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声学的基础知识

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声学的基础知识
* 来源 : * 作者 : admin * 发表时间 : 2015-09-06 * 浏览 : 152

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"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35Hz-7kHz;人的语音频率范围主要在200 Hz到4000 Hz之间;锣声、铃声的频率大约在2000 Hz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"声频率较高。知道这一点很有用,在实际中,可以经常用来测试病人
戴助听器前后对声音频率的反应。
       高频和低频是相对的,在语音范围中,通常把1000 Hz以上的区域称为高频区,500Hz -1000 Hz
的区域称为中频区,低于500 Hz的区域称为低频区。
四、 声音的强度  
 
       其一是从物理上来描述:我们知道由于空气分子本身固有的不规则运动及相互排斥会形成一个
静态的压力,这个压力就是我们所熟知的大气压。前面我们讲过,声音是空气分子的振动,振动的
空气分子对它通过的截面就会产生额外的压力,这种额外的压力我们就称之为声压。
       声压比之大气压要小得多得多,举个例子,一个声压仅仅相当于大气压的一万分之一的声音就
足以把人的耳朵振聋。 物理学家引入了声压级(spl)来描述声音的大小:我们把一很小的声压
p0=2х10-5帕作为参考声压,把所要测量的声压p与参考声压p0的比值取常用对数后乘以20得到的数
值称为声压级,声压级是听力学中最主要的参数之一,单位是分贝[+red](db)。

       其二我们要了解的概念是听力级(hl),前面所讨论的声压级是比较客观的声学参数,而在听
力学中我们经常要讨论的是人耳听到了什么,而不仅仅是测量到了什么。人耳不是一个很好的测量
声音的仪器,因而听力学家引入了听力级这个概念来更好地解释人耳听到的声音的大小。
       听力学家通过大量的实验把正常人耳在某个频率上刚刚能听见的声音大小的平均值定义为零分
贝听力级(0dbhl)。


       声压级(spl)和听力级(hl)两个概念单位都是分贝,但概念却不同,声压级描述的是声音的
物理特性,听力级描述的是人耳感觉的声音。很多电声学的概念如助听器的增益、信噪比、听阈
值、听力损失等,单位都是用分贝,但概念都不同。许多用分贝来作测量单位的参数都是拿一个参
数与另外一个参数比较得来的。比如,助听器的增益gain是把放大后的声压跟输入的声压作比较;
信噪比是把信号的强度跟噪声的强度作比较。这些概念都是在听力学中都是非常重要的。

 

五、噪声
(1)噪声的定义:
  1.从主观需要的角度来看:所有不希望存在的声音都可称之为噪声。比如,在寂静的考场中,
再动听的音乐也是噪声;在你看电视的时候,他人的谈话即是噪声;在你与他人谈话的时候,电视
声也就变成噪声了。
  2.从物理分析的角度来看:一切不规则的或随机的声信号或电信号都可称之为噪声。


(2) 信噪比
   在测量环境中信号与噪声的声压级之差为信噪比,单位是分贝。比如在你看电视的环境中,
电视机的声音就是信号,他人的谈话和其他声音就成为噪声,如果电视音量为60 dbspl,噪声总的
音量是50dbspl,那么此时信噪比就是10 db。同样在这个环境中,如果你此时是在和他人谈话,假
如你朋友说话(此时是信号)的音量是60 dbspl,电视声音关小后和其他声音总和(此时是噪声)
的音量是55 dbspl,那么此时信噪比就是5 db。  

   信噪比的大小对你是否能听清你想听的信息很重要。 环境噪声是指测试环境所有近处和远处
噪声的总和。   
   本底噪声(背景噪声)一般指电声系统中除有用信号以外的总噪声。比如电视声中除节目声
音外的"沙沙"声等。 掩蔽噪声是指听力测听中用来掩盖信号声的特定噪声,包括白噪声(white
noise)、宽带噪声(wide noise)、窄带噪声(narrow band noise)等
声音是物体振动发出的,它有三个主要特征。即声音的大小、声音的高低和声音的特色。

  声音的大小就是声强或声压,它是声音能量大小的标志。一般情况下,声压大,我们听起来声音也就响亮。用力喊叫或说话,声音也就大。除专业上使用压力和能量单位度量声音大小外,通常使用一个相对值分贝(dB)来标志。例如:年青人的正常听力为零分贝(听力级),夜深人静的环境声约为20分贝(声压级以下同),两人正常谈话声约60分贝,大功率助听器输出高可达140分贝。

  声音的高低就是声音的频率,用每秒振动的次数来度量,单位是赫兹(HZ)。人耳可听到20-20000赫兹这么宽范围的声音。习惯上将500赫兹以下声音称为低频音。如:敲门声。1000至2000赫兹的声音称为中频音,2000以上声音称为高频音。500、1000、2000赫兹是人们言语交往的主要频率,故称语言频率。是判定听力损失程度最需要用的。

  声音的特色就是音色。生活中,我们很容易分辨钢琴声和小号声的不同,虽然它们在用同一种响度,发同一音高的音。这是因为环境中的声音都是复合的声音(包括语言声),在一个主要频率音周围,还有很多周边的声音混在一起,这些成份的强弱就构成了不同的音色。