声学基础
声学基础知识(整理)
噪声产生原因空气动力噪声由气体振动而产生。
气体的压力产生突变，会产生涡流扰动，从而引起噪声.如空气压缩机、电风扇的噪声。
机械噪声由固体振动产生。
金属板、齿轮、轴承等，在设备运行时受到撞击、摩擦及各种突变机械力的作用，会产生振动，再通过空气传播，形成噪声。
液体流动噪声液体流动过程中,由于液体内部的摩擦、液体与管壁的摩擦、或者流体的冲击，会引起流体和管壁的振动，并引起噪声。
电磁噪声各种电器设备,由于交变电磁力的作用，引起铁芯和绕组线圈的振动，引起的噪声通常叫做交流声。
燃烧噪声燃料燃烧时，向周围的空气介质传递了热量，使它的温度和压力产生变化，形成湍流和振动，产生噪声。
声波和声速声波质点或物体在弹性媒质中振动，产生机械波向四周传播,就形成声波(声波是纵波）。
可听声波的频率为20～20000Hz,高于20KHz 的属超声波，低于20Hz 的属次声波。
点声源附近的声波为球面波，离声源足够远处的声波视为平面波,特殊情况（线声源）可形成柱面波。
声频（ f ）声速（ c )和波长( λ ）λ= c / f声速与媒质材料和环境有关：空气中，c =331。
6+0。
6t 或t c +=27305.20 （m /s ） 在水中声速约为1500 m /s t —摄氏温度传播方向上单位长度的波长数，等于波长的倒数，即1/λ。
有时也规定2π/λ为波数,用符号K 表示. 质点速度质点因声音通过而引起的相对于整个媒质的振动速度。
声波传播不是把质点传走而是把它的振动能量传走。
声场有声波存在的区域称为声场。
声场大致可以分为自由场、扩散场（混响场）、半扩散场（半自由场)。
自由场在均匀各向同性的媒质中,边界影响可忽略不计的声场称为自由场.在自由场中任何一点，只有直达声，没有反射声。
消声室是人为的自由场,是由吸声材料和吸声结构做成的密闭空间，静谧无风的高空或旷野可近似为自由场.扩散场声能量均匀分布，并在各个传播方向作无规则传播的声场，称为扩散场，或混响场。
声学基础
噪声测试讲义第一章声学基础知识第一节声音的产生与传播一、声音的产生首先我们看几个例子：敲鼓时听到了鼓声，同时能摸到鼓面的振动；人能讲话是由于喉咙声带的振动；汽笛声、喷气飞机的轰鸣声，是因为排气时气体振动而产生的。
通过观察实践人们发现一切发声的物体都在振动，振动停止发声也停止。
因此，人们得出声音是由于物体的振动产生的结论。
二、声源及噪声源发声的物体叫声源，包括一切固体、液体和气体。
产生噪声的发声体叫噪声源。
三、声音的传播声音的传播需要借助物体的，传声的物体也叫介质，因此，声音靠介质传播，没有介质声音是无法传播的，真空不能传声，在真空中我们听不到声音。
声音的传播形式（以大气为例）是以疏密相间的波的形式向远处传播的，因此也叫声波。
当声振动在空气中传播时空气质点并不被带走，它只是在原来位置附近来回振动，所以声音的传播是指振动的传递。
四、声速声音的传播是需要一定时间的，传播的快慢我们用声速来表示。
声速定义：每秒声音传播的距离，单位：M/s。
在空气中声速是340 m/s，水中声速为 1450m/s ，而在铜中则为 5000m/s。
可见，声音在液体和固体中的传播速度一般要比在空气中快得多，另外，声速还和温度有关。
第二节人是怎样听到声音的一、人耳的构造人耳是由外耳、中耳和内耳三部分组成，各部分具有不同的作用共同来完成人的听觉。
耳朵三部分组成结构见彩图。
外耳，包括耳壳和外耳道，它只起着收集声音的作用。
中耳，包括鼓膜、鼓室、咽鼓管等部分。
由耳壳经过外耳道可通到鼓膜，这里便进人中耳了。
鼓膜俗称耳膜，呈椭圆形，只有它才是接受声音信号的，它能随着外界空气的振动而振动，再把这振动传给后面的器官。
鼓室位于鼓膜的后面，是一个不规则的气腔。
有一个管道使鼓室和口腔相通，这个管道叫咽鼓管。
咽鼓管的作用是让空气从口腔进人中耳的鼓室，使鼓膜内外两侧的空气压力相等，这样鼓膜才能自由振动。
鼓室里最重要的器官是听小骨。
听小骨由锤骨、砧骨和镫骨组成，锤骨直接与鼓膜相依附，砧骨居中，镫骨在最里面，它们的构造和分布就象一具极尽天工的杠杆，杠杆的前头连着鼓膜，后头连着内耳。
声学基础
火箭噪声的降低
