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声音“三要素”---响度,音高,音色
更新时间:2019-6-28 15:04:48 编辑:鱼儿 文章来源:西派电子科技 调整文字大小:【

  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。

  声音响度

  响度,又称声强或音量,响度是感觉判断的声音强弱,即声音响亮的程度,根据它可以把声音排成由轻到响的序列。响度的大小取决于音强、音高、音色、音长等条件。响度描述的是声音的响亮程度,表示人耳对声音的主观感受国家标准标志,其计量单位是宋,定义1kHz,声压级为40dB纯音的响度为1宋。
  大多数人对信号声级突变3dB以下时是感觉不出来的,因此对音响系统常以3dB作为允许的频率响应曲线变化范围。
  人耳对声音的感觉,不仅和声压有关,还和频率有关。声压级相同,频率不同的声音,听起来响亮程度也不同。如空压机与电锯,同是 100分贝声压级的噪声.听起来电锯声要响得多。按人耳对声音的感觉特性,依据声压和频率定出人对声音的主观音响感觉量,称为响度级,单位为方。

  以频率为1000赫兹的纯音作为基准音,其他频率的声音听起来与基准音一样响,该声音的响度级就等于基准音的声压级,即响度级与声压级是一个概念。例如,某噪声的频率为100赫兹,强度为50分贝,其响度与频率为1000赫兹,强度为20分贝的声音响度相同,则该噪声的响度级为20方。人耳对于高频噪声是1000~5000赫兹的声音敏感,对低频声音不敏感。例如,同是是40方的响度级,对1000赫兹声音来说,声压级是40分贝;4000赫兹的声音,声压级是37分贝;100赫兹的声音,声压级52分贝;30赫兹的声音,声压级是78分贝。也就是说,低频的80分贝的声音,听起来和高频的37分贝的声音感觉是一样的。但是声压级在80分贝以上时,各个频率的声压级与响度级的数值就比较接近了,这表明当声压级较高时,人耳对各个频率的声音的感觉基本是一样的。

  声音音调

  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40dB的纯音频率都增加1个倍频程(即1倍),人耳感受到的音高变化则相同。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。

  声音音色

  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。

  另外,表征声音的其它物理特性还有:音值,又称音长,是由振动持续时间的长短决定的。持续的时间长,音则长;反之则短。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,人耳对高频声音信号只能感受到对声音定位有决定性影响的时域波形的包络(特别是变化快的包络在内耳的延时),而感觉不出单个周期的波形和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。

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