声学及听力学基础.doc

声学及听力学基础 听力学是一门综合性研究听觉生理、心理功能、病理机理、测试方法，临床防治以及康复听力的学科。按研究对象及手段的不同，可分为实验听力学、临床听力学、重建听力学和康复听力学，后者包括助听器的选配、电子助听装置和听力语言训练。 声学基础一声波的概念1声音的本质：声音是一种波动，它是振动在媒质中的传播。振动的物体使其周围的空气层质点交替地发生压缩和膨胀，这种变化由近及远，从而使受激发物体的振动以一定的速度传播开去，这种振动能量的传递，就是声波传播的本质。2声音的物理特性1）速度常温下声波在空气中的传播速度约是340 米/秒，我们大多数人都见过远处的雷暴，通常是先看到闪电然后再听到轰鸣声，这是由于光的传播速度比声音快。在不同的介质中声音的传播速度不一样，水中声音传播速度比空气中快4倍，而在铁中声音传播速度是在空气中传播的14倍。2）频率频率即每秒钟的周期数，若周期持续时间等于1/100 秒即每秒完成100 个周期，那么我们说它的频率为100（周期/秒）。为纪念德国物理学家Heinrich Gertz 国际标准化组织把它的单位命名为HZ，并被广泛应用。3）音调 如果有两个音叉，一个是500Hz 另一个是800Hz 当你听到这两个音叉发出的声音时，你会发现500Hz 发出的声音比800Hz 低,我们称之为低音。频率与音调是两回事，频率是物理的数量并可精确衡量，而音调是一种主观印象不能直接衡量。4）声压和声压级若有两个相同频率的音叉用不同的力量敲击，那么大力敲的音叉就比较响且相应音叉振动幅度也大。同频率一样空气压力下的变化-声压-是可以精确衡量，因为它是个物理量。 大气静止时的压力为大气压力，大气压力用Ps表示，一个标准大气压力叫1巴（bar）。当有声波存在时，局部空气产生压缩和膨胀，在压缩的地方压力增加，在膨胀的地方压力减少，这样就在原来的大气压上又增加了一个压力的起伏。这个压力的起伏是由于声波的作用而引起的，故称之为声压，用符号P表示。声压的大小表示了声波的强弱，国际上采用“帕”（Pa）作为声压的单位。1Pa=1N/mm，1bar=100000Pa。声压级是表示震动幅度大小的另一种表示方法。讨论某一点的声压级，是用该点的声压P与参考声压P0的比值取常用对数再乘以20的值，用dB或分贝表示。习惯上采用英文Sound Pressure Level 的缩写 SPL为符号，目前国际上采用符号Lp 表达式为：Lp=20Log10（P/P0）（分贝，dB）。式中参考声压 P0=2*10(-5次方)帕（N/mm）=0dBspl分贝（dB）=10Lg（P/P0）声压级是反映声信号强弱的最基本的参量。5）响度和响度级响度，就如音调是一种主观的印象，它是我们感觉声压强度的印象。一般地，我们可以说空气压力的变化幅度越大听到声音就越响，但我们对各种各样频率的主观感觉是不一样的，这不是绝对的。等响度曲线从图上可以看出，响度不但和能量有关还和频率有关，一般来说高频听上去要比低频响亮些。响度的单位叫宋，1宋定义为一个来自听者对面的频率为1000Hz、声压级为40dB的平面行波的强度。如果另一个声音听起来比这一声音响n倍，就说这声音的响度为n宋。1000Hz纯音声压级的分贝值，就定义为响度级的数值，单位叫方。因此1000Hz的声压级（dB）等于响度级方。对于任何其他频率的声音，当调节1000Hz纯音使它听起来与这一声音一样响时，则这1000Hz纯音的声压级分贝值，就定义为这声音的响度级方值。注：分贝分贝是一种新的单位可简单地描述为能量比率。分贝在听力学及电声学上非常有用。分贝数等于两个能量比率的对数值的10 倍或是两个压强比率对数值的20 倍写下的公式是：从分贝的定义我们不难得出以下关系记住：dB 代表一种比率，若不知道用什么参考数值进行比较，任何dB数值将没有任何意义。 6复合声前面我们探讨的主要是纯音，并涉及到了声音的两个重要特性：音调和响度。日常生活中我们很少听到纯声，几乎听到的都是复合声。如说话、音乐等它们是由许多同时产生的不同频率正弦波组成。其中频率最低的称基音或称第一谐波，频率较高的（基频的倍数）称泛音（第二谐波，第三谐波） （见右图） 两演奏相同音符的两种不同乐器，如小提琴与长笛所发出连续声两者有别，这种不同在音乐上称之为音色，言语上称之为音质不同。这种感觉也一种主观的印象，不能直接衡量，同时还受声音的强度影响。7几种常见的声音信号1） 纯音（pure tone）：是指声压随时间作正弦变化的信号。由于纯音通常指只包含一个频率的信号，所以也称为单音。2） 啭音（warble tone）：纯音频率在某指定点（如1000Hz）作高低（如5Hz）连续周期性变化的信号。3） 脉冲音（impulsive sound）：断续的纯音。测听中为减少听觉疲劳，提高分辨能力，普遍采用断续音。4）白噪声（white noise）：指在较宽的频率范围内，各频率的能量分布均匀。在听力测定中，所用的掩蔽噪声可有白噪声WN（white noise