第五节、人耳的听觉感知特性

《第五节、人耳的听觉感知特性》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第五节、人耳的听觉感知特性（47页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第五节、人耳的听觉感知特性 o由于人耳听觉系统非常复杂，迄今为止人 类对它的生理结构和听觉特性还不能从生 理解剖角度完全解释清楚。o所以，对人耳听觉特性的研究目前仅限于 心理声学和语言声学。o人耳对不同强度、不同频率声音的听觉范 围称为可听域。返回o在人耳的可听域范围内，声 音听觉心理的主观感受主要 有：o1、响度o2、音调o3、音色o4、掩蔽效应等听觉特性。人耳的听觉特性声音三要素o响度、音调、音色分别与声音的振幅、频 率、频谱分布特性 （包络形状）相对应，称为 声音的 “三要素”。o人耳的掩蔽效应是心理声学的基础，是感 知音频编码的理论依据。响度o（1）声压o（2）声压级o（3）响度o（4

2、）响度级o（5）等响度曲线o（6）听阈与痛阈声压o由声波引起的交变压强称为声压，一般用 表示，单位是帕 （）。o声压的大小反映了声音振动的强弱，同时 也决定了声波的幅度大小。o在一定时间内，瞬时声压对时间取均方根 值后称为有效声压。o用电子仪器测量得到的通常是有效声压， 人们习惯上讲的声压实际上也是有效声压 。o声压是一个重要的声学基本量，在实际工 作中经常会用到。o例如o混响时间是通过测量声压随时间的衰减来 求得的；o扬声器频响是扬声器辐射声压随频率的变 化；o声速则常常是利用声压随距离的变化 （驻波表）间接求得的。声压级o为什么引入声压级？o1、人耳有一个很奇怪的特点，其主观感 受的响度并

3、不正比于声压的绝对值，而是 大致正比于声压的对数值。o2、人耳能听到的最低声压210-5（ 听阈值）到人耳感觉到疼痛20（痛阈 值）的声压之间相差近万倍，因此 用声压的绝对值来表示声音的强弱显然也 是很不方便的。o基于以上两方面的原因，所以常用声压的 相对大小 （称声压级）来表示声压的强弱 。声压级用符号表示，单位是分贝 （），o可用下式计算：SPL20LgP/Pref （-）o 为声压有效值；Pref为参考声压，一般取 210-5，这个数值是人耳所能听到的 声音的最低声压，低于这一声压 ，人耳就无法觉察出声波的存在了。响度o人耳对声音强弱的主观感觉称为响度。o在客观的度量中，声音的强弱是由声

4、波的 振幅（声压）决定的。o声压越大则响度越大。当人们用较大的力 量敲鼓时，鼓膜振动的幅度大，发出的声 音响；轻轻敲鼓时，鼓膜振动的幅度小， 发出的声音弱。 o响度与声波的振幅并不完全一致。o响度不仅取决于振幅的大小，还取决于频 率的高低。o振幅越大，说明声压级越大，声音具有的 能量也越大，而响度则说明对听觉神经刺 激的程度。 注意o事实上：o即使在可听声的频率范围 （ ）内，对于声压级相同而频率不同的声音，人 们听起来也会感觉不一样响。o对强度相同的声音，人耳感受之间 频率的声音最响，超出此频率范围的声音，其响 度随频率的降低或上升将减小。o对于同一强度的声波，不同的人听到的效果并不 一致，

5、因而对响度的描述有很大的主观性。 o响度的单位是宋 （）。o国际上规定，频率为的纯音在声压级为 时的响度为宋 （）。o大量统计表表明，一般人耳对声压的变化感觉是 ，声压级每增加，响度增加倍，因此 响度与声压级有如下关系：o 为响度 （单位为），为声 压级 （单位为）。2宋比1宋响1倍，3宋比1宋响2倍响度级o人耳对声音强弱的主观感觉还可以用响度 级来表示。o响度级表示的是某响度与基准响度比值的 对数值，单位为方 （）。o规定纯音声压级的分贝数定义为 响度级的数值。o纯音的声压级为时，响度级定为 ；o声压级为时，响度级定为， 响度为。o当其他频率的声音响度与纯音响度相同时 ，则把的响度级当作该频

