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生活中我们每天都要和声音打交道,聆听不同的声音。但问到什么是听觉?听觉具有哪些特性?却不见得每个人都回答得上。因为对于具有正常听觉的人而言,能听见声音太平常不过了。但作为音响行业从业人员,对人耳听觉特性的了解,却是我们学习、掌握音响技术和调音技术基础中的一个重要环节。
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+ Q5 w! g# A! X9 f7 L' ]$ g+ `: | 听觉是人们对声音的主观反应,任何复杂的声音都可以用声音的三个物理量来描述:即幅度(声强或声压)、频率和相位。但对于人耳的感觉来说,声音是用另外三个量来描述的,即响度、音调和音色。这也就是我们通常所说的声音的三要素。除此而外,人耳听觉特性中还存在着若干效应,如果不了解这些,就不会知道人们在听音过程中,受到的生理声学和心理声学作用。针对人耳听觉中存在的各种效应问题,“影音新生活”特别整理编辑此文,以供大家参考。! [4 U3 f* U" \) l. b0 A
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▌ 频率域的主观感觉6 z8 U1 k9 E: h- |, q
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大家知道,声音是由振动产生的。所谓的声音频率,就是发声源的振动频率。大自然及人类可能制造出的声音,从1赫兹,到几十万赫兹,范围跨度极大,但并不是所有的声波振动,都是人耳能听到的。
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9 C5 t) M$ {' L& l/ P# l& h 频率是声音的物理特性,而音调则是频率的主观反映。一般,音调的高低与频率的高低一致。频率不变,强度的变化对音调稍有影响。强度增大时,低频率音调显得更低,而高频率音调显得更高。例如8192Hz的声音在100dB强度下所产生的音调要比80dB时高,而128Hz在100dB时所产生的音调要比70dB时低。
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▌ 时间域的主观感觉: \; i! l' |6 { O; l( f
3 w$ [/ G, V3 N& B 如果声音的时间长度超过大约300ms,那么声音的时间长度增减对听觉的阀值变化不起作用。对于音调的感受也与声音的时间长短有关。当声音持续的时间很短时,听不出音调来,只是听到“咔啦”一声。声音的持续时间加长,才能有音调的感受,只有声音持续数十毫秒以上时,感觉的音调才能稳定。
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时间域的另一个主观感觉特性是回声。
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7 g0 L, ^$ }# ^8 O" d3 C4 L▌ 空间域的主观感觉
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6 ^0 p) O' q5 X% q3 t 人用双耳听音比用单耳听音具有明显的优势,其灵敏度高、听阀低、对声源具有方向感,而且有比较强的抗干扰能力。在立体声条件下,用扬声器和用立体声耳机听音获得的空间感是不相同的,前者听到的声音似乎位于周围环境中,而后者听到的声音位置在头的内部,为了区别这两种空间感,将前者称为定向,后者称为定位。
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▌ 听觉的欧姆定律
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. @7 N" Z! W/ W5 G, ]+ e" H% y 有电学欧姆定律也有声学欧姆定律。著名物理学家乔治·西蒙·欧姆(1787年3月16日到1854年7月7日)发现了电学中的欧姆定律,同时他还发现了人耳听觉上的欧姆定律,声学定律是在1843年提出的,人耳可把复杂的声音分解成谐波分量,并按分音大小判断音色的理论。这一定律揭示:人耳的听觉只与声音中各分音的频率和强度有关,而与各分音之间的相位无关。根据这一定律,音响系统中的记录、重放等过程的控制可以不去考虑复杂声音中各分音的相位关系。- J/ O, G) [# l) e, R4 m; r4 z
, ?2 l, N# j8 e3 w: B 人耳是一个频率分析器,可以将复音中的各谐音分开,人耳对频率的分辨灵敏度很高,在这一点上人耳比眼睛的分辨度高,人眼无法看出白光中的各种彩色光分量。
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▌ 听觉的韦伯定律
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A) K+ x, x& Q0 R6 M$ D# L; { 韦伯定律表明了人耳听声音的主观感受量与客观刺激量的对数成正比关系。当声音较小,增大声波振幅时,人耳的主观感受音量增大量较大;当声音强度较大,增大相同的声波振幅时,人耳主观感受音量的增大量较小。
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根据人耳的上述听音特性,在设计音量控制电路时要求采用指数型电位器作为音量控制器,这样均匀旋转电位器转柄时,音量是线性增大的。
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0 {' J$ d4 ~7 N) g* M: k) Y* t& I▌ 掩蔽效应& z/ y2 ^4 a* N( V7 K4 S
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环境中的其他声音会使听音者对某一个声音的听力降低,这称之为掩蔽。当一个声音的强度远比另一个声音大,当大到一定程度而这两个声音同时存在时,人们只能听到响的那个声音存在,而觉察不到另一个声音存在。掩蔽量与掩蔽声的声压有关,掩蔽声的声压级增加,掩蔽量随之增大。另外,低频声的掩蔽范围大于高频声的掩蔽范围。: D& n1 I& i, D( X
4 R. ] ?* b8 L# k4 V0 w- A 人耳的这一听觉特性给设计降低噪声电路提供了重要启发。磁带放音中,有这样的听音体会,当音乐节目在连续变化且声音较大时,我们不会听到磁带的本底噪声,可当音乐节目结束(空白段磁带)时,便能感觉到磁带的“咝……”噪声存在。
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为了降低噪声对节目声音的影响,提出了信噪比(SN)的概念,即要求信号强度比噪声强度足够的大,这样听音便不会觉得有噪声的存在。一些降噪系统就是利用掩蔽效应的原理设计而成的。9 d% T }8 N$ d. P7 e
8 l0 K2 m5 J/ t2 x7 R2 e& d y▌ 匙孔效应% |: Y5 I' [1 Y5 p& G4 @
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单声道录放系统使用一只话筒录音,信号录在一条轨迹上,放音时使用一路放大器和一只扬声器,所以重放的声源是一个点声源,像通过钥匙孔听到声音,无声像群落感觉,声音贫乏无味、单薄肤浅,即使多只扬声器放音,由于都是没有差异的声音,声音不会有任何改善,借助于不同声源之间的音量差,听起来会略有纵深变化感觉。1 o& T. w2 o g
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▌ 双耳效应+ ] q9 u1 U9 l% n1 G& E8 h Q
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所谓双耳效应,是指人耳对于外界声音方位的辨别特性。比如在交响乐现场聆听,闭上双眼后,用两只耳朵仔细聆听,你会听出每一种乐器所处乐队的位置,弦乐器大概在前方,管乐器在中央,打击乐器在后方等等。通过双耳效应,我们可以清晰的辨别出每一种声音来自何方。
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双耳效应的基本原理是这样:如果声音来自听音者的正前方,此时由于声源到左、右耳的距离相等,从而声波到达左、右耳的时间差(相位差)、音色差为零,此时感受出声音来自听音者的正前方,而不是偏向某一侧。声音强弱不同时,可感受出声源与听音者之间的距离。 |
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