第一章 绪论
教育电声系统是将教育信息经电声技术进行加工处理和创作的一种现代化的教学媒体。现代教育电声系统大致分为三大类:广播系统、节目制作系统和语言学习系统。
广播系统
1. 有线广播:包括扩声系统和放声系统.
扩声系统主要有扩音机和有线广播，主要用于教室、会场的扩声和有线广播台(站) .
放声系统主要用于教学资料的播放、背景音乐、同声传译等.
2. 无线广播:
无线传声用于教室、会场、舞台、演播等的扩音.射频广播中有学校、社区或地方性教育广播台(调幅);外语学习广播台(调频);音乐节目广播、多种语言广播、同声传译等(立体声和数字声)
节目制作系统
1. 主传声器方式 用于一般性教育节目、古典音乐节目等制作。
2 多声道合成方式 用于流行音乐节目制作、大规模软件副职。
语言学习系统
1. 听音型：语言学习的放生系统
2. 听说型：听力会话等多功能的语言学习
3. 听说对比型：进行独立的语言学习和练习
4. 视听型：兼有以上功能的较完善的学习系统。
5、多媒体型：把计算机、有线电视、电影、幻灯投影设备、学习反应分析器等装备在其中就构成多媒体的学习系统。
电声媒体的优势主要有：时效性、广泛性、重现性、可控性、生动性。
第二章 声波的基本性质
声波机理
声音是一种波动现象。当声源(机械振动源)振动时，振动体对周围相邻的媒质产生扰动，而被扰动的媒质又会对相邻媒质产生扰动，这种扰动的不断传递就是声波产生与传播的基本机理。
声场定义：存在着声波的空间称为声场。
声场媒质定义：声场中能够传递扰动的媒质称为声场媒质。
第三章 人耳听觉特性
声音主要是通过响度，音高，音色三要素来表现其特性
响度：人耳对声音强弱的主观感觉称为响度
音高：人耳对声音调子高低的主观感觉称为音高或音调、音准。
音色：人耳在主观感觉上区别相同响度和音高的两类不同声音的主观听觉特性称为音色。
可闻声频率范围为2 0Hz～2 0KHz，低于20Hz为次声，高于2 0KHz为超声，人耳听不到次声和超声。在可闻声频率范围内，音调和频率不呈线性关系，而呈对数关系。
声音可划分为多个频段，低音是基础。
人耳听觉的非线性掩蔽效应：
实验表明，当两个或两个以上的声音同时存在时，其中的一个声音在听觉上会掩盖另一个(或其它的)声音，这种现象称为掩蔽效应。人们把被掩蔽声的“闻阈”在受其它声干扰时应提高的分贝数定为掩蔽量，以dB表示。掩蔽量不仅与频率有关，也与声音的性质有关。
人耳听觉的可闻阈声压级为0dB,痛阈声压级为120 dB。
人耳听觉的延时效应与双耳效应：
人对声源方位的定位，对声音的立体感觉，主要是依赖于双耳。
声源到达左右耳的距离存在差异，将导致到达两耳的声音在声级、时间、相位上存在着差异
这种微小差异被人耳的听觉所感知，传导给大脑并与存储在大脑里的听觉经验进行比较、分析，得出声音方位的判别，这就是双耳效应。
形成双耳效应的本质因素在于声音到达两耳的声音在声级差、时间差和相位差。
立体声的特点
具有声像的临场感：立体声的重放，能够比较真实地再现声场，使人感到声源的“像”(或声象)已被分布到空间的各个角落或某些范围，而不仅限于少数几个扬声器。不仅如此，借助于立体声声象空间的分布感以及空间的层次感，使得那些需要突出的声部也能真实地再现。
具有较高的清晰度和较高的信噪比：立体声由于具有声象空间分布感的特点，声源来自各方位，掩蔽效应虽然还存在，但比单声道的影响要小得多，因而清晰度较高。立体声却可以相对减小噪声，提高信噪比。
听觉定位机理
耳壳效应：
近年来，通过大量研究表明，单耳也具有一定的辨别声音方向的能力，这就是耳壳效应
“耳壳效应”对双耳的定位功能起着重要的补充作用。
哈斯效应：
