音响的客观量与主观量

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音响的客观量与主观量


毫无疑问，声音的产生和传播是含有具体物理量的，但是当人耳感受声音时，其感受过程和方式则以生理、心理量为主。
我们知道，音响的客观量是主观量的依据和前提，人对外界声音的感觉量，同声音的刺激量成幂数定律关系，而且在合理的误差范围内可找出规律。这种关系不仅适用于听觉，并适用于视觉、嗅觉和触觉等。但是听觉感觉又仅仅是个声音收集问题，它还涉及到大脑皮质对外界声信号的分析、综合、处理、储存、反馈等一系列生理、心理机制过程。


因此编辑此文，为大家详细解读音高、音强、音色、音长和声源方位感等具体问题，同时也将阐述声音的客观量与主观感觉量之间的不平衡状况，为大家在以后的实践工作提供参考和帮助。



一、音高感觉
音高是频率的属性。总的感觉规律是：振动数每增加一倍，音高感觉亦随之翻高一倍（八度音程）。对于一个听力正常的人来说，高音感到尖锐紧张，中音感到厚实明亮，低音感到低沉松弛。当声音的高度靠近高频限阈（声频最高音）时，声音感到越来越纤细，飘忽不定，直至听不见；当声音向低频限阈（声频最低音）靠近时，声音感到越来越虚弱，若隐若现，无法确定其具体音高，直至听不到声音。



从总体看，人耳的频率感觉界限最高音是24kHZ，最低音是10HZ。但各人生理条件不同，声频界限亦不同。例如许多儿童可以听到30kHz的高频音，有的人则可以听见5HZ的低频。还有个十分重要的事实，即人们随着年龄的增加，声频范围会发生变化，一般规律是：绝大多数人自 30岁开始，听觉逐渐老化衰退，先从高频感觉界限下跌。当然也有例外，有的人七八十岁听力仍相当灵敏，声频下跌甚小，但毕竟是个别例子。



人的听觉器官对音高感觉形成两种标准：一种是相对标准，另一种是绝对标准。

相对高度标准
听觉器官对声音高度的感觉，是先天形成的生理机能，只要是听力正常的人，无需经过训练就会产生这种感觉。对于大多数人来说，声音的高度感是一个相对的概念，人们在评价声音的高度时，很少对声音的准确高度（频率数）发生兴趣，而仅仅注意声音的相对高度。譬如我们有时说：“某人说话的腔调比别人高”，这种说法实际上是把人的言语的常规音域作为衡量音高的标准。又譬如说：“牛的叫声真低沉”，这是把许多动物的不同叫声相比较后得出的相对标准。
在音高感觉上，存在着主观评价差异的现象。例如人在儿童时代觉得自己父亲的声音很低沉，等到自己长大成人后，觉得父亲的声音并不低沉；又如男人们会觉得某一女人的声音很尖，但是女人们并不同感。这些现象反映出人们音高标准的相对性。同时也反映了音高的客观量同主观量的相对性。



绝对高度标准
人耳在辨别声音高度时同某个音高刻度相联系，称为听觉的绝对高度标准。例如调音师为钢琴调音，乐手根据国际标准音高度对音，歌唱家、演秦家的演唱演秦，机械师凭借耳朵来判断机器转动，音乐欣赏等等，都属于绝对高度标准的具体运用。

听觉器官绝对高度标准的建立，是后天性的，经验性的，可训练的。一个从未接触过音乐的人，脑子里不可能存在乐音的音高概念，无从掌握和辨认十二平均律的调性调式关系。但是一个自幼接受严格训练的人，却能辨别出2000HZ与2001HZ之间的微小差别。这当然是极个别的例子，然而也说明人耳在经过训练之后，音高辨别能力可以得到极大的提局。



对于大多数音乐家来说，在500〜4000Hz的范围内，振频相差0.03%即可产生音高变化感，经过训练的乐手和歌唱家，可以准确地奏（唱）出十二平均律八度内各种音程的跳动，说明了人类听觉器官对音高记忆的可塑性。在500〜4000Hz以外的声频，如果声音强度发生较大变化时，音高辨别会出现误差，5000Hz的高音若增加音量，会产生5010Hz的感觉；400Hz的声音若增加音量，会产生390Hz的感觉。有专家认为，这种高音向高，低音向低偏差感，是以1000Hz为界渐渐形成的，只是到了高频音和500Hz以下的低频才较明显。到底什么原因造成这种偏差，目前尚不明了。

二、音强感觉
音强是振幅的属性
音强感是耳蜗功能之一。当声波刺激耳蜗时，基底膜上并非一个毛细胞发生共振，而是一组纤维同时振动，随着声音强度的不同，基底膜上相应部分的振幅并不同，诱发出的脉冲电流的强度也不同，大脑皮质根据电流的强度而产生声音的强弱感觉。



