Click to edit Master title style,Edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,声学基础与常识,王传芳,/,声音三要素,声学三要素：音调,或者叫,音高,（对应频率）、,音色,（对应频谱）、,响度,（对应振幅）任何复杂的声音都可以用此三个属性来描述,音调：,人耳对于声音高低的感觉，称为音调音调主要与声音的频率有关，同时也与声压级和声音的持续时间有关音调会随着频率的增大而提高，但不是与频率成完全的线性关系音调的单位为“美”（,Mel），,定义40,dB1KHz,纯音的音调为1000美需要注意的是，影响音调的因素还有声音的声压级，以及声音的持续时间低频的纯音，声压级高的时候，要比声压级低的时候搞到音调变低；频率在1,KHz5KHz,之间的纯音，音调几乎与声压级无关；频率再高的纯音，声压级升高时，会感到音调变高复音,（是指由许多纯音组成的声音）的音调由复音中频率最低的声音决定，即由基音决定复音的声压级高低对于音调的影响要比纯音小很多当声音持续时间在,0.5s以下的时候，要比1s以上感到音调比较低。
持续时间再短，为10ms左右的时候，会使得听音人感觉不出它的音调，只能听到“咔咔”的声音要想使人耳能够明确感觉出音调所必须的声音持续时间，随声音的频率不同而不同频率低的声音要比频率高的声音需要更长的时间纯音的音调和频率的关系曲线,音色：,音色是指人们区别具有相同响度和音调的两个声音的主管感觉每个人都有自己的独有音色，不同的乐器进行演奏的时候，人们也能区分出它们各自的音色人在讲话的时候，乐器在演奏的时候，都是复音，是由基频与谐频组成的声音两个音调相同的声音，它们的基频是相同的，但是谐频的成分与大小可能不同，从而使人们感到其音色不同所以，,音色主要是由声音的频谱决定的,但是需要特别注意的是，音色还与声音的强度、持续时间以及时间过程有关声音三要素,响度：,人耳对于声音强弱的感觉，称为响度声音的响度主要与声压有关，声压越大，响度也就越大但是，响度与声压并不是成线性比例关系，而是大致与声压的指数成比例关系响度的这一听觉特性被称为“史蒂文指数定律”响度是个主观量，是声压的主观量，1kHz时的声压级定义为,响度级,，单位是“方”人耳对声音强弱的感觉不是一根线的，当,响度级每增加,10方时，我们人耳听到的响度加倍,。
人耳听觉特性的研究表明，,刺激量（声压）增加为指数方式，感觉量（响度级）增加为差数方式,这是耳膜的自动保护机制声压级,是一个物理量，并不完全能反映人对声音强弱的感受，而响度则是心理学中用于衡量衡量这种感受的心理量具体的定义可以参考维基百科：,Loudness响度级与声压级并非线性关系响度级的计算模型请参考：ISO/WD 532-1在ISO-532中描述了两种响度计算方法，两种方法都需要分带计算（将声音的不同频率成分分别考虑），第一种方法是Steven在1956年的论文The Mesurement of Loudness中提出的，是一种并不复杂的计算模型；第二种是Zwicker提出的，大概方法是分频带的查表计算除此之外，响度还与频率、波形、声音的持续时间相关响度的频率特性：,人耳对于不同频率声音的响度感觉是不同的也就是说，对于频率不同，而强度相同的声音，人耳会感觉到不同的响度为了说明人耳的响度感觉，定义了响度级响度级,用来表示响度的大小，其单位为,“方”（,phon）,，符号为,LN,定义一个声音的响度级在数值上等于和它同样响的,1KHz纯音的声压级由此，人们通常通过等响曲线来表示具有相同响度级的纯音声压级随频率变化的特性。