两个同声源的声波若到达听音者的时间差 Δ t在5—35ms以内，人无法区分两个声源，给人以方位听感的只是前导声，滞后声好似并不存在;若延迟时间Δ t在35—50ms是，人耳开始感知滞后声源的存在，但听感所辨别的方位仍是前导声源;若时间差Δ t在50ms以上时，人耳便能分辨出前导声与滞后声源的方位。哈斯对双声源的不同延时给人耳听感反映的这一描述，称为哈斯效应，哈斯效应有助于建立立体声的听音环境。
由哈斯效应可知,若反射声延迟时间在30ms以下,声音的定向决定于直达声。
声源停止发声后,声压级降低60dB所需的时间称为混响时间。各个频段的混响时间是音乐厅最主要的声学属性，混响时间过长，声音发浑。
第四章 室内声场与音质
室内声场的基本特征：
1.室内声源辐射的连续稳定声波，室内各受音点接受到的声压值也是稳定的，声压随声源距衰减没有室外明显。
2.由于室的周边对声的反射作用，室内声源停止发声后，室内声并不立即停止，而是继续持续以段时间，这种声的残响现象通常称之为混响。
3.由于室形状的复杂性，声波在室内传播时，还会产生回声、聚焦、蛙鸣以及声染色等特异声现象。
室内音质设计的基本要求
1.无噪声干扰
2.语言用房，应追求声音的清晰
3.音乐用房，要求声音圆润、丰满和足够的力度
4.立体声效果用房，追求立体感、空间感和临场感
5.整个声场应充分扩散、分布均匀
6.没有回声、颤音、蛙鸣、嗡声(低频声染色)以及声聚焦等明显特异声缺陷
第三节室内音质的改善
新建语音室、录音室、演播室等必须进行声学设计，以保证室内的音质。对于存在某些音质缺陷的这类用房，应根据音质评价标准，针对性地进行声学改造，以求音质的改善与完美。忽视建声缺陷，仅进行电声弥补的想法和做法都是错误的。
音室首先要保证背景噪声足够小，以不使噪声对有用信息产生明显的干扰和掩蔽，其次就是混响特性要符合音室的使用要求，更不容产生显著的频率畸变等等。为此，了解室内声缺陷的原因及其对音质的影响，才能采取相应的改善音质的对策。
(一)外界噪声对室内声场的干扰
外界噪声传进室内有三条途径：
1.通过门窗、管道等孔隙直接传入;
2.通过墙壁等隔离屏障传入，这是在声波作用下，隔离物产生振动而形成的二次声源传播;
3.建筑物构件受机械撞击时，振动将沿隔离物传播辐射而形成干扰，如走廊中人员走动、冷暖风机、给排水管的振动声等。
外界噪声不论通过何种途径，都不外乎以空气传播或固体传声两种方式进入室内，并对室内声场产生干扰。
室外噪声对室内音质的危害主要表现在：提高了背景噪声声级，降低了信噪比;当噪声级越高、或频带越宽时，对信息的掩蔽量也越大，被掩蔽的频带也越宽;特别对非稳定噪声，上述危害更大;噪声还会破坏室内声场的正常分布、使声场染色(频率畸变)，导致信息声的音质严重恶化。
室内音质改善的建筑声学方法
控制噪声和振动干扰，提高声信噪比
修正混响时间及其频率特性，以符合设计要求
改善房间形体、结构，提高房间扩散性能
1.长方体形房间长、宽、高比例尽量避免1:2、1:1等简单比例关系。
2.房间容积应足够大，使间隔较大的简正频率尽量推向很低频段使频率范围内频率分布均匀。
3.对长宽高比例不当的房间，可通过空间分割尽量减少房间平行内壁。
4.室内吸声材料和吸声结构的铺装以非对称为宜。
合理设计反射面，改善前期反射声
5.反射面的形体处理
6.改变反射面或声源位置
第五章 电声器件
第二节 电动式扬声器
电声器件一般指电声系统的始端部件(包括传声器、拾音器、送话器等)及终端部件(包括扬声器及音箱、耳机、受话器等)。
扬声器是电声系统的终端部件。在整个电声系统中，扬声器对音质的影响很大(有人估计占整个系统的一半)，但目前在工艺技术和电声指标等方面仍属最薄弱环节。随着高保真(Hi—Fi)音响技术的飞速发展，高品质的扬声器、音箱及扬声器系统等正层出不穷。