声强的客观量与主观量
如前所述，人耳对外界声音的感觉量，同声音的刺激量成幂数关系。也就是说，一个声音比另一个声音响十倍，就叫做强l0dB。强度的10次幂项每增加1次，声强级就再增加10dB。一个声音是另一个声音响度的一千倍，则强30dB； —个声音强达十万倍，就是大50dB；如此类推。
对于一个具有正常听力的人来说，近似0dB是最微弱的声音感觉；3dB的强度变化，是所能感觉到的响度最小变化；对于60〜80dB的响度，是城市居民日常接触的声场；130dB是痛阈。

听觉的频率特性
实验证明，人耳对两个同强度而不同频率的声音，会产生响度不同的感觉。听觉器官在不同频率的声音刺激时，其闻阈起点是不同的，它反映了耳蜗基底膜频率响应的不均衡性。



声强级高时，等响度曲线比较平坦；声强级低时，等响度曲线上各频率声音响度相差很大，也就是说，低音和高音必须比中音区声强级大些，才能得到同样响度的声音感觉。了解到上述情况意义十分重大。因为立体声音响技术、电子音响合成技术、音乐演奏等诸方面均直接涉及人耳的频率响应问题。

音强适应
耳锅基底膜受到声刺激后，与之相对应的一组毛细胞随之共振并发出电脉冲，当刺激延续下去时，神经细胞遂渐表现迟钝，诱发的电脉冲强度减弱。这种刺激适应现象不仅存在于听觉，也存在于视觉和嗅觉、触觉。韦佛(E. G. Wever)实验表明，对低和中等强度（10〜40dB)的声音刺激，响度闻阈提高得较为缓慢，而对高强度(82dB)的声音刺激的适应，则前10秒钟响度限阈有急剧的的上升，10秒钟之后上升的速度比较缓慢。



音强适应现象可以解释：为什么在同等音量对比时，强音连接弱音和弱音连接强音两者的感觉会不一样。比如在交响乐队演奏时，由强烈的全奏变为一种乐器的独奏，声强比可能是100:1 ，但听觉并不感到有这样的音量悬殊；相反地，如果由独奏开始，突然爆发出强烈的全奏，声强比可能是1:100，但听觉上会感到音量比的倍数还要大。

信噪比
人耳对音强辨认的灵敏度同听音环境十分密切。同一个音强度的声音，在宁静的环境中会显得较强，在嗜杂的环境中却显得较弱。我们都有这种经验，每当夜深人静时，许多平时不为我们听闻的音响（如闹钟的塔声，自来水龙头滴水声甚至自己身体的脉博声等）都显得格外清晰。造成这种现象的原因，是因为在有噪声存在的声场中，声波互相干扰，主要声信号同噪声信号发生冲突。降低噪声的强度以后，主要声信号自然显露出来。


人耳灵敏度曲线

声场中的主要声信号同噪声信号之间的比例，称为信噪比。毫无疑问，在声场中，主要声信号所占比例越大，听觉灵敏度就越高，反之亦然。

听觉疲劳
听见疲劳，是指听觉器官因暴露在强声下而产生的短期的或长期的听觉机能障碍，造成闻阈上升，高频听力突然下降或耳鸣等症状。听觉疲劳既是生理性的，又是心理性的。
日常生活中的各种声音的强度为：耳语10〜12dB，普通谈话40dB，高声说话60dB,大声吵架亦不过80dB左右，地铁噪声为75〜80dB，交响乐队ff全奏80〜85dB，这些声音强度并不影响听觉正常听力。如果听觉器官暴露在80〜90dB的强声下30分钟，移去强声后听者会有5〜15dB的暂时性（约十分钟）的听力损失。强度90〜95dB的突发声，即使时程短于0. 05秒，也会造成听觉0.4秒的暂时失聪。如果过程经年累月地反复进行，听觉细胞将发生器质性的变性，逐渐变成职业性听觉障碍或发生耳鸣现象，甚至耳聋。



单耳聆听与双耳聆听在强度感觉上的区别
一个有趣的现象：人的视觉与听觉在强度感觉上有极大的差异。人在看东西时，在外界相同的光线强度时，用一只眼睛看或两只眼睛看，会感觉到光线强度是一样的；当人在听声音时，在外界声强度相同的情况下，用一只耳朵聆听与用双耳聆听比较，声音强度的感觉则大不一样。其基本规律是：双耳聆听是单耳聆听强度感觉的加倍。这种现象在运用立体声耳机聆听音乐节目时表现最为明显。

三、音长感觉
音长是振动时程的属性
当声波刺激耳蜗基底膜时，基底膜毛细胞即产生共振，脉冲电流极短的时间内向大脑听觉区发出信号；当声波停止刺激基底膜，毛细胞随即停止运动。这个过程也就是人耳感觉到声音长短的过程。音长感觉容易理解，无需作更多的解释。不过人耳对音长感觉的一些特殊因素，往往被一般人所忽略。
人耳可以听出靠近0dB的声强度，说明人耳对声音感觉有极高的灵敏度。但是人耳不是万能的，它无法分辨出时程短于10毫秒的声音变化。也就是说，一个人音如果在时值上小于1/10秒，那么人耳只能大概地听出其高度和强度，无法感觉出它在音色、音高、音强上的变化。同样地，如果两个声音之间的空隙小于1/100秒，那么两个声音将连成一片。

