电声学的介绍与经验.

1、Engineering Support Center1聲學聲學簡介簡介Amos Fang07/28/2003Engineering Support Center2前言前言 “ “人人”是一部很複雜的機器、是一部很複雜的機器、 他有五大感官他有五大感官 口、眼口、眼、鼻、耳，與皮膚分別主管五大感覺、鼻、耳，與皮膚分別主管五大感覺 味覺、視覺、味覺、視覺、嗅覺、聽覺與觸覺，嗅覺、聽覺與觸覺， 分別經由交感神經送到大腦分別經由交感神經送到大腦交錯交錯比對後再來觸動所有的互感神經，交互作用、比對後再來觸動所有的互感神經，交互作用、 這五種這五種感覺都牽涉到外在的物理量及內在的生理感官與心理感覺都牽涉到

2、外在的物理量及內在的生理感官與心理感應，也就是要用物理，生理及心理三種能量交互關感應，也就是要用物理，生理及心理三種能量交互關聯才是整體的感受聯才是整體的感受。 舉例來說，一道好菜必須講究色、香、味，甚至再加舉例來說，一道好菜必須講究色、香、味，甚至再加上外在的環境氣氛如柔和的音樂，才能構成一道完美上外在的環境氣氛如柔和的音樂，才能構成一道完美的佳餚，缺一不可的佳餚，缺一不可。也就是一道完美的佳餚，必須是也就是一道完美的佳餚，必須是視覺、味覺、嗅覺與聽覺四種主要的交感神經的交互視覺、味覺、嗅覺與聽覺四種主要的交感神經的交互感應才能構成一道覺頂的美味佳餚感應才能構成一道覺頂的美味佳餚。Engin

3、eering Support Center3聽覺基本架構聽覺基本架構 人的聽覺系統包括外耳、中耳、內耳、聽神經與中樞聽覺系人的聽覺系統包括外耳、中耳、內耳、聽神經與中樞聽覺系統，外耳負責收集聲波，中耳的聽小骨將耳膜的振動傳遞到統，外耳負責收集聲波，中耳的聽小骨將耳膜的振動傳遞到卵圓窗（卵圓窗（oval windowoval window）連至內耳。內耳的構造相當複雜深奧連至內耳。內耳的構造相當複雜深奧，簡言之，不同頻率的聲波在充滿淋巴液的耳蝸中進行，引，簡言之，不同頻率的聲波在充滿淋巴液的耳蝸中進行，引起了基底膜（起了基底膜（basilar membranebasilar membrane）不

4、同位置的位移，卵圓窗附不同位置的位移，卵圓窗附近的基底膜對高頻敏感，而越往耳蝸頂部（近的基底膜對高頻敏感，而越往耳蝸頂部（apexapex）則對低頻則對低頻敏感，這個位移被毛細胞敏感，這個位移被毛細胞( (hair cells)hair cells)感應並轉換成神經電波訊感應並轉換成神經電波訊號傳至腦部的中樞聽覺系統。號傳至腦部的中樞聽覺系統。聲音的感覺就是透過刺激基底聲音的感覺就是透過刺激基底膜上的毛細胞經耳蝸神經傳導到大腦。這些毛細胞大約有三膜上的毛細胞經耳蝸神經傳導到大腦。這些毛細胞大約有三萬根，它們對不同頻率的刺激有不同程度萬根，它們對不同頻率的刺激有不同程度 ，聲波在耳蝸中就，聲波在

5、耳蝸中就像經過傅立葉轉換一般，被分解為不同頻率的正弦波，而從像經過傅立葉轉換一般，被分解為不同頻率的正弦波，而從聽神經傳回大腦的訊息，大約就是聲波在那一瞬間的頻譜圖聽神經傳回大腦的訊息，大約就是聲波在那一瞬間的頻譜圖，不管是音高、音色、音量的認知，都是根據這個訊息。，不管是音高、音色、音量的認知，都是根據這個訊息。Engineering Support Center4 人耳的聽覺範圍即音域，大約是由人耳的聽覺範圍即音域，大約是由20Hz至至20kHz。聽覺的響聽覺的響度（度（Loudness）表示感受聲音的強度是根據頻率而變化的，表示感受聲音的強度是根據頻率而變化的，以以phon為單位；即在為

