压电电声教材-声学基础知识

电声基础知识引言一、电声学的定义及扬声器技术发展的原因：1.定义：电声学(Electroacoustics)是研究声电相互转换的原理和技术以及声信号的储存、加工、测量和利用的学科，从频率范围来讲主要是可听频段，有的也涉及次声和超声频段。

电声的诞生是以贝尔和华生发明电话机，爱迪生发明留声机为标志的。

扬声器是一种电声器件，它的雏形最初是作为电话用的耳机而发明的。

在这一百多年间，扬声器有了不断的发展，成为目前能适应高保真重放所需要的产品。

2.扬声器技术发展原因：最近扬声器技术的发展，一方面是由于设计技术的发展，另一方面则是由于振膜、磁体、粘接剂等材料的发展。

因此，最近高保真扬声器在提高音质的同时，容许输入功率也大幅度地提高。

这是为了适应需要大声压的舞蹈音乐重放，在高保真扬声器方面的发展。

3.扬声器的物理特性与音质间的关系：有人认为，在高保真设备中，对音质起主要作用的是扬声器。

事实上，将扬声器切换后，音质会发生突然的变化。

此外，除去扬声器以外的其他部件优劣几乎都是由物理特性来判断的，但对扬声器都会有“物理特性好的音质并不好”的看法。

这是因为实际听到的音质：①是扬声器本身的特性和听音室的声学特性共同决定的；②对扬声器中细微差别的物理特性还不能被测量到；③对音质判断时，是依靠个人记忆来定出的，容易产生个人的差别。

判断扬声器的物理特性与音质间的关系，是从事扬声器研制、设计的技术人员多年研究的课题。

4.电声学与主观因素的关系：电声学是一门与人的主观因素密切相关的物理学科，原因是从声源到接收都摆脱不了人的主观因素。

声音是多维空间的问题（音调、音色、音长、声级、声源方位及噪声干扰等），每一维的变化都对听感有影响。

复杂的主观感受并不是任何仪表所能完全反映的，这必然联系到生理和心理声学，语言声学，甚至音乐声学等各个方面问题，形成了电声学的特色和它的复杂性。

5.发展趋势：社会的发展和生产的需要对电声学提出了大量的实际与理论问题。

声学基础培训教材第一章质点振动学一、 振动学是研究“声学”的基础1、 质点、振动系统的概念（1） 集中参数系统（2） 质点的自由振动Mm 、KmFk=Km Σ、Km= Cm 、顺性系数，力顺，Σ为位移虑疑律：Fk=-Km Σ牛顿第二定律：ΣΣ=0其中wo 2= M m (Wo 振动圆频率，称角频率)de 2 + ao 2Σ=0(质点的自由振动工程)（3） 自由振动的一般规律：W ． Wo=2πf由于Wo 2FO= 2π 或（4）2信能： 2总能：E=Ep+Ek= KmΣ2+ MmU22、双弹簧串接与单接系统的振动（1）双弹簧串联相接Km K2m Mm（2）并联相接K =2Km固有频率提高倍（2）弹簧质量对系统固有频率的影响等效质量：Mm+固有频率：FO=3、质点的强迫振动强劲振动后一般规律：Em=Rm+jxm称为系统后力阻搞，Rm为力阻，WMm为质量抗力阻抗后模：Em=力学品质因素：Qm愈大其振位移振幅也愈大二、电声器件的工作原理：前面已了解系统作强迫振动时，稳定振动与强迫力的关系，我们可以三个具有一定特征的区域。

根据三、音圈扬声器的工作原理：根据电磁学原理，在扬声器音圈上通以电流时，在磁场作用下音圈将产生一电动力F=BLI，在频率较低时，音圈的电感很小，电阻抗菌素主要是电阻，所以在音圈上施加频率恒定的电压。

由此产生一对频率恒定的力，在阻力作用下中音圈和纸盆等元件组成的振动系统就产生振动，因此使用空气辐射了声波，频率不太高时，声辐射阻近的成正比，如果纸盆的速度振幅Va 对频率恒定声辐射功率成正比，在恒力Fa的作用下要保持加速度振幅的恒定，与频率无关。