6、率的响度级。o从响度及响度级的定义中可知，响度级每增加 ，响度增加倍。例如:等响度曲线o由于响度是指人耳对声音强弱的一种主观 感受，因此，当听到其他任何频率的纯音 同声压级为 的的纯音 一样响时，虽然其他频率的声压级不是 ，但也定义为。o这种利用与基准音比较的实验方法，测得 一组一般人对不同频率的纯音感觉一样响 的响度级与频率及声压级之间的关系曲线 ，称为等响度曲线。-等响曲线 人耳听觉的等响度曲线图 曲线中每一条等响度曲线对应一个固定的响度级值，即纯音对应的声压级值。等响度曲线具有的性质o）两个声音的响度级相同，但强度不一 定相同，它们与频率有关。o）声压级越高，等响度曲线越趋于平坦 ；声压

7、级不同，等响度曲线有较大差异， 特别是在低频段。o）人耳对范围内的声音响 度感觉最灵敏。听阈与痛阈o响度是听觉的基础。人耳对于声音细节的 分辨与响度直接有关：只有在响度适中时 ，人耳辨音才最灵敏。o正常人听觉的声压级范围为2 。超出人耳的可听频率范围的声音，即 使声压级再大，人耳也听不到声音。听阈o在人耳的可听频率范围内，若声音弱到一 定程度，人耳同样是听不到的。o当声音减弱到人耳刚刚可以听见时，此时 的声音强度称为最小可听阈值，简称为 “听阈”。一般以纯音为准进行 测量，人耳刚能听到的声压级为（ 通常大于.即有感受）。 o等响曲线中最下面的一条 （虚线）描述 的是最小可听阈值。 痛阈o而当声

8、音增强到使人耳感到疼痛时，这个 听觉阈值称为 “痛阈”。仍以 纯音为准来进行测量，使人耳感到疼痛时 的声压级约达到2左右。o实验表明，听阈和痛阈是随声压级、频率 变化的。听阈和痛阈随频率变化的等响度 曲线之间的区域就是人耳的听觉范围。o小于听阈和大于2痛阈时为不可听 声，即使是人耳最敏感频率范围的声音，人耳也 觉察不到。o人耳对不同频率的声音听阈和痛阈不一样，灵敏 度也不一样。人耳的痛阈受频率的影响不大，而 听阈随频率变化相当剧烈。人耳对 声音最敏感，幅度很小的声音信号都能被人耳听 到；而在低频区 （如小于）和高频区 （如大于），人耳对声音的灵敏度要低 得多。o响度级较小时，高、低频声音灵敏度

9、降低 较明显，而低频段比高频段灵敏度降低更 加剧烈，一般应特别重视加强低频音量。o通常语音声压级以 为宜，o频率范围较宽的音乐声压级以 最佳。音调o音调也称音高，表示人耳对声音调子高低 的主观感受。o客观上音高大小主要取决于声音基波频率 的高低，基波频率高则音调高，反之则声 音显得低沉。o频率的单位用赫兹 （）表示。主观感 觉的音调单位是 “美 （）”。 o频率为、声压级为的纯 音所产生的音调就定义为。 与 是表示音调的两个不同概念而又 有联系的单位。o音调大体上与频率的对数成正比，目前世 界上通用的平分律等程音阶就是按照 基波频率的对数值取等分而确定的。o声音的基频每增加一个倍频程，音乐上就

10、 称为提高一个 “八度音”。 o除了频率之外，音调还与声音的响度及波 形有关。o当声压级很大，引起耳膜振动过大，出现 谐波分量时，也会使人们感觉到音调产生 了一定的变化。 音色o音色是人耳对各种频率、各种强度的声波 的综合反应。用音色表征声音的频率成分 的组成。o与频谱相对应的一个主观感觉音色。o音色一般被定义为，人们在主观感觉上借 以区别具有同样响度和音调的两个声音的 特性。o在听胡琴和扬琴等乐器同奏一个曲子时，虽然它 们的音调相同，但人们却能把它们的声音区别开 来。这是因为，各种乐器的发音材料和结构不同 ，它们发出同一个音调的声音（也即基本频率相同的声音） 时，振动情况是不同的。o我们每个

11、人的声带和口腔形状不完全一样，因此 ，说起话来也各有自己的特色，使别人听到后能 够分辨出谁在讲话。 例如：o音色主要是由声音的频谱结构决定的。o各种发声物体或乐器在发出同一音调的声 音时，所发出的声音之所以不同，就在于 虽然基波相同，但谐波的多少不同，并且 各次谐波的幅度各异，因而具有各自的声 音特色。 o声音的频率成分 （谐波数目）越多，音 色便越丰富，听起来声音就越宽广、感人 肺腑、扣人心弦、娓娓动听。o如果声音中的频率成分很少，甚至是单一 频率，音色则很单调乏味、平淡无奇。 o如果声音经传输后频谱有了变化，则重放 出的声音音色就会改变。o为了使声音逼真，必须尽量保持原来的音 色。o声音中

