声学——精选推荐

声学

1.在学习吉他演奏的过程中，小华发现琴弦发出声音的音调高低是受各种因素影响的，他对此进行了研究．经过和同学们讨论，他提出了以下猜想：

猜想一：琴弦发出声音的音调高低，可能与琴弦的横载面积有关；猜想二：琴弦发出声音的音调高低，可能与琴弦的长短有关；

猜想三：琴弦发出声音的音调高低，可能与琴弦的材料有关．为了验证上述猜想是否正确，他找到了下表所列9种规格的琴弦，因为音调高低

取决于声源振动的频率，于是借来一个能够测量振动频率的仪器进行实验．

编号材料长度（cm）横截面积（mm2）编号材料长度（cm）横截面积（mm2）

A 铜60 0.76 F 铜100 0.76

B 铜60 0.89 G 钢80 1.02

C 铜60 1.02 H 尼龙80 1.02

D 铜80 0.76 I 尼龙100 1.02

E 铜100 1.02 J

（1）为了验证猜想一，应选用编号为、、的琴弦进行实验．

为了验证猜想二，应选用编号为、、的琴弦进行实验．

（2）为了验证猜想三，请在表中填上所缺数据．（3）随着实验的进行，小华又觉得琴弦音调的高低，可能还与琴弦的松紧程度

有关，为了验证这一猜想，必须进行的操作是：．（4）如图所示，小明与小刚选用以上琴弦和盛可乐

饮料的两个纸杯，制成了一个“土电话”①他们用“土电话”能实现10m间的通话，这表明：．

②相距同样远，讲话者以同样的响度说话，如果用细铜金属丝连接，则比尼龙琴弦连接时听到的声音要大些，这一实验现象表明：．

③如果在用“土电话”时，另外一个同学用手捏住琴弦上的某一部分，则听的另一

方就不能听到了，这是由于．④如果在用“土电话”时，琴弦没有拉直而处于很松弛状态，则另一方（选填“能”

或“不能”）听到对方的讲话声音

2.如图甲所示，用竖直悬挂的泡沫塑料球接触发声的音叉时，泡沫塑料球被

弹起，这个现象说明声音是由物体产生的；为了便于完成该实验使用了法；如图乙所示，敲击右边的音叉，左边完全相同的音叉把泡沫塑料球弹起，这个现象

语⾳学

语⾳学1、语⾳学是研究⼈类说话声⾳的学科。

2、语⾔交际过程，分为发⾳—传递—感知三个阶段。

3、现代语⾳学分为三个主要分⽀：⽣理语⾳学（发⾳），声学语⾳学（传递，声学特征），感知语⾳学。

4、空⽓质点振动的幅度叫做“振幅”。振幅的单位是分贝（dB）；

5、声波每秒振动的周期次数就是声波的频率。计算频率的单位是赫兹（Hz）。

6、波形很简单，只有⼀个频率的叫做纯⾳。许多纯⾳构成复⾳。复⾳形成的复杂波形叫做复波。纯⾳中频率最低、振幅最⼤的叫做基因，基因的频率是基频。其余的叫做陪⾳。陪⾳的频率都是基频的整数倍，振幅都⽐较⼩。7、能够发⾳的物体都有它固有的频率。如果两个物体的固有频率相同，其中⼀个在外⼒的作⽤下发出声⾳，另⼀个物体受到相同频率的空⽓质点运动的影响，也会发出声⾳来，这种现象叫做声⾳的共振。8、发⾳器官产⽣的声⾳主要可以分为三种来源：

（1）浊⾳声源：⽓流通过声门时使声带颤动，产⽣周期性声波，就是浊⾳。浊⾳最为响亮，是语⾳中最重要的声源。普通话a

（2）紊⾳声源：发⾳器官的某⼀部分紧缩成⾮常狭⼩的通路，⽓流通过时形成紊乱的⽓流，产⽣嘶嘶的噪⾳，就是紊⾳。紊⾳⽓流变化紊乱，没有规律，没有周期性，所形成的声波是⾮周期波。普通话s

（3）瞬⾳声源：发⾳器官的某⼀部分紧缩到完全不让⽓流通过，使⽓流产⽣⽐较强的压⼒，然后突然放开，⽓流瞬时间冲出去，产⽣⼀种⾮常短暂的瞬时爆破声，就是瞬⾳。瞬⾳声源使声波形成⼀个短暂的间歇。b, d, g,9、发⾳的动⼒基础是呼吸时肺产⽣的⽓流。