根据用途及换能方式分类，扬声器先后出现了电磁(舌簧)式、电动式、压电式、电容式、气动(海尔)式、离子式以及数字式等各种类型。但在多数场合，尤其在教育电声系统及音响系统中几乎全部采用电动式扬声器。
电动式扬声器主要指锥形纸盆式扬声器，球顶形扬声器和号筒式扬声器。
第三节 扬声器系统
扬声器系统是指由单元扬声器(一只或多只)、分频器及扬声器箱构成的组合器件。通常，人们将扬声器系统称之为音箱。
高保真音响系统通常由高保真音源,音频放大器和扬声器系统这三大部组成。音响设备的频率特性越好，它重放声音信号的频率范围就宽，振幅偏离量就小。
两扬声器的声级差越大，声像偏移量越大 。
扬声器分频系统：
扬声器分频系统通常分为功率分频与电子分频两类。功率分频利用电抗性元件组成滤波器，使高、低频信号在进入扬声器之前分流，其制作方便、成本低。但功耗大、分频点不易控制，调整困难。
电子分频采用有源器件组成滤波器，通常置于功放之前先行分频，具有功耗小、分频特性佳、可单独控制、互调失真小等优点，但功放需要分开，设备成本相应增加。
第四节 耳机
耳机也是教育电声系统中常用器件。与扬声器一样，同属于“电一声”换能器。所不同的是，扬声器与人耳的耦合须以扬声器的声辐射自由空间为中介，而耳机与人耳的耦合则是直接的。
耳机的这种声耳直接耦合方式有两个显著优点，一是无需自由空间为中介，这就避免了声场的自身缺陷对还音音质的可能影响;二是使用者处于相对声封闭状态，彼此间没有干扰，于是在一个较小空间中即可同时传输或接受多种声信息。因此，耳机被广泛用于听音、录音、扩音监听、音频制作、视频制作以及语言学习系统等场合。
虽然耳机与人耳间是直接耦合，但由于耳机整体结构的差异，这一耦合方式(或称耳机的放声方式)根据耦合程度可分为密闭式、半开放式和全开放式等三种放声方式。
第五节 传声器的原理与特性
传声器是将声音转换成相应电信号的器件(俗称话筒)。可以说，整个声频系统的第一个环节就是传声器。在教育电声系统中，无论是教室扩声、会场扩音、有线或无线广播，还是声像教材的编制，演唱或报告的记录与保存……传声器都是原始声源的输入口，而且，它的质量优劣、选用的合适与否、使用的方法都直接或间接地影响着教育节目的质量。要用好各种传声器，还须从掌握它的结构原理和特性开始。
传声器的种类很多，按不同的方法分类可列出数十种不同类型的传声器来(例如按换能机理的分类)，但占领电声系统录音和扩音阵地的只有少数几种：动圈式传声器、电容式传声器、驻极体式传声器等。
传声器在使用中经常受到干扰，解决的办法有两种，一是抗电磁干扰：
(1)、 屏蔽，传声器壳体最好用金属制成，与传声器的屏蔽线接地端相连，屏蔽线的另一端与扩音机等电声设备的外壳相接。(2)、 低阻抗传输，高阻抗输出信号较强(或灵敏度较高)，传输线稍长就极易受外界干扰和引起交流声，故在广播，电视或节目制作等专业系统，或传输线超过5米的各种电声系统中，都应该采用低阻传输方式。(3)。平衡传输方式，这种传输方式能有效地抑制干扰，又不易干其它电声设备。
二是抗声干扰 (1)、 反射声干涉，当传声器或声源附近有声障(如桌椅，墙壁，地板等)时，传声器除接收直达声外，还有明显的反射声。直达声与反射声在拾声点就产生声的干涉现象,带来失真，故应抗反射声干涉。
(2)、多路拾声干涉，会场扩声,，座谈讨论会等往往需要使用多个传声器拾音，在这种情况下，处理不当也会产生干涉现象，所以也需要抗多路拾声干涉。
电平调节通常设在传声放大后进行，以避免电位器感应交流声和噪声。
第六章 音频录放技术
第一节 磁带录、放音原理