12、某些频率成分过分被放大或压缩都 会改变音色，从而造成失真。o在语音传输系统中，最重要的是保持良好 的清晰度。o适当减少一些低音和增加一些中音成分， 特别是鼻音或喉音很重的人，改变低频部 分的音色，有利于改善语音清晰度。o表征声音的其他物理特性还有时值，又称 音长。o它是由振动持续时间的长短决定的，具有 明显的相对性。o一个音只有包含在比它更短的音的旋律中 才会显得长。o音长的变化导致旋律的行进，或平缓、均 匀，或跳跃、颠簸，以表达不同的情感。 o人耳的听觉特性并非完全线性。声音传到 人的耳内经处理后，除了基音外，还会产 生各种谐音及它们的 “和”音和 “差” 音，并不是所有这些成分都能被感觉。

13、o人耳对声音具有接收功能、选择功能、分 析功能和判断响度、判断音调和判断音色 的功能。 4、人耳的掩蔽效应o一个较弱的声音 （被掩蔽音）的听觉感受被另 一个较强的声音 （掩蔽音）影响的现象称为 人耳的听觉 “掩蔽效应”。绝对听阈o被掩蔽音单独存在时的听阈分贝值，或者 说在安静环境中能被人耳听到的纯音的最 小值称为绝对听阈。o实验表明，绝对听阈值最小 ，即人耳对它的微弱声音最敏感；而在低 频和高频区绝对听阈值要大得多。o在范围内听阈随频 率变化最不显著，即在这个范围内语言的 可懂度最高。掩蔽听阈、掩蔽量 o在掩蔽情况下，提高被掩蔽弱音的强 度，使人耳能够听见时的听阈称为掩 蔽听阈 （或称掩蔽门限

14、），被掩蔽 弱音必须提高的分贝值称为掩蔽量 （或称阈移）。o例如：当两人正在马路边谈话时，一辆汽 车从他们身旁疾驰而过，此时，双方均听 不到对方正在说些什么，原因是相互间的 谈话声被汽车发出的噪声所掩盖，也就是 弱声音信号被强声音信号掩蔽掉了。（）掩蔽效应结论）纯音间的掩蔽：o对处于中等强度时的纯音最有效的掩蔽是 出现在它的频率附近。o低频的纯音可以有效地掩蔽高频的纯音， 而反过来则作用很小。）噪声对纯音的掩蔽：o噪声是由多种纯音组成，具有无限宽的频谱。o若掩蔽音为宽带噪声，被掩蔽音为纯音，则它产生 的掩蔽门限在低频段一般高于噪声功率谱密度 ，且较平坦；当频率超过时，大约 每倍频程增大。o若掩

15、蔽音为窄带噪声，被掩蔽音为纯音，则情况较 复杂。其中位于被掩蔽音附近的由纯音分量组成的 窄带噪声即临界频带的掩蔽作用最明显。 临界频带o所谓临界频带是指当某个纯音被以它为中 心频率、且具有一定带宽的连续噪声所掩 蔽时，如果该纯音刚好能被听到时的功率 等于这一频带内噪声的功率，那么这一带 宽称为临界频带宽度。 （）掩蔽类型o人耳的听觉掩蔽效应是一个较为复杂的心 理声学和生理声学现象，主要表现为频域 掩蔽效应和时域掩蔽效应。o）频域掩蔽。o）时域掩蔽。频域掩蔽o所谓频域掩蔽是指掩蔽音与被掩蔽音同时 作用时发生掩蔽效应，又称同时掩蔽。o掩蔽音在掩蔽效应发生期间一直起作用， 是一种较强的掩蔽效应。o频域中的一个强音会掩蔽与之同时发声的 频率相近的弱音，弱音离强音越近，越容 易被掩蔽；o例如：频率在300附近、声压级约为60的声 音可掩蔽掉频率在150附近、声压级约为40 的声音，也可掩蔽掉频率在400附近、声压级约 为 30 的声音。o又如，同时发出两个不同频率的声音，一个是声压级 为、频率为1000的纯音，另一个是100 的纯音，前者的声压