1.声源和声波
声音是由物体的机械振动形成的。发出声音的振动源叫作“声源”,振动着的鼓皮、琴弦、扬声器都是声源。由声源发出的声音,必须通过介质才能到达人们的耳朵。空气是最常见的介质,其他介质如水、金属、木材等都能传播声音,其传播能力甚至比空气还要好。没有介质的帮助,人们就无法听到声音。
当声源振动时,它将带动邻近介质的质点发生振动,而这些质点又会牵动它们自己周围的质点,于是声源的振动就被扩散开来并传播出去。由声源引起的介质的振动形成声波。声波的形成和传播的过程同水波很相似。
2.声压和声强
1)什么是声强与声强级
自然界的声音有大也有小,比如形容某些人说话声音很小时,常说他们的声音像“蚊子”声一样,又如听到鞭炮的爆破声时,人们会说这个声音真大,震得耳朵都痛了。具体声音小到什么程度,大到什么水平,说得都不确切。为了科学、准确地评价和比较声音的大小,人们引用了“声强”这一概念。声强即声音强度的简称,它代表声音能量的多少。声学中,声强是指单位时间 (单位时间是指1s)里,声音通过垂直于声音传播方向单位面积(单位面积是指1cm2)的声能量,它的度量单位是瓦/米2,符号为W/m2,就像长度的单位米(符号为m)一样。
听觉系统能够感觉到的声音强度变化范围极大,从刚刚能引起人耳听阈的强度到最大可耐受的强度用能量计算可相差一万亿倍,这里还不包括不能引起人的听觉而存在的声音强度,以及导致听觉受到损伤而超过最大可耐受的声音强度。如此大的数字,计算起来相当不便利。为了计算简便,声音的强度用对数 (指数学里以10为底的对数,又称常用对数)关系表达比较方便,由此引出另一个概念——声强级。
某一处的声强级,是指该处的声强与参考声强的比值取常用对数的值再乘以10,度量它的单位为分贝,符号为dB。参考声强是10-12 W/m2。比如某一处的声音强度比参考声强大100倍(可以写成102),那么它们的比值是100,取常用对数再乘以10,则该处的声强级为20dB。又如,某一处的声音强度比参考声强大100 000倍(可以写成105),那么它们的比值是105,取常用对数再乘以10,则该处的声强级为50dB。从这两个例子可以看出,用声强级表示声音强度的大小,要比用声强来表示简单得多。
评价声音强度的单位分贝 (d B)不能用代数和的形式简单地加减,比如一台机器所产生的噪声的声强级为50dB,若再增加一台同样的机器,此时这两台相同机器所产生的声强级不是100dB,而仅仅是53d B。
2)什么是声压与声压级
一提起大气压,我们都很熟悉,空气中原来就有比较恒定的静压力,只是我们经常生活在这个环境中感觉不到它的存在罢了,我们把这个比较恒定的静压力称为大气压。一个标准大气压叫1巴 (bar)[1]。从物理学的角度理解,大气压是空气分子的不规则运动及相互排斥所引起的。当空气中出现一种声音时,声音所产生的震动使空气分子在这个基础上产生了有规律、有指向性的运动,改变了原来比较恒定的静压力,引起比原来静压力增高的量值就叫声压。换句话说,由于声音的存在,空气发生一个小小的扰动,这就可以使原来处于平衡状态的大气压力增添一微小的声压,并迅速向各个方向传播。
声压历来用微巴(μbar)作为度量单位,它是巴(bar)的百万分之一。近年来,国际上统一用帕作为声压的度量单位,帕的全称为帕斯卡(Pascal,Pa)。1帕等于1牛/米2 (N/m2),1bar=105 Pa。声波的震动可以使空气形成压缩状态和稀疏状态,从而造成原来大气静压力的增加或减少,所以声压可以是正值,也可以是负值。通常我们说的声压指的是它的有效值,所以实际上声压总是正值。声音产生的压力同声音的强度一样,变化范围极大,因此度量声压的大小,同样采用对数 (数学里以10为底的对数,又叫常用对数)关系表达比较方便,由此引出声学的另一个概念——声压级。
图7-1 纯音等响度曲线
