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1、01声音与人耳听觉本章要点1.理解频率、声压级、频谱等声音物理属性的含义2.了解声音的分类，并能够从听感上分辨3.了解人对声音的主观感受与客观参量之间的关系1.1 声音的物理特性01声音与人耳听觉由于声音是由声源的振动引起的，因此声音的频率是指声源每秒钟的振动次数，用符号f表示，单位是赫兹（Hz）。振动体每振动一次，即完成一次往复运动所需要的时间称为周期，用符号T表示，单位是秒(s)。频率不同频率声源的振动曲线1.1 声音的物理特性01声音与人耳听觉声压的产生是由于物体的振动引起空气疏密相间的变化，使压强在原来大气压附近上下变化，相当于在原来的大气压强上叠加了一个变化的压强，这个叠加上去的压强
2、就叫做声压，用符号p表示，单位为帕（Pa）或微巴(ubar)。物体的振幅越大，声压则越大。声压、声压级1.1 声音的物理特性01声音与人耳听觉声波的声压级在不同频率上的分布称为频谱。频谱分为离散谱和连续谱。频谱钢琴的频谱（离散谱）空气压缩机的频谱（连续谱）1.2 声音的分类01声音与人耳听觉按照声源类型和发声目的，可以将声音分成：语言声(speechsound)人交谈时发出的声音音乐声(musicsound)乐器（包括人唱歌）发出的声音环境声(environmentalsound)由大自然产生或现实生活中的物体发出的声音语言声、音乐声、环境声不同类型声音的频率和声压级范围1.2 声音的分类01
3、声音与人耳听觉乐音由乐器或人发出的有固定音高的声音，部分语言声也具有乐音性质。发出乐音的物体，振动是有规律的。噪音从心理角度来说，凡是妨碍人们学习、工作和休息并使人产生不舒适感觉的声音都可称为噪音，如敲打声、汽车，机器轰鸣声等。从物理角度来说，噪音由许多频率、强度和相位不同的声音无规律性地组合在一起形成，其特点为非周期性的振动，听起来感到刺耳，听不出音调。乐音与噪音1.2 声音的分类01声音与人耳听觉按照声音频率成分的不同，声音还可以分为纯音和复音。纯音音是含单一频率，同时声压随时间按正弦函数规律变化的声波。复音由频率不同、振幅不同和相位不同的正弦波叠加形成的，它也是种周期性的振动波。纯音和复
4、音1.3 人耳听觉生理01声音与人耳听觉人耳的生理构造决定了人耳感知声音的特性。人耳分为外耳、中耳、内耳这三部分。人耳的生理构造人耳的构造1.4 人耳的听觉心理01声音与人耳听觉人耳的听觉心理包括人耳对声音的主观感受以及人耳感知的特性。人对声音的基本主观感受包括音高、响度、音色和时长。人耳的感知特性人对感知声音时的一些现象，包括掩蔽效应、双耳效应、哈斯效应、鸡尾酒会效应等。人耳的听觉心理1.4 人耳的听觉心理01声音与人耳听觉1.人耳可听的频率范围是多少？频率与音高有什么样的关系？2.声压与声压级的关系如何？声压增加一倍，声压级提高几分贝？3.乐音与噪音从物理属性上的区别是什么？4.粉红噪声的
5、名称由来是什么？它与白噪声有何区别？5.请根据人耳的构造说明人耳为什么对3KHz4KHz的声音最敏感？思考题02音高感知与频谱均衡本章要点1.熟记频段的划分频率2.识别纯音频率、窄带噪声中心频率3.辨别纯音频率变化4.常用的均衡器类型5.不同均衡器的效果听辨6.不同频段均衡的听辨2.1 音高感知的基本概念02音高感知与频谱均衡音高也称音调，其单位是“美”（Mel），其定义为1kHz纯音的音高在听阈上40dB为1000Mel。以此作为音高的标准来测量其它纯音音高对应的频率值。人耳可听的频率范围是20Hz20kHz，但由于每个人的生理结构的不同，感知到的频率范围也不尽相同。音高线性坐标尺度下音调和
