听觉声音三要素

石油大厦音响培训之一,听觉声音的三要素,一 概述,声音听觉理论 由于人耳听觉系统非常复杂，人们对它的生理结构和听觉特性还不能从完全解释清楚。所以，对人耳听觉特性的研究目前仅限于在心理声学和语言声学。 人耳对不同强度、不同频率声音的听觉范围称为声域。在人耳的声域范围内，声音听觉心理的主观感受主要有响度、音高、音色等特征和掩蔽效应、高频定位等特性。其中响度、音高、音色可以在主观上用来描述具有振幅、频率和相位三个物理量的任何复杂的声音，故又称为声音“三要素”。而在多种音源场合，人耳掩蔽效应等特性更重要，它是心理声学的基础。下面简单介绍一下以上问题。,二 声音三要素 之一响度,响度又称声强或音量，它表示的是声音能量的强弱程度，主要取决于声波振幅的大小。声音的响度一般用声压来计量，声压的单位为帕(Pa)，它与基准声压比值的对数值称为声压级，单位是分贝(dB)。对于响度的心理感受，声压级的值一般不等于响度级的值，使用中要注意。 响度是听觉的基础；声压是以电声仪器检测为基础。正常人听觉的强度范围为0dB140dB(也有人认为是-5dB130dB)。,超出人耳的可听频率范围(即频域)的声音，即使响度再大，人耳也听不出来(即响度为零)。但在人耳的可听频域内，若声音弱到或强到一定程度，人耳同样是听不到的。当声音减弱到人耳刚刚可以听见时，此时的声音强度称为“听阈”。而当声音增强到使人耳感到疼痛时，这个阈值称为“痛阈”。 实验表明，闻阈和痛阈是随声压、频率变化的。通常认为，对于1kHz纯音，0dB20dB为宁静声，30dB-40dB为微弱声，50dB70dB为正常声，80dB100dB为响音声，110dB130dB为极响声，小于0dB闻阈和大于140dB痛阈时为不可听声，即使是人耳最敏感频率范围的声音，人耳也觉察不到。,人耳对不同频率的声音闻阈和痛阈不一样，灵敏度也不一样。人耳的痛阈受频率的影响不大，而闻阈随频率变化相当剧烈。人耳对中频区3kHz5kHz声音最敏感，幅度很小的声音信号都能被人耳听到；而在低频区(如小于800Hz)和高频区(如大于5kHz)人耳对声音的灵敏度要低得多。响度级较小时，高、低频声音灵敏度降低较明显，而低频段比高频段灵敏度降低更加剧烈。所以一般应特别重视加重低频音量。有时高频区也要稍微加强。,三 声音三要素 之二音调,音调也称音频，表示人耳对声音调子高低的主观感受。客观上音调高低主要取决于声波基频的高低，基频频率高则音调高，反之则低，单位用赫兹(Hz)表示。主观感觉的音调单位是“美”，赫兹与“美”同样是表示音高的两个不同概念而又有联系的单位，前者是仪器检测，后者是人耳感觉。,人耳对响度的感觉有一个从闻阈到痛阈的范围。人耳对频率的感觉同样有一个从最低可听频率20Hz到最高可听频率别20kHz的范围。实验证明，音调与频率之间的变化并非线性关系，除了频率之外，音调还与声音的响度及波形有关。在音乐声学中，音高的连续变化称为滑音。根据人耳对音调的实际感受，人的语音频率范围可放宽到80Hz-12kHz，乐音较宽，效果音则更宽。,20Hz-60Hz部分，人声一般不包含，这段提升能给音乐强有力的感觉，给人很响的感觉，如雷声。如果提升过高，则又会混浊不清，造成清晰度不佳，特别是低频响应差和低频过重的音响设备。60Hz-150Hz部分，这段频率影响声音的混厚感和丰满度，是低音的基音区。如果这段频率很丰满，音色会显得厚实、混厚感强；如果这段频率不足，音色会变得无力、单薄、苍白；而如果这段频率过强，音色音色将会显得浑浊，语音的清晰度变差，还会出现低频共振声，有轰鸣声的感觉。,150 Hz-300Hz部分，这段频率影响声音的力度，尤其是男声声音的力度。这段频率是男声低频的基音频率，同时也是乐音中和弦的根音频率。如果这段频率成分缺乏，音色会显得发软、发飘，语音则会变得软绵绵；如果这段频率成分过强，声音会变得生硬而不自然，且没有特色。 300 Hz-1KHz部分，这段频率是人声的基音频率区域。如果这段频率的幅度丰满，那么人声的轮廓明朗，整体感好、有力度。