6、單位；即在1kHz時的聲音強度。正常聽覺的範圍為時的聲音強度。正常聽覺的範圍為0-120phons（約約-5dB130dB）。）。超出人耳的可聽頻率範圍的超出人耳的可聽頻率範圍的聲音，即使響度再大，人耳也不能聽到；此時響度即等於零聲音，即使響度再大，人耳也不能聽到；此時響度即等於零phon（threshold of hearing）。）。當響度達當響度達120phon時便是疼點時便是疼點（threshold of pain）。）。這一組曲線稱為這一組曲線稱為Robinson-Dadson equal-loudness contours是根據心理聲學研究人耳對純正弦音是根據心理聲學研究人耳對純正

7、弦音調（調（sine tone）而推論出來並經試驗證實的，即使是年輕人而推論出來並經試驗證實的，即使是年輕人，能聽到，能聽到18kHz左右已可算是金耳朵了。隨著年齡的增長，左右已可算是金耳朵了。隨著年齡的增長，耳朵對高頻的敏感度會下降。經常被噪音騷擾或聽慣了大聲耳朵對高頻的敏感度會下降。經常被噪音騷擾或聽慣了大聲的耳筒機的音樂的人對高頻的敏感度也會下降。但是有研究的耳筒機的音樂的人對高頻的敏感度也會下降。但是有研究顯示我們可以感受到由頭骨傳導的顯示我們可以感受到由頭骨傳導的200kHz的震動。的震動。 Engineering Support Center5人耳的聽覺特性人耳的聽覺特性 人耳的聽

8、覺特性是指人對聲音信號在聽覺上產生的心人耳的聽覺特性是指人對聲音信號在聽覺上產生的心理反映。人耳的聽覺特征反映了人對聲音強度在不同理反映。人耳的聽覺特征反映了人對聲音強度在不同頻率時敏感的程度，人耳在小信號時對高端（頻率時敏感的程度，人耳在小信號時對高端（6000Hz以上）和低端（以上）和低端（500Hz以下）頻率敏感度較差，而對以下）頻率敏感度較差，而對30004000Hz的頻率敏感度最強。而且聲音音量越小的頻率敏感度最強。而且聲音音量越小，這一特征就越明顯。人們把這一特征描繪成曲線即，這一特征就越明顯。人們把這一特征描繪成曲線即為聲音的等響度曲線。在音響設備中常見有一等響度為聲音的等響度曲

9、線。在音響設備中常見有一等響度開關，其功能就是在小音量時對高、低音進行適當地開關，其功能就是在小音量時對高、低音進行適當地提升或補償。提升或補償。Engineering Support Center6基礎聲學基礎聲學 人耳對不同強度、不同頻率聲音的聽覺範圍稱為聲域。人耳對不同強度、不同頻率聲音的聽覺範圍稱為聲域。在人耳的聲域範圍內，聲音聽覺心理的主觀感受主要有在人耳的聲域範圍內，聲音聽覺心理的主觀感受主要有響度、音高、音色等特徵和掩蔽效應、高頻定位等特性響度、音高、音色等特徵和掩蔽效應、高頻定位等特性。其中響度、音高、音色可以在主觀上用來描述具有振。其中響度、音高、音色可以在主觀上用來描述具有

10、振幅、頻率和相位三個物理量的任何複雜的聲音，故又稱幅、頻率和相位三個物理量的任何複雜的聲音，故又稱為聲音為聲音“三要素三要素”；而在多種音源場合，人耳掩蔽效應；而在多種音源場合，人耳掩蔽效應等特性更重要，它是心理聲學的基礎。下面簡單介紹一等特性更重要，它是心理聲學的基礎。下面簡單介紹一下以上問題下以上問題。Engineering Support Center7聲音特色聲音特色1響度響度 響度，又稱聲強或音量，它表示的是聲音能量的強弱程度響度，又稱聲強或音量，它表示的是聲音能量的強弱程度，主要取決於聲波振幅的大小。聲音的響度一般用聲壓，主要取決於聲波振幅的大小。聲音的響度一般用聲壓(達達因平方釐

