声学基础 第一章声音的基本性质 1.1 声音的产生与传播 声音是人耳通过听觉神经对空气振动的主观感受。 声音产生于物体的振动，例如扬声器的纸盆、拨动的琴弦等等。这些振动的物体称之为声源。声源发声后，必须经过一定的介质才能向外传播。这种介质可以是气体，也可以是液体和固体。在受到声源振动的干扰后，介质的分子也随之发生振动，从而使能量向外传播。但必须指出，介质的分子只是在其未被扰动前的平衡位置附近作来回振动，并没有随声波一起向外移动。介质分子的振动传到人耳时，将引起人耳耳膜的振动，最终通过听觉神经而产生声音的感觉。例如，扬声器的纸盆，当音圈通过交变电流时就会产生振动。这种振动引起邻近空气质点疏密状态的变化，又随即沿着介质依次传向较远的质点，最终到达接收者。可以看出，在声波的传播过程中，空气质点的振动方向与波的传播方向相平行，所以声波是纵波。 扬声器纸盒就相当于上图中的活塞 在空气中，声音就是振动在空气中的传播，我们称这为声波。声波可以在气体、固体、液体中传播，但不能在真空中传播。 1.2 声波的频率、波长与速度 当声波通过弹性介质传播时，介质质点在其平衡位置附近作来回振动。质点完成一次完全振动所经历的时间称为周期，记为T，单位是秒(s)。质点在1秒内完成完全振动的次数称为频率，记作f，单位为赫兹(Hz)，它是周期的倒数，即： f=1/T 介质质点振动的频率即声源振动的频率。频率决定了声音的音调。高频声音是高音调，低频声音是低音调。人耳能够听到的声波的频率范围约在20—20000 Hz之间。低于20Hz的声波称为次声波，高于20000Hz的称为超声波。次声波与超声波都不能使人产生听感觉。 声波在其传播途径上，相邻两个同相位质点之间的距离称为波长，记为λ，单位是米(m)。或者说，波长是声波在每一次完全振动周期中所传播的距离。
体育馆混响时间测量观摩实验 一、实验目的 厅堂混响时间的测量原理与实验方法 二、实验仪器 B&K公司Diarc建筑声学测量系统、特制脉冲声源发生器、A计权声级计 信号源：脉冲声源、MLS信号、E-sweep信号 三、实验原理 1、混响时间 声波在室内传播时，要被墙壁、天花板、地板等障碍物反射，每反射一次都要被障碍物吸收一些。这样，当声源停止发声后，声波在室内要经过多次反射和吸收，最后才消失，我们就感觉到声源停止发声后声音还继续一段时间，这种现象叫做混响。混响时间不仅在音质评价方面，还在材料声学性能的测试、噪声控制等领域都是十分重要的参数。适度的混响，可以明显改善声音质量，改变音乐的音色和风格。 混响时间的定义：声能密度降为原来的1/106时所需的时间，相当于声压级衰变60分贝。某频率的混响时间是室内声音达到稳定状态，声源停止发声后残余声音在房间内反复经吸声材料吸收，声压级衰减60dB所需的时间，用T60或者RT表示。 赛宾公式： 其中：V为房屋的容积、 S为室内总面积、 为房间内所用表面材料的平均吸声系数。 2、混响时间的测量方法 2.1稳态噪声切断法 稳态噪声切断法是最常见的，使用起来也最方便，它先在房间内用声源建立一个稳定的声场，然后使声源突然停止发声，用传声器监视室内声压级的衰变，同时记录衰变曲线，最后从衰变曲线计算声压级下降60dB的时间而测得混响时间。但这种方法有一个缺点就是声衰变严重地受到无规过程中不可避免的瞬时起伏的影响，所以对相同的声源和传声器点必须测量多次进行平均。其测量原理图如图1所示。
稳态噪声切断法测量混响时间测得的响应和声压级衰变曲线如图2、图 3 所示。 2.2 MLS 最大长度序列信号或扫频信号测量法 采用具有随机性、自相关近似为D函数，长度为N的周期序列信号作为声源，可以求出系统的脉冲响应，并抑制背景噪声的影响，在低信噪比的情况下测量混响时间。此时，系统的脉冲响应等于输入输出互相关，其中，h(t)—系统的脉冲响应，S i—输入信号，S o—输出信号。 3、测量频率 测量混响时间所选取的频率，不应少于以6个倍频程中心频率：125Hz、250Hz、500 Hz、1000 Hz、2000 Hz、4000 Hz。如有必要，应增加频率间隔为1/3倍频程的中心频率。 4、测点选择 为保证数据可靠，建议作多次测量求平均，测点应均匀分布在厅堂内，一般不少于4-9点。 四、实验内容 1、一般规定： 1.1被测厅堂应提供满场状况、排演状况和空场状况三种被测状况，本实验仅对空场状况进行测量 1.2厅堂的门、窗均应关闭，门窗帘应展开 1.3在所选测点上混响时间测量时信噪比至少满足40dB要求（MLS可低至20dB） 1.4测量传声器应是无指向性的，离墙1.5米以上，高度置于离地1.5米左右 2、混响时间的测量的观摩实验 2.1连接Dirac测量系统 2.2调试测量仪器并对其进行校准
山东省德州市多功能厅音响系统工程 声学测量结果报告 上海海书声光电科技有限公司技术部制 测试日期：2011-07-07
目录 一、测试工程概述 (3) 1.1、测试项目相关说明 (4) 1.2、系统测试依据及标准 (7) 1.3、系统测试点和测量位置的选择 (8) 二、扩声系统声学特性测量指标 (9) 2.1、传声增益 (9) 2.2、传输频率特性 (10) 2.3、声场不均匀度 (10) 2.4、混响时间 (11) 2.5、最大声压级 (11) 2.6、语言传递指数（STI） (12) 2.7、辅音语言清晰度（ALC） (14) 2.8、延迟时间 (15) 2.9、系统噪声级 (15) 2.10、相关附件 (16) 三、售后服务 (19)