⼈的五个共振腔：咽腔，喉腔，⼝腔，唇腔，⿐腔。10、软腭和⼩⾆是⼝腔中能活动的部分，主要作⽤是改变⽓流的通路。最灵活的是⾆头。

软腭和⼩⾆都打开，到达咽腔的声⾳可以同时从⼝腔和⿐腔两条通路出去。这时，如果⼝腔某⼀个部分闭塞起来，堵住⽓流，声⾳只能从⿐腔出去，就形成⿐⾳；如果⿐腔和⼝腔的

通路都畅通，声⾳同时从两条通路出去，就形成了⿐化⾳，也叫⼝⿐⾳。11、⼈⽿的构造。外⽿（⽿廓、⽿道、⿎膜[转换机械运动]），中⽿（锤⾻、砧⾻、镫⾻），内⽿（半规管[⽆关]、前庭窗、⽿蜗）。柯替式器官将机械运动转化为神经运动。12、语⾳同其他声⾳⼀样，具有⾳⾼、⾳强、⾳长、⾳⾊四种要素。简称“语⾳四要素”。

声学基础知识

添加时间：2008-11-28 9:32:07 文章来源：中国吸音隔声降噪网

声音听觉理论

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由于人耳听觉系统非常复杂，迄今为止人类对它的生理结构和听觉特性还不能从生理解剖角度完全解释清楚。所以，对人耳听觉特性的研究目前仅限于在心理声学和语言声学。

人耳对不同强度、不同频率声音的听觉范围称为声域。在人耳的声域范围内，声音听觉心理的主观感受主要有响度、音高、音色等特征和掩蔽效应、高频定位等特性。其中响度、音高、音色可以在主观上用来描述具有振幅、频率和相位三个物理量的任何复杂的声音，故又称为声音"三要素"；而在多种音源场合，人耳掩蔽效应等特性更重要，它是心理声学的基础。下面简单介绍一下以上问题。

一、声音三要素

1．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。声音的响度一般用声压(达因／平方厘米)或声强(瓦特／平方厘米)来计量，声压的单位为帕(Pa)，它与基准声压比值的对数值称为声压级，单位是分贝(dB)。对于响度的心理感受，一般用单位宋(Sone)来度量，并定义lkHz、40dB的纯音的响度为1宋。响度的相对量称为响度级，它表示的是某响度与基准响度比值的对数值，单位为口方(phon)，即当人耳感到某声音与1kHz单一频率的纯音同样响时，该声音声压级的分贝数即为其响度级。可见，无论在客观和主观上，这 两个单位的概念是完全不同的，除1kHz纯音外，声压级的值一般不等于响度级的值，使用中要注意。

响度是听觉的基础。正常人听觉的强度范围为0dB-140dB(也有人认为是-5dB-130dB)。固然，超出人耳的可听频率范围(即频域)的声音，即使响度再大，人耳也听不出来(即响度为零)。但在人耳的可听频域内，若声音弱到或强到一定程度，人耳同样是听不到的。当声音减弱到人耳刚刚可以听见时，此时的声音强度称为"听阈"。一般以1kHz纯音为准进行测量，人耳刚能听到的声压为0dB(通常大于0．3dB即有感受)、声强为10-16W/cm2 时的响度级定为0口方。而当声音增强到使人耳感到疼痛时，这个阈值称为"痛阈"。仍以1kHz纯音为准来进行测量，使 人耳感到疼痛时的声压级约达到140dB左右。