11、米因平方釐米)或聲強或聲強(瓦特平方釐米瓦特平方釐米)來計量，聲壓的單來計量，聲壓的單位為帕位為帕(Pa)，它與基準聲壓比值的對數值稱為聲壓級，單它與基準聲壓比值的對數值稱為聲壓級，單位是分貝位是分貝(dB)。對於響度的心理感受，一般用單位宋對於響度的心理感受，一般用單位宋(Sone)來度量，並定義來度量，並定義lkHz、40dB的純音的響度為的純音的響度為1宋。響宋。響度的相對量稱為響度級，它表示的是某響度與基準響度比度的相對量稱為響度級，它表示的是某響度與基準響度比值的對數值，單位為口方值的對數值，單位為口方(phon)，即當人耳感到某聲音與即當人耳感到某聲音與1kHz單一頻率的純音同樣響

12、時，該聲音聲壓級的分貝數即單一頻率的純音同樣響時，該聲音聲壓級的分貝數即為其響度級。可見，無論在客觀和主觀上，這兩個單位為其響度級。可見，無論在客觀和主觀上，這兩個單位的概念是完全不同的，除的概念是完全不同的，除1kHz純音外，聲壓級的值一般不純音外，聲壓級的值一般不等於響度級的值，使用中要注意。等於響度級的值，使用中要注意。 Engineering Support Center8 響度是聽覺的基礎。正常人聽覺的強度範圍為響度是聽覺的基礎。正常人聽覺的強度範圍為0dB140dB(也有人認為是也有人認為是-5dB130dB)。固然，超出人固然，超出人耳的可聽頻率範圍耳的可聽頻率範圍(即頻域即頻域

13、)的聲音，即使響度再大，的聲音，即使響度再大，人耳也聽不出來人耳也聽不出來(即響度為零即響度為零)。但在人耳的可聽頻域。但在人耳的可聽頻域內，若聲音弱到或強到一定程度，人耳同樣是聽不到內，若聲音弱到或強到一定程度，人耳同樣是聽不到的。當聲音減弱到人耳剛剛可以聽見時，此時的聲音的。當聲音減弱到人耳剛剛可以聽見時，此時的聲音強度稱為強度稱為“ 聽閾聽閾() ” （threshold of hear） 。一般一般以以1kHz純音為準進行測量，人耳剛能聽到的聲壓為純音為準進行測量，人耳剛能聽到的聲壓為0dB(通常大於通常大於03dB即有感受即有感受)、聲強為、聲強為10-16W/cm2 時的響度級定為

14、時的響度級定為0口方。而當聲音增強到使人耳感到口方。而當聲音增強到使人耳感到疼痛時，這個閾值稱為疼痛時，這個閾值稱為“痛閾痛閾” （threshold of pain） 。仍以。仍以1kHz純音為準來進行測量，使人耳感到純音為準來進行測量，使人耳感到疼痛時的聲壓級約達到疼痛時的聲壓級約達到140dB左右。左右。 Engineering Support Center9 實驗表明，聞閾和痛閾是隨聲壓、頻率變化的。實驗表明，聞閾和痛閾是隨聲壓、頻率變化的。聞閾和痛閾隨頻率變化的等響度曲線聞閾和痛閾隨頻率變化的等響度曲線(弗萊徹弗萊徹芒芒森曲線森曲線)之間的區域就是人耳的聽覺範圍。通常認之間的區域就是

15、人耳的聽覺範圍。通常認為，對於為，對於1kHz純音，純音，0dB20dB為寧靜聲，為寧靜聲，30dB-40dB為微弱聲，為微弱聲，50dB70dB為正常聲，為正常聲，80dB100dB為響音聲，為響音聲，110dB130dB為極響聲為極響聲。而對於。而對於1kHz以外的可聽聲，在同一級等響度曲以外的可聽聲，在同一級等響度曲線上有無數個等效的聲壓線上有無數個等效的聲壓頻率值，例如，頻率值，例如，200Hz的的30dB的聲音和的聲音和1kHz的的10dB的聲音在人的聲音在人耳聽起來具有相同的響度，這就是所謂的耳聽起來具有相同的響度，這就是所謂的“等響等響”。小於。小於0dB聞閾和大於聞閾和大於14

16、0dB痛閾時為不可聽痛閾時為不可聽聲，即使是人耳最敏感頻率範圍的聲音，人耳也聲，即使是人耳最敏感頻率範圍的聲音，人耳也覺察不到。覺察不到。Engineering Support Center10 人耳對不同頻率的聲音聞閾和痛閾不一樣，靈人耳對不同頻率的聲音聞閾和痛閾不一樣，靈敏度也不一樣。人耳的痛閾受頻率的影響不大敏度也不一樣。人耳的痛閾受頻率的影響不大，而聞閾隨頻率變化相當劇烈。人耳對，而聞閾隨頻率變化相當劇烈。人耳對3kHz5kHz聲音最敏感，幅度很小的聲音信聲音最敏感，幅度很小的聲音信號都能被人耳聽到，而在低頻區號都能被人耳聽到，而在低頻區(如小於如小於800Hz)和高頻區和高頻區(如大

