電聲學

電聲學是指研究聲電相互轉換的原理和技術，以及聲信號的接收、存儲、加工、傳遞、測量、重放和套用的一門分支學科。研究內容覆蓋所有的聲波頻率範圍，從次聲到特超聲。

基本介紹

• 中文名：電聲學
• 外文名：Electroacoustics
• 技術：錄放聲技術、擴聲技術
• 學科：電聲學

發展歷史

電聲技術的歷史最早可以追溯到19世紀T·A·愛迪生髮明留聲機和A·G·貝爾發明用於電話機的碳粒傳聲器開始，1881年曾有人以兩個碳粒傳聲器連線幾對耳機作了雙通路的立體聲傳遞表演。大約在1919年第一次用電子管放大器和電磁式揚聲器做擴聲實驗。在第一次世界大戰以後，科學家們把機電類比（見電-力-聲類比）套用於電聲領域中，於是電聲學就有了理論基礎。隨著電聲換能器理論的發展，較為完善的各類電聲設備和電聲測量儀器相繼問世，較別是20世紀70年代來，電子計算機和雷射技術在電聲領域中的套用，大大促進了電聲學的發展。

電聲學儀器

機電類比是不同學科領域的某些物理現象，由於數學描述具有共同的規律性，從而導致研究方法上的互相借用，稱為類比。電振盪、機械振動和聲振動，是屬於不同學科領域的物理現象，但描述它們工作狀態的微分方程，卻具有相同的形式，從而人們常常借用熟知的電路理論和電路圖的分析方法，來研究機械振動和聲振動現象，分別稱為機（力）電類比和電聲類比，或總稱為電-力-聲類比。類比的方法，套用極為廣泛。特別是在電聲器件的分析和設計中，由於同時要考慮到電的、機械的和聲的振動問題，這個方法的套用更為普遍，尤其是對於集中參量系統，討論分析就十分方便和直觀。

電聲換能器

把聲能轉換成電能或電能轉換成聲能的器件。它的研究是電聲學的一個重要分支。廣義的電聲換能器套用的頻率範圍很寬，包括次聲、可聽聲、超聲換能器。屬於可聽聲頻率範圍內的電聲換能器有傳聲器、揚聲器、送受話器、助聽器等等。按照換能方式，它們又可以分成電動式、靜電式、壓電式、電磁式、碳粒式、離子式和調製氣流式等。其中後三種是不可逆的，碳粒式只能把聲能變成電能，離子式和調製氣流式的只能產生聲能。而其他類型換能器則是可逆的。即可用作聲接收器也可用作聲發射器(表1)。

裝置示意圖

各種電聲換能器，儘管其類型、功用或工作狀態不同，它們都包含兩個基本組成部分，即電系統和機械振動系統。在換能器內部，電系統和機械振動系統之間通過某種物理效應相互聯繫，以完成能量的轉換；在其外部，換能器的電系統與信號發生器的輸出迴路，或前級放大器的輸入迴路相匹配；而換能器的機械振動系統，以其振動表面與聲場相匹配。所以設計電聲換能器要同時考慮到力-電-聲三個體系。這三種體系是互相牽制的，處理得不好往往會顧此失彼。例如，一個有效的磁系統可能會非常笨重，變成一種令人不能接受的聲障礙物；或者聲輸入阻抗或電輸出阻抗的數值，可能根本不能與周圍媒質或附屬設備相匹配。由此可見，電聲換能器的設計總是在許多相互矛盾的因素中採取折衷的辦法，因而在一定程度上可能還帶有許多主觀判斷的技巧在內。

電聲技術

釋義

是電聲領域中發展得比較快的一個分支，它研究聲音信號的放大、記錄、存儲、傳送、重放、交換、複製以及加工修飾。因而在政治、軍事、文化各個領域內有著廣泛的套用。例如，套用於有線或無線通信系統，有線或無線廣播系統以及會場、劇院的擴聲；錄音棚、高保真錄放系統等；此外還套用於發展中的聲控、語控技術；以及語言識別和聲測等新技術。總起來說，它主要包括錄放聲技術、擴聲技術以及與它們有關的電聲儀器和電聲測試技術等。

