第七章_人耳的听觉特性

第七章人耳的听觉特性§7-1听觉系统§7-2听觉的感受性§7-3听觉的度量§7-4人耳的听觉特性目录声学讨论声的产生、传播和接受，声的性质以及声音与其他物质的作用。而声的接受，不论是通过什么途径，也不管是通过什么方式，最终是被人听到。所以离开了人耳的听觉就谈不上声学。对于一个失聪的人，世界是寂静无声的。声波通过人耳转化成听觉神经中的神经脉冲信号，传到人脑中的听觉中枢，引起听觉。因此，人们对声音的判别主要是由人耳感官的结构、特性造成的。人耳可以分成三个主要部分，即外耳、中耳和内耳。如图:3-1-1§7-1听觉系统返回人耳结构图人耳结构图返回一、外耳外耳由最外面的耳廓、外耳道组成，到鼓膜为止。返回1、耳廓1）定义•耳廓，又称耳壳，就是我们看到的耳朵，耳廓呈不对称形。2）作用耳廓主要起收集声音和使耳道与空气之间阻抗匹配作用，从而使更多的声音能进入耳道。这种匹配作用在800Hz左右最好，在高频也有效，但在低于400Hz时作用就较差了。由于耳廓的形状能使不同方向来的高频声具有不同的反射情况，因此对高频声声源产生定位作用，尤其对区分来自前、后方的声音起着重要作用。返回2、外耳道1）定义外耳道是一直径约0.5cm，长约2.5cm的一端以鼓膜为封闭的圆管。2）作用其作用是将声波传导到鼓膜，从而使鼓膜在声波激励下振动。外耳道相当于一个声管，它具有共鸣特性，它的自然谐振频率约为3000HZ。由于外耳道的共鸣以及人头对声音反射、衍射现象的影响，使人耳对3000Hz左右的声波的感觉灵敏度特别高。返回二、中耳中耳是鼓膜内侧的空腔部分，它由感觉振动的鼓膜、听骨和容纳鼓膜及听骨的中耳室组成。返回1、中耳室中耳室，也叫鼓室，其内充满了空气，体积约为2cm3，它通过欧氏管与鼻腔相连。平时欧氏管封闭，当鼓膜内外的压力失去平衡时，欧氏管打开，从而形成了一个沟通鼓室和鼻腔的大气通道，以宣泄鼓室内压强的剧增，使鼓膜内外气压恢复平衡。返回2、鼓膜鼓膜的面积约为0.8cm，厚度约为0.1mm，是一个浅锥形的软膜，它的顶点朝向中耳内部。鼓膜的振动推动中耳室中三块互相连接的小骨头——听骨运动。返回3、听骨即位于中耳室中三块互相连接的小骨头。这三块小骨头分别叫锤骨、砧骨和镫骨，它们起杠杆放大作用，将鼓膜的振动传到内耳入口处的椭圆窗膜上。与鼓膜相连的是锤骨，然后是砧骨和镫骨，这三块听小骨作关节状连接。听小骨上附有能对强声起反射作用的肌肉，使强声减低后再传入内耳，起到保护内耳的作用。中耳还可以通过听骨的运动把外耳的空气振动和内耳中的淋巴液的运动有效地耦合起来，从而起到阻抗匹配作用。返回三、内耳内耳是听觉的主要部分，由耳蜗等组成，其作用是对穿入的声波进行分析，将声能变换成神经能传入人脑的听觉中枢。返回耳蜗1、定义•耳蜗的外形有点象蜗牛壳，它是卷曲了2.75圈的螺旋形骨质小管。小管是中空的，是神经纤维的通道。耳蜗内充满了淋巴液。2、结构•耳蜗中间有骨质层和基底膜把它隔成两半，分别为前庭阶和耳鼓阶。3、工作过程•当声波引起听骨的振动，并通过卵形窗膜使淋巴液运动传到基底膜上时，会使基底膜上与该声音频率相应的部分产生共振。•当入射声音频率低时，振动向耳蜗深处传播，激励深处的基底膜共振。•当入射声音频率较高时，振动会中途衰减，只有靠近耳鼓室的基底膜共振。对应于每一个频率，基底膜上都有一个共振点，而不同频率的声音引起基底膜振动的最大振幅位置是不同的，这表明它对频率有一种分析作用。•在基底膜上分布着大量的神经末梢元——毛细胞，它们在基底膜振动作用下会发生变形，形成神经脉冲信号，并通过听觉传导神经传至大脑听觉中枢，进一步进行分析，从而使人听到声音。声压越大，被激发的神经脉冲信号数也大，从而使人感到的响度越大。若长期在强声压级作用下工作，毛细胞会因为拉伸应力而疲劳以至损坏，这种损坏是不可能恢复的。四、骨传导声音还可以通过颅骨的振动使内耳液体运动，这一传导途径称骨传导。