磁带录音机是以磁性记录的方式记录、重放音频信号的设备，其主要过程是电—一磁转换，即代表声音的电信号(音频信号)转换成磁带上的磁信号的记录过程，以及把磁带上的磁信号还原成音频电信号的重放过程。记录磁信号的载体磁带是由带基及敷涂在上的磁性物质构成的。
由前述可知，人们可利用磁性材料的磁滞特性来实现对音频信号的记录，这只要使涂有硬磁性材料的载体(如磁带)在通过磁头所产生的交变信号磁场中作等速运动时，载体便会沿运动方向相应地磁化，声音信息也就以剩磁的方式保留在载体上。或者说，以时间分布的音频信号将转换成按空间分布的信息而被贮存起来，从而完成音频信号的记录。
但是，从磁滞回线中我们知道：铁磁物质在磁场中初始磁化时，由于磁场的大小与磁带上的剩磁通量之间因磁畴的惯性而呈现非线性关系，这就会导致在记录过程中剩磁信号产生严重的非线性失真。为了改善这种畸变带来的不良影响，在信号记录时，应给录音磁头加上一个偏磁电流，称为偏磁记录。
通常有两种偏磁方法;直流偏磁和交流偏磁(超音频偏磁).
1. 直流偏磁
给录音磁头加上一个固定的直流偏置电流,则在磁头缝隙处将产生一个大小和方向固定的磁场,这样就使得音频电流通过磁头时避开曲线起始的弯曲部分.
由于直流偏磁磁化的结果,也会导致磁带上的磁粉颗粒剩磁通的不均匀性,这些被恒定磁场磁化后的剩磁的不匀在放声过程中就呈现出不规则的噪声,通常被称为本底噪声.
直流偏磁由于上述的缺点,已基本被淘汰,而在现代录音技术中广为采用的是交流偏磁法.
2.交流偏磁
交流偏磁是采用超音频信号进行的偏磁.它是将音频信号电流与超音频电流叠加后同时送给是录音磁头.通常超音频信号频率为40～120kHz
最佳偏磁应选在辅出信号最大,非线性失真最小,噪声最低,频率特性最好的工作点上.但遗憾的是以上这四个"最"佳值井不完全吻合.所以.在选取最佳偏磁时,只能兼顾.并以非线性失真为主要立足点.
另外还应注意,磁记录载体——磁带上不同磁粉材料具有不同的最佳偏磁值.录音机上的磁带选择键就是为了在使用不同的磁带时应选择不同的偏磁.
一般,主要还是着眼于降低噪声而采用较大的偏磁.但是,某些对高音频段有特定要求的录音机就必须减小偏磁,当然,不可避免地它以降低噪声指标为代价.
录放过程中的损失
记录过程中的损失
(1)自去磁损失
(2)录音去磁损失
(3)磁性层厚度损失
重放过程中的损失
(1)工作缝隙损失
(2)间隙损失
(3)方位损失
当带速一定时,录音信号的工作频率越高,在磁带上记录的波长就越短。
第七章 音频信号处理技术
第一节 幅度处理技术---电平压扩
第二节 频域处理技术
第三节 时域处理技术
第四节 空间处理技术
第五节 调音控制----系统处理技术
第五节 调音控制----系统处理技术
现代的音响处理系统从广播扩音系统到节目制作系统都需要对来自各声源的信号进行放大处理、加工和美化，以上几节也都是围绕着这一目标进行的。但如果把各种处理设备集中起来使用，不仅体积庞大、成本过高，造成资源的极大浪费，而且操作起来十分不便，所以需要有一套具有实现音响处理中所需的大部分功能的综合设备，把少数有特殊要求的处理部件作为它的外围设备，这种综合性的设备就是调音台，它组成了电声系统的核心。
调音台的主要作用是对若干路声音信号进行不同处理再加以混合，产生一路(或几路)输出信号，或送至录音设备记录，或送至广播设备进行广播，或送到扩音机直接推动扬声器发声。现代的调音台都由数个分系统组成，在分系统中除主信号通路外，尚有对信号监听、监视和控制以及对信号加工的单元。
1.主信号系统
(1)信号的放大(衰减)、控制和混合;
(2)能适应各种信号源的多路输入接口;
(3)具有供不同用途的几路输出接口。 .