6、频率的关系图2.1 音高感知的基本概念02音高感知与频谱均衡频带、频程和频段式中，n为倍频程数，可以是分数或者整数。若n=1即2=21，则称其频带宽为倍频带或者倍频程(oct)，若n=1/3，即2=21/31，称频带为1/3倍频程。20Hz-20kHz整个可听声频带可分成10个倍频程频带，多个频带就构成不同的频段。其中1-4倍频带构成了低频段，5-7频带构成了中频段，8-10频带构成了高频段。2.1 音高感知的基本概念02音高感知与频谱均衡乐音是由基频以及和这个基频呈整数倍关系的谐频构成。乐音的基频决定了乐音的音高。乐音体系中各音按照由高到低的顺序排列，就构成了音列。乐音体系中每一个音都有固定
7、的音高，为了区分相同音级名称而不同音高的乐音，将乐音体系分成了不同的音组。乐音音高与频率音区和音组2.3 频谱的畸变与均衡02音高感知与频谱均衡对声音进行录制及后期缩混时，影响频谱变化的因素众多。总结来看，主要影响因素包括:传声器的选择与摆位均衡器处理声频传输通路影响频谱的因素2.3 频谱的畸变与均衡02音高感知与频谱均衡均衡器是录音师用于改变声音频谱特性最为主要的设备。按照均衡曲线形式的不同，可以划分成:高、低通滤波器陷波器搁架式均衡器峰值均衡器不同均衡器的原理虽然相近，但在应用领域和功能性上还略有差异。不同类型的均衡器2.3 频谱的畸变与均衡02音高感知与频谱均衡不同类型的均衡器 高、低通
8、滤波器，陷波器 （3）陷波器高通滤波器低通滤波器陷波器2.3 频谱的畸变与均衡02音高感知与频谱均衡不同类型的均衡器 搁架式均衡器、峰形均衡器 搁架式均衡峰形均衡器三个变量的特性2.3 频谱的畸变与均衡02音高感知与频谱均衡不同类型的均衡器 图示均衡器、参量均衡器图示均衡器参量均衡器2.3 频谱的畸变与均衡02音高感知与频谱均衡l倍频程1：中心频率为31.25Hz，频带从2040Hz该频段是超低音区，基本上属于感觉区而非听觉区，几乎不含有音乐成分，仅有底鼓和倍大提琴能够下潜到该频段，部分扬声器箱无法重放该乐段的声音。l倍频程2：中心频率为63Hz，频带从4080Hz该频段是下低频音区，是音乐信
9、号的下限，包含低音乐器的部分基频成分，例如大提琴、倍大提琴、底鼓和贝司，电源的交流噪声也存在于该频段，大多数扬声器箱都可以重放该频段信号。l倍频程3：中心频率为125Hz，频带从80160Hz该频段是上低频音区，包含鼓套件和贝司等低频乐器的主要基频段，是音乐低频冲击感和厚重感的主要表现乐段。不同频段对音质的影响2.3 频谱的畸变与均衡02音高感知与频谱均衡l倍频程4：中心频率为250Hz，频带从160320Hz该频段是低音区与中音区的过渡音区，属于乐音的次中音倍频程，包含多数中低音乐器的基频段，是音质丰满度的表现频段。过多提升该频段会使声音有浑浊的感觉，清晰度降低，缺少该频段则会使声音变得单薄
10、。l倍频程5：中心频率为500Hz，频带从320640Hz该频段是中低音区，包含多数乐器的基频及较低谐波信号，是音乐力度和丰满度的主要表现频段。l倍频程6：中心频率为1kHz，频带从6401280Hz该频段是中音区，包含部分高音乐器的基频成分。对于一些低音乐器而言，会出现其高次谐波成分和识别频点，是大多数乐器的中心频段。不同频段对音质的影响2.3 频谱的畸变与均衡02音高感知与频谱均衡l倍频程7：中心频率为2kHz，频带从12802560Hz该频段属于中高音区，幻象声像的识别频段，影响声音的响度、清晰度和力度。很多乐器的主要谐波成分都位于该频段，并且是某些乐器音色表现力的频段。l倍频程8：中心
11、频率为4kHz，频带从25605120Hz从该频段开始进入高音区，是很多乐器的涵盖频率的上限，影响音色的明亮度，是人耳最敏感的频段，也是影响语言可懂度的频段。l倍频程9：中心频率为8kHz，频带从512010240Hz该频段可表现金属般的明亮度，也称为辉煌的，壮丽的音色，金属咝咝声所在的频段，主要包含高频的打击乐器，例如铙钹，军鼓的高频区，金属弦吉他。l倍频程10：中心频率为16kHz，频带从1024020480Hz该频段属于超高频区，是声音的上限，表现声音的空气感，嘶嘶声，仅有个别高频乐器能扩展到该频段，例如吊镲和花腔女高音。不同频段对音质的影响2 思考题02音高感知与频谱均衡什么是频率差别