某一点的声压级,是指该点的声压与参考声压的比值取常用对数再乘以20,度量它的单位是分贝,符号为dB。参考声压是2×10-5 bar,相当于1 000 Hz纯音的听阈。图7-1所示为纯音等强度曲线。假如某一处的声压比参考声压大100倍,那么它们的比值就是100,取常用对数再乘以20,则该处的声压级为40d B。同理,假如某一处的声压比参考声压大100 000倍,那么它们的比值就是100 000,取常用对数再乘以20,则该处的声压级为100dB。从这两个例子可以看出,声压与参考声压的比值从100倍变为100 000倍,增加了1 000倍,用声压级表示仅增加了60dB,可见用声压级表示声音的大小,比采用声压来表示要简单得多。
采用分贝 (d B)来表达声学量值的主要原因,是由于人体的听觉系统对声音强弱刺激的反应不是按线性 (即逐渐加大)的规律变化的,而是呈对数比例关系变化的,所以采用对数的分贝值可以适应听觉本身的特点。其次,日常生活中遇到的声音,若以声压值表示,变动范围是很宽的,当用对数换算后,就可以大大缩小声压的变化范围 (从数值上看),因此用分贝来表示声学的量值是科学的。
习惯上声压级的符号为SPL,但目前国际上推荐的符号为Lp。声压级是反映声音的大小、强弱的最基本参量。
在日常生活中,普通办公室的环境噪声的声压级为50~60dB,普通对话声的声压级为65~70dB,纺织厂织布车间噪声的声压级为110~120dB,小口径炮产生噪声的声压级为130~140dB,大型喷气飞机噪声的声压级为150~160d B。
3.扩声和功放
把原发声或经过处理的声音信号放大后重放出更大的声音来,就叫作扩声。为了扩声,需要声—电变换、电—声变化、修饰、编制和调度等环节,而其核心环节则是声频放大器。声频放大器是一种用电子器件放大声音信号的设备,有前置放大器和功率放大器之分。前置放大器用于小信号放大,并有选择、切换信号源的功能。功率放大器简称功放,用于放大声音信号的功率,以便驱动扬声器重放出声音。
4.额定传输电压
传输线路配接的广播扬声器 (或其他终端器件)的标称输入电压为额定传输电压。当广播扬声器为无源扬声器,且传输距离大于100m时,额定传输电压宜选用70V、100V;当传输距离同传输功率的乘积大于1km·W时,额定传输电压可选用150V、200V、250V。在智能化系统的实际应用中,最常见的传输电压是70V和100V。
5.广播优先级
广播信号源播出的优先等级即为广播优先级。当有多个信号源拟对相同的广播分区进行广播时,优先级别高的信号能自动覆盖优先级别低的信号。如发生火灾情况时,火灾报警的紧急广播的优先级就比背景广播的优先级高。
6.传声器优先
有一个或一个以上的传声器具有最高的广播优先级,主要用于紧急广播和各种通知信息。
7.热备用
热备用专指紧急广播系统的一种待机方式。系统平时作为业务广播系统或背景广播系统运行,在突发公共事件警报信号的触发下,自动转换为紧急广播系统。
8.一键到位
一键到位指只需要操作一个键 (或一个按钮,或一个开关)就能进入指定工作状态,如紧急广播状态。
9.寻呼
寻呼是指寻人、寻物或寻求帮助的广播,或根据现场需要临时向指定的广播区发布的广播。
10.寻呼台站
寻呼台站是指独立于广播主机以外的,可以进行分区寻呼操作的设备。
11.强插
强插是指强行用某些广播内容覆盖正在广播的其他信号,或强行唤醒处于休眠状态的公共广播系统,发布紧急广播。
12.分区管理
分区管理是把公共广播服务区分割成若干个广播分区。各个广播分区可分别选通、关闭或全部选通、关闭。
13.矩阵分区
矩阵分区是一种以矩阵方式管理的分区方法。各个广播分区不仅可以分别选通或关闭,而且可以同时在两个或多个分区播放不同的信号。
14.分区强插
分区强插是有选择地向某个或多个广播分区进行强插而不影响其他广播分区的运行状态。
15.无源终端/有源终端
公共广播传输线路的负载称为终端。这些终端包括广播扬声器和广播扬声器的组件。不需要电源供给的终端称为无源终端;需要电源供给的终端称为有源终端。
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