目前，降低火箭噪声的方法主要是使用各种类型的喷气风暴致偏板。它使火箭喷气风暴得到扩散，从而降低其喷气噪声，特别是低频噪声。
另外，建造地下火箭发射井，井内壁衬设耐高温、不怕气流冲击的吸声材料或吸声结构，也是降低火箭噪声的一个方法。
252.涡流噪声：风扇叶片在转动时，使周围气体产生涡流。这些涡流由于粘滞力的作用，又分裂成一系列分立的小涡流。这个涡流和涡流分裂使空气发生扰动，形成压缩与稀疏过程，从而产生噪声。
当风扇旋转时，涡流噪声的频率取决于叶片与气体的相对速度。而旋转叶片的圆周速度随与圆心的距离而连续变化，因此，风扇旋转所产生的涡流噪声呈明显的连续谱。
55—85分贝的中等强度的声音用B网络，称B声级，用dBB表示；
85分贝以上的较强噪声用C网络，称C声级，用dBC表示。
若A,B,C三档读数相等，则该噪声能量主要集中在高频段，该噪声呈现高频特性；
若C=B>A，则该噪声为中频特性；
若C>B>A，则该噪声为低频特性。
01.声波是介质中密度变化的波．即疏密波．
02.在常温(20?C)和标准大气压下，空气中的声速是344米／秒．同时，声速随温度的变化而变化．在0?C时，c＝331．5米／秒．在θ?C时，
c＝331．5十0．607θ(米／秒)．
即每增加1?C，声速增加0．607米／秒．
03.在声学中，两个相邻的密部或两个相邻的疏部之间的距离叫波长，用λ表示，单位是米。
173.自动记录仪：是自动记录声级的仪器。
把频谱仪与自动记录仪连用，可以迅速准确地测量、分析、记录噪声级和频谱，并自动记录噪声随时间变化的情况。
声学基础知识
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。
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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 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。
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大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
7
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。
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。
30
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
中低频段：500Hz~2kHz
中高频段：2kHz~7kHz
声学基础知识
声学基础知识声音，作为我们日常生活中最常接触到的感知，是一种形式的机械波，它通过物质的震动传播而产生。
声学是研究声音产生、传播和听觉效应等相关现象的学科。
本文将介绍声学的基础知识，包括声音的特性、声波的传播与衰减、和人类的听觉系统。
一、声音的特性声音有几个重要的特性，包括音调、音量和音色。
音调是指声音的高低，由声源的频率决定。
频率越高，音调越高；频率越低，音调越低。
音量是指声音的强弱，由声源振幅的大小决定。
振幅越大，音量越大；振幅越小，音量越小。
音色是指具有独特质感的声音特征，由声音的谐波成分和声源的包络形状决定。
不同的乐器演奏同一个音高，因为其谐波成分和包络形状不同，所以会有不同的音色。
二、声波的传播与衰减声波是指由声源振动产生的压力波。
声波传播时，需要介质作为传播介质，常见的介质包括空气、水、固体等。
在传播过程中，声波会经历衍射、反射、折射等现象。
衍射是指声波遇到障碍物时沿着障碍物的边缘传播，使声音能够绕过障碍物。
反射是指声波遇到障碍物后从障碍物上反弹回来，产生回声。
折射是指声波在介质之间传播时由于介质密度不同而改变传播方向。
声波在传播过程中会逐渐衰减，衰减的程度取决于声音传播的距离、传播介质的特性以及环境条件等。
一般来说，声音传播的距离越远，声波能量的衰减越大；传播介质的特性也会影响声波的衰减，固体传播声波的衰减相对较小，而空气和水传播声波的衰减相对较大。
