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出版者:Charles River Media

作者:Khan, Ashfaq A.

出品人:

页数:391

译者:

出版时间:

价格:59.95

装帧:HRD

isbn号码:9781584502814

丛书系列:

图书标签:

• 数字信号处理
• 信号处理
• DSP
• 傅里叶变换
• 滤波器设计
• 采样与量化
• 离散时间系统
• Z变换
• 通信系统
• 图像处理

《声学原理与应用》 内容简介： 本书深入探讨了声音的物理本质、传播规律及其在各个领域的广泛应用。从声波的基本概念出发，详细阐述了声波的产生、传播介质、频率、振幅、波长等核心要素，并进一步讲解了声压级、响度、音调等感知特性。 第一部分：声学基础 第一章：声音的物理学基础 1.1 声波的定义与产生： 介绍振动作为声音产生的根本原因，解释空气、液体、固体等不同介质中声波的形成机制。 1.2 声波的传播： 详细分析声波在均匀介质中的传播速度，以及温度、湿度、压力等环境因素对声速的影响。探讨声波的反射、折射、衍射和干涉现象，并通过图示和实例进行说明。 1.3 声波的特性参数： 深入解析频率（音高）、振幅（响度）和波长等物理量。介绍周期性声波和非周期性声波（噪声）的区别。 1.4 声压与声强： 定义声压和声强，阐述它们与人耳感知响度之间的关系。引入声压级（SPL）和声强级（SIL）的概念，并解释其计算方法和单位。 第二章：声音的感知与心理声学 2.1 人耳的结构与听觉机制： 描绘人耳的外部、中耳和内耳结构，解释声波如何转化为神经信号。 2.2 响度与音量感知： 探讨人耳对不同频率和强度声音的感知差异，介绍等响曲线，以及响度级（SL）的概念。 2.3 音调与频率感知： 分析人耳对音高的感知与声波频率的关系，以及音程、音阶等概念。 2.4 音色与频谱分析： 解释音色（也称音质）的形成原因，即基频与泛音的组合，引入频谱的概念，说明不同乐器和声源发出相同音高和响度时为何听起来不同。 2.5 掩蔽效应与听觉适应： 探讨声音之间相互影响的现象，如掩蔽效应，以及人耳对持续声音的适应性。 第二部分：声学现象与规律 第三章：驻波与共振 3.1 驻波的形成与特征： 详细讲解两个方向相反的同频率声波叠加形成驻波的过程，分析驻波的波节和波腹。 3.2 共振现象： 阐述当驱动频率与物体的固有频率相同时引发共振的原理，分析共振在声学中的重要性。 3.3 乐器中的共振： 以弦乐器、管乐器等为例，说明共振如何影响乐器的发声效果和音色。 第四章：吸声与隔声 4.1 吸声材料的原理与类型： 介绍不同吸声材料（如多孔材料、共振吸声体）的工作原理，分析其对不同频率声音的吸收效果。 4.2 隔声的原理与方法： 探讨声音在穿透材料时能量衰减的规律，介绍隔声结构的设计原则，如质量定律、隔层空气腔等。 4.3 声学反射与扩散： 分析声波在表面反射的规律，介绍声扩散的设计，以避免回声和声聚焦。 第三部分：声学在工程与生活中的应用 第五章：建筑声学 5.1 室内声学设计： 讲解音乐厅、剧院、会议室等不同空间对声学特性的要求，以及如何通过吸声、反射、扩散等手段优化室内声场。 5.2 噪声控制： 分析工业噪声、交通噪声、生活噪声的来源和影响，介绍建筑隔声和消声降噪的工程技术。 5.3 室内混响时间的计算与控制： 阐述混响时间对室内声音清晰度和音乐表现力的影响，介绍 Sabine 公式等计算方法。 第六章：噪声测量与评价 6.1 噪声测量仪器与方法： 介绍声级计、频谱分析仪等常用噪声测量设备，以及测量过程中的注意事项。 6.2 噪声评价指标： 详细解释等效声级、最大声级、噪声评价指数（如 L eq, L max, L A 10, L A 90）等常用噪声评价指标的含义和应用。 6.3 噪声标准与法规： 介绍不同国家和地区关于工业、交通、生活噪声的法律法规和限值要求。 第七章：水声学概论 7.1 水中声波的传播特性： 分析水作为传播介质与空气的区别，探讨温度、盐度、深度对水中声速的影响。 7.2 声纳技术： 介绍主动声纳和被动声纳的工作原理，及其在海洋探测、导航、军事等领域的应用。 7.3 水下通信与声学遥感： 探讨利用声波进行水下通信的方式，以及声学遥感技术在海洋环境监测中的作用。 第八章：超声学及其应用 8.1 超声波的产生与传播： 介绍压电效应等超声波产生原理，分析超声波在介质中的传播特性。 8.2 超声医学成像： 详细阐述超声诊断设备的工作原理，包括 B 超、彩色多普勒等，说明其在医学诊断中的优势。 8.3 工业超声应用： 介绍超声清洗、超声探伤、超声焊接等工业应用，以及超声波在材料加工中的潜力。 第九章：语音学与语言处理基础 9.1 语音的产生与发声机制： 从生理学角度解析人发声器官的工作原理，描述声带振动、口腔和鼻腔共鸣等过程。 9.2 语音信号的频谱特征： 分析语音信号的基频、共振峰等重要频谱特征，以及这些特征如何反映语音的音素和韵律。 9.3 简单的语音分析方法： 介绍一些基础的语音信号处理概念，如采样、量化、频谱分析等，为进一步的语音合成与识别打下基础。 本书力求通过严谨的理论阐述、清晰的逻辑结构和丰富的实例，帮助读者构建对声学现象的全面认知，并了解其在现实世界中的广泛价值。