电声设计培训教材之一向左运动时，则空气层质点膨胀，空气层的密度将减小，压强亦将减小，使空气层处于“稀疏”状态。

活塞不断地来回运动，将使空气层交替地产生疏密的变化。

由于空气分子之间的相互作用，这种交替的疏密状态，将由近及远地沿管子向右传播。

这种疏密状态的传播，就形成了声波。

频率（Frequency）声源在一秒中内振动的次数，记作f，单位为赫兹（Hz）。

人耳能听得见的声波的频率范围为20～20000Hｚ，称为可闻声或音频声，简称声音。

低于20Hz的声波，称为次声。

虽然人耳听不到，但可用仪器接收到，它在研究热带风暴、地震及核爆炸等方面有广泛的应用。

高于20000Hz的声波称为超声，它在无损探伤、切割、诊断、水下探测等方面，均有广泛的应用。

虽然在自然界中能产生单频率的声源很少，大多数声源的振动是一个很复杂的过程，产生的大多为复合音。

但是，我们可以用频谱分析的方法，把一个复合音分解为一系列幅值不同的单频声的组合。

因此研究单频声具有基础性的意义，而频率则是描述单频声的一个重要物理量。

在音响和通信中所涉及的声波，就是人耳能感知的音频声。

而研究音频声的拾取、重放、传播及传播过程中的各种物理现象的科学，就称为音频声学。

周期（Period）声源振动一次所经历的时间，记作T，单位为秒（s）。

T =1/f波长（Wave Length）沿声波传播方向，振动一个周期所传播的距离，或在波形上相位相同的相邻两点间距离，记作λ，单位为米（m）。

声速（Sound Speed）声波每秒在介质中传播的距离，记作c，单位为米/秒（m/s）。

声速与传播声音的介质和温度有关。

固体介质、液体介质和气体介质三者之中，固体介质中的声速最快，液体次之，气体最慢。

例如：钢铁中约为6100m/s；水中约为1480m/s；空气中约为344m/s（常温下）。

在空气中，声速（c）和温度（t）的关系可简写为：c =331.4+0.607t频率f、波长λ和声速c 三者之间的关系是:ｃ＝λ·ｆ在空气中，不同频率的声波，具有相同的传播速度。

一、声学基础：1、名词解释（1）波长——声波在一个周期内的行程。

它在数值上等于声速（344米/秒）乘以周期，即λ=CT（2）频率——每秒钟振动的次数，以赫兹为单位（3）周期——完成一次振动所需要的时间（4）声压——表示声音强弱的物理量，通常以Pa为单位（5）声压级——声功率或声强与声压的平方成正比，以分贝为单位（6）灵敏度——给音箱施加IW的噪声信号，在距声轴1米处测得的声压（7）阻抗特性曲线——扬声器音圈的电阻抗值随频率而变化的曲线（8）额定阻抗——在阻抗曲线上最大值后最初出现的极小值，单位欧姆（9）额定功率——一个扬声器能保证长期连续工作而不产生异常声时的输入功（10）音乐功率——以声音信号瞬间能达到的峰值电压来计算的输出功率（PMPO）（11）音染——声音染上了节目本身没有的一些特性，即重放的信号中多了或少了某些成份（12）频率响应——即频响，有效频响范围为频响曲线最高峰附近取一个倍频程频带内的平均声压级下降10分贝划一条直线，其相交两点间的范围2、问答（1）声音是如何产生的？答：世界上的一切声音都是由物体在媒质中振动而产生的。

扬声器是通过振膜在空中振动，使前方和后方的空气形成疏密变化，这种波动的现象叫声波，声波使耳膜同样产生疏密变化，传级大脑，于是便听到了声音。

（2）什么叫共振？共振声对扬魂器音质有影响吗？答：如果物体在受迫振动的振动频率与它本身的固有频率相等时，称为共振当物体产生共振时，不需要很大的外加振动能量就能是使用权物体产生大幅度的振动，甚至产生破坏性的振动。

当扬声器振膜振动时，由于单元是固定在箱体上的，振动通过盆架传递到箱体上。

部分被吸收，转化成热能散发掉；部分惟波的形式再辐射，由于共振声不是声源所发出的声音，将会影响扬声器的重放，使音质变坏，尤其是低频部分（3）什么是吸声系数与吸声量？它们之间的关系是什么？答：吸声性能拭目以待好坏通常用吸声系级“α”表示，即α=1-K；吸声量是用吸声系数与材料的面积大小来表示。

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。

声学基础知识声学基础知识一、声音声音是空气分子的振动。

物体的振动（我们称之为"声源"）引起空气分子相应的振动，传入人耳导致鼓膜振动，通过中耳、内耳等一系列听觉器官的共同作用使人听到了声音。

二、声波把石头扔进平静的水面，会形成一组向四周扩散的水波，这是我们所能见到的比较直观的"波"，空气分子振动形成的声波要复杂一点，它是从声源向四周立体扩散的一组疏密波，空气分子并不是从声源一直跑到您的耳朵，而是在它本来的位置振动，从而引起与它相邻的空气分子随之振动，声音就是这样从声源很快地向外传播的，声音在空气中的传播速度是331米/秒。

举一个简单的例子，麦浪的运动跟声波很相似，粒子的振动方向与波的运动方向是平行的。

波需要通过介质来传播，麦浪的运动到田埂边就自然停止了，声波的传播介质是空气分子，所以，真空里声音是不能传播的。

三、声音的频率声波每秒的振动次数称为频率，频率在20hz~20khz之间称为声波；频率大于20khz称为超声波；频率小于20hz称为次声波。

超声波和次声波人耳是听不到的，地震波和海啸都是次声波。

有些动物的耳朵比人类要灵敏得多，比如蝙蝠就能"听到"超声波。

世界上很少存在单一频率的"纯音"，我们所听到的声音大都是各种频率的复合音，如乐器发出的单音就是周期性的复合音，语音则是非周期性的复合音。

让我们对声音的频率有一个比较直观的概念：大鼓的"蓬蓬"声频率很低，大约在数十赫兹左右；人的语音频率范围主要在200hz到4000hz之间；锣声、铃声的频率大约在2000hz到3000 hz左右；在人类语音中，女声比男声频率要高一点；童声要比成人频率高一点；"啊啊"声频率较低，"咿咿"声频率稍高，"嗤嗤、嘶嘶"声频率最高。

知道这一点很有用，在实际选配中，你可以经常用来测试病人戴助听器前后对声音频率的反应。