第3节 人耳听觉特性（兰州专业音响公司）

 

　　一、声音三要素（兰州专业音响公司）

 

　　听觉是人们对声音的主观反应。人们对声音通常用所谓的声音三要素来描述。这三要素就是声音的响度、音调和音色。由于该声音三要素是人们的主观感觉，所以它不但与声音的振幅、频率、频谱等客观物理量有关，还与人耳的听觉特性及心理因素有关。

 

　　1．响度（兰州专业音响公司）

 

　　通常，人们用响不响来描述声音的强弱。响度大小固然与声强（或音量）有关，但它和声强的概念是不同的。声强是一个客观物理量，它表示声波在单位时间内通过单位面积的声能量；而响度却是人耳对声音强度的主观感觉。人耳对声音响度的感觉不仅与声强大小有关，还与声音的频率有关。声强级相同而频率不同的声音，听起来响度不同，亦即人耳对不同频率的声音有不同的灵敏度。等响度曲线就反映了人耳主观感觉到的响度与实际声强以及频率三者之间的关系。

 

　　响度级的单位是“方（phon）”，它是以 1000Hz 纯音所造成的声强为基准，任何声音的响度级等于与此声音一样响的1000Hz声音的声强级，因此1000Hz声音信号的响度等于它的声强分贝值（dB）。同一条等响度曲线（即响度级相同）上不同频率的声强虽不相同，但引起的主观响度感觉是相同的。

 

　　由等响度曲线可以看出以下几点。（兰州专业音响公司）

 

　　① 响度级与声强级（或声压级）有关。声压级提高，响度级也相应增大；但响度级还与频率有关，频率不同时，响度级也不同。（兰州专业音响公司）

 

　　② 上方的曲线较平直，下方的曲线变化较大。这说明在声强级很高（即音量大）时，强度相同的声音差不多一样响，与频率的关系不大；但在声强级很低（即音量小）时，低频区的变化率（斜率）大于高频区变化率，亦即这时声压级有一点变化时，低频的响度就有很大的变化。（兰州专业音响公司）

 

　　③ 等响度曲线在1000～5000Hz的中高音区下凹，说明对这段中高音特别敏感，其中在3000～4000Hz频率范围内下凹最多，说明人耳对3000～4000Hz范围内的声音。这是由于人耳的外耳道共鸣引起的；而对低音和高音较为迟钝，尤其对低音的灵敏度较低。（兰州专业音响公司）

 

　　响度级的单位是“方（phon）”，它是以 1000Hz 纯音所造成的声强为基准，任何声音的响度级等于与此声音一样响的1000Hz声音的声强级，因此1000Hz声音信号的响度等于它的声强分贝值（dB）。同一条等响度曲线（即响度级相同）上不同频率的声强虽不相同，但引起的主观响度感觉是相同的。等响度曲线可知，30dB。（兰州专业音响公司）

 

　　A计权网络是参考40phon等响度曲线，对500Hz以下的声音有较大的衰减，以模拟人耳对低频不敏感的特性。C 计权网络具有接近线性的较平坦特性，在整个可听声范围内几乎不衰减，以模拟人耳对85phon以上的听觉特性，因此它可代表总声压级。B 计权网络介于两者之间，对低频有一定衰减，它模拟人耳对70phon纯音的响应。有些仪器还有D计权，它用于航空噪声的测量。用声级计的不同网络测得的声级分别记作 dB（A）、dB（B）、dB（C）和dB（D）。通常人耳对不太强的声音的感觉特性与 40phon的等响度曲线很接近，故在音频范围内进行测量时，多使用A计权网络。由于计权曲线的频率特性是以1000Hz为参考计算衰减的，因此以上所有曲线都重合于1000Hz。（兰州专业音响公司）

 

　　声音的响度还与声音持续时间有关，以上都是声音持续时间在1s以上的响度。当声音持续时间缩短时，人耳会感到响度下降。它说明人耳具有在一定时间内对声能进行积分的特性，这主要是由听觉神经的特性决定的。（兰州专业音响公司）

 

　　2．音调（兰州专业音响公司）

 

　　人耳对声音高低的感觉称为音调。音调主要与声音的频率有关，但不与频率成正比，而与响度一样，音调的感觉也成对数关系，因此通常用频率的倍数或对数关系来表示音调。频率越高，人耳感觉的音调越高。在音乐上相应的是音高。频率增加一倍，即增加一个倍频程，音乐上叫做提高了一个八度。但是，音调变化给人的感觉与音乐的倍频程关系并不一致，而且在不同频段，人耳对音调的辨别能力不同，一般在中频段，高低频段较差。（兰州专业音响公司）

 

　　声音的持续时间长短对音调也会产生影响。当1000Hz纯音的持续时间在0.05s以下时，会感到音调不断下降，甚至听不到纯音而呈喀呖声的感觉。人耳能明确感到声音的音调所需的声音持续时间，随频率和声压级而变化。对于低频声需要比高频声有更长的持续时间。（兰州专业音响公司）

 

　　3．音色（兰州专业音响公司）

 

　　人耳不但对响度、音调有较强的辨别能力，而且还能判断声音的音色。音色主要由声音的波形或它的频谱结构决定。我们知道，一个非正弦波的波形可以分解为许多个正弦波成分的综合，亦即频谱。两个不同的乐器发出相同的响度和音调时，人耳能清楚地辨出它们之间不同的音色特征。语言和音乐都是复合波，人耳不能把各种频率成分分辨成不同的声音，只不过是根据声音的各个频率成分的分布特点得到一个综合印象，这就是音色的感觉。（兰州专业音响公司）

 

　　例如，钢琴和黑管的基音都是100Hz，即使演奏同一乐曲，而且响度也一样，仍然可以立即分辨出是两种乐器。这是因为它们演奏同一音符时的基音虽然相同，可是它们的谐音（谐波）成分及其幅度都不相同，亦即频谱不相同。（兰州专业音响公司）

 

　　声音的频谱结构是从频域进行解析，若从时域来观察一个声音信号幅度随时间变化的包络，可由声建立（音头）、固有动态保持（稳定）及衰减（音尾）三个阶段来描述。乐音是非稳态连续信号，每个音符呈脉冲式激励，是个瞬态过程，所以音色还与声音的建立与衰减方式有着密切的关系。、

 

　　人耳通过对声建立及衰减的分析可判定声音的种类。对于打击乐、突发声（声、雷声），其声建立及衰减在时间上是快速的，不存在稳态；强度增加是迅速的，具有脉冲特性。相反，缓慢的声建立及衰减会产生轻柔、圆润的声音，如弦乐器中的提琴。同样把两种乐器发出的声音的“音头”截掉，很难判别出长笛还是提琴。以上证明声音的时值（暂时声音结构）会对声音的音色产生影响。（兰州专业音响公司）