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声学基础知识添加时间: 2008-11-28 9:32:07 文章来源:中国吸音隔声降噪网声音听觉理论------------------------------------------------------------------------- ------- 由于人耳听觉系统非常复杂, 迄今为止人类对它的生理结构和听觉特性还不能从生理解剖角度完全解释清楚。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。一、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, 单位为口方(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。可见, 无论在客观和主观上,这两个单位的概念是完全不同的,除 1kHz 纯音外,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。正常人听觉的强度范围为 0dB-140dB( 也有人认为是-5dB-13 0dB) 。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 口方。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。实验表明, 闻阈和痛阈是随声压、频率变化的。闻阈和痛阈随频率变化的等响度曲线( 弗莱彻- 芒森曲线) 之间的区域就是人耳的听觉范围。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-100d B 为响音声, 110dB-130dB 为极响声。而对于 1kHz 以外的可听声, 在同一级等响度曲线上有无数个等效的声压- 频率值,例如, 200Hz 的 30dB 的声音和 1kHz 的 10dB 的声音在人耳听起来具有相同的响度, 这就是所谓的" 等响"。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 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。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,一般应特别重视加强低频音量。通常 200Hz--3kHz 语音声压级以 6 0dB-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。实验证明,音高与频率之间的变化并非线性关系, 除了频率之外, 音高还与声音的响度及波形有关。音高的变化与两个频率相对变化的对数成正比。不管原来频率多少,只要两个 40