一、测试工程概述 根据该音响扩声项目各个厅堂的面积以及使用功能，有选择性的配置音响扩声、数字会议、音视频切换、投影显示和中央控制系统等多媒体多功能会议功能，基本指标为满足国家多用途类相关标准。 本设计说明是我方对音响扩声厅堂系统工程扩声系统设计方案所作的阐述。 工程项目主要包括德州市多功能厅厅堂音响扩声项目，主要涉及音响扩声、数字会议、音视频切换、中央控制和视频显示等功能的设计。 多功能厅是一个多种功能于一体的专业扩声场所，集多媒体会议、网络电视会议、学术交流、技术培训、产品介绍、新闻发布、国际交流、娱乐演出等重要功能于一体的专业扩声厅堂；在设计时，我们本着合适的混响时间，最大的声压级、良好的频率响应、较高的传声增益和一定的语言清晰度等要求做好本次音响工程的设计。 我们采用了一切先进的技术和手段，秉着先进、实用、功能齐全的设计理念，务必使扩声系统能满足国际会议、学术交流、培训使用和娱乐演出等高要求的多功能使用需要。 在本项目中，我们从业主的需求、各厅堂的建筑结构入手，结合以往类似工程的经验，在产品选型、模拟分析、技术实施等方面做好工作。作为从事多年音响扩声厅堂系统设计与维护的集成公司，我们将根据以往在AV系统领域多年来积累的丰富经验，提供适合用户使用的完整解决方案。充分为用户着想，提供良好的设备和优质的售后服务，为用户提供一个良好的解决方案。 此次设计为音响扩声厅堂音响扩声系统工程，主要包括音响扩声系统、数字会议系统、音视频切换系统、中央控制系统和投影视频显示系统等子系统组成，我们根据图纸要求对该项目厅堂扩声设计，根据业主提出的具体要求和实际使用要求，我们结合多年扩声系统设计的经验，我们提出了室内音响扩声系统解决方案，并就此对该厅堂的音响扩声系统做一次全面的系统声场测试工作。 在设计本方案时，我们采用了先进的视听系统设计，采用了大量科技含量较高的产品，结合现代先进的会议系统，做到整体解决方案系统化、集成化、数字化。 与此同时，我们在对此音响系统做声场测试时，也采用了音响行业内主流测试软件SIA SmaartLive和 Systune EASERA，测试设备我们也采用了先进、电气性能优良的电声测试设备。
2．1 超声波的定义 波是由某一点开始的扰动所引起的，并按预定的方式传播或传输到其他点上。声波是一种弹性机械波。人们所感觉到的声音是机械波传到人耳引起耳膜振动的反应，能引起人们听觉的机械波频率在20Hz~20KHz ，超声波是频率大于20KHz 的机械波。 在超声波测距系统中，用脉冲激励超声波探头的压电晶片，使其产生机械振动，这种振动在与其接触的介质中传播，便形成了超声波。 2．2超声波的物理特性 当声波从一种介质传播到另一种介质时，在两介质的分界面上，一部分能量反射回原介质，称为反射波；另一部分能量透射过分界面，在另一个介质内部继续传播，称为折射波，如图2．1所示，图中L 为入射波，S ?为反射横波，L ?为反射纵波，L ?为折射纵波，S ?为折射横波。 L 图2．1超声波的反射、折射及其波形转换 这些物理现象均遵守反射定律、折射定律。除了有纵波的反射波折射波以外，还有横波的反射和折射。 因为声波是借助于传播介质中的质点运动而传播的，其传播方向与其振动方向一致，所以空气中的声波属于纵向振动的弹性机械波。在理想介质中，超声波的波动方程描述方法与电磁波是类似的。描述简谐声波向X 正方向传播的质点位移运动可表示为： ()cos()A A x t kx ω=+ （2.1） 0()ax A x A e -= （2.2） 式中，()A x 为振幅即质点的位移，0A 为常数，ω为角频率，t 为时间，x 为传播距离，2/k πλ=为波数，λ为波长，α为衰减系数。衰减系数与声波所在介质和频率关系： 2af α= （2.3）
式(2．3)中，a 为介质常数，f 为振动频率。 2．2．1超声波的衰减 从理论上讲，超声波衰减主要有三个方面： (1) 由声速扩展引起的衰减 在声波的传播过程中，随着传播距离的增大，非平面声波的声速不断扩展增大，因此单位面积上的声压随距离的增大而减弱，这种衰减称为扩散衰减。 (2) 由散射引起的衰减 由于实际材料不可能是绝对均匀的，例如材料中外来杂质金属中的第二相析出、晶粒的任意取向等均会导致整个材料声特性阻抗不均，从而引起声的散射。被散射的超声波在介质中沿着复杂的路径传播下去，最终变成热能，这种衰减称为散射衰减。 (3) 由介质的吸收引起的衰减 超声波在介质中传播时，内于介质的粘滞性而造成质点之间的内摩擦，从而使一部分声能转变成热能。同时，由于介质的热传导，介质的稠密和稀疏部分之间进行热交换，从而导致声能的损耗，以及由于分子驰豫造成的吸收，这些都是介质的吸收现象，这种衰减称为吸收衰减。 扩散衰减仅取决于波的几何形状而与传播介质的性质无关。对于大多数金属和固体介质来说，通常所说的超声波的衰减，即p(衰减系数)表征的衰减仅包括散射衰减和吸收衰减而不包括扩散衰减。因此，空气介质的衰减系数也由两部分组成，可由下式表示： 22222238211()3v P f f K C C C C πηπβρρ=++ (2.4) 式中：K ：热传导系数 f ：超声波频率 η：动力粘滞系数 C ：超声波传播速度 v C ：定容比热 p C ：定压比热 ρ：传播介质密度 式(2．4)中第一项是由内摩擦引起的衰减系数，第二项是由热传导引起的衰减系数，由于后者比前者小得多，故在忽略热传导引起的超声波衰减的情况下，衰减系数可以由下式表示： 223 83f C πηβρ= （2.5） 把C = 2.5）可得： 3223 322283()M f R T β πηργ=?? (2.6) 由式(2．6)可知：温度一定时，η、 ρ、T 均一定，衰减系数与频率的平方成正比；频率越高，衰减的系数就越大，传播的距离也就越短。在实际应用中，一般选