可以看到，在不同的频率条件下，响度相同的时候，需要的声压级是不一样的等响曲线中每条曲线显示不同频率的声压级不相同,但人耳感觉的响度相同由此可见（我的理解），响度级考虑的是折算人耳的频率特性后的声压级可以认为“方”与,dB的物理意义类似声音三要素,响度与持续时间的关系：,响度除了与声压级、频率等相关因素有关以外，还与声音的持续时间有关大量的测试结果表明：在,100ms200模式的持续时间以内，声音的响度随持续时间的增大而增大所以，从某种程度上说，听觉是由记忆功能的以一个57dB、2KHz的纯音测试响度级随着持续时间的变化特性，可以得到响度级和持续时间的关系，如右图所示当持续时间大于100ms的时候，响度级基本保持在60方；当持续时间小于100ms时，响度级随着持续时间以大约每10倍时间10方的斜率下降：当持续时间从100ms下降到10ms的时候，响度级大约从56方下降到46方其他频率信号测试结果也类似所以，当人耳听到一个短促的脉冲声时，如果强度不变，长度由1ms变为2ms，则听起来不是声音的长度变了，而是更响了因此，当人耳倾听频度超过一定值的一系列脉冲声时，并不能感觉到响度的不连续这一现象类似于视觉的停留现象。
声压级（,SPL）,声波通过空气传播时，由于振动会导致压强的改变，压强改变量是随时间变化的，实测声压就是压强该变量的有效值，单位是Pa或MPa声压就是大气压受到扰动后产生的变化，相当于在大气压强上的叠加一个扰动引起的压强变化由于声压的测量比较容易实现，通过声压的测量也可以间接求得质点速度等其它物理量，所以声学中常用这个物理量来描述声波表示声压大小的指标称为声压级（SPL，sound pressure level），用某声音的声压（p）与基本声压值（p0）之比的常用对数的20倍来表示，即20lgP/P0，单位为dB标准大气压,（,Standard atmospheric pressure）：1标准大气压=760mm汞柱=76cm汞柱=1.01325105Pa=1.01105 N/,如下是声压与声压级之间的换算表格，右边是声压与声压级之间的曲线关系声压,声压级响度级响度,为分析声压，响度级以及响度之间的关系，我们通过右上角表格数据绘制了如下曲线从分析的曲线可以看出，人耳所感受到的响度与物理意义的声压（帕）直接虽然是对数关系，但是其底,a没有达到10听觉的分辨力,听觉对于不同频率、不同声压级的信号，其分辨能力是不同的。
当这些信号连续或者不连续变化的时候，分辨阈又有所不同声压级变化存在两种形式，,连续变化,（信号连续，声压级连续变化，即幅度连续变化），,非连续变化,（两个不同声压级测试信号之间有短暂的时间间隔，,我的理解应该是指声压级的变化不是连续的,）声压级连续变化时的声压级变化分辨阈：,对于声压级连续变化的信号，声压级变化的分辨阈与声压级大小有关当声压级较小的时候，分辨阈较大；当声压级逐渐增大的时候，分辨阈会逐渐减小而且不同的声压级的声音，其声压级变化的分辨阈随频率的变化也会不同右图可以看到，当声压级在,50dB以上的时候，人耳能够分辨的最小声压级变化大约为1dB；当声压级小于40dB的时候，声压级变化需要达到1dB3dB才能察觉出来对于纯音信号，声压级较小的时候，分辨阈比较大，可以达到3dB7dB；当声压级较大的时候，分辨阈可以达到0.5dB我的理解：声压级是物理量声压的对数函数，当声压级小时，增加,1dB所导致实际物理量声压的增幅当然小于声压级大是所导致的绝对增量由此可见，人们对于声音强弱变化的察觉能力是有限的，相当多的人对同一个声音信号在其声音强弱变化的察觉能力是有限的相当多的人对同一个声音信号在其声压级突然变大或者变小量小于3dB时是察觉不出来的，只有那些经过专门训练的音乐工作者和录音师才能察觉出1dB2dB的声压级突变。