17、於如大於5kHz)人耳對聲音的靈人耳對聲音的靈敏度要低得多。響度級較小時，高、低頻聲音敏度要低得多。響度級較小時，高、低頻聲音靈敏度降低較明顯，而低頻段比高頻段靈敏度靈敏度降低較明顯，而低頻段比高頻段靈敏度降低更加劇烈，一般應特別重視加強低頻音量降低更加劇烈，一般應特別重視加強低頻音量。通常。通常200Hz-3kHz語音聲壓級以語音聲壓級以60dB70dB為宜，頻率範圍較寬的音樂聲壓以為宜，頻率範圍較寬的音樂聲壓以80dB90dB最佳。最佳。 Engineering Support Center112音高音高 音高也稱音調，表示人耳對聲音調子高低的主觀音高也稱音調，表示人耳對聲音調子高低的主觀

18、感受。客觀上音高大小主要取決於聲波基頻的感受。客觀上音高大小主要取決於聲波基頻的高低，頻率高則音調高，反之則低，單位用赫高低，頻率高則音調高，反之則低，單位用赫茲茲(Hz)表示。主觀感覺的音高單位是表示。主觀感覺的音高單位是“美美”，通，通常定義響度為常定義響度為40方的方的1kHz純音的音高為純音的音高為1000美美。赫茲與。赫茲與“美美”同樣是表示音高的兩個不同概同樣是表示音高的兩個不同概念而又有聯繫的單位。念而又有聯繫的單位。 Engineering Support Center12 人耳對響度的感覺有一個從聞閾到痛閾的範圍。人耳對人耳對響度的感覺有一個從聞閾到痛閾的範圍。人耳對頻率的感

19、覺同樣有一個從最低可聽頻率頻率的感覺同樣有一個從最低可聽頻率20Hz到最高可到最高可聽頻率別聽頻率別20kHz的範圍。響度的測量是以的範圍。響度的測量是以1kHz純音為純音為基準，同樣，音高的測量是以基準，同樣，音高的測量是以40dB聲強的純音為基準聲強的純音為基準。實驗證明，音高與頻率之間的變化並非線性關係，。實驗證明，音高與頻率之間的變化並非線性關係，除了頻率之外，音高還與聲音的響度及波形有關。音除了頻率之外，音高還與聲音的響度及波形有關。音高的變化與兩個頻率相對變化的對數成正比。不管原高的變化與兩個頻率相對變化的對數成正比。不管原來頻率多少，只要兩個來頻率多少，只要兩個40dB的純音頻率

20、都增加的純音頻率都增加1個倍頻個倍頻程程(即即1倍倍)，人耳感受到的音高變化則相同。在音樂聲，人耳感受到的音高變化則相同。在音樂聲學中，音高的連續變化稱為滑音，學中，音高的連續變化稱為滑音，1個倍頻程相當於樂個倍頻程相當於樂音提高了一個八度音階。根據人耳對音高的實際感受音提高了一個八度音階。根據人耳對音高的實際感受，人的語音頻率範圍可放寬到，人的語音頻率範圍可放寬到80Hz-12kHz，樂音較寬樂音較寬，效果音則更寬。，效果音則更寬。 Engineering Support Center133音色音色 音色又稱音品，由聲音波形的諧波頻譜和包絡決定。聲音音色又稱音品，由聲音波形的諧波頻譜和包絡決

21、定。聲音波形的基頻所產生的聽得最清楚的音稱為基音，各次諧波形的基頻所產生的聽得最清楚的音稱為基音，各次諧波的微小振動所產生的聲音稱泛音。單一頻率的音稱為波的微小振動所產生的聲音稱泛音。單一頻率的音稱為純音，具有諧波的音稱為復音。每個基音都有固有的頻純音，具有諧波的音稱為復音。每個基音都有固有的頻率和不同響度的泛音，借此可以區別其他具有相同響度率和不同響度的泛音，借此可以區別其他具有相同響度和音調的聲音。聲音波形各次諧波的比例和隨時間的衰和音調的聲音。聲音波形各次諧波的比例和隨時間的衰減大小決定了各種聲源的音色特徵，其包絡是每個週期減大小決定了各種聲源的音色特徵，其包絡是每個週期波峰間的連線，包