第二章超声波声场的特性 第一节波源辐射声场 超声检测或超声相控阵成像检测设备都是工作于主动检测方式。即由作为生源的超声换能器或阵列超声换能器向被检测物体内发射超声波，然后由接收换能器或阵列换能器接收载有被检测物体内缺陷或组织信息的超声回波信号，再通过信息提取与处理，实现对被检测物体内部缺陷或结构的评估与成像。 2.1 波动方程 物理声学中的波动方程是研究超声（或阵列）换能器的声场特性最基本的原理和方程。若被超声检测的物体为金属材质，大部分区域被认为各点的声速和密度是一致的，被认为是均匀体，只是对于缺陷或组织不均匀区域则是不一致的；若被检测物体为生物体，物体内各点的声速与密度存在起伏，并非均匀一致。本书只讨论在工程应用的超声相控阵成像检测技术，因此仅讨论在均匀介质中的声场。在声速与密度非均匀的介质中，声波传播过程用非均匀介质中声波方程来加以描述。非均匀介质中波动方程为 ?2P?1 C2e2P et2 =1 ρ ?ρ??P（式2-1） 式中，P是声强，ρ是介质密度，c是声波的速度，▽是梯度算子。假设声速和密度较之平均声速c0和平均密度ρ0有微小偏移，即 ρ=ρ0+?ρc=c0+?c 其中?ρ<<ρ0，?c< 1.扩声系统设计指标 根据会议现场的建筑环境，节目类型及音源动态要求，现行的多功能厅，报告厅会议室等，都按照《厅堂扩声系统声学特性指标》 GYJ25-86 的语言兼音乐扩声一级标设计，设计的指标如下： 最大声压级（空场稳态，准峰值）： 125～4000 Hz，平均≥98dB 传输频率特性：125～4000Hz，≤4dB 传声增益：125～4000Hz，≥8dB 声场不均匀度： 100Hz≤8dB， 1000 Hz～6300 Hz≤6dB 噪声级：≤NR25 （扩声系统） 2.专业扩声系统术语解释 由于电子技术的发展，扩声系统中电子设备的频率响应和相位响应处理技术已经达到很高的水平，影响扩声系统还原性能的主要瓶颈是换能器（扬声器）的失真，因此扬声器是决定扩声系统设计指标和品质因素的重点，换言之，扩声系统的预期指标与扬声器的规格参数息息相关。 3.频响范围 频响范围由频率范围与频率响应组成：频率范围 指电子设备最低有效重放信号频率与最高有效重放信 号频率之间的范围，一般采用图表形式表示音箱的相对幅 度和频率的函数关系（频率响应图）。左图是某音箱理想 的频率范围： 60Hz～20KHz@-3dB；频率响应指将一个恒 压输出的音频信号与系统相连接时，音箱产生的声压随频 率变化而发生增大或衰减，相位随频率发生变化的现象， 这种声压，相位频率的相关变化关系称为频率响应，单位 为分贝（dB）。 声压与相位滞后随频率变化的曲线称为频率特性。这是考察音箱性能优劣的一个重要指标，它与音箱的性价有着直接的关系，其分贝值越小说明音箱的频响曲线越平坦、失真越小、性能越高。人耳可分辨的频响不平坦程度因人及节目内容而异，大多数人对同一节目的频响变化如果小于 2～4dB就不易觉察。 选择音箱时应是扩音系统频响范围越大越好，但也必须是平坦的，两端衰减量不大于 3dB才有意义。 声压Sound Pressure：有声波产生时，传播媒质中的压力与静压的差值。单位为帕斯卡，简称帕（Pa）。 声功率：单位时间内通过某一面积的声能，单位为W（瓦）。 声压级Sound Pressure Level：声压与基准声压的比值以10为底的对数乘以2，通常以分贝（dB）为单位，基准声压必须指明。功放的功率Power：功放的单位是W（瓦），容量的大小与重放信号的大小、频率范围、负载阻抗、以及可承受的失真电平有关。为了制定功率的测试标准，联邦贸易委员会（FTC）颁布了以输入信号为20Hz～20KHz，失真低于1%的长时间测试标准，一种是使用“单音短脉冲触发”的方法在以下频率进行： 20Hz-0.05秒脉冲信号 这里是事先声明: （1）我是第一次装机子而且是甲类机---别人会问：第一次就装甲，你厉害啊----不是甲我有必要装么？我以前用的国产乙类,甲乙类厂机。 （2）买了四块KSA50---烧毁了一块，另外一块电源接反烧了俩二极管以及电源输入线路上的铜箔，重新弄好，正式上机是后来的两块，板子是惠州老刘的KSA50 （3）我的目的是听音乐，不是焊机为娱乐滴人----我不折腾，可能的话一块线路调到我要的声音，如果可能的话。 （4）老鸟可以无视我的经验，以下的只对菜鸟起作用，因为我连电路图差不多都看不懂，我是个吃现成的人---老鸟可以鄙视下 （5）发帖的目的是为了别人少走弯路，以下经验所诉只针对KSA50，以前开过贴不全面问题没有表述清楚，这次汇总下，终于挂上双声道了----这说明声音接近自己调试目的了，这点很重要。目的是个人准备给滤波电容最后拍定，测试声场定位，高中音 表现很理想了已经。（个人意见） 以下是正文： （1）选择之前很困惑，到底什么线路好？论坛上放水得多，冒充大侠的不少，真理只在少部分人手里---我相信这句话，但是群总的眼睛是雪亮的—我也相信这句话。既然 卖了那么多，买了那么多，存在即是道理，所以我选择了KSA50（也是因为群里的 朋友在推荐），想装PASS但是很多人对低音有微词，所以暂不考虑， （2）备料----KSA50整个淘宝就那么几款板子，直刻原厂的还是算了吧，我自问没那水平，我要的是KSA50基本框架，有些卖家适当的改进未必不见得是坏事，适合国情。 