人耳的听觉特性

第二节人耳的听觉特性一、听觉与分贝：由于人的生理特点，人们对声音大小的感觉与音响系统中对声功率大小的感觉成对数关系，即人耳听觉的对数特性。在音响系统中，声音是由扬声器的纸盆运动，幅射出声波经空气传播到人耳。扬声器的响度一般是由功率放大器的功率决定的。功率放大器的功率是以“瓦”为单位计量的。就是说较大的瓦数的电功率将发出较响的声音来。例如:试听两台功率放大器一台10W、另一台100W，两台功率相差10倍，但听觉感觉到的响度却不是10倍，而是只有2倍。10W和20W功率差值为10W；50W和60W的差值也是10W，对这种相同的声功率差的感觉是否一样呢？答案是否定的。人耳对由10W到20W的变化量和50W到100W的变化量感觉是一样的。经研究发现：人耳听觉感觉与声功率的变化是一种比率的关系，比率相同感觉才相同。那么当功率比值为2时，声音的响度应该为多少呢？功率比和相应的分贝变化的关系一个声音比另一个声音大10分贝或小10分贝,表示声音的响度加倍或减半,功率比10:1；大20分贝等于比原响度大4倍，功率比是100:1。人耳的对数特性也广泛应用于其它的工程技术中。二、听觉与声音的三要素从心理概念上说，人耳对声音的主观感觉有响度，音调和音色三个参数称为声音的三要素。而相应的物理概念是声波的振幅（强度、声强）、频率和波形（频谱）。声音三要素与声波的三个物理量虽有密切的关系，但前者是主观的感受（心理量），后者是客观的量度（物理量），两者并不完全一对一相互对应。1、声强与响度声压的强度即声强，是人们测量声音大小、强弱的客观标准。“响度”也称“音量”是人耳对声音强弱和大小的主观感受尺度，是客观存在在主观上的反应，是物理现象（声波）和生理现象（听觉）的综合反应。但声强和响度并不完全等同。对声音的强弱大小主观感觉和客观标准并不完全统一。因为响度还要受频率的影响，人耳的听觉感受还要随频率的变化而变化。同样的，声压强度因频率的不同，人耳感到的响度也不同，全面描绘响度和频率关系的是弗来彻芝森等响曲线。响度的单位用“方”表示。等响曲线是以1KHz的纯音刚刚能听到声音响度定为0dB，0响度级称听阈也即“基准响度级”“听阈曲线”也就是最下面的一条曲线。声强超过听阈后，随着声强的逐渐增加，主观上产生了由弱到强的程度不同的响度感觉，直到120dB时声音已达到震耳欲聋的程度，人们将人耳能容忍的最大声压级称为痛阈。分析等响曲线可以看出：①听阈为1KHz时0dB，而30Hz的纯音的听阈是50dB，把50dB转换为功率的比是1×105倍。就是说要使30Hz、1KHz这两个纯音都达到听阈，音频系统在30Hz产生的功率必须是1KHz产生功率的10万倍。②1KHz至5KHz的频率范围内，人耳的听觉灵敏度最高、最敏感的是3KHz左右，这对语言可懂度和音乐欣赏很重要，这是由于外耳道的共鸣引起的。③1KHz以下，5KHz以上，人耳听觉灵敏度将下降很多，尤其在低频段更厉害，要使其达到等响程度，必须在两端尤其在低频段加大声功率。④从等响曲线上可以看到响度越高，曲线越趋于平缓，即响度越小，受频率的影响越大，响度越大受频率的影响越小，80方时基本平直。等响度开关，等响度开关是在小音量放音时能自动提升低频和高频的增益，以补偿人耳在低响度级，低频灵敏度下降的损失，以达到高、中、低频的平衡。2、频率与音调人耳对声音高低的感觉称为音调，音调主要与声音的基音频率有关，但不成正比，而与响度一样，也成对数关系。倍频程：音阶中频率比为2：1的频率间隔的音程在电声学中称为倍频程，通常用oct表示，而在音乐中则称为八度。如频率从100Hz变化为200Hz是一个八度音程，从1000Hz变到1100Hz也变化了100Hz，但却感到很少的差别。要有100~200的感觉需从1000Hz变到2000Hz。感觉才相同。另外，人耳对音调的感觉也受振幅大小的影响。音调的单位是mel(美)，将1KHz.40dB的纯音的音调定义为1000美。影响音调的因素还有声音的声压级和声音的持续时间。3、频谱与音色。音色是听觉上区别具有同样响度和音调的两个声音的主观感觉，也称为音品。音色主要由声音的频谱结构决定，即由声音的基频和谐波的数目以及它们之间的相互关系来决定。由于各种发声体的材料和形状结构不同，发声机理也不尽相同，即使它们发出相同音调、相同响度的声音，在基频相同的情况下。谐波的成分和幅度也会有所区别，人耳听到的主观感受就是音色不同。每个人讲话都有自己的音色，每种乐器也都有自己的音色。声音的频谱结构可以用频谱图表示。频谱图以频率的对数坐标为横坐标，以声压级作为纵坐标，将基频和谐波按幅度大小以相应的纵线表示在相应频率坐标上。另外，音色还与发声体振动的起振、稳定和衰减的时间过程有关。时间过程和频谱结构共同决定了每种乐器所特有的音色。声音的振动过程可以分为三个阶段：起振、稳态和衰减。起振阶段也称为建立阶段，指在激发弦或空气柱使振动开始的瞬间，即开始振动而振幅还不大，并且还不稳定的那段时间。稳态阶段是乐音过了起振阶段以后，振幅增至最大并保持恒定不变的阶段。衰减阶段是振幅开始减小直到完全停止振动的阶段。