1 第七节 声纹检验 一、声纹及声纹检验 （一）声纹的定义 （二）声纹检验的概念 （三）声纹检验的作用 二、声纹检验的对象（和具体内容） （一）录音剪辑 （二）话者鉴别 （三）录音内容识别 （四）噪音分析 （五）视听资料录制器材的检验 三、声纹检验的科学根据 （一）（声纹）人的语音的客观反映性 （二）（声纹）人的语音的相对稳定性 （三）（声纹）人的语音的总体特殊性 （四）人的语音的差别性 （五）声纹鉴定的法律依据？ 四、声音特征与声纹种类 （一）声音特征 人在说话时的声音特征是由许多因素综合作用形成的。从发音器官的解剖学角度看，虽然每个人的发音器官总的构造是相同的，但每个人的声带、软腭、舌、齿、唇，以及喉腔、咽腔、口腔、鼻腔等共鸣腔的形态、结构存在差异，它们在发音 2 时互相配合的运动习惯则更不相同，即使是发同一个单词时有着相同的口形，但发出来的声音也具有各自的特点，其音色、音高、响度和音长是不相同的。人的语音声学特征有以下几类： 1.声源特征 声源特征是由声带的生理机能和振动机制所决定的语音特性。它包括声源频谱特征和音高（基频）、音域。 2.音色特征 音色（音质）即声音的特色、本质，它是语音最重要的特征，是由语音频谱决定的。 3.超音色特征 超音色特征也称韵律特性，一般理解为语音的抑扬顿挫、轻重缓急等。具体表现为：声调特征、语（句）调特征、振幅（曲线）特征和其他说话习惯特征等。 （二）声纹的种类 借助不同类型的频谱分析仪，可将人的语声（特征）记录出来，形成不同类型的声纹图，各种声纹图均能反映出表征语声声学特征的各种物理量。在利用声纹进行谱图观察和定量检测时常用的声纹图有： 1.波形图（waveform） 波形图，即声波的波形图，是表征振幅随时间的动态变化，它包含了语音的所有信息。图的横向为时间，纵向为强度。波形图主要有元音形成的周期波和辅音形成的非周期波。字音强度是一条随时间变化的曲线，音强曲线上强度最大点的位置和强度变化总趋势可作为声纹检验的参考依据。 3 2.振幅曲线（amplitude） 它是语音波的振幅包络，是一条高低起伏的曲线，表示语音强弱随时间变化的动态曲线。图的横坐标为时间，纵坐标为强度。不同的人由于说话习惯、发音方法以及发音生理条件等不同，决定了每个人说话的语音强度随时间的变化规律不同，因而在振幅曲线的形态上有个人特征。振幅曲线不十分稳定，它的总体形态、走向、强度值可作为声纹检验的参考依据。 3.基频曲线(pitch或fundamental frequency) 基频曲线也称声调曲线，是表征声音的基频随时间变化的动态曲线，它的横坐标表示时间，纵坐标表示基频的数值，可利用光标进行测定。一个音节的基频曲线即该音节的声调曲线。短语或句子的基频曲线即该短语或句子的语调曲线。 4.三维声谱图 三维声谱图是表征声音的频率、强度和时间关系的声谱，简记为t-f-a，这是声谱仪最早描绘的声谱图像。横坐标表示时间，纵坐标表示频率，声谱图像的灰度表示语音强弱，故称为三维声谱。三维声谱图包括两种形式：（1）宽带声谱图 宽带是指在产生声谱时所用的带通滤波器系宽带滤波器，其带宽常为300赫兹。图的横坐标为时间，在横坐标上可以度量字、词、短语、句发音的时长。图的纵坐标为频率，在纵坐标上可量出共振峰的频率。图中由竖条纹组成的横杠为元音、浊辅音的共振峰；乱纹代表清辅音；颜色深浅表示发音能量大小。声纹的总体形态，共振峰的频率位置、走向，每个音的时长，浓度的深浅，都是声纹检验的重要特征参数，其中共振峰 4 的频率位置和走向价值最大。 （2）窄带声纹图 窄带声谱图是用窄带滤波器产生的声谱图，一般采用45赫兹的带宽。图的横坐标为时间，纵坐标为频率。图中的乱纹为清辅音的声纹，条型横杠为元音的各个分音，或称谐波，底部第一条横杠为基波，基波到横坐标的垂直距离为基波频率，简称基频。基频，男女不同，人各不同，是声纹检验的重要特征参数。 5.过零曲线 表征声音波形通过横坐标的比率与时间的关系。过零曲线用于分析某个音是元音还是辅音及辅音浊化现象。元音是周期波，其过零率低；辅音是非周期波，过零率高。 6.二维谱图 上述各种谱图都是在时间域内实现的，声音的振幅随时间变化形成的谱图，称为时域谱。声音的振幅随频率变化形成的谱图称为频谱。时域信号经傅里叶变换就可得到频域谱。二维谱图的横坐标表示语音的频率，纵坐标表示语音的强度。二维谱图包括： （1）即时频谱 即时频谱，是某时刻的语音频谱，它显示语音各个谐波的频率和振幅的数值。