滤波电容的选择因为之前只对ELNA有所耳闻所以找了几个库存全新的JVC定制品 （这是第一次买料），机箱找遍淘宝只能是这个小甲箱（散热面积最大），那些个动 辄几十斤散热的大侠你还是别忽悠了，除非你想让你的散热片工作在50度以下！经过推算，淘宝上卖的最多的大甲箱A1000A998之类的绝对可以对付50W甲类！但 是由于是多块拼接所以紫铜均热板是必需的！！越大越好！（当然这样搞成本很高） 以之前对于音响系统的了解，双单声道无疑是最好的，干扰最低，而且这样搞散热 也很大---事实证明我的选择是对的！变压器是定制的，基本不叫—开机一瞬间微哼，后面听不到了，初级和次级大电流线径很重要，国内的牛和外国的还是有差距，因 为做的是甲类，线径不到大电流输出不能保证，我定制的是800W36V四线线径不 过1.5mm而已，勉强达标。IR桥上面散热片是用硅胶粘的牢靠的很（记住是硅胶不是硅脂）另外又买了一小盒含银硅脂，桥装在底板或者上盖板散热效率确实比 散热片强些，当然大型的散热片除外，桥的发热比散热片低，要是劣质产品那就超 标了。第二次备料----日化滤波18000uf四只，飞利浦23000uf四只，尼康BP-S 无极一堆，思碧等等小容量电容一堆，还有负反馈各种各样（我就不说了，个人听 音取向不同选择不同）。整流桥我都是买的IR，整个淘宝适合IR的整流桥电路板就一家，我后来发现很多朋友选择的螺栓型无电路板滤波和整流其实是很方便的，用电源板局限性很大。。。线材的选择---这里有必要说下，淘宝里铜镀银特氟龙基本都是很硬的那种，多股线芯很粗铜质有待考证，而且不符合线径一定线芯越多越 好的原则。老刘的和另外两家都一样，说实话我很不喜欢，因为我的是引线连接， 硬线非常不好用，后来别家买了软的特氟龙（有点水，不是说线水，线很好铜的纯 度高很软，这个外皮是透明的不燃但是60W烙铁温度高了外皮会化的很软但是还没融掉）最终测试用的是这种，对于外接线的大管要像我这样给上标记，我用的是热 缩管，避免线接错的悲剧发生。喇叭走线是4mm的怪兽，这线也不能焊，物理直连。 开关是红波的19mm开孔自复位开关，因为有软启动，没有软启动的选择机箱自带 第二章超声波发射声场与规则 反射体的回波声压 超声波探头(波源)发射的超声场，具有特殊的结构。只有当缺陷位于超声场内时，才有有可能被发现。 由于液体介质中的声压可以进行线性叠加，并且测试比较方便。因此对声场的理论分析研究常常从液体介质入手，然后在一定条件下过渡到固体介质。 又由于实际探伤中广泛应用反射法，因此本章在讨论了超声波发射声场以后，还讨论了各种规则反射体的回波声压。 第一节纵波发射声场 一、圆盘波源辐射的纵波声场 1.波源轴线上声压分布 在不考虑介质衰减的条件下，图2.1所示的液体介质中圆盘源上一点波源ds辐射的球面波在波源轴线上Q点引起的声压为 式中 P o——波源的起始声压； d s——点波源的面积； λ——波长； r——点波源至Q点的距离； κ———波数，κ=ω/c=2π/λ； ω——圆频率，ω=2πf；‘ t——时间。 根据波的迭加原理，作活塞振动的圆盘波 源各点波源在轴线上Q点引起的声压可以线性迭加，所以对整个波源面积积分就可以得到波源轴线上的任意一点声压为 其声压幅值为 (2.1) 式中 R s—波源半径； χ——轴线上Q点至波源的距离。 上述声压公式比较复杂，使用不便，特作如下简化。 当χ≥2R，时，根据牛顿二项式将(2.1)式 简化为 (2.2) 根据sinθ≈θ(θ很小时)上式可简化为 (2.3) 式中 Fs——波源面积， (2.3)式表明，当χ≥3R；/A时，圆盘源轴线上的声压与距离成反比，与波源面积成正比。 波源轴线上的声压随距离变化的情况如图2.2所示。 (1)近场区：波源附近由于波的干涉而出现一系列声压极大极小值的区域，称为超声场的近场区，又叫菲涅耳区。近场区声压分布不均，是由于波源各点至轴线上某点的距离不同，存在波程差，互相迭加时存在位相差而互相干涉，使某些地方声压互相加强，另一些地方互相减弱，于是就出现声压极大极小值的点。 波源轴线上最后一个声压极大值至波源的距离称为近场区长度，用N表示。 声压P有极大值，化简得极大值对应的距 离为 式中n=O、1、2、3、……<(D s-一x)/2λ的正整数，共有n+1个极大值，其中n=0为最后一个极大值。因此近场长度为 (2.4) 声压P有极小值，化简得极小值对应的距离为 式中，n=0、1、2、3、…… 声场测试总结依据 1.GB 50371-2006《厅堂扩声系统设计规范》 会议类扩声系统声学特性指标 2.GB T 4959-1995《厅堂扩声特性测量方法》测试步骤： 一．系统初始化，选测试点。 二．校准SmaartLive的声压级 三．测试音箱相位 四．测（调）试以下指标： 如果测试之后作了调整，那么记录调整之后的参数。 指标术语解释： 摘自GB 50371一2006《厅堂扩声系统设计规范》 传输频率特性transmission frequency response 扩声系统在稳定工作状态下，厅堂内各测量点稳态声压级的平均值相对于扩声设备输入端的电平的幅频响应。 传声增益transmission gain 扩声系统在最大可用增益状态时,厅堂内各测量点稳态声压级平均值与扩声系统心型[R(θ)=(1+ cos θ)/2 ]传声器处稳态声压级的差值，单位:dB 。 