声音信号的特性

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语言和音乐信号都是不规则的随机信号，由基频信号和各种谐波（泛音）成分组成。要“原汁原味”的重放这些随机的音频信号，扩声音响系统必须具有符合语言和音乐的平均特性。其中最重要的三个特性是平均频谱特性（频率响应特性）、平均声压级和声音的动态范围。
2.1.1 人声信号

) I6 O" ?1 z: g  [+ P0 t4 B人声是一种典型的随机过程，它与人的生理特点、情绪和语言内容等因素有关。
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: L* A2 a% v4 b/ m( o: U（1）语言 基音的频率范围为130~350Hz，包括全部泛音（谐波）的频率范围为130~4000Hz。


( v7 M. R7 ~9 h! p7 I; D4 `（2）演唱 声的频率范围比较宽，可分为男低音、男中音、男高音、女中音和女高音等5个声部。他们的基音范围从80~1100Hz，包括全部泛音（谐波）的频率范围可达80~8000Hz。5个声部的基音频率范围分别为：82~294Hz；110~392Hz；147~523Hz；196~698Hz；262~1047Hz。
（3）声压级正常谈话时语言的声功率为1μW，大声讲话时可增加到1Mw.正常讲话时与讲话人相距1m时的平均声压级为65~69dB。
（4）动态范围语言的动态范围（最大声压级与最小声压级之差值）为30~40dB.

2.1.2 音乐信号

音乐信号的频谱范围更宽。它与乐器的类型有关。在乐器中管风琴具有最宽的基音范围，从16~9000Hz。其次是钢琴，它的基音频率范围为27.5~4136Hz。民族乐器的基音范围为100~2000Hz。打击乐器能产生更高频率的基音。所有的乐器都包含有丰富的高次谐波（泛音）。因此音乐的频谱范围可扩展到15000~20000Hz。
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% q% ]- ^& Q4 m( e/ W: I+ c  _单个乐器的声功率在0.01~100mW的范围内。大型交响乐队的声功率可达到10W以上。15~18件乐器的乐队演出时，离声源10m处的平均声压级约为95dB.75件乐器的乐队演出时其平均声压级约为105dB.
) M8 x( ]$ B/ c. ~. ^4 }
: Z1 S1 X3 D$ F( Q2 U  D$ a' R6 t乐器的信号动态范围与乐器的种类有关，木管乐器约为50 dB。一般乐队的动态范围为40~0dB.大型交响乐队的动态范围可达到100dB.
高质量的音响系统（音乐重放）的频率响应（频率特性）范围应不小于40~16000Hz。信号动态范围应不小于50~55dB。
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, [/ y+ E6 E% [, N! ?. B: }描述一个音乐信号的特征还有另外一些量，例如颤音特性、持续时间以及声音的建立和衰减时间等，这些量反映了音乐的瞬态特性。
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语言和音乐的一些重要特性列于表2-1。


5 o+ F/ L# ]1 N! l' a人声和音乐信号还有一个重要特性，就是最大声压级（持续时间较短的瞬态信号）与长时间内的平均声压级之差称为声音信号的峰值因子，它是声音信号动态范围的组成之一，如图2-3所示。由图看出，不同节目信号的峰值因子是不同的，为保证声音重放时不失真，系统的动态范围设计必须满足节目要求。

0 ^- `* p% }( S; U5 W7 y. h4 @. c! g测量表明，语言信号的能量集中在130~4000的中低音和中高音范围内。音乐信号的能量分布范围很宽，从30~16000hz随着频率的升高而减小，低音（包括80HZ以下的超低音）能量最大；中音的强度稍低，高音强度则迅速下降。因此扬声器箱中的低音、中音和高音扬声器单元的功率配置必须与之相适应。当分频频率为570HZ时，低音和中高音的功率比为1.42（即低音+中低音的功率占58.7%）；分频频率为900hz时的功率比为1.78（即低音+中低音的功率占64%）；分频频率为1430hz时的功率比等于2.45（即低音+中音的功率占72%）。

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