22、絡的陡緩影響聲音強度的瞬態特性。波峰間的連線，包絡的陡緩影響聲音強度的瞬態特性。聲音的音色色彩紛呈，變化萬千，高保真聲音的音色色彩紛呈，變化萬千，高保真(Hi - Fi)音響的音響的目標就是要盡可能準確地傳輸、還原重建原始聲場的一目標就是要盡可能準確地傳輸、還原重建原始聲場的一切特徵，使人們其實地感受到諸如聲源定位感、空間包切特徵，使人們其實地感受到諸如聲源定位感、空間包圍感、層次厚度感等各種臨場聽感的立體環繞聲效果。圍感、層次厚度感等各種臨場聽感的立體環繞聲效果。 Engineering Support Center14 另外，表徵聲音的其他物理特性還有：音值，又稱音長，另外，表徵聲音的其他

23、物理特性還有：音值，又稱音長，是由振動持續時間的長短決定的。持續的時間長，音則長是由振動持續時間的長短決定的。持續的時間長，音則長；反之則短。從以上主觀描述聲音的三個主要特徵看，人；反之則短。從以上主觀描述聲音的三個主要特徵看，人耳的聽覺特性並非完全線性。聲音傳到人的耳內經處理後耳的聽覺特性並非完全線性。聲音傳到人的耳內經處理後，除了基音外，還會產生各種諧音及它們的和音和差音，除了基音外，還會產生各種諧音及它們的和音和差音，並不是所有這些成分都能被感覺。人耳對聲音具有接收、並不是所有這些成分都能被感覺。人耳對聲音具有接收、選擇、分析、判斷響度、音高和音品的功能，例如，人耳選擇、分析、判斷響度、

24、音高和音品的功能，例如，人耳對高頻聲音信號只能感受到對聲音定位有決定性影響的時對高頻聲音信號只能感受到對聲音定位有決定性影響的時域波形的包絡域波形的包絡(特別是變化快的包絡在內耳的延時特別是變化快的包絡在內耳的延時)，而感，而感覺不出單個週期的波形和判斷不出頻率非常接近的高頻信覺不出單個週期的波形和判斷不出頻率非常接近的高頻信號的方向；以及對聲音幅度解析度低，對相位失真不敏感號的方向；以及對聲音幅度解析度低，對相位失真不敏感等。這些涉及心理聲學和生理聲學方面的複雜問題。等。這些涉及心理聲學和生理聲學方面的複雜問題。 Engineering Support Center154. 掩蔽效應掩蔽效應

25、 一個較弱的聲音一個較弱的聲音( (被掩蔽音被掩蔽音) )的聽覺感受被另一個較強的的聽覺感受被另一個較強的聲音聲音( (掩蔽音掩蔽音) )影響的現象稱為人耳的影響的現象稱為人耳的“掩蔽效應掩蔽效應”。被。被掩蔽音單獨存在時的聽閾分貝值，或者說在安靜環境掩蔽音單獨存在時的聽閾分貝值，或者說在安靜環境中能被人耳聽到的純音的最小值稱為絕對聞閾。實驗中能被人耳聽到的純音的最小值稱為絕對聞閾。實驗表明，表明，3 3kHz5kHzkHz5kHz絕對聞閾值最小，即人耳對它的微絕對聞閾值最小，即人耳對它的微弱聲音最敏感；而在低頻和高頻區絕對聞閾值要大得弱聲音最敏感；而在低頻和高頻區絕對聞閾值要大得多。在多。在

26、800800Hz-1500HzHz-1500Hz範圍內聞閾隨頻率變化最不顯著範圍內聞閾隨頻率變化最不顯著，即在這個範圍內語言可儲度最高。在掩蔽情況下，即在這個範圍內語言可儲度最高。在掩蔽情況下，提高被掩蔽弱音的強度，使人耳能夠聽見時的聞閾稱提高被掩蔽弱音的強度，使人耳能夠聽見時的聞閾稱為掩蔽聞閾為掩蔽聞閾( (或稱掩蔽門限或稱掩蔽門限) )，被掩蔽弱音必須提高的分，被掩蔽弱音必須提高的分貝值稱為掩蔽量貝值稱為掩蔽量( (或稱閾移或稱閾移) )。 Engineering Support Center164-1 純音間的掩蔽純音間的掩蔽 1. 1. 對處於中等強度時的純音最有效的掩蔽是出現在它對處