最大声压级maximum sound pressure level 扩声系统完成调试后，在厅堂内各测量点可能的最大峰值声压级的平均值L M 。 以峰值因数(1. 8-2. 2)限制的额定通带粉红噪声为信号源，其最大峰值声压级为RMS 声压级的长期平均值L RMS 、加上峰值因数的以10为底的对数再乘以20，单位:dB 。 )2.2~8.1lg(20+=RMS L L 声场不均匀度sound distribution 厅堂内 (有扩声时)各测量点的稳态声压级的差值，单位dB 。 系统总噪声级system total noise level 扩声系统在最大可用增益工作状态下，厅堂内各测量点扩声系统所产生的各频带的噪声声压级(扣除环境背景噪声影响)平均值，以NR-曲线评价。 具体说明 一． 系统初始化，选测试点 GB T 4959-1995《厅堂扩声特性测量方法》 2．1 测量条件 2．1．1 测量前 (原文)扩声设备须按设计要求安装完整，并调整扩声系统使之处于正常工作 E A S E声场分析说明 声场分析 计算机模拟声场分析 (3) 1. EASE 4.3电脑设计系统简介 (3) 2. 分析依据: (3) 3. 电视电话会议室声场分析 (5) 4. 电视电话会议室分析结果 (12) 5. 作战指挥室声场分析 (13) 6. 作战指挥室分析结果 (20) 计算机模拟声场分析 为使武警水电会场声学方案设计更好地符合实际的效果，运用当代先进的计算机模拟技术，根据实际尺寸建立计算机建筑模型，对方案设计的音响效果进行计算机模拟验证，以确认设计的合理性，以及能满足技术要求，达到预期效果。 设计运用的是著名的声场分析软件——EASE4.3。 1.EASE 4.3电脑设计系统简介 EASE（全称ELECHO ACOUSTIC SIMNLATOR FOR ENGINEER）是由德国人在九十年代中期开发的通用数据库，现已成为世界上最为广泛使用的声学设计软件。 EASE是采用计算机CAD技术进行模拟声场的模型建设、声学设计、声学计算与声学分析的综合设计软件。 我们现在使用的是EASE 4.3版本，主要用它进行模拟验算的声学参数有： ?声场声压的分布——对声场的均匀度、频率响应及分布进行分析计算?声场清晰度的计算——对声音清晰度的分析计算 2.分析依据: 武警水电电视电话会议室以及作战指挥室扩声系统属厅堂扩声。声学特性指标采用广播电影电视部部分标准GYJ25-86<<厅堂电声系统声学特性指标>>中语言和音乐兼用的电声系统二级（语言扩声一级）声学特性指标。 RASTI----快速语言传输指数（rapid speech transmission index）是语言传输指数法（STI法）在某些条件下的一种简化形式，用来测定与可懂度有关的语言传输质量。在EASE中0.75～1（含0.75）为优,0.6～0.75（含 0.6）为良好,0.45～0.6（含0.6）为一般,0.3～0.45（含0.3）为较差,小于0.3为差.一般大于0.5为好. ALC-----辅音清晰度损失百分比（%ALCONS）是一种语言可懂度的度量方法。在EASE中0%～3.3%为优,3.3%～6.6%为良好,6.6%～14.7%为一 般,14.7%～33.6%为较差,33.6%以上为差.一般小于10%为好. 说明：以下六种图，前两种图表示设计者的音箱布置方式，后三种图是计算机模拟分析的结果。设计选择的音箱型号是软件数据库所具备的，所以其模拟分析的结果是有一定参考价值的。 建筑模型图——表示音箱的设计布置方式； 音箱声向图——表示音箱声线主轴所指向的位置； 超声波的四个特性及应用特性 来源：全球五金网2011-9-8 作者：济宁天华超声电子仪器有限公司公司产品公司商机公司招商公司新闻 超声波顾名思义，超过常规声波的声波。声波是指人耳能感受到的一种纵波，其频率范围为16Hz-20KHz。当声波的频率低于16Hz时就叫做次声波，高于20KHz则称为超声波声波。 超声波特性有四个方面： 1）超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播。 2）超声波可传递很强的能量。 3）超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。 4）超声波在液体介质中传播时，可在界面上产生强烈的冲击和空化现象。 1.束射特性 由于超声波的波长短，超声波射线能够和光线一样，可以反射、折射，也能聚焦，而且．恪守几何光学上的定律。即超声波射线从一种物质外表反射时，入射角等于反射角，当射线透过一种物质进入另一种密度不同的物质时就会产生折射，也就是要改动它的传插方向，两种物质的密度差异愈大，则折射也愈大。 2.吸收特性 声波在各种物质中传播时，随着传播间隔的增加，强度会渐进削弱，这是由于物质要吸收掉它的能量。关于同一物质，声波的频率越高，吸收越强。关于一个频率一定的声波，在气体中传播时吸收最历害，在液体中传播时吸收比拟弱，在固体中传播时吸收最小。 3.超声波的能量传送特性 超声波所以往各个工业部门中有普遍的应用，主要之点还在于比声波具有强大得多的功率。为什么有强大的功率呢?由于当声波抵达某一物资中时，由于声波的作用使物质中的分子也跟着振动，振动的频率和声波频率―样，分子振动的频率决议了分子振动的速度。频率愈高速度愈大。 