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。并不是所有的空气分子的振动都形成声音，空气分子的振动有一定的规律，我们把它描述为"波"，下面我们对"声波"作一个简单的阐述：

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200 Hz到4000 Hz之间；锣声、**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**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*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。
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，500 Hz -1000 Hz的区域称为中频区，低于500 Hz的区域称为低频区。而在讨论音乐的时候

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*重要的参数之一，单位是分贝（dB）

声音是在气体、液体或固体介质里传播的一种机械振动。因此，声音以频率、幅值和相位来表征。声音*简单的形式为纯音，它是正弦波。日常生活中所遇到的绝大多数声音是波形复杂的复合声音，可看作是由纯音复合而成的。

声压级
正常人刚能听到的微弱声音的声压是2×10^-5Pa，称为人耳的听阈；使人耳感觉疼痛的声压为20Pa，称为人耳的痛阈。考虑到人对声音响度感觉与声音强度的对数成比例，所以引用了声压比的对数来表示声音的强弱，即声压级。声压级lq（单位:dB）,噪声还可以用声强级、声功率级来描述。

响度级
响度级是根据人耳听觉特性而提出的一种评定环境噪声的方法。通常入耳听到的声频范围在20Hz～20000Hz，高于20kHz则为超声，低于20Hz的称为次声。人耳对声音的感受不仅和声压有关，也和频率有关，声压级相同而频率不同的声音，听起来高频音要比低频音响得多。如果所测声音与基准声——频率为1000Hz的纯音对比，听起来同样的响，则此基准声的声压级(dB)，就称为该所测声音的响度级，其单位为方(phon)。按此与基准声对比的方法，可以得到整个可所范围的纯音响度级。

    由大量试验得出的纯音等响度曲线如所示，图中每一条曲线相当于频率和声压级不同而听起来响度相同的声音，即具有同一响度级(方)的声音。

从等响曲线可以看出，人耳对高频声敏感，而对低频声不敏感。如70phon的响声，对100Hz的声音来说，声压级是76dB，对1000Hz是70dB，对4000Hz是62dB，但它们都是在70phon的曲线上，听起来一样响。

计权声级
计权声级一般有A、B、C三种，它们是分别用设置有计权网络“A”、“B”、“C”的声学测量仪测得的噪声值，记做dB(A)、dB(B)、dB(C)。A计权网络是模拟人耳40phon等响曲线设计的，使接受的声音通过时，对于人耳不敏感的低频声有较大的衰减，中频衰减次之，高频不衰减。B网络是按70phon等响曲线设计的，仅在低频段有一定衰减。C网络则仿效100phon等响曲线，在整个可听频率范围内几乎无衰减。在以上三种计权声级中，A声级*能反映出人耳的听觉特性，目前使用广泛。

频谱分析
噪声通常是由大量不同频率的声音复合而成，要想在人耳可听声的频率范围内对各个不同频率的噪声逐一进行测量很困难，在实用上，常把声频范围划分为若干个频段，即常说的频段或频程。每个频程各有中心频率和上、下限频率，上、下限频率之差为频带宽度。

表5－9 倍频程频率范围

 在噪声测量中，*常用的是倍频程（中心频率和频率范围见表5-9）和1/3倍频程。倍频程是频率范围上、下限两个频率之比为2：1的频程，1/3倍频程是把上述一个频程再分成3份后得到的更详细的频程。以所选用的倍频程或1/3倍频程的中心频率为横坐标，以声压级（或声强级、声功率级）为纵坐标，作出噪声测量图形，即频谱图，可了解频带声压级在不同频率范围内的分布情况，并据此判断出噪声的成分和性质，这就是频谱分析。