可用以检测共振峰的频率和振幅数值，特别是对重叠共振峰的检测 （2）光标间功率谱 光标间功率谱，是两个光标之间的时间内语音的平均强度 5 按频率分布，适用于某个音段、音节的元音共振峰、辅音强频区的频率和振幅数值的检测。 （3）长时平均功率谱 长时平均功率谱，是约30秒的长时间里，各种元音的平均强度按频率的分布规律。 7.声纹的模式 声纹的模式一般指元音、辅音宽带谱图的频率和时间关系的形态。最基本的声纹模式分为横杠、冲直条和乱纹三种。横杠由嗓音形成，冲直条由短暂的爆发音形成，乱纹由延续的噪音形成。这三种基本模式相互交合，可形成十几种声纹模式。熟悉各种声纹模式，有利于进行语音声学特征的分析、识别和比对。 五、声纹检验的步骤和方法 （一）检验的准备 进行声纹检验之前，检验人员应按照案件受理程序受理案件，检查送检人员提交的语音材料，做好仪器的准备。 1.检查语音材料的基本条件 声纹检验中对语音材料有着质量和数量上的要求和条件。质量上，要求语音检材和样本中被检人的言语语音清楚可辨，环境噪音低，录音的失真度小。数量上，录音时间越长，言语数量越多，条件越好。如果检材录音时间较短时，样本中要有足够的与检材内容相同的词语，其数量一般为3个左右的句子或7个以上的词组，或者样本中要有被鉴定人的自叙或谈话录音10—20分钟。 6 2.声纹检验的仪器 用于声纹检验的仪器有：VS-99语音工作站、KAY7800型数字语图仪、DSP5500型语图仪、4300型语音工作站、说话人计算机自动识别系统、录音器材等仪器设备。 制作声纹图，比较特征异同 （二）声纹检验的方法 声纹鉴定的基本方法可概括为“听、看、测”三个字。就话者同一识别而言，检验的内容和方法是： 听，就是听觉评价。即听辨检材和样本的全部语音材料，包括音高、气嗓音轻重，鼻音、喉化音轻重，变音、变调，方言方音，语速、节奏，清晰度、流畅度，言语缺陷（口吃、咂嘴、大舌头等），以及语义、词汇、语法的表达方式的异同，是否伪装等，最后作出相似或差异程度的评价。 看，即视谱鉴别。这是在认真辨听检材和样本的全部语声材料后，选择检材和样本均共有的、发音清晰、声音强度较大的字、词、句，将它们分别输入语图仪，作出声纹图，通过对其各种声纹谱图的观察，分析检材和样本上相同语音材料（语句、语词、音节、音素）的声学特征和声学模式，作出相似或差异程度的评价。 测，即定量比较。在听辨、视谱的基础上，对检材和样本中相同或相近的语音材料（语句、语词、音节、音素）的主要声学特征参量的数值，如共振峰、振幅曲线、基频曲线、音节时长、长时平均功率谱、长时平均声调等参量，进行多参量的统计、比对，作出话者是否同一的定量评价。声纹检验中的定 7 量比较是在语音声学特征个人稳定性和群体差异性研究的基础上进行的。 （三）综合评断，作出鉴定结论 综合评断是对声纹特征符合点和差异点的特征价值及形成原因作出科学的评断。 1.评断符合点 评断符合点，是对检材和样本符合特征价值的评断。一般来说，共振峰、基频、振幅、时长等声纹特征价值较高，是最稳定、最本质的特征。评断时要考虑个人语声的最大变化容度，如果符合点特征反映了发音人语音特征的特殊性，差异点能够得到合理解释，则可作出同一人语声的结论；如果差异点反映了不同人的语音特性，符合点是一般性符合，则可作出不同人语声的结论。 2.评断差异点 评断差异点，是对检材和样本差异点的形成原因和性质的评断。不同人语声的声纹，其声纹特征必然存在本质的差异；同一人语声及其声纹，因主客观因素的变化也会形成差异，这种差异是非本质的差异。具体可从以下几个方面去分析： （1）认真了解检材和样本语音形成的各种主客观条件，看是否由于条件的变化，引起语音及其声纹的变化。如检材语声与样本语声相隔时间太长、不同的录音设备、录音方式、录音环境等。 （2）认真辩听检材和样本语音，看是否由于伪装而引起语音及其声纹的变化。 8 （3）对存在差别的语音反复进行对比审听，看是否由于发音方法的不同而引起语音及其声纹的变化。 在评断时，应充分考虑到可能引起声纹变化的各种因素，必要时应通过录音实验对差异形成的原因作出客观、合理的解释。 3、作出鉴定结论 经过上述检验和分析评断，则可作出下列的一种结论： （1）认定同一 （2）否定同一 （3）倾向认定同一 （4）倾向否定同一 （5）无结论 作出肯定性结论的，要有充分的根据，并对差异点作出客观的、合理的解释，然后出具鉴定书，声纹检验书的格式和基本要求与其它文件物证鉴定书相同；作倾向性意见或无结论的，只出具检验报告，或以公函简复。