自由空间连锁网吧AI听觉系统设计

AI听觉系统设计目录第一章概述 0第二章听觉系统音乐风格规范 1一、听觉系统设计目的 1二、听觉系统要件构成 2第三章听觉系统硬件构成 3一、听觉音响系统构成 3一、听觉系统音箱摆位规范 7第四章听觉系统的基础概念及分析 11一、声音听觉生理基础理论 11二、听觉系统的感知特性分析 12三、音乐心理的物理分析 17四、听觉系统的设备基础理论 20第一章概述人类除了时刻离不开空气外，另一个时刻离不开(并且是想离也离不开)的东西大概就是声音了。不是吗?我们可以闭上眼睛而看不见，却不能闭上耳朵而听不见。在我们赖以生存的这个世界上，也没有绝对无声的地方，这说明了声音对人类的重要性。正因为如此，追求优美的声音，消除有害的声音，就成了人们始终在努力实现的目标。网吧作为一种特殊消费服务场所，其环境和听觉系统都成为顾客消费的一部分。当顾客在网吧消费的时候，自由、灵动、超现实的背景音乐及企业主题歌，会在顾客上网进入网络虚拟空间时，起到愉悦和慰籍心灵的作用。因此，听觉系统（背景音乐）在网吧消费构成中起到非常重要的作用。对于背景音乐，中国音著协的收费标准如下，收费最高的是歌舞厅（包括卡拉OK歌厅）、迪斯科舞厅、夜总会等，面积100平方米以下的按每平方米每天0·15元收取，面积100平方米以上的按每平方米每天收费0·12元。酒吧、咖啡厅、餐厅等也按营业面积来收取，每平方米每天0·025元至0·05元不等的费用。第二章听觉系统音乐风格规范“自由空间”连锁网吧的听觉系统背景音乐风格，采用优美的管弦乐曲、以沉静温和的单双簧管、华彩绚丽的欧洲风格风琴、以及优雅浪漫的萨克斯独奏曲、钢琴协奏曲等构成听觉系统音乐的主旋律。一、听觉系统设计目的1、为稳定顾客情绪、激发上网热情，增加网吧的亲和力和渲染力。2、背景音乐的播放在网吧经营过程中能起到非常好的辅助作用：3、在上午播放活波律动的音乐，可增添员工活力，有助于帮助服务人员建立良好的工作心态。4、在下午顾客易困乏的时候播放节奏明快的背景音乐能使顾客消除困乏、精神振作；5、顾客稀少的时候，凝练、超现实的背景音乐起到招揽顾客的作用；6、在上网高峰播放舒缓的音乐可起到缓解紧张、稳定情绪的作用。二、听觉系统要件构成1、整体背景音乐旋律：以轻松、祥和、流畅的乐曲为大背景音乐旋律，并穿插以小段的激情乐曲。2、背景音乐时间长度：根据实际要求来做曲目的长度3、音响设备要求：应达到三D立体环绕效果。备注：可根据需要请著名的专家作词，做为司歌。综上所述，听觉系统（背景音乐的制作和播放）是规模化网吧经营不可缺少的一项重要内容。第三章听觉系统硬件构成一、听觉音响系统构成音响系统从结构上可分为一体式、套装式及组合式。一体式的音响系统是将各种功能的器材和扬声器组装在一个机箱内，不可以随意拆开，此类机器一般为低档普及型机器。套装式音响系统是由生产商设计，将各种器材单搭配成套，各个单元之间可以拆开。音响组合则是根据使用的需要选择各种型号的器材，进行自由组合。音响系统主要由听觉系统（人的耳朵）、硬件系统（器材）、软件系统（信号源）及听音环境组成。1、硬件系统（器材）是指将音源软件中的磁信号或数字信号转换为电信号的器材，它主要包括DVD、S-VCD、VCD、CD、调谐器、卡座及高保真录音机等。功率放大器主要是将音源器材输入的较微弱信号进行放大后产生足够大的电流去推动扬声器进行声音的重放。音箱是一套音响器材的喉舌，音源软件最终的声音依靠音箱来表现，音响器材重放声的优劣完全靠音箱去表达，因此音箱在音响器材中有着举足轻重的作用。由于音箱在三大件（CD机、放大器、音箱）中的重要性以及其品质、风格的多样性等原因，选购时应根据各种因素首先确定音箱的型号规格，然后根据其特性再选配放大器。至于CD机的选择则相对比较简单些，只要注意档次、性价比几个因素就可以了。2、音响器材选购原则◆若以古典音乐为主音响基调应比较重视音域的声音的平衡，倾向于柔软平滑的声音;若以现代流行音乐为主音响基调，则应比较重视各种乐器的清晰的声音，更倾向于高低音的延伸与声音强烈的瞬态爆发力，以获得足够的振撼与刺激。◆从高指标与性价比一般来说，商品性能指标越高，价格也就越高，但并不成正比例的关系，尤其是达到较高档次以后，性能提高一点，价格可能成倍甚至几十倍的增长。如果再考虑名牌效应，则这种趋势更明显。◆多功能与实用性,多功能对购买者来说看来是好事，但还要看到其反面。功能多，其成本必定高。这些功能在我们使用中究竟有多大的价值是需要认真考虑的。多一个功能就多一套元器件，这就多一份故障的可能性。◆匹配性与投资比例所谓匹配性，是指所选各音响单元档次要一致，否则，过高档次的单元不能充分发挥作用，过低档次的单元影响其它单元作用的发挥。匹配性的另一个含意，还应包括各单元特性的搭配。比如，音箱声音过软，过于柔和，气力不足，这样在选功放时就应选瞬态性好的清丽型来“中和”一下，选线材也应如此。技术改造与逐渐完善在考虑组合时，要考虑条件和效果（资金、场所、音乐类型等）。◆音箱选购音箱是音响系统中对声音影响最大的一个环节，加之其风格、声音取向、档次差别较大，因而是最难选购的器材。首先根据房间大小等因素，确定音箱是选座地式或书架式。较大房间可选座地式，其次是根据效果要求，确定是购买hifi音箱还是AV音箱，因偏重于音乐，建议选hifi音箱，再添置中置音箱和环绕音箱即可。这样，再根据投资多少就可初选几个型号进行比较。◆放大器的选购音箱确定后再选配放大器。从听音效果来说，放大器的功率越大越好，使其工作在远离非线性区，失真小，当然，随着功率的增大造价也就偏高。如果特别强调音乐韵味，可选电子管放大器或晶体管放大器，其功率最好达到2*80W或2*100W以上。3、音响选购的主要技术指标信噪比

