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人耳能听到的声响频率究竟是若干[最新]

2017-10-18 4页 doc 16KB 47阅读

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人耳能听到的声响频率究竟是若干[最新]人耳能听到的声响频率究竟是若干[最新] 振动的物体能使邻近的空气分子振动,这些分子又引起它们邻近的空气分子振动,从而产生声音(Sound),声音以声波的形式传递,这种传递过程叫声辐射(Sound Radiation)。由于分子振动产生的声波的方向与波传递的方向相同,所以是一种纵波(Iongitudinal wave)。声波仅存在于声源周围的媒质中,没有空气的空间里不可能有声波。声音不仅可在空气内传递,也可在水、土、金属等物体内传递。声音在空气中的传播速度为340m/s(15?时)。 声波在单位时间内的振动次数称为频率(fr...
人耳能听到的声响频率究竟是若干[最新]
人耳能听到的声响频率究竟是若干[最新] 振动的物体能使邻近的空气分子振动,这些分子又引起它们邻近的空气分子振动,从而产生声音(Sound),声音以声波的形式传递,这种传递过程叫声辐射(Sound Radiation)。由于分子振动产生的声波的方向与波传递的方向相同,所以是一种纵波(Iongitudinal wave)。声波仅存在于声源周围的媒质中,没有空气的空间里不可能有声波。声音不仅可在空气内传递,也可在水、土、金属等物体内传递。声音在空气中的传播速度为340m/s(15?时)。 声波在单位时间内的振动次数称为频率(frequency),单位赫(Hz)。人耳能够听到的声音的整个范围是20~20000Hz,一般把声音频率分为高频、中频和低频三个频带。听觉好的成年人能听到的声音频率常在30~16000Hz之间,老年人则常在50~10000Hz之间。 声波在传播过程中,空气层的密部和疏部向前移动,如图1–1。由于空气的固有弹性,上述那种疏密的压力变化将依次向四外传播,辐射出一系列有规则的波。声波的波长(wave length)就是这一段路程的长,恰好排列波的一个密部和一个疏部。波长与声源的振动频率和声音传播的速度有关。知道了声波的传播速度和频率,就可以算出波长:C=l?f(式中,C为声波的传播速度m/s;l为声波的波长m;f为声波的频率Hz,) 振动物体产生的声波,也就是空气里的压缩波,传到我们耳朵里就变成各种乐音、谐音或噪声。在声音世界里除基音外,大量存在的是复合音,而频率与基音频率成整数倍的所有分音称为谐音(harmonic tone),频率比基音高的所有分音统称泛音(over tone),泛音的频率不必与基音成整数倍关系。乐音内的各个音在频率上都有一定比例,例如,高8度的音的振动频率是基音的频率的2倍。如果同时发出两个或两个以上的音,人耳可以听到悦耳的谐音(和声),也可能听到刺耳的噪声。当两个音的振动频率之比为较小的整数比时,如1:2、4:4,会得到悦耳的谐音,当频率比为较大的整数比时,如8:9、8:15,听到的将是令人生厌的噪声。乐器在发出基音的同时,总会伴随着一系列泛音的出现,由于不同乐器的泛音并不相同,所以它们发出的同一个音也不相同,就是这些泛音决定了一个乐器所发声音的音色。 频率相同的正弦波之间在时间上的相对位移,称为相位(phase),用度示。声波与其它波一样,它整个一周为360?的相位变化,同相声波互相加强,异相声波互相减弱,或倾向互相抵消。 声源的振幅越大,声音越响,声波的幅度能量按高于或低于正常大气压的压力变化量度,这个变化部分的压强就称声压(sound pressure),以帕斯卡 (Pa)计量。人耳听觉的声压范围很大,约2´10~2´10Pa。为了方便计算,在实用上通常都以对数方式的声压级 (sound pressure level)表示。0dB是基准,它以人耳刚能听到的声压2´10Pa的1000Hz频率的声音为标准。 声压级变化3dB,声压增加倍,大多数人要在声压级增加6~10dB时,响度才有加倍感觉。人耳能分辨的最小响度变化是1dB。离声源距离每增大1倍,声压级降低6dB,两个声源并存,声压级增加3dB。 