回声效应
由于耳壳回凹凸不平，声波反射造成一种比直达声少量延时的重复声。此外，当耳蜗基底膜受声刺激后向大脑发送脉冲电流之后，延时约3〜20ms (毫秒）有声能自内耳向外耳道发出，形成声反馈现象。上面这两种情况，构成回声效应。


回声效应延时曲线

回声效应使人耳对声音时值的感觉比原发声稍长，长多少视频率的不同和个人生理情况而定。一般情况下，在1000HZ时，回声的延时量约为16ms，在这个基础上，每翻高一个八度延时量约减少1.2ms，每降低一个八度延时量约增加1ms。根据回声效应，当两个频率、力度、首色相近的声音对接时，如果断口的时值不超过10ms那么这两个声音听起来是一个延续的声音。当高频声的断口时值超过16ms ，低频超过22ms ，则会感到两个声音之间的断口存在。

梳状效应
由于耳壳的形状，声波反射产生直达声与重复声之间的相位差。当直达声与重复声迭加时，通常在高频段出现相位干涉（声波抵消）现象，因而使得听觉对一些本来是长时值的平直音，实际上都变成具有一定间隔（间隔状况根据各人耳壳结构而异）的频响跌落。这种跌落曲线好象一把倒放的梳子，而称为梳状效应。


梳状效应曲线示意

梳状效应是一种生理现象，每个人都有自己特殊的梳状曲线。通常情况下，我们感觉不到频响的微小跌落，但在某些情况下（如使用不合理的耳机），梳状曲线会发生变化，人耳会清楚地感觉出来。梳状效应又是人耳声源的依据之一。

四、音色感觉
音色感觉是人类听觉器官最为神奇的功能。据统计，如果一个人活到八十岁，那么他（她）一生中可能听到并分辨出一亿个不同的音色。而且可以记住其中的一百万个不同的音色特点。实际上，人耳对音色的分辨能力是无限的。这是人类优于其它动物的特征之一。
音色是个十分复杂的概念，之所以说它复杂，一是因为构成音色的物理成分复杂；二是因为人耳对音色的感觉过程复杂；三是因为毎个人都生就一付与别人不同的耳朵：音色感觉带有复杂的心理成分，形成了千差万别的“主观评价”。
构成音色的物理成分主要是频率（基频及其谐波序列）、振幅和发声过程三种因素。音色感觉的生理机制是耳蜗基底膜在受到这三个当量的刺激后，向大脑皮质发送相应的脉冲信号。但是三个当量是如何吻合为一个完整的音色感觉的，这个问题则需要近代生理学和心理学进一步探索。

音色的主观评价
对同一种音色的评价，得出截然相反的意见，这种情况履见不解。形成音色主观评价不同的 . 心理因素是多种多样的。它好比每个人的口味嗜好一样，有的人喜欢辣，有的人喜欢酸，有人喜欢咸些，有人喜欢甜些，这种偏好总难强求一致。

形成对音色主观评价不同的主要原因：
1、听觉适应
每个人的生活环境不同，日常接触的声信号亦不同。例如长时间生活在农村的人，适应了较为宁静的生活环境，对城市的嗜杂音响感到刺耳；长期生活在城市，习惯了城市街道杂音的人，对城市嗜杂声响却并不那样无法忍受。
2、文化素养
经常接触音乐艺术，对乐器音色和演奏技巧有研究的人，和平时不接触音乐艺术，不关心乐器演奏的人，对音乐音色虽然有不同的评价，前者对音色要求细腻、严格，能够区分音色的微小变化；后者对音色要求粗精，无法感觉出音色的细微变化。



3、年龄差别
如前所述，一个人随着年龄的增长，高频听力逐渐下降，许多构成音色的谐波成分（高频泛音）听不见，因此，上数岁的人与年青人的音色感觉有所不同。老年人觉得不明亮的音色，年青人感觉明亮，老年人感到明亮的音色，年青人可能会感到刺耳。
4、情绪素质
每个人所处的心态状况不同，亦影响对音色的感觉。例如一个人处于极度悲痛的情况下，对明亮尖锐的音响感到厌恶和格格不入，而其他人并没有这种感觉。
5、生理原因
一些人听觉生理有缺陷，对音色产生与常人不同的感觉。例如耳鸣患者、复听患者、某段频率失聪患者等，都会影响对一些特定的频段音色的分析能力，从而影响音色的正常感觉。
总而言之，音色的美与丑感觉依附于一定的物理量，然而就个人的感受来说，又带有极大的主意性。因此，纯粹地为某个音色的好坏去争辩不休，显然是没有意义的。