所以，在声频工程中常以3dB这个数值作为某些特性指标，比如频率特性不均匀度的上限而高质量的声频设备，则常用1dB2dB这个数值来衡量其质量听觉的分辨力,频率连续变化：,频率变化也有连续和非连续两种方式在进行非连续频率分辨阈的测量时，选用听觉较敏感的,4Hz调制频率下图显示的是响度级为60方，调制频率为4Hz时，频率分辨阈随频率变化的特性在频率低于500Hz的时候，分辨阈基本保持在3.6Hz当频率高于500Hz时，频率分辨阈几乎随着频率成正比例增大，比例系数为0.007频率非连续变化：,频率非连续变化的时候，分辨阈分布曲线与频率连续变化的曲线类似只是频率非连续变化的分辨阈小，约是连续分辨阈的,0.33倍即频率小于500Hz时，分辨阈为1Hz左右；频率大于500Hz时，分辨阈随频率正比例增大，比例系数约0.002声压级不连续变化：,声压级不连续变化的时候，听觉对于两个不同的声压级声音的分辨阈要小于声压级连续变化的情况下图反映的是,1KHz纯音在连续和非连续的情况下的分辨阈的对比曲线可以看到，连续变化的分辨阈基本上是非连续变化分辨阈的2.5倍左右声压级越大，频率越高，声压级不连续变化，这样就更容易被分辨。
A,加权（,A-,weighted,）,A,加权（,A-Weighted,）,是一种用于音频测量的标准权重曲线，用于反映人耳的响应特性声压电平源于,A,加权，用,dbA,表示，或称为,A,加权,dB,电平A,加权是广泛采用的噪声的单值评价指标，可以通过声级计测量得到由于噪声的测量要反映人耳引起的响度感觉大小，其次，需要充分考虑到人耳的听觉特性人的耳朵对于不同频段的声音变化敏感程度是不一样的，太高或者太低就越不敏感，就像一个,A,字，所以叫,A-Weighted,A,加权的标准是由美国标准协会在,20,世纪,40,年代制定，用于描述人耳对于不同频段声音变化敏感程度此外，还有,B,加权，,C,加权，,D,加权等等A,加权是模拟人耳对,40,方纯音的响应；,B,加权模拟的是人耳对,70,方纯音的响应；,C,加权模拟的是,100,方纯音的响应；,D,加权主要用于飞机噪声的评价一般规定,2455,方的噪声测量选择,A,加权；,5585,方的噪声测量选用,B,加权；对,85,方以上的噪声测量选用,C,加权在进行音频功率放大器的噪声测试的时候，一般采用的都是,A,加权后的数值可以从手册中看出，在进行输出噪声的电气参数描述的时候，一般会在备注栏写上,A-weighted,。
需要注意的是，虽然,A加权测量结果并不是非常令人满意，但是它作为一个传统的计量手段，一直得到广泛的应用下图是A、B、C、D四种加权的频率响应曲线如果想要知道一个音源或噪声声压级的大小，通常使用的工具是声级计其主要参数有：,Laeq：等效连续声压级表示的是测试一段时间内能量不均的声音信号，将其总能量平均分配到测试时间段内，得到的声压级Lamax：最大声压级是指在一段时间内测试到的最大的声压级Lamin：最小声压级是指在一段时间内测试到的最小的声压级Ln：累计百分声级表示大于某一声级的出现概率为N%比如：L5=70dB，则表示整个测量期间，噪声超过70dB的概率占了5%W：声功率表示单位时间内，声波通过垂直于传播方向某指定面积的声能量在噪声监测中，声功率是指声源总的声功率单位为W，一般不能直接测量，而是根据声压级进行换算常见的一些声源以及对应的声压级大致范围,（测试距离1m1.5m）,十二平均律,&八度音阶,律学研究的重点就是声波的频率，一般来说，人耳能听到的声波频率范围是,20HZ到20KHZ之间声波的频率越大，听起来就越“高”需要特别指出的是，人耳对于声波的频率是指数敏感的，也就是说人耳对音高的感觉主要取决于频率比，而不是频率差。
比如220Hz到440Hz的音差，与440Hz到880Hz的音差，一般人认为是一样大的音差换句话说，某一组声音，如果它们的频率是严格地按照1、2、4、8，即按2n的规律排列的话，它们听起来才是一个“等差音高序列”我们常用的音频频响曲线的横坐标使用对数刻度，而不用线性刻度，是。