声学 思维导图
中心主题：声学
核心基础
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声音的本质
- 定义： 在弹性介质（如气体、液体、固体）中传播的机械波。
- 产生条件：
- 声源： 振动的物体。
- 介质： 声波传播的载体。
- 接收器： 能感知声波的器官或仪器（如人耳、麦克风）。
- 传播方式： 纵波（介质振动方向与波传播方向平行）。
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声音的三大要素
- 音量
- 物理量： 声压、声强。
- 主观量： 响度。
- 单位： 分贝。
- 音高
- 物理量： 频率。
- 主观量： 音调高低。
- 单位： 赫兹。
- 人耳范围： 20 Hz - 20,000 Hz。
- 音色
- 物理量： 波形、频谱（谐波结构）。
- 主观量： 声音的品质、色彩感。
- 决定因素： 声源的材料、结构以及发声方式。
- 音量
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基本物理量
- 频率: 每秒振动的次数,决定音高。
- 波长: 声波一个完整周期的长度。
- 周期: 完成一次振动所需的时间。
- 声速: 声波在介质中传播的速度，与介质的密度、弹性模量和温度有关。
c = f * λ(声速 = 频率 × 波长)
- 声压: 声波通过时,介质中某点的压强与无声波时静压强的差值。
- 声强: 单位时间内通过垂直于声波传播方向单位面积的声能。
分支领域
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物理声学
- 声波的产生、传播、接收和相互作用的基本物理规律。
- 关键概念：
- 声反射： 声波遇到障碍物后返回的现象（如回声）。
- 声折射： 声波在不同介质中传播速度不同导致的传播方向改变。
- 声衍射： 声波绕过障碍物继续传播的现象（隔墙有耳）。
- 声干涉： 两列或多列声波在空间中叠加，强度重新分布的现象（如驻波）。
- 声吸收： 声能转化为其他能量（通常是热能）而衰减的现象。
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心理声学 / 生理声学
- 探讨人耳如何接收声音,以及人脑如何感知和解读声音信号。
- 核心理论：
- 听觉模型： 描述人耳从外耳到内耳,再到听觉神经信号的传递过程。
- 等响度曲线： 描述不同频率的声音，要达到相同主观响度所需的声压级，人耳对中频（1k-4kHz）最敏感。
- 掩蔽效应： 一个声音（掩蔽声）的存在，使得另一个声音（被掩蔽声）的听阈提高,即变得更难听清。
- 临界频带： 人耳将声音频率分解为一系列非连续的“频带”进行处理。
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建筑声学
- 如何在建筑空间内控制和优化声音质量。
- 三大目标：
- 音质设计：
- 混响时间： 声源停止发声后，声压级衰减60dB所需的时间,是衡量厅堂音质最重要的指标。
- 清晰度/明晰度： 声音的清晰程度，与混响时间、反射声的分布有关。
- 声场均匀度： 厅堂内各位置的声压级是否一致。
- 噪声控制：
- 隔声： 阻止外部噪声传入室内或室内声音传出。
- 吸声： 在室内吸收反射声，降低混响,控制噪声。
- 消声： 主要用于管道和气流噪声的消除。
- 语音私密性： 防止声音在相邻空间之间串扰。
- 音质设计：
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音乐声学
- 声学与音乐的交叉学科。
- 关键概念：
- 律学： 音阶、音程的物理基础（频率比，如纯五度2:3，纯四度3:4）。
- 乐器声学： 研究弦乐器、管乐器、打击乐器、键盘乐器等的发声原理和音色特点。
- 和声学： 多个音符同时发声时，物理上产生的“拍音”和“结合音”现象及其听觉效果。
- 电子音乐： 电子合成、采样、数字音频工作站等技术在音乐创作中的应用。
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工程声学 / 电声学
- 声电信号之间的相互转换、处理、传输和记录。
- 应用领域：
- 录音与扩声：
- 传声器： 将声信号转换为电信号。
- 扬声器/耳机： 将电信号转换为声信号。
- 调音台： 对电信号进行混合、均衡、效果处理。
- 声学环境： 录音棚、演播室、体育场的声学设计。
- 音频技术：
- 数字信号处理： 均衡器、混响、压缩、降噪等效果器算法。
- 数字音频格式： MP3, WAV, AAC等。
- 录音与扩声：
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其他重要分支
- 水声学： 研究水中声波的传播和应用，主要用于水下通信、探测（声纳）、海洋资源勘探。
- 超声学： 研究频率高于20kHz的声波，应用于医学成像（B超）、工业探伤、清洗、焊接等。
- 次声学： 研究频率低于20Hz的声波，研究自然现象（地震、火山）、军事探测等。
- 生物医学声学： 利用声波进行诊断和治疗（如超声波碎石、高强度聚焦超声HIFU）。
- 环境声学： 研究噪声对人类生活的影响及其控制，包括交通噪声、工业噪声、社区噪声等。
核心应用
- 通信技术
电话、麦克风、扬声器、语音识别、语音合成。
- 医疗健康
B超、多普勒超声、听力检测、超声治疗。
- 工业与国防
超声波清洗、无损探伤、声纳探测、水下通信、噪声监测。
- 文化娱乐
音乐厅、剧院、电影院的设计，乐器制造，录音棚技术,游戏音效。
- 日常生活
家电降噪（冰箱、空调），汽车NVH（噪声、振动与声振粗糙度）,建筑隔音。
未来趋势
- 人工智能与声学： AI驱动的噪声主动控制、智能语音交互、声学场景识别。
- 虚拟现实与增强现实： 追求更逼真的空间音频,实现沉浸式听觉体验。
- 新材料与新结构： 开发新型声学超材料，实现“声学黑洞”、隔音透声等特殊功能。
- 绿色声学： 更高效、更环保的噪声控制技术和电声设备。