2.监测、监听系统
(1)能对输出电平(或各单元电平)进行监测;
(2)能对输出节目进行监听，也能对各路信号进行预听、返听(送);有些还具有专作监听(监测)用的测试信号;
(3)录音室与导播室之间应有可联络的通话对讲系统。
3.控制系统
(1)有各通路的联锁装置(如播出与通话联锁等);
(2)配合节目制作有各种提示、警告用的扳键和指示灯，有快速切换的预选转接控制;
(3)配合音乐节目有控制灯光的输出接口。
4.信号加工系统
(1)有音色调节、多频率补偿、频带限制等频响处理;
(2)有延迟、混响等特技效果的装置或接口;
(3)能用声像移动电位器进行立体声声像导演。
以上功能中，输入输出、电平控制、音色控制、电平监测等是必不可少的环节;多频补偿、频带限制等是不常用的环节，一般只设少数单元备用;延迟混响、电平压扩等则因少用或单元较为复杂、昂贵，通常只提供输入输出的接口。
第八章 电声系统
通过导线、电缆或光缆向某些地区播送音响节目的系统称为有线广播系统。它是以传声器作为信号输入，以扬声器作为扩声输出的系统。
有线广播系统主要分为扩声系统(包括有线广播网)与放声系统两大类型。它们的组成、功能、规模及作用范围有所不同。
二、扩音机与负载的配接
扩音机按照其功率放大器输出电路的不同，可分为无输出变压器电路放大器和有输出变压器放大器两类。现代晶体管放大器的功率输出电路一般都采用无输出变压器电路，它的输出阻抗较低，连接的扬声器的阻抗在在4～8Ω范围。
有输出变压器的放大器根据输出的方式又可分为定阻抗式和定电压式匝登。它们与负载的配接方式具有不同的特点。
(二)扩音机的配接原理
1.定阻抗式扩音机的配接原理
定阻抗式扩音机功放输出级通常没有深度负反馈，它的输出内阻较高，输出电压随负载阻抗变化而有较大的变化。定阻式扩音机与负载连接时，只有其输出阻抗与负载阻抗相等或接近一致，即阻抗匹配，扩音机才能输出额定功率，这时传输效率最高，失真也小。若阻抗不匹配，负载阻抗过大或过小，对于输出信号的非线性失真及信号的传输效率都会产生直接的影响。
(1)负载阻抗大于扩音机输出阻抗的情况(轻载失配)
当负载阻抗大于扩音机额定输出阻抗时，扩音机的输出电流将变小，输出电压升高，扩音机的工作点偏离原设计的最高工作点，因此失真可能增大;这时扩音机的实际输出功率也将减小(小于额定值)，所以称轻载失配。
另一方面，当负载阻抗大于输出阻抗时，将引起输出变压器初级的阻抗升高，输出变压器的工作电压也随之升高。严重轻载失配时如扩音机开路(末端未接上扬声器等负载)，负载阻抗相当于无限大，就会导致输出变压器的击穿。因此无深反馈的定阻式扩音机是不允许空载的。
(2)负载阻抗小于扩音机输出阻抗的情况(重载失配)
负载阻抗小于输出阻抗，将使输出电压降低，输出电流增大，加重了扩音机的负担，所以也叫重载失配。重载失配造成的输出信号失真更为明显，而且这时扩音机末级功放管消耗的功率增大，机器很容易烧毁。一般情况下，阻抗相差不超过10%时可视为正常。另外，轻载失配比重载失配危害小一些，因此应把扬声器接到扩音机输出端阻抗低的端子上为宜，如6Ω的扬声器宁可接到4Ω的端子上，而不要接到8Ω的端子上。
(三)定阻抗式扩音机的连接
1.配接条件
定阻式扩音机与扬声器连接时，一般应满足以下三个条件：
(1)扬声器额定功率总和必须大于扩音机的输出功率，或者至少应等于其输出功率。
