声音的计量.pptx

声音的计量 声频技术基础 中国传媒大学 教授 王明臣一，各种介质中的声音信号一，各种介质中的声音信号1，电路中的声音信号，电路中的声音信号 3，光盘上的声音信号，光盘上的声音信号2，磁带上的声音信号，磁带上的声音信号二，振幅（响度）的计量二，振幅（响度）的计量1，声压、声压级与响度级（分贝的概念），声压、声压级与响度级（分贝的概念）1)声压：声源振动而产生的大气压的波动值声压：声源振动而产生的大气压的波动值,单位为帕单位为帕（）（）帕牛顿平方米帕牛顿平方米声压形成的过程图声压形成的过程图 2)响度与声压、声压级的关系：响度与声压、声压级的关系：响响 度度 声声 压压 (帕帕)声声压压级级 ()低声耳语 微风吹树叶 课堂讲课 室内交响乐 近距离雷声 飞机起飞 （米处）3)声压级及其计算方法声压级及其计算方法 声压级是表示声压大小的等级，通常用对数来表示，单声压级是表示声压大小的等级，通常用对数来表示，单位是。位是。，用对数表示声功率级，用对数表示声功率级 （贝尔）（分贝），用对数表示声压级，用对数表示声压级 （）可计算出以上各响度及声压对应的声压级通常用频率进行计算。4)用对数（分贝）表示声压的意义用对数（分贝）表示声压的意义，计算简单，表示方便，与人耳听觉 特性相一致 声压比值 与声压级.之间的关系（）听觉特点）听觉特点声压增大倍（距离缩小）声压级提高声功率增大倍（音箱数多倍或 功放功率大倍），声压级提高B主观感觉声音大倍，需要声压级 提高声压（单位帕），声压级（单位分贝）响度（单位宋）响度级单位方）2，响度级与等响度曲线，响度级与等响度曲线1)声音频率对声音响度的影响声音频率对声音响度的影响2)等响度曲线等响度曲线 是反映声音的声压级、响度级与频率三者之间关系的特性曲线,是音响师进行调音的重要依据3)等响度曲线的特点等响度曲线的特点a,以一千赫为基准，低频范 围和高频响应提升 b，最低点在四千赫左右,反映人耳在此频率范围灵敏度最高。c,高声压级（80-90d)曲线平坦,而低声压级变化较大。d,反映了人耳的听觉阀.痛觉阀.听力范围。3，电平级，电平级 声音的控制、变换与处理过程，大部分是在电路内进行的。声音在电路中表现为电压或电流的信号波形。通常用被测试点信号实际电压与参考电压的比值，再取以为底的对数来表示信号的大小，称为电平级，单位为分贝（）正弦简谐波电压）正弦简谐波电压A振幅值：振幅值：在一个完整的周期内，信号的最大瞬时值。B有效值：有效值：在一个完整周期内消 耗在电阻上的功率，与直流在相 同电阻上，相同时间内消耗的 功率相等时的直流电压值。C:平均值：平均值：在一个完整的周期内，信号电压绝对值的平均值。）声音信号的电压）声音信号的电压A 准峰值准峰值:与音频信号峰值相同的稳态简谐波的有效值。B准平均值准平均值:与音频信号平均值相同的稳态简谐波的有效值。C，峰值因数：，峰值因数：声频信号的峰值与其有效值之比，用分贝表示。）声电平级的计算：）声电平级的计算：用电路实测点的声信号电压，与参考电压。的比值，再取以为底的对数，乘以。单位为分贝。表示公式为；式中代表实际的声频电压准有效值，。代表参考电压值。V。通常选为：在欧姆电阻上消耗的声频功率时所需要的电压值。按公式可计算出电压值为；(伏)目前常用伏作为参考电压。为了加以区别，把以 ,伏 为参考得到的值表示为:dBu 而以伏为参考得到的值表示为:dBv2，声音信号的频带宽度与倍频程，声音信号的频带宽度与倍频程)，不同声源的频率范围，不同声源的频率范围 如下图所示：)，倍频程的概念，倍频程的概念 用于表示声源频率范围宽度 的参量，等于信号上限频率 F2与下限频率F1之比，再取以为底的对数。