环境条件如温度和湿度也会对声波的衰减产生一定影响。
三、人类的听觉系统人类的听觉系统是感知声音的重要器官。
它由外耳、中耳、内耳和大脑皮层等部分组成。
外耳包括耳廓和外耳道，它们的主要功能是接收和传导声音。
中耳包括鼓膜和听小骨（锤骨、砧骨和镫骨），它们的主要功能是将声音的机械能转换为神经信号。
内耳包括耳蜗和前庭，耳蜗负责感知声音，前庭负责维持平衡。
大脑皮层负责处理和解读声音信号。
人类听觉系统对不同频率的声音有不同的感知范围。
一般来说，人类可以听到频率范围在20Hz到20kHz之间的声音。
第1章_声学基础_绪论
1
课程的目标与任务
基础性专业课程 从声音的物理学原理出发，利用高等数学、大学
物理等课程的基础理论知识，解决声学问题。 从人耳的听觉特性出发，解决人对的声音的感知
问题。
2
课程的主要内容
➢ 振动与波 ➢ 声波的基本概念和性质 ➢ 人耳的听觉心理 ➢ 声音信号分析 ➢ 音律分析 ➢ 乐器声学 ➢ 声乐和语音分析 ➢ 噪声控制 ➢ 室内声学原理 ➢ 音质评价
各声部在不同时间、不同地点分别录制 适用类型：流行音乐
声学基础
同期录音
优点：融合度好，感染力强 缺点：录制难度大
第一章 绪论
声学基础
分期录音
第一章 绪论
优点：时间、空间不受限制；缺点：融合性不好
流程：前期录音 后期缩混 母带处理 输出成品
Recording
Mixing Down Mastering Product Manufacture
13
声学基础
思考问题
第一章 绪论
➢ 物体围绕它的平衡位置的往复运动叫做振动, 而振动在连续介质中的传播就产生声音。
➢ 声波有两个基本要素：
① 声源，即振动的物体。 ② 声波赖以传播的介质，这种介质可以是固体、液
体或气体。
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声学基础
思考问题
声音是怎么传播的
第一章 绪论
声音经过各次反射最 终到达人耳，其时域 和频域的波形在这过 程中发生很大变化
鼻腔 口腔
鼻输出 口输出
语音产生的动力源于肺，肺产生 压缩空气，然后通过气管、喉、 口腔、鼻腔、牙齿、嘴唇等这一 套发声器官调制以后，再喷射出 来，就产生了语音。
18
声学基础
思考问题
第一章 绪论
声学基础
声场中单位体积介质中声能，用D表示，单位为J/m3。
2.平均声能密度
声场中每一位置的声能密度随时间变化，取一个周期内的 平均值为平均声能密度 D 。
3. 声能密度计算公式
pe2 D 2 c
八、声强(*)
1.声强定义
单位时间通过垂直于声波传播方向的单位面积 的声能在一个振动周期内的平均值,用I表示。
振动方向
传播方向
力学原理：靠介质中的剪切应力传播振动。 存在介质: 固体
注：空气中只存在纵波。
三、声波种类 2. 按波振面分类 （1）概念
波振面：所有振动相位相同的点构成的面 （客观存在） 声 线：沿传播方向与波振面垂直或正交 的一系列直线（假想线）
波振面 声源 声线
三、声波种类
（2）声波按波振面分类 球面波：波振面为球面，点声源产生； 柱面波：波振面为柱面，线声源产生； 平面波：波振面为平面，平面声源产生； 注：当距离声源足够远时，所有声波均可
c c c E (纵波) (横波) (气体纵波)
其中：E —— 压伸（杨氏）弹性模量 G —— 切变弹性模量 B —— 体变弹性模量
G
B
ρ —— 介质质量密度
？问题
高空中空气密度与地面明显不同，那么， 高空与地面声速会有明显不同吗？
碳钢拉压弹性模量： E=2×1011帕(N/m2) 密度：7800kg/m3 钢材理论声速：5063m/s 空气的体变弹性模量：B＝1.42×105Pa 空气密度：1.29kg/m3 空气理论声速：332m/s
视为平面波。
四、声音的频率、波长、振幅
1.频率f： 单位Hz(1/秒)
人耳可听频率范围：20～20000Hz 次声波：低于20Hz 超声波：高于2000Hz
声学基础