声波在传播过程中,遇到障碍物时,只要障碍物的尺寸大于或接近声波的波长,就会产生反射(reflection)而改变其传播方向。部分声波则能绕过障碍物的边缘传播,而声波在通过窄孔时,则将趋向均匀扩散(diffusion),这就是声绕射(衍射,diffraction)。对频率越高的声音,声绕射越不易产生,其传播辐射的指向性越强。频率越低的声音,由于声绕射作用,障碍物 的遮蔽作用越弱。 如果有两个不同声源发出同样的声音,在同一时间以同样强度到达时,声音呈现的方向大致在两个声源之间;如两个同样的声源中的一个延时5~35ms,则感觉声音似乎都来自未延时的声源;如延迟时间在35~50ms时,延时的声源可被识别出来,但其方向仍在未经延时的声源方向;只有延迟时间超过50ms时,第二声源才能象清晰的回声般听到。这种现象就是哈斯效应(Hass effect)。 人类对声源方向的判别,不仅取决于声波传播的物理过程,还与人的听觉生理和心理因素有关。用单只耳朵虽能决定声音的响度、音调和音色等属性,但不能具体确定声源的方向和准确位置,当用两只耳朵听声音时,对声音方向的定位能力就能提高,这就是双耳效应(binaural effect)。双耳效应的依据是声源发出的声音,在到达两只耳朵时,由于距离不等,就存在时间差(Interaural Time Difference)和强度差(Interaural Intensity Difference)。鉴于人的头部双耳间的距离约为16~18cm,是800~1000Hz声音的半波长,所以对频率在800~1000Hz以上的声音,由于头部的遮蔽作用,两耳听到的声音就有强度差异,主要是这种强度差决定了声音在水平面内的定位。频率在800~1000Hz以下的声音,由于声音的绕射作用,双耳的定位能力随着频率的降低而减弱。 双耳效应只能解释前方水平方向上的声音定位,三维空间定位主要依赖于耳廓效应。人类听觉系统的频率响应为声源空间方位角的函数,也就是耳廓对来自各个不同方向的声波频谱进行不同的修正后,才由耳道传到鼓膜,大脑依据声音的频谱特性,就能辨别三维空间中的声源方向。声音从不同角度进入人耳时,由于耳廓的结构会影响声源的定位,所以人类的耳廓对确定声音的空间方向起主要作用,这是美国加州大学Irvine实验室自80年代起所作人类对声源定位的生理和心理研究的结果。 耳廓效应主要对4kHz以上高频段声波产生梳状滤波作用,而且耳廓效应的数学模型HRTF还与人体头部、肩部及躯干对声波的反射、散射及传导等因素有关。双耳效应和耳廓效应赋于人耳全方位辨别声音方向的能力。 1、响度(Loudness)响度是人耳对声音强弱程度的感觉,响度变化大致同声强变化的对数成比例。声音的响度虽主要取决于其强度,但也与其频率和波形有关,人耳对中频的音量变化比之低频和高频更为敏感,所以听觉是非线性的。对声音各频率与1000Hz声音在响度上相等的曲线,称为等响曲线响度的计量单位是方(Phon),人耳在1000~3000Hz频率范围内听觉最灵敏,声压越低,听觉的频率范围越窄,声压越高,频率范围越宽,当响度级达到80Phon以上时,听觉的频率响应趋于平坦。 人耳能听到声音的最微弱强度,称为听觉阈,产生疼痛感的最高声音强度,称为痛觉阈。声音的有用音量范围,即最大值与最小值之比,称为动态范围,如图1–3。在一般家庭中重播音乐的声压级的平均值约需75~85db,音量太低,不能正确鉴定声音质量的好坏。 2、音调(tome)音调是声音调子的高低,是人耳对声音频率的感受。音调高低与频率高低有密切关系,但声音强度及声音长短都会影响人耳对音调的感觉。声音频率每增加一倍,音调升高八度,也就是一个倍频程(oct)。一个声音的听觉阈会因另一个掩蔽声音的存在而上升的现象,称为掩蔽(masking),通常是低频率的声音容易掩蔽较高频率的声音。 3、音色(timber)音色是人耳对某种声音独特性质的综合感受。音色与多种因素有关,但主要取决于声音的波形,而声音的波形则决定于存在的泛音多少及各自的强度,也即主要取决于各种谐波的相对强度和最突出的谐波的频率,如图1–4。语言和音乐都是由许多频率的声音所组合而成,都具有脉冲性质,是一系列连续的宽度和强度不等,而且频率差异的声脉冲的组合。所以声音具有瞬变特性,它的频谱是声波能量按频率的分布。
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