频技术概述 前端设备,2019/6/2,12,课程概述,中间设备 终端设备 计算机与音频技术 音频技术应用,2019/6/2,13,第一章 声学基础 人们接触外界从信息的角度来看不外乎
4、就是接收信息、存储信息、处理信息和发送信息几种行为。 信息传递的渠道：变化,2019/6/2,14,研究听觉和视觉信息应用已经发展成为专门的学科领域。 其中就有音频（Audio）技术和视频（Video）技术，这两项技术常常是形影不离的，即所谓A、V不分家，已经广泛进入人们的学习、工作、娱乐等领域及社会各领域。,2019/6/2,15,第一节 声音 声音源于物体的振动，以波的形式传播,2019/6/2,16,一、声音与声波 1，声音 声音是由物体的机械振动产生的。 体检时，医生拿一个音叉在我们身后敲一下，音叉开始振动，我们便听见了声音。,2019/6/2,17,声源可以是固体，液体与气体 声源发
5、出的声音可以通过介质来向外传播，而且也只有通过有效介质才能传播，没有有效介质声音就无法实现传播。 介质可以是液体、固体或气体，最常见的声音传播介质是空气。,2019/6/2,18,2，声波 在有效介质中，声源的振动会带动周围的介质质点产生相应的疏密变化，并以一定的速度像波浪一样向外传播出去，形成声波。 以疏密相间的方式一前一后地振动，振动的方向与波的传播方向一致，此时介质密度发生变化，但形状不变，故又称压缩波或疏密波，也称纵波。,2019/6/2,19,只有弹性物体（如气体、水、钢铁、木头、混凝土等）才能成为声波的传播介质。 因为只有弹性物体才可能发生疏密变化。 声波是客观存在的（只要有振动并
6、有相应传播环境），而声音是声波传播到达人耳并产生听觉的现象，具有主观性和客观性。,2019/6/2,20,要听到声音，必须满足三个条件： 首先是具有声源；（振动） 其次是具有能传播声波的弹性介质；（传播环境） 第三是要通过人耳产生听觉效果。（声音）,2019/6/2,21,二、声波的传播 1，振动与波动 当声音在介质中向四面八方传播时，介质本身并不随声音一起传播出去，它只是在平衡位置附近来回振动 比如人浪、树叶与水波,2019/6/2,22,以上这种运动形式中同时存在振动和波动。 振动和波动是互相密切联系的。振动是波动产生的振源，而波动是振动的传播过程。,2019/6/2,23,2，声波传播中
7、的能量特性 从能量守衡的角度看，介质的波动是需要能量的，所以声波的传播过程实际上也是能量的传递过程。 同时由于介质在这个过程中还要部分吸收能量，无法将声能全部传递出去，声波在传播过程中是逐渐衰减的，即声波在介质中的传播距离是有限的，这就是人们无法听见太远距离发出的声音的缘故了。,2019/6/2,24,三、频率声速波长 1，频率 频率和周期的关系为,2019/6/2,25,只有频率在2020000 Hz 范围内的振动波才能被人耳听到，该频率范围内的声音称为可闻声。 在这个频率范围以外的振动波不能引起人耳的听觉感应，频率超过20000Hz的称做超声波，频率低于20Hz的称做次声波。,2019/6
8、/2,26,没有听觉感应并不等于没有能量作用，听觉频率以外频率的大功率的波会对人体（包括其他物体）造成不适甚至伤害。,2019/6/2,27,2，波长 振动经过一个周期，声波传播的距离称为波长，记作。 在一定的传声介质中，波长是由声波的频率决定的，频率高，波长短；频率低，波长长。 （传播速度在均匀介质中一定）,2019/6/2,28,3，声速 声波在介质中传播的速度称为声速，记作v 。 频率、波长和声速是描述声波的三个基本物理量，其相互关系为,2019/6/2,29,声速的大小主要与介质的性质和温度的高低有关。 同一温度下，不同介质中声速不同。在20时，空气中声速约为340 m/s，空气的温度
9、每升高1，声速约增加0.607 m/s。,2019/6/2,30,声音在固体中传播的速度最快，其次是液体，最慢的是气体。 例如在水中一般是1450ms；在钢铁中约为5000ms，所以将耳朵贴近铁轨，能听到较远处行进着的火车声。,2019/6/2,31,四、频程 音频技术的研究和应用离不开声学测量，人耳能听到的频率范围对声学测量来说已经是很宽的了。 人们不需要也不可能对2020000 Hz范围内每一个频率点都进行测量。,2019/6/2,32,为了方便起见，同时也为了提高测量结果的可比性，人们把2020000 Hz的声频范围按照一定规范分为几个段落，每个段落（频带）称为一个频程。,2019/6/