物资分子由于振动所取得的能量除了与分子的质量有关外，是由分子的振动速度的平方决议的,所以假如声波的频率愈高，也就是物质分子愈能得到更高的能量、超声波的频率比声波能够高很多，所以它能够使物资分子取得很大的能量；换句话说，超声波自身能够供应物质足够大的功率。 4.超声波的声压特性 当声波通入某物体时,由于声波振动使物质分子产生紧缩和稠密的作用，将使物质所受的压 声场 消声室—房间四周均有吸声结构，因此传向各个方向的声音不会被反射。若一个房间具备自由场的条件，则会有完美的吸声效果。 消声末端—经常在高效吸声风管末端测试消声效果。 房间平均吸声系数（a）—将一个房间分成几个表面区域，单位为ft2或m2，全部房间的吸声系数，单位为赛宾或公制赛宾。 辐射─指声音以一个相当小的立体角度发射的现象。当频率增加时，这种特性更加准确。 散射场—在此环境中，各个位置的声压级相同，各个方向的声能流量也相等。 指向性因数（DI）—在远场中的任一个给定方向的声压级和平均声压级之间的差别。 从一个敞开的、排风管或风管发出的噪声，随测点和风管中心线的夹角而变化。以上所示数据为当量直径或直径约为10 ft (3.05m)的管道或风管发出的噪声。 扩散—在一个自由声场中，声波的传播使远场中声源的声压级随着离声源的距离越远而越低。 远场—声场的一部分，声压随距声源距离的增加而减少。距离每增加一倍，声压级相应减少约6dB。 自由场—指在一种环境中，声波在没有障碍物或反射的情况下，向各个方向传播。如：消声室。 硬质房间—对声音的吸收率非常低，而反射率相当高的房间。 反平方定律—在远场和自由场的条件下，声音密度的变化与距声源的距离的平方成反比。 两个远场点之间声压级的差如下所示： Lp2 = Lp1 - 20 log(R2 / R1) （B-1） 其中： Lp1 = 位置1的声压级，dB； Lp2 = 位置2的声压级，dB； R1 = 从声源到点1的距离； R2 = 从声源到点2的距离。（R1、R2单位必须相同） 公制Sabins—参看“总吸声值”。 近场—在声源和远场之间，距声源较近的位置。近场的典型特点是：只要测点与声源间距有微小变化，声压就会变化很大。 敞开的场—在一种环境里，声源可被固定在一个声学反射平面上，在无障碍物和反射的情况下，声音以半球形的形式传播。例：一间带有硬质（反射）地板的消声室；具有平坦地面而无障碍物的室外环境。 混响室—房间经过特殊处理，其四周具有高度反射性，以使声场尽可能地扩散，具有很长的混响时间。混响时间—在一个房间中，当一个稳定的声源停止发声后，平均声压级降低60dB所需要的时间。可采用如下方法估算： T = 0.049（V / A）英制单位（B-2） 声场测试报告 一、设计规范及标准 根据舞台的基本使用功能和定位并参照国家相关的标准和规范： 音响扩声系统设计规范 WH/T38-2009《舞台扩声系统跳线柜、综合接线箱、地板接线盒设置规范》WH/T39-2009《专业音频和扩声用扬声器组件实用规范》 WH/T318-2003《演出场所扩声系统的声学特性指标》 JGJ 57-2000/J 67-2001《剧场建筑设计规范》； GB 4959-95 《厅堂扩声特性测量方法》； GBJ 76-84 《厅堂混响时间测量规范》； JGJ 16-2008 《民用建筑电气设计规范》； GB/T 14476-93 《客观评价厅堂语言可懂度的“RASTI”法》； （WH/T25-2007）《剧场等演出场所扩声系统工程导则》 GB/T 14197-93 《声系统设备互连的优选配接值》； ITU-R BT. 601-2 供演播室使用的数字电视编码标准； ITU-R BT. 711 供分量数字演播室使用的同步基准信号； GY/T 156-2000 演播室数字音频参数； GY/T 158-2000 演播室数字音频接口； AES3 供数字伴音工程线性表示数字伴音数据的串行传输格式； AES11 供数字伴音工程在演播中使用的数字伴音设备的同步规格； GB 3174-1995 PAL-D 制电视广播技术规范； 二、多功能演播厅声场设计说明 根据场景布局、实用面积，结合系统功能现实（文艺活动兼报告型会议、培训等等），我们选择主/辅/超低/返听扩声模式进行声场扩声。 本系统采用了48路扩展性强、处理功能强大、兼容性好、个性化、多场景方便方便每个操作者和每场演出、无线调音功能的数字调音台为核心进行音频系统主控制，无线手持、无线头戴、人声/乐器、合唱、鹅颈电容会议话筒对人声进行拾取，随后将初次拾取到的人声信号（人声信号先进入数字调音台综合管理） 通过专用的传输线缆传输到调音台，接着输出到效果器进行初次音质处理、修正、根据使用环境适当的添加音频效果后输入至调音台进一步的对音质处理（增益、MIC 前置放大器、均衡、单/立体声输出等等），这时通过调音台末端输出到12进12出音频数字矩阵处理器，运用其内置功能进行处理（输入信号进行压限、延时、均衡等操作，此操作有益系统的正常运行、设备安全、声场音质的均匀），最后分频器进行音频信号处理分频，将音频电声信号一分为三进入扩声系统的信号电声放大部分，此部分是通过与扬声器技术参数相匹配的主/辅/超低频功率放大器对电声信号进行电功率放大，让音频可以有足够的功率去推相应的主/辅/超低频扬声器（也是系统的末端），对舞台这场区域，我们选配一对舞台返听扬声器，用均衡器进行音质处理（提升/衰减量程、增益调节、电压调节、信号动态调节等等），为场景提供一个高品质、高享受、高效率的优良声场。