12、阈限？哪个频段人耳的频率差别阈限最低？250Hz属于哪个频段？1000Hz属于哪个频段？影响声音频谱改变的因素有哪些？阐述常见的均衡器类型。思考题03响度感知与动态控制本章要点1.理解等响曲线及掩蔽效应2.辨别纯音响度的变化3.感知纯音、语音和音乐声压级变化的分贝数4.声音动态控制的听辨5.失真信号的类型及听辨6.噪声信号的类型及听辨3.1 响度感知的基本概念03响度感知和动态控制响度是人耳对声音强弱的主观感受，用符号N表示，单位是宋（Sone），将1kHz纯音在40dB下的主观感受为1Sone。响度纯音等响曲线1933年，佛来彻（Fletcher）和蒙森（Munson）首先通过将不同频率的声
13、音在与标准音（1kHz）比较响度，得到响度相等时各频率的声压级，即为等响曲线。国际标准化组织(ISO)在1961年制定了等响曲线的国际标准，如图所示。等响曲线表示了响度级、声压级、与频率三者之间的关系，反映了人耳对各频率的灵敏度。3.1 响度感知的基本概念03响度感知和动态控制响度绝对阈限是指刚刚能引起听觉所需的最小声音刺激强度，即听阈。痛阈是指听觉系统能够接受的声音刺激的上限，不引起疼痛的最大声强或声压。人耳响度的绝对阈限和差别阈限人耳的听阈和痛阈3.1 响度感知的基本概念03响度感知和动态控制声音掩蔽效应是人耳听觉的一种重要现象，它是指一个声音的听阈由于另一个声音的存在而提高的听觉心理感知
14、现象。听觉掩蔽效应掩蔽阈与掩蔽量同时掩蔽和异时掩蔽3.1 响度感知的基本概念03响度感知和动态控制根据掩蔽声与被掩蔽声的种类不同，听觉掩蔽效应的类型可以分为以下四种：听觉掩蔽效应的不同类型纯音掩蔽纯音（tonemasktone，TMT）噪声掩蔽纯音（noisemasktone，NMT）纯音掩蔽噪声（tonemasknoise，TMN）噪声掩蔽噪声（noisemasknoise，NMN）3.3 声音的动态控制03响度感知和动态控制 声音信号的动态范围与声音的强度变化有关，而在声频系统中表征声音强度的计量值有多种。我们应先将不同的计量值搞清楚，再引入动态范围的概念。在声学测量和电声学测量中，为了在
15、计量声音信号强度时能充分反映出声音信号的波形特点，通常使用5种计量值来表示声音信号声压和电压的强度：声音信号的动态范围峰值有效值整流平均值准峰值准平均值动态范围与信号噪声比的区别 3.3 声音的动态控制03响度感知和动态控制压缩器是一个单位增益的自动电平控制器，由输入信号的幅度决定增益，从而起到压缩动态范围的目的。压缩器常用的工作参数包括：压缩门限启动时间恢复时间压缩比输出增益。压缩器压缩器原理图3.3 声音的动态控制03响度感知和动态控制扩展器是与压缩处理相反的动态处理设备，主要表现为输入信号降低时，输出信号增益也随之降低，对视为噪声的低电平信号进行抑制。噪声门就是典型的扩展器。与压缩器一样
16、，扩展器也有扩展比、扩展门限、建立时间和恢复时间等参量，除此之外它还有增益下降幅度和保持时间等参量。扩展器扩展器原理图3.4 失真与噪声03响度感知和动态控制在大多数声频系统中，输出信号通常不同于输入信号，因为在传输过程中引入了失真。常见的失真有：非线性失真降采样率误差失真量化误差失真抖动失真感知编码失真梳状滤波效应信号失真3.4 失真与噪声03响度感知和动态控制尽管有些作曲家会有意识将噪声作为一种艺术效果来运用，但我们将要讨论一些会对录音制品的质量产生负面影响的噪声类型。不正确的接地和屏蔽，外界声音的干扰，射频干扰，供暖、通风和空调噪声等因素都会产生许多噪声。通常噪声电平尽管低但却可闻，因此它不会对仪表造成明显的触发。常见的噪声有：卡嗒声喷口气流声哼鸣声外界声音噪声3 思考题03响度感知和动态控制等响曲线说明了哪些问题？什么是掩蔽效应？纯音掩蔽纯音有哪些规律？常见的音频失真信号有哪些？阐述产生这些失真信号的原因。常见的噪声有哪些？是由什么原因造成的？思考题04音色感知与音质变化本章要点1.乐器的声学构成2.弦鸣乐器音色听辨3.气鸣乐器音色听辨4.膜鸣乐器音色听辨5.体鸣乐器音色听辨4