(2)每只扬声器实际所得到的功率不得超过其额定功率，最好是控制在额定功率的80%，这样既能延长扬声器的使用寿命，又能使放出的声音优美动听。
(3)扬声器连接好后，负载总阻抗应等于扩音机的输出总阻抗。条件达不到时，相差也不应超过10%(必要时可加假负载电阻)，在这种情况下，最好是使负载总阻抗稍大于扩音机的输出阻抗：而不应小于输出阻抗，以防止扩音机因过负载而使功放管过早衰老或烧毁。
2.配接方法
定阻式扩音机在与扬声器之间距离短(<50m)，连接线上的损耗可忽略不计时，通常采用最为方便的低阻抗配接方法;而当距离较长，连接线上的损耗不能忽略时，应当采用高阻抗配接方法。
(1)低阻抗配接
采用低阻配接时，可将扬声器直接或经串、并联后接到扩音机的低阻抗输出端子上。配接步骤是：
①判断扬声器的额定功率之和是否大于或等于扩音机的额定输出功率;
②匹配时应满足公式：
PZ0=PLZL (8—1—5)
式中，P0、Z0分别为扩音机额定的输出功率和输出阻抗;PL、ZL.分别为扬声器的额定功率和阻抗。由(8-1-5)式确定扬声器应连接到扩音机的相应端子;
③检验每只扬声器所得的实际功率与其额定功率是否相符。
(2)高阻配接
输出阻抗100欧姆以上，扬声器阻抗都较小。
输送变压器：(又称线间变压器、用户变压器)分为： 定阻式、定压式
定阻抗式变压器的抽头以阻抗值来标注，起阻抗变换作用。
常用功率有3w～5w小型和20w大型。
初级阻抗为数百～数千欧姆。
用传声器录音时，如果在适合于高阻抗的录音座上连接低阻抗的传声器，不仅会降低灵敏度，也得不到额定的输出。
例：1、50w定阻式扩音机一台，输出端子有4、8、16、32、250Ω，需接25w、16Ω扬声器两只，问如何连接?
解：两只扬声器总额定功率为25×2=50W，等于扩音机的额定输出功率。根据公式P0Z0=PLZL
计算扬声器所接端子的输出阻抗：Z0= PLZL/ P0 =25×16/50=8Ω
因此，可将扬声器并联接到扩音机0~8Ω输出端子上，如图A所示：
此外也可以将两制扬声器串联后接在扩音机0~32Ω输出端子上，同样可以达到完全的匹配，如图B所示
第二节无线广播系统
无线电通讯和广播，都需要把音频信息“装载”到高频率的无线电波(载波)上才能向四方传播，然后在接收端收到电波后再把音频信息从无线电波中取出来，恢复成音频信号，通过扬声器或耳机述原成声音。在发射端的这种装载过程称为调制;在接收端的还原过程称为解调。
无线电广播的基本原理是声音经过话筒转换为音频信号，经音频放大器放大后送入调制器。高频振荡器产生等幅高频振荡信号作为载波送入调制器.调制器用音频信号对载波进行幅度(或频率)调制形成调幅(调频)波，再经高频功率放大器放大后送入发射天线向空间发射。
原理图如下所示：
第三节 音频节目制作系统
广播，无论是有线还是无线都必须有节目来支撑，电视、录像、电影中也需要配音，这就是说，电声系统中必须有一个音频节目制作系统。
音频节目制作系统中，系统内器件及设备间的连接是一个非常重要、有时又会被忽视的十时微问题，尤其当选用的设备不是原配套时，就显得更为突出。系统内器件及设备间的连接需要注意的问题有阻抗匹配问题、平衡传输问题、接插件的选用问题。
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