27、於中等強度時的純音最有效的掩蔽是出現在它 的頻率附近。的頻率附近。 2. 2. 低頻的純音可以有效地掩蔽高頻的純音，而反過來低頻的純音可以有效地掩蔽高頻的純音，而反過來 則作用很小。則作用很小。 Engineering Support Center174-2. 噪音對純音的掩蔽噪音是由多種純音組成，具有無限寬的頻譜噪音對純音的掩蔽噪音是由多種純音組成，具有無限寬的頻譜 若掩蔽聲為寬帶噪聲，被掩蔽聲為純音，則它產生的掩蔽門若掩蔽聲為寬帶噪聲，被掩蔽聲為純音，則它產生的掩蔽門限在低頻段一般高於噪聲功率譜密度限在低頻段一般高於噪聲功率譜密度1717dBdB，且較平坦；超且較平坦；超過過500500H

28、zHz時大約每十倍頻程增大時大約每十倍頻程增大1010dBdB。若掩蔽聲為窄帶噪聲若掩蔽聲為窄帶噪聲，被掩蔽聲為純音，則情況較複雜。其中位於被掩蔽音附，被掩蔽聲為純音，則情況較複雜。其中位於被掩蔽音附近的由純音分量組成的窄帶噪聲即臨界頻帶的掩蔽作用最近的由純音分量組成的窄帶噪聲即臨界頻帶的掩蔽作用最明顯。所謂臨界頻帶是指當某個純音被以它為中心頻率，明顯。所謂臨界頻帶是指當某個純音被以它為中心頻率，且具有一定帶寬的連續噪聲所掩蔽時，如果該純音剛好能且具有一定帶寬的連續噪聲所掩蔽時，如果該純音剛好能被聽到時的功率等於這一頻帶內噪聲的功率，那麼這一帶被聽到時的功率等於這一頻帶內噪聲的功率，那麼這一帶

29、寬稱為臨界頻帶寬度。臨界頻帶的單位叫巴克寬稱為臨界頻帶寬度。臨界頻帶的單位叫巴克( (Bark)Bark)，1Bark1Bark一個臨界頻帶寬度。頻率小於一個臨界頻帶寬度。頻率小於500500HzHz時，時，1 1BarkBark約等於約等於freqfreq100100；頻率大於頻率大於500500HzHz時，時，1 1BarkBark約等於約等於9+419+41og(freqog(freq1000)1000)，即約為某個純音中心頻率的即約為某個純音中心頻率的2020。 通常認為，通常認為，2020Hz-Hz-16kHz16kHz範圍內有範圍內有2424個子臨界頻帶。而當某個純音位於掩蔽聲個子

30、臨界頻帶。而當某個純音位於掩蔽聲的臨界頻帶之外時，掩蔽效應仍然存在。的臨界頻帶之外時，掩蔽效應仍然存在。 Engineering Support Center184-3. 掩蔽類型掩蔽類型 A. A. 頻域掩蔽頻域掩蔽 所謂頻域掩蔽是指掩蔽聲與被掩蔽聲同時作用時發生掩蔽所謂頻域掩蔽是指掩蔽聲與被掩蔽聲同時作用時發生掩蔽效應，又稱同時掩蔽。這時，掩蔽聲在掩蔽效應發生期間效應，又稱同時掩蔽。這時，掩蔽聲在掩蔽效應發生期間一直起作用，是一種較強的掩蔽效應。通常，頻域中的一一直起作用，是一種較強的掩蔽效應。通常，頻域中的一個強音會掩蔽與之同時發聲的附近的弱音，弱音離強音越個強音會掩蔽與之同時發聲的附近

31、的弱音，弱音離強音越近，一般越容易被掩蔽；反之，離強音較遠的弱音不容易近，一般越容易被掩蔽；反之，離強音較遠的弱音不容易被掩蔽。例如，被掩蔽。例如，個個10001000HzHz的音比另一個的音比另一個900900HzHz的音高的音高1818dBdB，則則900900HzHz的音將被的音將被10001000HzHz的音掩蔽。而若的音掩蔽。而若10001000HzHz的音比離的音比離它較遠的另一個它較遠的另一個18001800HzHz的音高的音高1818dBdB，則這兩個音將同時被則這兩個音將同時被人耳聽到。若要讓人耳聽到。若要讓18001800HzHz的音聽不到，則的音聽不到，則10001000