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这本书的排版和插图设计，简直是一场视觉上的灾难，让人严重怀疑出版方是否对“清晰”二字有任何实际的理解。复杂的波形图、频谱分析图往往挤在狭小的空间里，线条的粗细和颜色对比度极低，很多本应一目了然的周期性或衰减趋势，在模糊的黑白印刷中变得晦涩难懂。更不用提公式的对齐问题，有时候一个关键的下标或上标会和相邻的符号紧密地粘连在一起，使得阅读体验极其痛苦。我尤其想吐槽关于窗函数那几页，本来是展示不同窗函数（如汉宁窗、海明窗）对频谱泄露抑制效果差异的关键部分，结果呈现出来的图形叠加在一起，效果区分度极低，我完全无法通过肉眼判断出它们在主瓣宽度和旁瓣衰减上的细微差别。这种对视觉呈现的忽视，极大地削弱了教材的教学效能，毕竟在数字信号处理领域，图形和可视化往往比纯文字的描述更具说服力和直观性。一本好书，其内容固然重要，但呈现方式同样是知识传递不可或缺的一环，而这本书在这方面，可以说是全盘皆输。

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这本书的叙述方式，初读之下，着实让人有些摸不着头脑，仿佛作者是直接从一堆艰深的数学推导中跳跃出来的，缺乏必要的“拐杖”来搀扶初学者。我期望在这样一本号称“基础”的书籍中，能看到更细致的对傅里叶级数和变换的几何意义的阐释，它应该像一位耐心的老师，用图示和直观的类比，将抽象的复平面上的旋转和积分，转化为可以感知的物理现象。然而，本书似乎默认读者已经对这些概念了如指掌，上来就是满满的欧拉公式和狄拉克梳的快速应用，这使得我在试图理解采样定理和混叠现象时，不得不频繁地翻阅其他参考资料来填补概念上的鸿沟。特别是关于Z变换的收敛域讨论，虽然数学上是严谨的，但对于试图构建信号处理系统框架的读者来说，这种纯粹的数学证明显得有些干瘪，缺少了将其与实际滤波器设计（如IIR和FIR）联系起来的桥梁。整体而言，它更像是一本高级研究生的参考手册，而非面向入门者的教材，对背景知识的要求未能在前言中充分揭示，这无疑增加了初学者的学习曲线的陡峭程度。

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这本书的习题部分，可以说是整本书中最令人气馁的部分，它们的难度梯度设置得极其不合理，简直像是在给那些已经掌握全部知识的人设置的挑战赛。大部分题目要么是纯粹的、繁琐的代数证明，需要耗费大量时间在符号的推演上，却对理解核心概念帮助不大；要么就是直接要求读者去设计一个包含特定零点和极点的复杂滤波器，这通常需要依赖复杂的CAD工具才能快速验证，而不是用笔在纸上完成。最要命的是，这本书几乎没有提供任何课后答案或解题思路的提示，这就使得读者在遇到困难时，无法自我纠错或验证理解的深度。我个人认为，基础教材的习题设计应该侧重于通过具体数值的计算来巩固对基本原理的掌握，例如，给定一个长度为8的序列，手工计算一次IDFT，观察其与FFT结果的吻合度，或者计算一个小信号通过一个简单二阶IIR滤波器后的输出波形。本书的习题设计明显偏离了教学辅助的初衷，更像是对读者耐心和毅力的终极考验，极大地阻碍了自我学习的进程。

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作者在讲解离散时间系统响应时，似乎陷入了一种对“完美”数学模型的执念，忽略了真实世界中信号处理必然存在的非理想性与噪声干扰。我花了很大力气去理解线性时不变（LTI）系统的理想特性，但书中对于实际A/D和D/A转换过程中可能遇到的量化噪声、时钟抖动（Jitter）以及有限精度运算带来的误差探讨得少之又少。例如，在讨论FIR滤波器设计时，它倾向于使用Parks-McClellan算法推导出最优的幅度响应，但对于实际实现中，当系数被截断到16位或24位时，这种“最优性”会如何急剧下降，书中没有提供任何实证性的分析或案例研究。这让这本书读起来像是一个脱离了工程实践的纯理论探讨，缺少了将数学模型落地到硬件或软件实现层面的关键一跃。如果读者只是想通过这本书获得理论知识，那也许可以接受，但对于希望将来从事DSP算法开发或嵌入式系统设计的人来说，这本书留下的“知识盲区”是相当致命的。

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本书在讨论多相滤波和子带编码等高级话题时，采取了一种非常跳跃式的叙述方法，让人感觉像是章节之间被强行剪切粘贴过。前一章还在详细讲解如何用卷积定理来分析系统的级联，下一章突然就引入了滤波器组的概念，并直接给出了完美重构的数学条件，中间关于信号的下采样和上采样操作对相位关系的影响几乎是草草带过。这种结构上的不连贯性，使得读者在试图建立整体认知时，总感觉有关键的逻辑链条缺失。更让人困惑的是，书中关于快速傅里叶变换（FFT）算法的介绍，篇幅相对较短，且仅停留在蝶形运算的基本结构上，完全没有深入探讨针对特定硬件平台（如DSP芯片或FPGA）的优化技巧，比如如何利用内存访问模式来提高缓存命中率，或者如何处理非2的幂次输入数据。这让这本书的“基础”定位显得有些名不副实，它成功地介绍了概念，却未能有效构建起知识体系的稳固框架。

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