如果这段频率幅度不足，声音会显得空洞、不坚实；如果这段频率幅度过强，音色会变得单调，相对来说低频成分少了，高频成分也少了，语音会变成像电话中声音的音色一样，显得很单调。 1-4KHz部分，人耳耳腔的谐振频率是14KHz，所以人耳对这段频率非常敏感。这段频率是影响声音明亮度和顺畅感，如果这段频率成分过少，音色则松散且音色脱节，声音将会变得朦朦胧胧；如果这个频率成分过强了，音色就会显得呆板、发硬、不自然，有跳跃感。 4kHz-5KHz部分，这是影响临场感（距离感）的频段。提升这一频段，使人感觉声源与听者的距离显得稍近了一些；衰减则就会使声音的距离感变远；如果在5KHz左右提升6dB，则会使整个混合声音的声功率提升3dB。 6kHz-16kHz部分，这一频段控制着音色的明亮度，宏亮度和清晰度。一般来说提升这部分使声音宏亮，但不清晰，还可能会引起齿音过重；衰减这部分使声音变得清晰，可音质又略显单薄。 无线传输摸组,四 声音三要素 之三音色,（一）音色基础基音自然界的声音并不是由单一的频率组成的，大多数都是一种复合音，而基音就是指复合音中频率最低的成分。基音就像房屋的地基一样，一种音色中如果没有足够的基音，那整个音色都会改变。,（二）音色基础泛音 大自然中万物所发出的声音是各种各样的，都有着不同的音色和复杂的波形，这种复杂的波形除了基本频率的波形之外(基音)，还会有一系列的谐振频率，也就是所谓的泛音，它与主音调有一定的倍音关系，而且泛音还可分为偶次泛音与奇次泛音，2、4、6、8等为偶次泛音，3、5、7、9等为奇次泛音。,（三）音色基础谐波泛音的作用谐波（泛音）的作用：知道了什么是谐波（泛音），那泛音有什么用呢？我们以钢琴为例：钢琴的最低音频率在30Hz左右,最高音频率在4000Hz左右，而钢琴有十几个泛音，它的高频可达20Hz左右。而这些泛音中又可分为低频泛音、中频泛音和高频泛音。如果低频泛音适中，音色就会表现得混厚、丰满；中频泛音适中，音色就会表现得圆润、自然、和谐；高频泛音适中，音色就会表现得明亮、清透、解析力强、具有穿透力。因此一种声音除了有最基本的基音外，还会有相应的泛音。而这些泛音对音色的影响是至关重要的。例如：各种乐器用不同的演奏方法能产生数量和强弱各不相同的泛音成分，因此不同的乐器也会具有不同的音色。,（四）音色音色又称音品，由声音波形的谐波频谱和包络决定。声音波形的基频所产生的听得最清楚的音称为基音，各次谐波的微小振动所产生的声音称泛音。单一频率的音称为纯音，具有谐波的音称为复音。不同发声物体都即或有相同的频率和相同的响度，但谐波泛音成分和基音与复音叠加的包络肯定不一样。借此可以区别其它具有相同响度和音调的声音。,声音包络是每个周期波峰间的连线，包络的陡缓影响声音强度的瞬态特性。包络的各次谐波的比例和随时间的衰减大小决定了各种声源的音色特征。声音的音色色彩纷呈，变化万千，高保真(HiFi)音响的目标就是要尽可能准确地传输、还原重建原始声场的一切特征，使人们其实地感受到，诸如声源定位感、空间包围感、层次厚度感等各种临场听感的立体环绕声效果。,五 人耳对声音要素的局限,从以上主观描述声音的三个主要特征看，人耳的听觉特性并非完全线性。声音传到人的耳内经处理后，除了基音外，还会产生各种谐音及它们的和音和差音，并不是所有这些成分都能被感觉。人耳对声音具有接收、选择、分析、判断响度、音高和音品的功能。例如人耳对高频声音只能感受到对声音定位有决定性影响的时域波形的包络，而感觉不出单个周期的波形，也判断不出频率非常接近的高频信号的方向；以及对声音幅度分辨率低，对相位失真不敏感等。这些涉及心理声学和生理声学方面的复杂问题。,六 人耳的掩蔽效应,最后简单讲下人耳的掩蔽效应 。这个现象虽然非常普遍，但对于音响的调试的学习，意义不是很大。要讲好也难。一个较弱的声音的听觉感受被另一个较强的声音掩蔽的现象称为人耳的“掩蔽效应”。,A.纯音间的掩蔽对处于中等强度时的纯音最有效的掩蔽是出现在它的频率近。 低频的纯音可以有效地掩蔽高频的