公式如下：(1)声音全带宽的倍频程按公式为声音全带宽的倍频程按公式为;：结果约为10倍程(2)乐音的倍频程按公式为乐音的倍频程按公式为 结果约为倍程(3)语音语音 的倍频程按公式为的倍频程按公式为 结果约为5倍程3,)倍频程的意义倍频程的意义A，表示容易，表示容易B，计算方便，计算方便 C，与人耳的听觉相一致，与人耳的听觉相一致)，各种频率均衡器的频率特性，各种频率均衡器的频率特性 5段均衡器图段均衡器图 (每段倍程每段倍程)31段均衡器图段均衡器图 (每段每段1/3倍程倍程)3，音响系统的，音响系统的 匹配匹配)，匹配的概念：电路之间、设备之间、系统之间，匹配的概念：电路之间、设备之间、系统之间，处于最佳工作状况下的联接与配合处于最佳工作状况下的联接与配合.包括：阻抗、功率、包括：阻抗、功率、电平、带宽、连接方式等。电平、带宽、连接方式等。2),音响系统的组成音响系统的组成3)负载阻抗与传输功率的关系负载阻抗与传输功率的关系(）等效电路与等效阻抗）等效电路与等效阻抗在电路系统中，从任何一个联接点断开，可以分成在电路系统中，从任何一个联接点断开，可以分成前级和后级两个部分。前级等效于一个信号源前级和后级两个部分。前级等效于一个信号源V1和和一个内阻一个内阻R1，后级等效于一个负载阻抗，后级等效于一个负载阻抗R2。如下图。如下图。（）负载获得最大功率的条件（）负载获得最大功率的条件等效负载上获得的功率由下式表示通过计算可以得到，信号源提供的总功率(曲线A)、负载上获得的功率(曲线B)、电路传送效率(曲线C)，三者之间的关系如下图所示。结论：A,负载电阻与内阻相等时 可以获得最大输出功率，B,这时效率只有百分之五十。C,提高负载电阻可以提高传输效率。4)功放与扬声器的匹配功放与扬声器的匹配 功放与扬声器之间是传送音频功率的主要环节，所以，二者之间的阻抗匹配和功率的匹配是整个音响系统正常工作的关键。(1)几个参数与选择几个参数与选择(A),功放的额定输出功率：功放的额定输出功率：在功放的输入端加上额定信号电平时，在要求的非线性失真条件下，在其额定负载上，长时间(超过96小时)稳定工作所输出的功率。(B)扬声器的额定输入功率：扬声器的额定输入功率：在非线性失真不超过要求范围条件下，扬声器保持长时间(大于96小时)稳定工作而不损坏条件下，功放实际输入扬声器的功率。(2)功放与扬声器的功率匹配选择：功放与扬声器的功率匹配选择：A，功放额定输出功率为扬声器总额定输入功率的1.5-2倍。用在专业音响系统中，有一定的功率余量，音乐有力度感，但是对专业操作人员素质要求较高，电路工作效率低。B，功放额定输出功率约为扬声器总额定输入功率的l/2左右。用于家庭音响系统中。工作安全，非专业人员可以操作。但音乐力度不足，动态范围小。C，功放额定输出功率等于或略小于(l0以内)扬声器总额定输入功率。工作安全稳定，信号质量高，通常推荐采用这种功率匹配方式。(3)功放与扬声器之间的阻抗匹配选择功放与扬声器之间的阻抗匹配选择 (1)定阻抗输出功放与扬声器之间的匹配 扬声器从功放获得的实际功率不但与两者的额定功率有关，而且与两者的阻抗、电压也有关。功率、阻抗、电压三者之间的关系满足以下关系式。功放实际输出的功率由下式决定：即：式中 Pw1：功放实际输出的功率，V1:功放的输出电压 Z1:功放的额定负载阻抗 扬声器实际获得的功率由下式决定：即：式中 Pw2：扬声器实际获得的功率 V2 扬声器实际获得的电压 Z2：扬声器的输入阻抗 当把扬声器与功放连接以后，则V1与V2相等，所以下式成立：或 由上式可以看出，当扬声器的输入阻抗Z2与功放的额定负载Z1相等时，则有扬声器实际的输入功率与功放的输出功率相等：当扬声器的输入阻抗Z2与功放额定负载阻抗Z1不相等时，则满足：两者阻抗之比等于两者功率之反比。举例：举例：当把额定功率为200W，额定输入阻抗为8的扬声器接到额定输出功率为200W，额定负载为8的功放输出端 时，按公式可得扬声器实际获得的功率也是200W；但是，如果把这只扬声器接到一个额定输出功率为200W，额定负载为4的功放输出端时，按公式可得扬声器获得的功率只有l00W。