除此之外，为了提高系统的安全性与操作的方便性，还选配了一台电源时序器对整套系统电源进行管理，可以通过此设备对电源逐一逐一的进行安全开/关（一键到位）。为了增加文艺活动演出方便还配置了一套舞台演出内部通讯系统。 超声波焊接的焊点，应有高的接合强度和合格的表面质量，除了表面不能有明显的挤压坑和焊点边缘的凸出以外，还应注意与上声极接触处的焊点表面情况，不允许有裂纹和局部未熔合，因此，超声波焊接的形式选择、接头设计和焊接参数选择非常重要。 一、超声波焊接特点 1) 可焊接的材料范围广，可用于同种金属材料、特别是高导电、高导热性的材料（如金、银、铜、铝等）和一些难熔金属的焊接，也可用于性能相差悬殊的异种金属材料（如导热、硬度、熔点等）、金属与非金属、塑料等材料的焊接，还可以实现厚度相差悬殊以及多层箔片等特殊结构的焊接。 2) 焊件不通电，不需要外加热源，接头中不出现宏观的气孔等缺陷，不生成脆性金属间化合物，不发生像电阻焊时易出现的熔融金属的喷溅等问题。 3) 焊缝金属的物理和力学性能不发生宏观变化，其焊接接头的静载强度和疲劳强度都比电阻焊接头的强度高，且稳定性好。 4) 被焊金属表面氧化膜或涂层对焊接质量影响较小，焊前对焊件表面准备工作比较简单。 5) 形成接头所需电能少，仅为电阻焊的5％；焊件变形小。 6) 不需要添加任何粘结剂、填料或溶剂，具有操作简便、焊接速度快、接头强度高、生产效率高等优点。超声波焊接的主要缺点是受现有设备功率的限制，因而与上声极接触的焊件厚度不能太厚，接头形式只能采用搭接接头，对接接头还无法应用。 二、超声波焊接的分类 超声波焊接分类按照超声波弹性振动能量传入焊件的方向，超声波焊接的基本类型可以分为两类：一类是振动能量由切向传递到焊件表面而使焊接界面产生 相对摩擦，这种方法适用于金属材料的焊接；另一类是振动能量由垂直于焊件表面的方向传入焊件，主要是用于塑料的焊接。常见的金属超声波焊接可分为点焊、环焊、缝焊及线焊；近年来，双振动系统的焊接和超声波对焊也有一定的应用。 （1）点焊点焊是应用最广的一种焊接形式，根据振动能量的传递方式，可以分为单侧式、平行两侧式和垂直两侧式。振动系统根据上声极的振动方向也可以分为纵向振动系统、弯曲振动系统以及介于两者之间的轻型弯曲振动系统。功率500W以下的小功率焊机多采用轻型结构的纵向振动；千瓦以上的大功率焊机多采用重型结构的弯曲振动系统；而轻型弯曲振动系统适用于中小功率焊机，它兼有上述两种振动系统的优点。 （2）环焊环焊方法如图5所示，主要用于一次成形的封闭形焊缝，能量传递采用的是扭转振动系统。焊接时，耦合杆4带动上声极5作扭转振动，振幅相对于声极轴线呈对称分布，轴心区振幅为零，边缘位置振幅最大。该类焊接方法最适合于微电子器件的封装工艺，有时环焊也用于对气密性要求特别高的直线焊缝的场合，用来代替缝焊。由于环焊的一次焊缝的面积较大，需要有较大的功率输入，因此常常采用多个换能器的反向同步驱动方式。 （3）缝焊与电阻焊中的缝焊类似，超声波缝焊实质上是由局部相互重叠的焊点形成一条连续焊缝。缝焊机的振动系统按其滚轮振动状态可分为纵向振动、弯曲振动以及扭转振动三种形式（图6）。其中最常见的是纵向振动形式，只是滚轮的尺寸受到驱动功率的限制。缝焊可以获得密封的连续焊缝，通常焊件被夹持在上下滚轮之间，在特殊情况下可采用平板式下声极。 （4）线焊它是点焊方法的一种延伸，利用线状上声极，在一个焊接循环内形成一条狭窄的直线状焊缝，声极长度就是焊缝的长度，现在可以达到150mm，这种方法最适用于金属薄箔的封口。 （5）双超声波振动系统的点焊：上下两个振动系统的频率分别为27kHz和20kHz（或15kHz），上下振动系统的振动方向相互垂直，焊接时二者作直交振动。当上下振动系统的电源各为3kW时，可焊铝件的厚度达10mm，焊点强度达到材料本身的强度。双超声波振动系统多用于集成电路和晶体管细导线的焊接，虽然焊接方法与点焊基本相同，但焊接设备复杂，要求设备的控制精度高，以便实现焊点的高质量和高可靠性焊接。 压电与声光000211 压电与声光 PIEZOELECTRICS & ACOUSTOOPTICS 2000 Vol.22 No.2 P.98-100 复频聚焦超声压电换能器声场及频谱的研究 石焕文 尚志远 摘 要：研制了一种新型复频聚焦 超声换能器，并从理论上计算了辐射声压在轴向上的分布曲线，进而确定了焦区位置，这与 实验所得结果符合得较好。文章还对换能器在水中焦区辐射声场的频谱进行了研究，观测到 了两个原波，和频波、差频波及倍频波，证实了声散射声效应的存在。 关键词：复频聚焦超声；压电换能器；声场；频谱 中图分类号：O426．4 文献标识码：A 文章编号：1004-2474（2000）02-0098-03 Study on the Acoustic Field and Its Spec trum Radiated by a Bi-frequency Ultraso nic Focused Piezoelectric Transducer SHI Huan-wen SHANG Zhi-yuan （Applied Acoustics Institute， Sha n xi Normal University， Xi’an 710062， Chin a）Abstract： A new kind of bi-frequency ult rasonic focused piezoelectric transducer is designed， and