颅骨的振动可由振源直接引起，也可由极强声压级的声波引起，还可由身体组织和骨骼结构把身体其他部分受到的振动传至颅骨。在以空气为介质时，声压级超过听阈60dB以上，就能由骨传导途径听到。§7-2听觉的感受性一、可听频率极限二、可听声压极限三、最小可辨阈四、感受性的体现返回一、可听频率极限对于可听频率的上限，不同的人有相当大的变化，而且和声音的声压级也有关系。一般年轻人可以听到约20000Hz，中老年人只能听到12000~16000Hz，最低频率下限通常认为是20Hz，人对低于20Hz的声波感觉主要是身体的振动而不是听觉。返回二、可听声压极限人类听觉感受性有极宽的动态范围，是0～140dB，在用纯音做测试实验时，一般正常年轻人在中频附近的最小可听极限大致相当于参考压强为20μPa的0dB，一个人最小可听极限即听阈的提高，表示其听觉灵敏度的降低。返回在强声极作用下，人耳会有不舒服及疼痛的感觉。各人能容忍的声压级上限与其在噪声中暴露的经历有关，未经历过强噪声的人，极限约为125dB；有经常处于强噪声环境中经历的人，可达135～140dB。通常，声压级在120dB左右时，人就会感到不舒服；130dB左右耳内会有痒的感觉；达到140dB时耳内会感到疼痛；当声压级继续升高时，会造成耳内出血，甚至听觉机构损坏。三、最小可辨阈对于频率在50～10000Hz之间的任何纯音，在声压级超过闻阈50分贝时，人耳大约可鉴别1分贝的声压级变化。当声压级超过40分贝，频率低于1000Hz时，人耳约能察觉3Hz的频率变化。返回四、感受性的体现1、高、中、低各频段量感的分布与控制2、密度与重量感3、透明感4、层次感5、定位感6、速度与暂态反应7、想象力与形体感8、对比性9、空间感返回1、高、中、低各频段量感的分布与控制量感指量的多少，即表示高音或低音的多少等。各频段量感的多少并不代表器材真正的好坏，器材之间量感多少的相互搭配才是最重要的。高、中、低各频段量感的分布也可以说是频率响应曲线的一方面。控制指对低频段的控制能力。返回整体平衡线不是指频率响应曲线的平直，最主要讲高、中、低频段的适当量感分配。低频基础要好，在整个音乐里造成稳固、稳定状态。大部分的音乐迷都希望音乐是很厚实、丰润，不希望高频多过中频、低频，而造成头重脚轻的情况。合理的高、中、低频段量感就是整体平衡。整体平衡性好的器材也会耐听，也就是人们所说的音乐性。2、密度与重量感声音的密度，对于同一种物质的概念是相同的，只是效果不同，声音密度大，听起来会感到厚实而饱满。声音的密度与重量感让乐器与人声听起来更有真实感。较好的声音密度与重量感与供电的充足及中频段的饱满有关。打击乐器敲起来都会有空气振动的感觉。所有的乐器与人声都具有重量感，很多音响爱好者都希望得到很好的声音密度与重量感。返回3、透明感是一种比较直观的观察形式，最好的透明感是很耐听，但又不会刺耳。比较差的透明感虽然也透明，但是不耐听。每一对人耳于耐听与不耐听的感觉程度都不尽相同，因此对于透明感的好坏也就又不同的标准。返回4、层次感指的是音场中由前往后一排排乐器的清晰程度，以及乐器与乐器之间的间隔够不够清楚。返回5、定位感就是人声或乐器发生点之间由确定的音响感觉。如果说音响发飘，就表示定位感不好。靠音场中两侧的乐器定位通常会较好，而靠音场中央的乐器定位会较差，这也是环绕音效果加中间声道的原因之一。在这种情况下，如果加个中间声道对定位感也会有很大改善。返回6、速度与暂态反应速度感是暂态反应的结果，也是器材上升时间与回转率的具体表现。这两个名词都是指器材各项反应的快慢。由速度感引伸出来的活性感属于强弱对比的另一面，它让人们感到很活泼，不沉闷。这是音乐是否好听的一个重要因素，就好象一个卓越的指挥家能把音乐指挥得充满生气。返回7、想象力与形体感想象力是将虚无缥缈的音像凝结成实体的能力，也就是让人声或乐器的形体展现的能力。想象力好的音响器材会让音像更浮突，更具立体感，音像轮廓的阴影跟清楚。