信噪比是反映有源音箱内部功放性能的一个主要参数，实际上指的是信号与噪声的比值，这个比值越大越好。一般的专业HiFi功放都达到90dB以上。其实，在真正选择音箱时我们还可以进行一个简单的测试：打开音箱的电源，在不接音源的情况下，开大音量，应该听不到丝丝声为好。可以多试几个，选择噪音最小的为佳。频响

所谓频响就是频率响应，也就是音箱所能回放的频率范围。由于入耳的听觉范围为20Hz~2000Hz，所以音箱要尽可能地回放在这个频率范围内。但是由于音箱工艺上的关系，实际上这个指标不可能达到。所以，商家标称出音箱的频率响应范围小于这个范围。但要尽可能接近为好。除此之外，还有一点就是频率响应的平坦度，也就是频率响应曲线是否平坦，这表示了这个音箱对不同频率信号的回放效果，频率响应曲线应该越平坦越好。功率

而所谓最大功率，是指不考虑失真时输出的功率，往往是额定功率的十倍！所以，标志200W功率的电脑音箱，其实际额定功率只有20W左右。因此，在选择音箱的时候干万不能盲目信赖功率，应以实际的听觉感觉为主。对于一般音箱来说，在正常输入信号的时候，如果音量旋钮在开到四分之一时能够达到正常的音量即可，其余的作为在大动态信号使用时的余量。音箱的数目

由于3D声卡越来越多，许多声卡都配备有多声道输出的功能，也就是除了能够输出主声道的左右声道，还辅助输出两个环绕声道用于驱动环绕音箱，以提供环绕3D效果，以及低音声道用于改善低音效果。因此在购买时除了要选购主音箱外，还要同时购买环绕音箱，或者是重低音音箱。在选择环绕音箱时，为了保证音质的—致和回放效果，应尽量选择同品牌中功率较小的型号。一、听觉系统音箱摆位规范◆音箱摆位是整套器材布局的核心与关键，它在很大程度上影响着听音效果。摆位方法有台湾刘汉盛先生推荐的“三一七”法、PETERWALKER先生的“对角线三等分法”以及CEORGECARDAS的“黄金比例法”等，事实上，不管用什么方法，音箱到后墙的距离都差不多。这些算法只不过给我们一大概位置，以此为基础再进行细调，现将音箱摆位、最佳听音位置与声场示于图1：