分類

錄放聲技術

是指把自然聲音經過一系列技術設備〔如傳聲器、錄聲機（即錄音機）、拾聲器等〕進行接收、放大、傳送、存儲、記錄和複製加工，然後再重放出來供人聆聽的技術。它研究的主要問題是如何保持自然聲的優良的音質，即在各個環帶以及整個系統，都具有逼真地保持聲音信號原來面貌的能力，包括對聲音信號進行必要的美化和加工。

在錄放聲技術的高保真化過程中發展了立體聲新技術，所謂立體聲就是在錄放聲技術中，正確體現聲音信號的空間感和方位感。立體聲錄製方面採用的有兩種方法：①磁帶錄製，即分別用兩套相同的錄聲設備同時檢拾所得的左右兩通路信號；②採用國際上標準化的 45°/45°盤式錄聲方法。在立體聲放聲系統主要有三種方法：①由左、右兩通路組成的雙通路立體聲系統；②由左前、右前、左右、右後四個通路組成的四通路立體聲系統；③由四通路立體聲演化來的把揚聲器置於收聽室中對應的四個角上的三維空間的環繞聲系統。

聲頻放聲裝置一般由包括如圖所示的各方框圖所構成，可分成四個部分：輸入端磁帶錄聲機、電唱機、接收機是從盒式磁帶、唱片及廣播電波中把希望的節目作為電信號提取出來的設備；前級控制台（包括前置放大器、衰減器、混合網路等）主要作調音用；功率放大器是將控制台的輸出信號增強到能夠驅動揚聲器系統工作的放大器；最後一部分揚聲器或耳機是將電信號轉換成聲信號，收聽室相當於揚聲器系統的使用環境，對重放音樂的音質起很大的作用。

擴聲技術

擴聲系統主要包括：聲源和它周圍的環境、把聲信號轉變為電信號的傳聲器，放大電信號並對信號加工的設備，傳輸線，把電信號轉變為聲信號的揚聲器和聽眾區的聲學環境。擴聲不同於放聲之處是傳聲器和揚聲器處在同一聲場內。因此擴聲系統是具有反饋的系統。在通路增益足夠大時系統就會失去穩定性，並過渡到自振狀態，產生嘯叫。所以在擴聲技術中除了對聲信號進行加工美化外，為了提高擴聲系統的最大功率增益，改進擴聲質量和系統的穩定性，必須採取措施來抑制聲反饋所引起的聲音畸變，其方法見表2。

電聲學還是一門與人的主觀因素密切相關的物理科學，原因是從聲源到接收都擺脫不了人的因素。聲音是多維空間問題（它包括音調、音色、持續時間、強度、聲源方位以及噪聲干擾等），其中每一維變化都對聽感有影響。複雜的主觀感受並不是任何儀表所能完全反映出來的，這必須聯繫到生理聲學和心理聲學、語言聲學甚至音樂聲學和建築聲學等各個方面的問題，因而形成了電聲學的特色和它的複雜性。

發展

社會的發展和生產的需要，對電聲學提出了大量的實際和理論問題。因此電聲學總的發展趨勢是：電聲器件和電聲設備朝著高保真、立體聲、高抗噪能力、高效率、高通話容量的方向發展；還要進行音質評價的研究，改善錄放技術以及聲音加工技術；新的換能機理的研究以及新材料的開發；提高檢測聲信號的能力仍是聲測技術的主攻方向。總之，只要發聲過程和聽感（知覺）過程各自的與二者互相聯繫的物理和生理上的規律不斷為人們所掌握，電聲學便會不斷有新的發展；並受到有關計算機科學、數位訊號處理的進步，相互促進，這些都說明了電聲學是蘊藏著巨大生命力的學科。

相關學科

次聲學、超聲學、電聲學、大氣聲學、音樂聲學、語言聲學、建築聲學、生理聲學、生物聲學、水聲學。

其它物理學分支學科

物理學概覽、力學、熱學、光學、聲學、電磁學、核物理學、固體物理學 。