一.声音基础知识二.手机电声器件基本参数三.手机音腔设计四.音腔设计常见问题及解决办法五.音频设计的一般规则S h e n g L o n g C o n f i d e n ti a1.声音是什么？声音是一种因为物体振动而产生的弹性纵波，它能通过空气.水.钢铁等媒质传播S h e n g Lo n gC o nf i d en t i a音量（Volume ):声音振幅大小（Amplitude),通常表示的单位dB （Decibel 的缩写）它是以正常人听1000Hz 频率之纯音，所能听到的最弱声音，其音压为0.0002微巴（u bar)当作0dB 。
音调（Pitch ）：声音频率（Frequency)高低，单位CPPS （Cycle Per Second)。
音色（Tone):是由声音的谐波（Harmonic Wave)造成，即由声波的频谱和波形决定，但究竟哪些谐波组成的声波，会造成人所受感受的特色，以及特色如何？不能作实质存在的说明，也无法去衡量，完全由人心里感受，凭经验去体会，是个人相当主观的见解声音三要素中的音调与音量，是声波的频率与振幅，由人感受后的结果，由其实质的存在，也有确实的衡量标准，而人也可由人身的组织，作较为客观的认识，像这种由人的生理，予以客观认识的声音，称为“生理之音”，而音色在声波而言如上述（音色）内容，是心里感受所引发的想象，这种感觉往往会左右人的情绪，心里感受越深，音色越清晰，感受越浅，音色越模糊，这种感受的声音称之为“生理之音”.虽然那些谐波怎样组成声波，会造成人所感受的特色，以及特色如何？建议可在喇叭之总谐音失真（Total Harmonic Distortion)中得到失真愈小其音色表现愈真实S h e n g L o n g C o n f i d e n ti a对于空气的声速有C(t℃)≈331.6+0.6t; 波长λ=C/fC ∝（E/ρ）½4.多普勒效应:当一辆火车以速度V从远处驶近，音调会变高，反之，音调变低，为什么？C（+V）= λ* f(+△f )5.人耳可听到的频率和响度范围：20Hz~20kHz , 0.00002Pa~200Pa （0dB~140dB) ,人耳听到的声音的响度不是与声压值，而是以声压的对数值成线性关系，参考附图.当声音相差10dB时，人耳感觉响度差一倍。
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振动体周围的媒质质点也随之作受迫振动。媒质 质点的振动在媒质中的传播，就称为声波。
媒质质点的运动和波的运动
• 在声波的波动过程中存在着两种既有联系、又有 区别的运动： 媒质质点的运动和波的运动。-麦浪 媒质中的质点仅在其平衡位置附近做往复运动， 它们并没有随着“波”的运动传播出去。 波则是能量传递的一种形式。波传播的是物质 的运动，而不是物质本身。因此，波动是物质运 动的一种形式。
化规律与活塞（声源）相同，但存在一定相位差。
• 换句话说，该点的振动方式在滞后x/c之后才与活
塞的振动方式完全相同。
• 同样地，t一旦确定，则位移仅仅是位置x
的函数。
• 这表示，对于某一确定的时刻而言，不同 质点振动的位移随空间位置也是按正弦的 规律变化的。
• 波长定义为，在一周期T 的时间内声波传播的距离，
p P P0
• 因此，声压定义为由于声扰动而产生的逾量 压强（简称逾压）p。
•在声波传播的过程中，声压p是随空间位置（x,y,z）与时
声场中某点某一时p刻的p瞬(x时, y声, z压, t值) ，称为瞬时声压。
而在一定时间间隔内的最大瞬时声压，称为峰值声压。 如果声压随时间的变化服从简谐规律，则峰值声压也就是
• 自然界中发声体发出的声音从频率角度分 两类： 纯音和复合音
• 纯音： 单一频率成分的音 • 复合音：两种以上频率构成的音，可以分
解为许多纯音之和 • 超低音：习惯上称频率低于60Hz的声音 • 低音： 频率为60-200Hz的声音 • 中音： 频率为200-1KHz的声音 • 中高音：频率为1-5KHz的声音 • 高音： 频率高于5KHz的声音
cT
(2 48)
• 因为周期T 的倒数就是频率f，因此，(2-48)式也可
• 式中c为声c 速。(f2-49)式表明了(2声 速49)c、周期T、频率
T
2f 2
(2 50)
T
• 以质点位移表示的波动方程(1-47)式也可以写成以波
ξ=Asin 2π(ft-χ/λ)= Asin 2π(t/T- χ/λ)
• 音频技术是指声音信号的拾取、传输、存 储和重放的技术。