音箱二小提一小提打击

木管中提

大提铜管

低提

音箱5M7M5M最佳听音位置5M◆音箱的放置必须稳定，这对较重的落地音箱较易实现，而对书架音箱则应予以充分重视，所调书架音箱，并非指放在书架（或桌柜）上使用的音箱。◆书架音箱必须牢固地搁置在专用的脚架上，对脚架的基本要求是重量大、刚度高、高度适宜（使音箱高音单元与聆听者耳朵齐平），这些基本要求与对座地式音箱的箱体要求相似。脚架材料可选钢铁、硬木（含高、中密度板）及混凝土、石材等。附带的要求是造型别致、外观漂亮,与音箱和谐。空心脚架内可灌沙，以吸收余振改善音质。理想的听音环境必须有较好的隔音性能,目的是防止外界噪声传入而影响高保真放声，同时也防止重放声音传到室外，干扰他人。听音环境还要有适度的吸声量。吸声量太少，室内声波长时间不易衰减，称为混响时间过长，放音不清晰；吸声量过多，声音干涩、生硬。充分的声扩散是声音饱满、活声感、空间感好的重要因素，所谓声音扩散，即声音能向四面八方传播，而不是仅仅沿某几条路径往返反射，弃分的扩散能够控制听音环境中声染色现象。就听音环境尺寸来说，房间越大听音效果越好。对理想听音环境的尺寸比例不应为倍数关系，以免简正频率重叠。为了便简正频率得到最合理的分布，房间高、宽长之比，宜取以下几个比例：1.00:1.14:1.39;1.00:1.28:1.54;1.00:1.60:2.33下面表示出了三种高度的较好的房间尺寸：高度为2.80mＡＢＣ高宽长2.803.193.892.803.584.312.804.486.52高度为3.05mＡＢＣ高宽长3.053.474.243.053.094.693.054.887.10◆另外，三个尺寸比还可按1.00:1.25:1.59或1.00:1.59:2.52的比例。◆墙壁、天花板和地面对所有简正波都是波峰区，在其上铺贴吸声材料要以有效吸收简正波，而在墙角处悬挂宽频带强吸声材料，例如竖立用玻璃棉做成的圆柱体，对吸收简正波最为有利，而且还能起到散射作用。

◆听音环境除听到来自声源的直达声外，还应听到适中的主要从两侧墙传来的反射声，再加少量从前斜顶上来的反射声，才能得到较真实的空间感。也就是说，反射声强度必须适中，既能被察觉从而产生空间感，又不能过强以致产生回声。如果地板是刚硬（石材、木地板等）的，则至少需在聆听环境与扬声器之间铺一块厚地毯，以免反射太强。侧墙硬处及玻璃窗处至少应挂厚布帘，否则反射声过强，降低清晰度。吸音装饰墙面和吊顶(专业声学环境设计,保证音质效果)

整齐美观的音箱及吊挂摆放、暗藏式音箱震撼人心的5.1声道数字影院系统第四章听觉系统的基础概念及分析一、声音听觉生理基础理论声音通过听觉系统的感受和分析引起的感觉。外界声波进入外耳道，引起鼓膜振动。鼓膜的振动频率与声波频率一致，振幅决定于声波强度。当鼓膜作内外方向振动时，通过三块听小骨的传递，使抵在前庭窗上的镫骨底板振动，引起内耳前庭阶外淋巴液振动。使前庭膜、蜗管内淋巴、基底膜、鼓阶外淋巴，以及圆窗膜相继发生振动。基底膜的振动使螺旋器的毛细胞与鼓膜相对位置不断变化，引起毛细胞发出神经冲动，使耳蜗神经纤维产生动作电位。传至延髓，再经中脑下丘到内侧膝状体，最后到大脑皮质的颞叶，形成听觉。声音频率的高低即为音调的高低，正常人能感受的范围为20～20000赫；声音的强度即为响度，人能感受的最弱的声音强度约为0.0002达因／厘米2，比它强100万倍的声音，人仍可耐受。人对声调频率和强度都有很高的辨别能力。二、听觉系统的感知特性分析人耳对不同强度、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。声音三要素

1．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(达因／平方厘米)或声强(瓦特／平方厘米)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，一般用单位宋(Sone)来度量，并定义lkHz、40dB的纯音的响度为1宋。响度的相对量称为响度级，它表示的是某响度与基准响度比值的对数值，单位为：方(phon)，即当人耳感到某声音与1kHz单一频率的纯音同样响时，该声音声压级的分贝数即为其响度级。响度是听觉的基础。正常人听觉的强度范围为0dB—140dB(也有人认为是-5dB—130dB)。固然，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”。一般以1kHz纯音为准进行测量，人耳刚能听到的声压为0dB(通常大于0．3dB即有感受)、声强为10-16W/cm2时的响度级定为0方。而当声音增强到使人耳感到疼痛时，这个阈值称为“痛阈”。仍以1kHz纯音为准来进行测量，使人耳感到疼痛时的声压级约达到140dB左右。