32、HzHz的音要比的音要比18001800HzHz的音高的音高4545dBdB。一般來說，低頻的音容易掩蔽高頻的一般來說，低頻的音容易掩蔽高頻的音；在距離強音較遠處，絕對聞閾比該強音所引起的掩蔽音；在距離強音較遠處，絕對聞閾比該強音所引起的掩蔽閾值高，這時，噪聲的掩蔽閾值應取絕對聞閾。閾值高，這時，噪聲的掩蔽閾值應取絕對聞閾。 Engineering Support Center19 B. B. 時域掩蔽時域掩蔽 所謂時域掩蔽是指掩蔽效應發生在掩蔽聲與被掩蔽聲所謂時域掩蔽是指掩蔽效應發生在掩蔽聲與被掩蔽聲不同時出現時，又稱異時掩蔽。異時掩蔽又分為導前不同時出現時，又稱異時掩蔽。異時掩蔽又分為導前

33、掩蔽和滯後掩蔽。若掩蔽聲音出現之前的一段時間內掩蔽和滯後掩蔽。若掩蔽聲音出現之前的一段時間內發生掩蔽效應，則稱為導前掩蔽；否則稱為滯後掩蔽發生掩蔽效應，則稱為導前掩蔽；否則稱為滯後掩蔽。產生時域掩蔽的主要原因是人的大腦處理資訊需要。產生時域掩蔽的主要原因是人的大腦處理資訊需要花費一定的時間，異時掩蔽也隨著時間的推移很快會花費一定的時間，異時掩蔽也隨著時間的推移很快會衰減，是一種弱掩蔽效應。一般情況下，導前掩蔽只衰減，是一種弱掩蔽效應。一般情況下，導前掩蔽只有有3 3ms20msms20ms，而滯後掩蔽卻可以持續而滯後掩蔽卻可以持續5050ms100msms100ms。Engineering S

34、upport Center20聲波物理特性聲波物理特性 1. 1.聲波聲波三要素三要素 : 頻率、振幅、波型頻率、振幅、波型 頻率頻率波長愈長聲音愈低，反之波長愈短聲音愈高。波長愈長聲音愈低，反之波長愈短聲音愈高。 頻頻 率的計算是以每秒振率的計算是以每秒振 動次數計，單位為動次數計，單位為HzHz。 振幅振幅空氣壓縮空氣壓縮: : 聲波的振幅愈大則音量愈大，聲波的振幅愈大則音量愈大， 反之振幅愈小則音量愈小反之振幅愈小則音量愈小，單位為單位為dB 。 Engineering Support Center21波型波型音色音色: : 每一種音源皆有其獨持的音色，這是波型不同每一種音源皆有其獨持的

35、音色，這是波型不同 造成的，當音源受到造成的，當音源受到 振動時會推動空氣，造成空氣擠壓振動時會推動空氣，造成空氣擠壓產生聲音（如下圖產生聲音（如下圖 )。其所產生的第一個聲音我們稱為。其所產生的第一個聲音我們稱為”基音基音”，我們所認定的音高便是基音的頻率所決定的，我們所認定的音高便是基音的頻率所決定的，當基音產生後它又會以其本身的頻率的倍數當基音產生後它又會以其本身的頻率的倍數1/2,1/3,1/4,1/5 繼續振動，在音樂上來說就是以基音的繼續振動，在音樂上來說就是以基音的8度度,5度度,4度度,大大3度度,小小3度度繼續振動發出聲音，我們稱這繼續振動發出聲音，我們稱這些基音以外的聲音稱

36、為泛音些基音以外的聲音稱為泛音( (OVERTONE)OVERTONE)，諧音諧音( (HARMONICS)HARMONICS)。當基音混和了不同音量比例的泛音後便當基音混和了不同音量比例的泛音後便會產生不同的音色。由於每一種音源泛音振動的振幅皆會產生不同的音色。由於每一種音源泛音振動的振幅皆不相同，因此每一種發聲體的音色也一定不一樣了。和不相同，因此每一種發聲體的音色也一定不一樣了。和聲學中的大和弦便是泛音列中包含基音的前個音。聲學中的大和弦便是泛音列中包含基音的前個音。 Engineering Support Center22 Engineering Support Center23 2.