。
声学基础
• 一、声音的频率范围 • 二、基本声学量 • 三、声波的传播 • 四、人耳的听觉感知特性
一、声音的频率范围
次声波：低于20Hz的声波 超声波：高于20KHz的声波 音频信号： 20Hz- 20KHz人耳可以听到
声音 人的发生器官发出的声音频率：803400Hz 人说话的声音频率：300-3000Hz
• 即用声压、质点振速、媒质密度来描述声过 程。
（二）、声 压
• 在媒质中没有声扰动时，媒质的压强是恒定的。 在大气中，这个压强就是大气压强。
• 由于声波的存在，媒质的压强将发生变化。 • P0表示原来（没有声波存在时）的压强 • P 表示有声波存在时的压强 • 则由于声波的存在而引起的压强变化量
• 声场的特征可以通过媒质中的声压p、质点振 动速度v、或媒质的密度等物理量加以描述。
• 建立这些参数随时间与空间之间的变化关系， 并以数学形式表示，就叫做声波方程，也称 波动方程。
图
• 令活塞以频率作简谐振动，并取活塞的表面 中心（
• 在原点处，亦即在活塞表面处，空气质点的运动与活
0 Asin t
如果声波沿x轴的负向传播，则这时的波动方程
Байду номын сангаас
Asin (t x ) Asin 2 ( ft
x
) Asin 2 ( t
x
)
(2
c
T
• 可以通过声传播时声压与媒质密度的变化规律，求出
2 p 1 2 p c t 2
(2 53)
• 声波方程描述了声压随空间和时间变化的情况。 • 从声压的空间分布来讲，一维的声波方程，反映的 求出(2-53)式在一维情况下的解
• 如果以c表示声波的传播速度（简称声速），则B处
• 为了简便起见，暂且忽略空气吸收，那么，振动的
ξ=Asin (t-χ/c) (2-47)
• 因为B点是任意选取的，可见，x是任意的。
• 因此，(2-47)式就描述了在平面声波传播 过程中，媒质中任何一点、在任一时刻的 质点位移。
• 它反映了有声波存在时，媒质质点的位移 随时间与空间的变化规律。
说明
• 声压随时间的变化服从简谐规律。 • 瞬时声压的方均根值就是有效声压，等于幅值的
0.707倍。 • 一般仪表测试的往往是有效声压值。因此，在实际
应用中人们习惯上所指的声压也往往是声压有效值。
• 声压的基本单位为帕(Pa),同时有 1帕=1牛顿/米2
1微巴=1达因/厘米2 1帕=10微巴
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（三）、声波方程
• 描述声场及声波性质的物理量: • 有声波的空间或区域称为声场。 • 与振动有关的物理量有质点振动的位移、速
度、加速度。 • 与媒质的状态发生了变化有关的物理量有媒
质密度、压强、温度等。
• 物理量的选择原则在于它测试的可靠性和简 便性。
• 对于我们最常见的媒质——空气而言，大气 的压强是最容易测定的，因此，采用与压强 有关的声学量来描述声过程。
• 所谓管内的声波，指的就是空气质点振动能 量在管内传递的过程。
• 因此，在离原点O的某一距离处B的空气质点
也将在其平衡位置附近作谐振动，只不过振
动从O点传到B需要一段时间而已。 • 也就是说，O点和B点所不同的是它们的起振
时间不同。这种时间上的差距就是相位的不 同，即这两者之间存在着一定相位差。
• 基音：在复合音分解的信号中，频率最低 的一个纯音成分
• 泛音：比基音频率高整数倍的纯音成分
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二、基本声学量
• （一）、声波 • （二）、声压 • （二）、声波方程 • （三）、声波的能量--声强
返回
（一）、声波
• 声波（声音）的产生应具备两个基本要素： 物体的振动和传播振动的媒质。 物体的振动是产生声波的基本原因，而传声
• 这就是以质点位移表示的声波方程。
• 从(2-47)式可以看出，波动方程中含有两个自变
量t和x。这两个自变量反映了质点位移与时间t 和空间位置x之间的相互关系。
• x一旦确定，位移则只是时间t的函数。这表示，
在某一确定位置上，质点振动位移随时间t以正弦
函数的规律变化。
• 在一般情况下，即除x=0外的其它位置，尽管其变