返回8、对比性音效在很多方面是以对比产生效果的。强弱对比即为动态对比，是大声与小声之间的对比。一般而言，强弱很接近的细微对比称为动态对比。常说古典音乐的动态很大就是指它的最大声与最小声的对比很大；而摇滚乐虽然声大，但它大小声起伏并不大，所以说它的动态对比并不大。强弱很接近的细微对比称为动态对比。强弱对比用最浅显的说法应该是极大的强弱对比是拍打岩岸的海浪；极小的强弱对比就是清风吹拂下的湖水波动。乐器与人声的大小比例指各种乐器的相关大小不能离谱。正确的音场是近乎现场大小，正确的比例是各种乐器相互之间的合理比例，而不是以现场按比例去缩小。例如低音大提琴不能占据整个音场，大鼓不能把整个乐队淹没。返回9、空间感与空间相关的因素很多，如细节的再生、堂音的清楚与否、音场的大小等，其中特别是注意音场空间大小的描绘能力。假如能听出空间有多大，这个器材的空间感就很好。要能够听出空间感有多大，要靠耳朵判别第一次反射音传到耳朵时间的长短，也就是堂音。此外，残响时间是决定空间音色与软硬调子的原因。由空间感音场相结合，便产生解析力这一概念。解析力并不能代表所有的细节再生与层次感，例如由前向后一排排的层次感就不是由解析力造成的。暗部的层次指低电平时的解析力。音乐细微的变化，都能表现得很清楚，这说明器材的解析力很好。在极端爆棚时能将所有东西解析得很清楚，那就是高电平时的解析力。综合低电平与高电平的解析力，就是总的解析力。返回质感•由空间感引申产生了乐器和人声的质感、空气感。•质感是指乐器或人演奏、演唱时因接触、摩擦、敲击吐气之后让人足以听出它是某种东西的感觉。例如鼓棒敲在钹上，觉得钹可以听出是金属做的，它的真实感很高，所以就说它的质感很好。早期许多数字录音的小提琴因缺乏琴弦摩擦的质感而像电子乐器般，就说它质感不好。空气感•泛指木管和铜管乐器的质感而言。这些乐器都是空气通过管状物而发出声音的，大规模弦乐演奏时会有空气波动的感觉，也表现为空气感。细节再生•即音场内各种声音让人们耳朵听到的能力。•有些扬声器非常敏锐，任何细微的杂音都再生得一清二楚；有些扬声器本身振动很迟钝或大量得失真而把声音的细节掩盖过去。细节再生越多的器材当然越好。§7-3听觉的度量一、声强的主观感受—响度二、频率的主观感受－高音（音调）返回一、声强的主观感受—响度。响度是人耳对声音强弱的主观感受。用符号S表示。对于同一强度的声波，不同的人听到的效果并不一致，因而对响度的描述有很大的主观性。在客观的度量中，声音的强弱是声波的振幅决定的，但是响度与振幅并不完全一致。响度不仅决定于振幅的大小，还决定于频率的高低。振幅越大，说明声压级越大，声音具有的能量也越大，而响度则说明听觉神经刺激的程度。事实上，很强的声音不一定就很响，因为人耳所能听到的频率范围不过是20HZ～20KHZ，即使在可听声的范围内，相同的声压级耳不同频率的声音，人们听起来也会感觉不一样响。为了得以对响度根据需要进行计量，特定义响度的单位为“宋”。根据定义：声级为40dB的1000Hz标准音的主观感受规定为响度等于1宋。响度为了把声音强弱的客观尺度与再此声音刺激下的主观感受的强弱联系起来，引人了响度级的概念：响度级的概念声音的响度级，在数值上等于与标准音（1000Hz）一样响时所对应的标准音的分贝值。单位为方。符号为P,由此可知：1)响度级是以主观的方法确定的，是以1000Hz的标准音为基准相互比较得出的2)1000Hz声音的响度级（方值）就是它的声级值（分贝值）。响度与响度级之间的关系根据国际标准化组织（ISO）的推荐标准，响度与响度级之间的关系可用下式表示：LgS（宋）=0.03P（方）－1.2(这一规律在20-120方内成立)由式可知：40方为1宋（Sone），2宋比1宋响1倍，3宋比1宋响2倍，依次类推。经实验，测试了不同频率的声音在响度相等的情况下与标准音对应的声级值，得出了著名的佛来彻-蒙森等响曲线。下图为国际标准化组织（ISO）推荐的等响曲线：下图为国际