the distribution curve of its axial pressure is theoretically calculated． Its focal area is determined and it is good in agreement with experi men tal results． In this paper the spectrum of the focal acoustic field radiated by the transducer in water is investigated． Not only the two original waves but als o the sum frequency， difference frequenc y and multiple frequency waves have been detected， which testify to the occurre nce of scattering of sound by sound． Key words： bi-frequency fo cused ultrasound； piezoelectric transduc er； acoustic field； spectrum 1 引言 已有多种方法实现单一频率超声的聚焦，但用同一聚焦系统实现两种频率超声的聚焦却少有 报道。1996年日本学者S．Umemura等人为了达到二次谐波和基波迭加激活酸性 红杀 死肿瘤细胞的目的，研制了一种阵列式复频聚焦换能器［1］。本文作者为了用复频 聚焦超声激活卟啉及其衍生物，研制了一种新型复频聚焦换能器，将发射型高频PZT小圆 片放在低频PZT圆环之中，用环氧树脂将它们一起粘在有机玻璃制成的平凹透镜的平面一 侧，凹面是曲率半径为69 mm的球面，这样就可以用透镜实现聚焦。文章设计的400 kHz＋800 kHz复频换能器的两种频率超声的焦区基本重合，能达到2 file:///E|/qk/ydysg/ydys2000/0002/000211.htm（第 1／7 页）2010-3-23 12:25:29 A型超声诊断仪（amplitude） A型显示是一种最基本的显示方式，示波管上的横坐标表示超声波的传播时间，即探测深度；纵坐标则表示回波脉冲的幅度（amplitude），故称为A型。 用A型诊断仪可以测量人体内各器官的位置、尺寸和组织的声学特性，并用于疾病诊断。 M型超声诊断仪（motion） 它在A型超声诊断仪基础上发展来的一种最基本的超声诊断设备。 显像管上的亮度表示回波幅度，由A型回波幅度加到显像管Z轴亮度调制极上所控制；其纵轴表示超声脉冲的传播时间，即探测深度；显像管水平偏转板加一慢时间扫描电压。这样在做人体探查时，就构成一幅各回波目标的活动曲线图。 其在检查心脏时具有一系列优点，如对心血管各个部分大小、厚度、瓣膜运动的测量，以及研究心脏的各部分运动与心电图、心音图及脉搏之间的关系等，所以也称超声心动仪。 此外它还可以研究其他各运动界面的情况，并通过与慢时间扫描同步移动探头，做一些简单的人体断层图。 B型超声诊断仪（brightness） 其也称B型超声切面显像仪。它用回波脉冲的幅度调制显示器亮度，而显示器的横轴和纵轴则与声速扫描的位置一一对应，从而形成一幅亮度调制的超声切面图像。 D型超声多普勒诊断仪 它利用超声波传播过程中与应用目标之间的相对运动所产生的多普勒效应来探测运动目标，主要包括多普勒血流测量和血流成像两种。 目前的彩色血流成像（color flow imaging CFI）则是在实时B型超声图像中，以伪彩色表示心脏或血管中的血液流动。它是利用多次脉冲回波相关处理技术来取得血流运动信息，故常称为彩色多普勒血流成像（color Doppler flow imaging, CDFI）。 经颅多普勒（transcranial Doppler，TCD）诊断仪应用低频多普勒超声，通过颞部、枕部、框部及颈部等透声窗，可以显示颅内脑动脉的血流动力学状况。 C型和F型超声成像设备 它是在B型超声诊断仪的基础上发展起来的，主要用来获取与声束方向垂直或呈一定夹角的平面和曲线上的回波信息并成像。透射式C型成像类似普通X射线成像，反映了声束路径上所有组织总的超声特性，可分别利用总的超声衰减和传播时间进行C型成像。C型和F型扫描成像能提供一些B型超声成像不能获得的信息。 超声外科设备 超声外科学是继超声治疗和诊断之后出现的一个医用超声领域。它用较强的超声波粉碎眼部、肾部的病变组织并排出，如超声乳化白内障摘除等，以达到实施超声外科手术的目的。其优点是降低患者痛苦，缩短手术时间。 超声治疗设备 它主要利用组织吸收超声波能量等特性，即温热效应、机械效应和化学效应，达到治疗目的，目前超声加温治疗癌症是一个重要课题，利用环形相控换能器可方便的使声束聚焦于病变部位，使病变部位温度升高。相对于电磁波而言，超声治疗设备的声束方向与聚焦位置及声功率分布模式更便于控制。声场设计依据数值
KSA50甲类功放详细制作流程
第2章 超声波发射声场与规则反射体的回波声压
声场测试总结-zhujy
EASE声场分析说明教学提纲
超声波特性
声场种类和参数
声场测试报告
超声波焊接工艺特点
复频聚焦超声压电换能器声场及频谱的研究
几种常用的医学超声设备
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