10、2,33,频程的划分方法通常有两种。 一种是恒定带宽，即每个频程的上、下限频率之差为常数。 另一种是恒定相对带宽的划分方法，即保持频带的上、下限之比为一常数。实际应用中大都采用这类规范。,2019/6/2,34,若使每一频带的上限频率比下限频率高一倍，这样划分的每一个频程称1倍频程，简称倍频程。 为了简明，每个倍频程用其中心频率来表示：,即中心频率用上、下限频率的几何平均表示。,2019/6/2,35,如果测量精度要求高，可以增加测试频率点，比如在1倍频程的上、下限频率之间再插入两个频率点，这样将一个1倍频程划分为3个频程，称这种频程为1/3倍频程。 n倍频程规范中上限频率和下限频率的一般关系
11、为,2019/6/2,36,五、声波的传播特性 声波在均匀的介质（例如同一种均匀介质）中传播时，传播方向不会改变。 但当在非均匀介质中传播，传播方向就会发生变化。 比如遇到两种不同性质的介质交界的地方时，就会发生反射和折射。,2019/6/2,37,1，声源的方向性 虽然不同声源的辐射方向图形不同，但大部分声源符合下列规律： 当辐射出来的声波波长比声源的尺寸大很多倍时(相对低频），声波比较均匀地向各方向传播（相当于点声源）；,2019/6/2,38,当辐射出来的声波波长小于声源的尺寸时（相对高频），声波集中地向正前方一个尖锐的圆锥体的范围内传播。,2019/6/2,39,讲话时，语音中的低频部
12、分，能绕着人的头部而向各个方向均匀地传播； 而高频部分仅由发言者的嘴部向前直射。因此，当我们站在讲话者的背后时，听到的声音中的高频分量会有下降，常常感到听不清楚。,2019/6/2,40,2，声波的反射和折射 向河中投下一小石块时，将会激起水波。此水波向四面传播，遇到河岸时，水波就会被反射回来。 在空气中传播的声波遇到长和宽都比声波波长大的坚硬障碍物（如平面墙），也会产生反射现象。,2019/6/2,41,2019/6/2,42,3、声波的衍射和散射 声波遇到障碍物时也存在衍射现象。 当声波在传播路径中遇到一米左右尺寸的坚硬障碍物时，频率较高的声波大部分会被反射回来，而频率低的声波则大部分能绕
13、过障碍物继续向前传播，,2019/6/2,43,2019/6/2,44,衍射的程度取决于声波的波长与物体大小之间的关系。 因此对于同一个障碍物，频率较低的声波较易衍射，而频率较高的声波不易发生衍射现象，它具有较强的方向性，,2019/6/2,45,声波在传播过程中，如果遇到障碍物（通常尺寸较小）产生的衍射是无规则时则称为散射现象。,2019/6/2,46,在生活里，我们经常有这样的经验：隔墙有耳、偷听、闻其声而不见其人等等。 这些司空听惯的现象就是因为一切声波都能发生衍射，只是由于波长不同，在通常条件下，有的波会发生明显的衍射，有的则表现为直线传播。,2019/6/2,47,4、声波的干涉 声
14、波在传输过程中具有相互干涉作用。,2019/6/2,48,如果它们的相位相同，两波叠加后幅度增加声压加强； 反之，它们的相位相反，两波叠加后幅度减小声压减弱，如果两波幅度一样，将完全抵消。,2019/6/2,49,声波在厅堂内传播时由于墙壁的反射也会出现声波的干涉现象。 如果是纯音（单频率正弦波）信号，这种干涉现象必然会引起空间声场的很大差异，即：有的地方声波会加强、有的地方声波会减弱甚至完全抵消，成为“死点”（听不到声音）。,2019/6/2,50,好在语言和音乐的声波都不是纯的正弦波而是复杂的波形，这种复杂的波形用傅立叶级数展开是多个不同频率、不同幅度的正弦波。 所以有“此起彼落” 、“填平补齐”的效果，使干涉效应不太明显。,2019/6/2,51,5、声波的衰减 声波在介质中传播的过程中会发生能量衰减，原因有两个： 首先，声波因传播方向分散而造成能量分散衰减； 其次，传播引起的介质振动会消耗能量。显然，频率越高，衰减越快，这在涉及到高频的声学系统中必须引起注意。,2019/6/2,52,思考题 1，要使人产生听觉，必须满足哪些条件？ 2，什么是频程，它有什么作用？ 3，什么是点声源？ 4，为什么“隔墙有耳”？,