现代教育技术——声学知识运用

1、听感知規律听感知規律第二组成员：闫鹏宇 李翠林 谢际萍 杜晓婷 雷晓飞维瓦尔第交响乐：维瓦尔第交响乐：四季四季 人耳的听觉特性 人耳的非线性效应 人耳的声音定位机理1.人耳的听覺特性 人对声音的感知有响度、音调和音色三个主观听感要素。 人的主观听感要素与声波的声压、频率和频谱成分之间既有紧密的联系，又有一定的区别。 响度是人耳对声音强弱的主观感觉。 响度的单位为宋（sone）。频率1000Hz，强度为听阈以上40dB(感觉级)的纯音所产生的响度为1sone。大体上，声音(1000Hz纯音)增加10dB(声压级)，其响度约增加1倍。由此可见，人耳主观响度的感觉并不与声音所含的能量呈线性关系，声音

2、能量增加近4倍，主观感觉响度增加1倍。 根据国际规定，1 kHz时闻阈点的声压定为0 dB，痛阈点的声压为120 dB。响度（Loudness） 响度主要取决于声音的声压或声强大小，但两者并不是简单的正比例关系。 实验显示，声音的响度与声压具有对数的关系。实验显示，声音的响度与声压具有对数的关系。 响度还与声音的频率有关系，响度还与声音的频率有关系， a a、声压相同而频率不同，感觉的响度也不一样、声压相同而频率不同，感觉的响度也不一样。 b b、声压级不同，、声压级不同，“可闻声可闻声”的频率范围也不同的频率范围也不同。 声功率（W）声功率是指单位时间内，声波通过垂直于传播方向某指定面积的声

3、能量。在噪声监测中，声功率是指声源总声功率。单位为W。 声强（I）声强是指单位时间内，声波通过垂直于传播方向单位面积的声能量。单位为 W / m2。声压是由于声波的存在而引起的压力增值。单位为Pa。声波在空气中传播时形成压缩和稀疏交替变化，所以压力增值是正负交替的。但通常讲的声压是取均方根值，叫有效声压，故实际上总是正值，对于球面波和平面波，声压与声强的关系是： I= P2 / c式中：-空气密度，如以标准大气压与20的空气密度和声速代入，得到=408 国际单位值,也叫瑞利。称为空气对声波的特性阻抗.分贝表频率（Sound frequency） 通常人耳可感知的频率范围在20 Hz20 kHz

4、，称为可闻声. 低于20 Hz的频段称为次声 高于20 kHz的频段称为超声，且人耳对24 kHz的频率最为敏感。 音调是人耳对声音调子高低的主观感觉。音调主要取决于声音的频率，频率低的调子给人以低沉、厚实、粗犷的感觉，而频率高的调子则给人以亮丽、明亮、尖刻的感觉。音调与频率之间不存在线性的关系。 人耳对音调的感觉还会受到声音响度的影响。（2）音调（Tone）（3）音色（Timbre）音色是人耳对声源发声特色的感受。 当黑管和钢琴发出等响度且基频同为100 Hz的乐音时，人完全能分辨出这是两种截然不同的乐器发出的声响。因为黑管和钢琴产生的声音尽管基频（音高）相同，但它们谐波成分的大小和分布却不

5、尽相同，而谐波成分的多少及振幅的比例决定了乐音的音色，即由泛音决定。泛音（Overtone）在声学和音乐中，指一个声音中除了基频外其他频率的音。乐器或人声等自然发出的音，一般都不会只包含一个频率（参见纯音），而是可以分解成若干个不同频率的音的叠加。声音的波形是具有周期性的，因此根据傅里叶变换的理论，声音可以分解成若干个不同频率纯音的叠加。这些频率都是某一频率的倍数，这一频率就称作基频，也就决定了这个音的音高。假设某个音的基频为f，则频率为2f的音称为第一泛音，等等。基音和不同泛音的能量比例关系是决定一个音的音色的核心因素。并能使人明确地感到基音的响度。乐器和自然界里所有的音都有泛音。音乐的频谱

6、是决定音色的要素之一，是指不同频率的谐波及泛音相对于基频（也就是音高）的强度。频谱分析仪可以将音乐的讯号转换为其组成频率的图像，此图像称为声学频谱图（spectrogram）。频谱声谱声音的照片2.人耳的非线性效应 （1）人耳的掩蔽效应 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声音，这种现象称为掩蔽效应。 低频声对高频声的掩蔽作用明显，所以，播音室和演播室中要防止空调的低频振动声、气流声，电子线路中要尽量减少低频交流声（如50 Hz）。 在时间上，掩蔽声越接近被掩蔽声时，掩蔽作用越大，且后掩蔽（掩蔽声在被掩蔽声之后）比前掩蔽（掩蔽声在被掩蔽声之前）效应更加明显。 单

7、耳听觉的掩蔽效应大于双耳听觉的掩蔽效应。 提高掩蔽声的声压级可展宽掩蔽的频率范围。研究表明：研究表明： （2）鸡尾酒会效应人耳对掩蔽声有相当的容忍能力。“鸡尾酒会效应”（cock tail effect），就是在纷乱的酒会现场，人们照样能听出其中某个人的声音来。人耳的这种功能与人的心理需求有关，当人把注意力相对集中于某一说话内容，而忽略或不去理会掩蔽声的存在时，人耳在噪声中分辨信息的能力便大大提高。 人耳同时听到两频率相近的纯音时，会产生差频似的颤音感，这是构成配乐的生理心理基础。（4）哈斯效应 当内容相同的两个音相继到达人耳时，仅当第二个音延迟时间达到35 ms50 ms（毫秒）后，才会感受

8、到有延迟音出现，即哈斯效应。而当延迟音超过50 ms时就会产生回声感，这种听觉的延迟效应是混响和立体声的心理学基础。3.人耳的声音定位机理（1 1）双耳效应）双耳效应 人耳主要是靠双耳效应来进行声音定位的。由于人头部近似于一个球体，双耳又位于头部的两侧，如果声源不在双耳连线的中点垂直面上，则声源到双耳的距离就不相等，从声源发出来的声音到达两耳的时间就不一样，相位也不一样，声音的声压级因头部的遮蔽作用而有差异，这就是双耳效应。 简单的说，就是人的双耳的位置在头部的两侧，如果声源不在听音人的正前方，而是偏向一边，那么声源到达两耳的距离就不相等， 声音到达两耳的时间与相位就有差异，人头如果侧向声源，

9、对其中的一只耳朵还有遮蔽作用，因而到达两耳的声压级也有不同。 人们把这种细微的差异与原来存储于大脑的听觉经验进行比较，并迅速作出反应从而辨别出声音的方位。 双耳效应的应用利用“双耳效应”，我们可以通过录音技术录下声响，然后用两个或几个音箱播放出来，使人们听起来好像音箱之间有一个声源在发声，这个假想的、实际上不存在的声源就叫作“声像”。 当我们听刚才四季中的管弦乐队演奏时，你可以感到大提琴在你的右前方，小提琴在你的左前方。听重唱，你可以清楚地分辨出左、右声道中分别播出的各自的高声部和低声部。 因此，立体声的优点不仅仅是有真实感、临场感、空间感，而且由于把声像分离了或改变了位置，就会使你听觉具有层次感，而且可以压低噪声。（2）耳廓效应 人耳的轮廓结构比较复杂。当声源的声波传送到人耳时，不同频率的声波会由于耳廓形状的特点而产生不同的反射。反射声进人耳道与直达声之间就产生了时间差（或相位差），这种效应称为耳