所以，当扬声器与功放相连接时，不但要考虑到两者的功率，还必须考虑两者的阻抗。应当牢记，由于扬声器输入的实际总功率不得超过功放输出的额定功率，所以，任何时候扬声器的实际总阻抗不得低于功放的额定负载阻抗。为了把扬声器输入阻抗提高，可以选用线间变压器。(4)扬声器的串联阻抗与并联阻抗。扬声器的串联阻抗与并联阻抗。以上讨论是单只扬声器的情况，如果是多只扬声器串、并联时，则应首先计算出扬声器串、并联以后的总阻抗，然后再按上式计算。A，扬声器的串联，扬声器的串联，如下图所示，为扬声器串联。串联后的总阻抗 ZW等于各个 扬声器阻抗 Z1、Z2、Z3之和，即为：Zw=Z1十Z2十Z3 当相同型号的N只扬声器相串联时，总阻抗等于单只扬声器的N倍。当不同型号的扬声器相串联时，必须满足各扬声器的额定电流应相等。B)，扬声器的并联，扬声器的并联，如右图所示，并联后的总倒纳 等于 各个扬声器的倒纳:、之和即为：（姆欧）例如：有三只扬声器，额定输入阻抗分别为4、8、16，则并联之后的总倒纳为：并联之后的总阻抗为：（欧姆）如果有N只相同型号的扬声器相并联时,则并联之后的总阻抗为单只扬声器阻抗的N分之一。当不同型号的扬声器相并联时，必须满足各扬声器的额定电压应相等。(5)功放的阻尼系数功放的阻尼系数(D)与接线电阻与接线电阻 (R)的影响的影响 以上计算中均末考虑线路的损耗电阻。但如果线路距离较远或线材质量较差，使线路阻值较大时，会对功放的阻尼系数、信号的传送效率、扬声器的实际输入功率以及信号质量产生严重的影响。，功放的阻尼系数，功放的阻尼系数(DF)它是功放的重要指标，阻尼系数过小时，会影响扬声器的瞬态响应，频率特性变差。阻尼系数的定义是功放的额定负载阻抗(Z1)与功放的内阻(R)之比。即 由于在定阻输出系统中要求功放的额定负载（）与扬声器的输入阻抗（）相等，所以阻尼系数公式也可写为：通常要求功放的阻尼系数超过到1，线路损耗电阻的影响，线路损耗电阻的影响 在实际工作中，由于线路损耗电阻（）的存在，故实际的阻尼系数应为：另外，由于线路损耗电阻（）的存在，又会造成扬声器的实际输入电压及功率明显降低。例如 ：在下述系统中，功放的额定输出功率为：Pw1=，额定负载为：Z1=；扬声器的额定输入功率为 ：Pw2=，额定输入阻抗为：Z2=。如果扬声器与功放直接相联，线路电阻可以忽略的条件下，扬声器获得的实际功率为。如果功放内阻为，则阻尼系数为：如果接线距离过长，或线材质量太差而引入线路电如果接线距离过长，或线材质量太差而引入线路电假设为假设为。如下图所示：。如下图所示：按公式进行计算：按公式进行计算：式中，为功放额定负载阻抗，式中，为功放额定负载阻抗，为扬声器输入阻抗为扬声器输入阻抗 ，为线路电阻，为线路电阻，为功放额定输出功率为功放额定输出功率,为在功放输出端为在功放输出端（、）两点获得的功率，（、）两点获得的功率，可以得到可以得到 (W)而在扬声器上获得的实际功率为而在扬声器上获得的实际功率为 (W)在线路上的损耗功率为在线路上的损耗功率为 (W)这时功放的实际阻尼系数为：这时功放的实际阻尼系数为：由于引入了线路电阻，使扬声器获得的实际功率由减少到，衰减了约；而且线路上产生的功率损耗，同时使功放的阻尼系数也由减少，所以在定阻传输方式中，应尽量缩短传输距离和选择高质量线材。5）定压输出功放与扬声器之间的匹配定压输出功放与扬声器之间的匹配(1)定压输出的概念：定压输出的概念：定压输出即输出为恒定信号电压，通常70V.l20V或200V。因为输出阻抗高，线路电流小，线路损耗低，故可以远距离传送信号，适用于室外扩音或公共广播等。由于要求额定阻抗高，不能直接与扬声器连接，需要配接线间变压器。系统组成如下图所示。