通常认为，对于1kHz纯音，0dB—20dB为宁静声，30dB--40dB为微弱声，50dB—70dB为正常声，80dB—100dB为响音声，110dB—130dB为极响声。小于0dB闻阈和大于140dB痛阈时为不可听声，人耳对3kHz—5kHz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。一般应特别重视加强低频音量。通常200Hz--3kHz语音声压级以60dB—70dB为宜，频率范围较宽的音乐声压以80dB—90dB最佳。

2．音高

音高也称音调，表示人耳对声音调子高低的主观感受。客观上音高大小主要取决于声波基频的高低，频率高则音调高，反之则低，单位用赫兹(Hz)表示。主观感觉的音高单位是“美”，通常定义响度为40方的1kHz纯音的音高为1000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。

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。响度的测量是以1kHz纯音为基准，同样，音高的测量是以40dB声强的纯音为基准。在音乐声学中，音高的连续变化称为滑音，1个倍频程相当于乐音提高了一个八度音阶。根据人耳对音高的实际感受，人的语音频率范围可放宽到80Hz--12kHz，乐音较宽，效果音则更宽。

3．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。每个基音都有固有的频率和不同响度的泛音，借此可以区别其它具有相同响度和音调的声音。声音波形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，其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。声音的音色色彩纷呈，变化万千，高保真(Hi—Fi)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。

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。

人耳的掩蔽效应一个较弱的声音(被掩蔽音)的听觉感受被另一个较强的声音(掩蔽音)影响的现象称为人耳的“掩蔽效应”。被掩蔽音单独存在时的听阈分贝值，或者说在安静环境中能被人耳听到的纯音的最小值称为绝对闻阈。实验表明，3kHz—5kHz绝对闻阈值最小，即人耳对它的微弱声音最敏感；而在低频和高频区绝对闻阈值要大得多。在800Hz--1500Hz范围内闻阈随频率变化最不显著，即在这个范围内语言可储度最高。在掩蔽情况下，提高被掩蔽弱音的强度，使人耳能够听见时的闻阈称为掩蔽闻阈(或称掩蔽门限)，被掩蔽弱音必须提高的分贝值称为掩蔽量(或称阈移)。1．掩蔽效应

已有实验表明，纯音对纯音、噪音对纯音的掩蔽效应结论如下：A.纯音间的掩蔽①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附近。

②低频的纯音可以有效地掩蔽高频的纯音，而反过来则作用很小。B.噪音对纯音的掩蔽噪音是由多种纯音组成，具有无限宽的频谱若掩蔽声为宽带噪声，被掩蔽声为纯音，则它产生的掩蔽门限在低频段一般高于噪声功率谱密度17dB，且较平坦；超过500Hz时大约每十倍频程增大10dB。若掩蔽声为窄带噪声，被掩蔽声为纯音，则情况较复杂。其中位于被掩蔽音附近的由纯音分量组成的窄带噪声即临界频带的掩蔽作用最明显。所谓临界频带是指当某个纯音被以它为中心频率，且具有一定带宽的连续噪声所掩蔽时，如果该纯音刚好能被听到时的功率等于这一频带内噪声的功率，那么这一带宽称为临界频带宽度。临界频带的单位叫巴克(Bark)，1Bark＝一个临界频带宽度。频率小于500Hz时，1Bark约等于freq／100；频率大于500Hz时，1Bark约等于9+41og(freq／1000)，即约为某个纯音中心频率的20％。通常认为，20Hz--16kHz范围内有24个子临界频带。而当某个纯音位于掩蔽声的临界频带之外时，掩蔽效应仍然存在。2．掩蔽类型(1)频域掩蔽