37、 2. 聲音的速度聲音的速度：聲音的傳播速度是和它的介質密度、溫度有關：聲音的傳播速度是和它的介質密度、溫度有關 與聲音的頻率與聲音的頻率、音量無關。常溫下在音量無關。常溫下在15 15 時音速約時音速約340340m/s m/s 。 3. 3. 等響度曲線等響度曲線Engineering Support Center244. 4. 波速波速( (Velocity)Velocity)：波運動的速度波運動的速度 ，波速波速 = = 波長波長 * * 頻率頻率 音速快慢要仰賴音速快慢要仰賴介質在固體和液體中介質在固體和液體中 密度密度( (Density):Density):通常密度越高音速越快通

38、常密度越高音速越快 彈性彈性( (Elasticity):Elasticity):通常介質彈性越大音速越快通常介質彈性越大音速越快 在氣體中在氣體中 能量能量( (Energy):Energy):介質中能量越高則音速越快介質中能量越高則音速越快 聲音在空氣中的速度直接受到氣溫影響聲音在空氣中的速度直接受到氣溫影響 Vs = 331 m/s + 0.6 tVs = 331 m/s + 0.6 t C C所以室溫所以室溫2020 C C時時音速是音速是 Vs = 331 m/s + 0.6 Vs = 331 m/s + 0.6 * * 20 = 343 m/s 20 = 343 m/sEngine

39、ering Support Center25分貝分貝力（力（FORCEFORCE）：使某物體改變速度的作用。單位：牛頓使某物體改變速度的作用。單位：牛頓 Newton Newton （N N）壓力壓力( (Pressure)Pressure) ：Force/Area Force/Area 就是單位面積所受的力。就是單位面積所受的力。 Mks Mks制制 cgscgs制制 N/m dynes/cm N/m dynes/cm Lbs/in Lbs/in功功 ( (Work)Work) ：施力作用一段距離施力作用一段距離 。單位。單位: :W = Fd = JouleW = Fd = Joule（焦

40、耳）焦耳）功率功率 ( (Power)Power) ：單位時間內所作的功。單位時間內所作的功。 Watt(Watt(瓦特）瓦特） = = Nm / Sec = Joule / SecNm / Sec = Joule / SecEngineering Support Center26分貝分貝Threshold of HearingThreshold of Hearing：人類所能聽到最安靜的聲音。人類所能聽到最安靜的聲音。20 20 PaPa。Threshold of PainThreshold of Pain：人類所能承受而同時聽覺不受傷害的最大人類所能承受而同時聽覺不受傷害的最大 音量。音量

41、。20 20 PaPa。聽覺的動態範圍聽覺的動態範圍：從：從Threshold of HearingThreshold of Hearing到到Threshold of PainThreshold of Pain。貝爾（貝爾（BELBEL）：音量單位。由功率比值取對數而來。由於音量單位。由功率比值取對數而來。由於需要精確需要精確 地測量音量大小所以又變化出較小單位。地測量音量大小所以又變化出較小單位。分貝（分貝（deciBel)(dB)deciBel)(dB)：是貝爾值的十分之一。是貝爾值的十分之一。 分貝是相當方便的數量化方式，因為分貝是相當方便的數量化方式，因為人類的聽覺和音量大小是呈對數

42、型反應為了用分貝來計人類的聽覺和音量大小是呈對數型反應為了用分貝來計算音量大小，我們需要參考值。算音量大小，我們需要參考值。Engineering Support Center27聲音的動態範圍聲音的動態範圍 聲音的動態聲音的動態範範圍即聲音從最弱變到最強的圍即聲音從最弱變到最強的範範圍。聲音的動圍。聲音的動態態範範圍還與頻率有關，動態圍還與頻率有關，動態範範圍最大的頻率區間是圍最大的頻率區間是10006000Hz。動態動態範範圍的計量單位是分貝（圍的計量單位是分貝（dB）。）。在自然界在自然界中，每種物體或樂器的發音都有其動態中，每種物體或樂器的發音都有其動態範範圍，因此要最大圍，因此要最大不失真地重放這些聲音就必須要求音響設備的動態不失真地重放這些聲音就必須要求音響設備的動態範範圍足圍足夠大。一般多媒體音箱的動態夠大。一般多媒體音箱的動態範範圍最好能大於