所谓频域掩蔽是指掩蔽声与被掩蔽声同时作用时发生掩蔽效应，又称同时掩蔽。这时，掩蔽声在掩蔽效应发生期间一直起作用，是一种较强的掩蔽效应。通常，频域中的一个强音会掩蔽与之同时发声的附近的弱音，弱音离强音越近，一般越容易被掩蔽；反之，离强音较远的弱音不容易被掩蔽。例如，—个1000Hz的音比另一个900Hz的音高18dB，则900Hz的音将被1000Hz的音掩蔽。而若1000Hz的音比离它较远的另一个1800Hz的音高18dB，则这两个音将同时被人耳听到。若要让1800Hz的音听不到，则1000Hz的音要比1800Hz的音高45dB。一般来说，低频的音容易掩蔽高频的音；在距离强音较远处，绝对闻阈比该强音所引起的掩蔽阈值高，这时，噪声的掩蔽阈值应取绝对闻阈。(2)时域掩蔽所谓时域掩蔽是指掩蔽效应发生在掩蔽声与被掩蔽声不同时出现时，又称异时掩蔽。异时掩蔽又分为导前掩蔽和滞后掩蔽。若掩蔽声音出现之前的一段时间内发生掩蔽效应，则称为导前掩蔽；否则称为滞后掩蔽。产生时域掩蔽的主要原因是人的大脑处理信息需要花费一定的时间，异时掩蔽也随着时间的推移很快会衰减，是一种弱掩蔽效应。一般情况下，导前掩蔽只有3ms—20ms，而滞后掩蔽却可以持续50ms—100ms。三、音乐心理的物理分析音乐心理学,又名音乐心理声学,是心理声学的一个分支,而后者是心理学的一个分支。简略地说，音乐心理学研究音乐给人的主观感觉，在单音情况下，研究音调、响度和音色；对同时存在几个音的情况，还要研究音的组合、谐和感与失谐感、节拍感、刺耳感也即粗糙感。在感受音具有一个或几个序列的时候，则研究人们对乐音序列的心理感受，对序列音的分类和分道。

显然，不同的人对同一音、同一曲调，在一定程度上会有不同的感受。也就是说，音乐的主观感受存在一定的个体差异。这种差异起源于三类因素：其一，人们在年龄、性别、性格、气质上的先天差异；其二，人们的喜爱、修养、个人和民族欣赏习惯等后天差异；其三，音乐心理学实验本射的概率性质。对第二类因素，比如说，对欢乐曲调就有多种理解：有不少人会将一个节拍快速、音乐明亮、配以锁呐或锣鼓点的曲调体验为吉庆和欢乐的情绪；然而贝多芬第九交响乐的欢乐颂，也使整个乐曲达到欢乐的高潮；但一般却处理成节奏稍慢，使之充满着宗教的虔诚，溢于中而形于外的升华了的欢乐气氛。这显示了欣赏习惯上的极大差异。第三类因素表现为音乐心理学的答案常常是或然的、不唯一的，大多数音乐心理学实验都将影响被实验的对象（人的主观感觉）。从这两点来说，音乐心理学不象经典物理学（它的答案总是确实的并且常常是唯一的），倒有点象量子力学。由于“自由空间”的AI听觉系统的实际需要，我们将不涉及上述先天和后天形成的乐感上的差异（或差异中的涨落）也尽量少地涉及音乐心理学本身的概率特性，只涉及一些基本的带有共同性的感受，并研究它们的物理基础。

从物理上说，一个单音主要有三个要素：基频、振幅及频谱。乐音的三个物理学要素，通过人耳的听觉系统，反映到人的听觉神经中枢之后，引起人的主观感觉，分别对应于音乐心理学的三个要素：音调、响度及音色。这三个要素虽然从心理学的角度不易确定，但它们还是分别和三个客观上易于确定的物理量密切相关。这使得声音，特别乐音能够用物理的方法进行分析和测量。简略地说，一个单音的音调，也就是常说的音高，是这个单音的频率（准确地说，主要是其中所含的基频）给人的主观感觉。一个单音的响度，也就是常说的音强，是这个单音所相应的空气振动到达人耳处的振幅（准确些说，是该处的能流）给人的主观感觉或评价。而一个单音的音色，则是人脑对单音频谱（即各谐波成份比例）的主观感觉和判断。

应当指出，由于人的听觉系统和听觉中枢并非是个严格的线性系统，因此，定量地说来，乐音的这种由物理学要素向音乐心理学要素的转换也并非是个线性过程，这多少造成了事情的复杂性。何况，即便不考虑这种非线性性质，前述的这种“对应”说法也是简单化的。因为，第一，音调和响度稍有关联。一个频率较低的纯音，当它的响度增加时给人的感觉是音调略有下降；或者说，响度较少时音调略有上升。比如一个A2音叉（110赫兹）移近人耳时，感觉到的音高大约下降4分之1音。而一个频率较高的纯音（≥1000赫兹），当其响度增加时感觉到音调略有增高；反之，响度减少时音调略有下降。这将使心理的八度音程比数理的八度音程要略宽。如在钢琴调音时必须要考虑这一点。同样，一定响度的纯音，当改变它的频率时给人的感觉同响度也略有变化。第二，几个纯音