音响基础知识——关于音质

丰色

音响基础知识——关于音质

声音的质量含有多种成分，其中音调、音色、音量及音品是决定音响效果的四大要素。可以说音调由声波的频谱所决定，音量由声波的振幅所决定，音色由声波的频谱所决定，而音品则由声波的波形包络所决定。所有这些都是声音信号的物理量，是可以进行客观技术测量的。


一.音调(Pitch)

音调表示声音频率的高低，主要与声源每秒钟振动的次数有关，是人耳对声调高低的主观评价尺度。它的客观评价尺度是声波的频率。音调低，表示振动频率低，声音显得深沉;音调高，表示振动频率高，声音就尖刺。例如C调的音符6，相当于440Hz，而音符6 · ，相当于880Hz，音符6 ∶ 相当于1760Hz。

二. 音色(Timbre)

音色是指声音的色彩和特点。不同的人和不同的乐器都会发出各具特色的声音，可以说它与声源振动的频谱有关。如果说，音调是单一频率的象征，那么音色则是由多种频率所组成的复合频率的表现。

人耳对不同参量的两个声音最小听觉差称为差别阈限DL，它是听觉差别感受性的表征量。差别阈限可以是绝对值，也可以是相对值。例如一个声音的强度I为1000dB，强度增减50dB即可被觉察出来，ΔI=50dB就是绝对差，而ΔI/I=50/1000=0.05就是相对差。ΔI/I称为韦伯分数。

听觉的感受性体现在以下几个方面：
(1)对音频高、中、低各频段平衡性的控制。整体平衡性不是指频率响应曲线的平直，而是指高、中、低频段适当的量感分配。低频基础要好一些，它在整个音乐里造成稳固状态。合理的高、中、低频量感就是整体平衡性。整体平衡性的器材发出的声音会耐听，也就是人们所说的音乐性。

(2)密度与重量感。它反映声音的厚实和饱满度，听起来更具真实感。

(3)透明感。它感受的是声音的耐听而不刺耳的程度。

(4)层次感。它反映的是声场中声音空间层次的清晰程度。

(5)定位感。根据声音的来向确定音响感觉。

(6)速度感与暂(瞬)态反应。指器材各项反应的快慢。

(7)想像力与形体感。它反映声音的立体感。

(8)对比性。音效具有可比性。

(9)空间感。它反映声场空间的大小。

三.音量（响度与响度级）

响度表示人耳对声音大小、声音强弱的主观感受。响度主要依赖于引起听觉的声压，但也与声音的频率和波形有关。响度的单位是“宋”(sone)。国际上规定，频率为1000Hz、声压级为40dB时的响度为1宋。1宋=1000毫宋，1毫宋约相当于人耳刚能听到的声音响度。

大量统计表明，一般人耳对声压的变化感觉是，声压级每增加10dB，响度增加1倍，所以响度与声压级有如下关系式中：N为响度(宋);Lp为声压级(dB)。

响度与声压级的关系

声音响度级是声音强弱的主观量，即是凭人的听觉主观地判断声音强弱的量，是人耳判断各种频率纯音响度级指标之一。

四.音品

(1).听觉灵敏度

听觉灵敏度是指人耳对声压、频率及方位的微小变化的判断能力。

当声压发生变化时，人们听到的响度会有变化。例如声压级在50dB以上时，人耳能分辨出的最小声压级差约为1dB;而声压级小于40dB时，要变化1~3dB才能觉察出来。当频率发生变化时，人们听到的音调会有变化。例如频率为1000Hz、声压级为40dB的声音，变化3Hz就能察觉出来;当频率超过1000Hz、声压级超过40dB时，人耳能察觉到的相对频率变化范围(Δf/f)约为0.003。另外听觉灵敏度还与年龄有关，因人而有所差异。

研究结果表明：对于纯音，人耳能分辨出280个声压层次和1400个频率层次;对于复音，人耳只能分辨7种不同的响度层次和7种不同的音调，共49种响度和音调的组合。

(2).听觉的掩蔽效应

掩蔽效应是指同一环境中的其它声音会使聆听者降低对某一声音的听力，或者说一个声音的听阈因为另一个较强声音的存在而上升的现象称为掩蔽。当一个复合声音信号作用到人耳时，如果其中有响度较高的频率分量，则人耳不易觉察到那些低响度的频率分量，这种生理现象称为“掩蔽效应”。一个声音对另一个声音的掩蔽值，被规定为由于掩蔽声的存在，被掩蔽声的听阈必须提高的分贝数，提高后的听阈称为掩蔽阈。

实验证明：对于纯音，一般低音容易掩蔽高音，而高音较难掩蔽低音。当两个信号的频率比较接近的时候，有差拍现象存在，这时听到的不再是这两种频率的信号，而是被低频调制的单频声音。调制频率等于原来两种频率的差。当信号很弱时，完全听不出差拍现象，信号较强时，差拍现象就出现了。

当掩蔽声消除后，掩蔽效应并不是立即消除的，听阈的复原即回落到原来没有掩蔽声时的值需要一段时间。我们把这个现象称为听觉暂时损失，其量值可代表听觉疲劳程度。掩蔽声刺激的时间越长，强度越强，疲劳程度也就越厉害。

在背景和噪声中，双耳识别信号的灵敏度一般比单耳强，也就是说对双耳听阈的掩蔽作用小于对单耳的掩蔽作用。尤其当掩蔽声和信号从不同方向传到人耳时，对双耳听阈的掩蔽作用就更小一些。

掩蔽效应有利有弊，如一些降噪系统就是利用掩蔽效应的原理设计的;信噪比的概念及其指标要求也是根据掩蔽效应提出来的。在数字音源中，可利用掩蔽效应进行压缩编码。



(3).听觉的延时效应

实验表明，当几个内容相同的声音相继到达听者处时，听者不一定能分辨出是几个先后来到的声音，就是说，人的听觉对延时声的分辨能力是有限的，这种现象即人类听觉的延迟效应，也称“哈斯(Hass)效应”。

大量测量统计发现，若有两个声音，后到者不比先到者的声压级高，不管后到者(延时声)是从哪个方向传来的，当延时声滞后时间不超过17ms时，人们就不会发现是两个声音;当两个声音的方向相近时，延时30ms的延时声也不一定能被发现;当延时35~50ms时，延时声的存在才会被感觉到;当延时声超过50ms时，人们会感到延时声像回声一样起干扰作用。延时效应在扩声工程和室内声学以及立体声技术中必然要遇到并应充分利用。

人类听觉特性也存在非线性问题。人的听觉对电声系统的非线性畸变的察觉能力也是有限的;听觉特性还有听觉定位问题，人耳的一个重要特性是能够判断声源的方向和远近。人耳对声源方位的辨别，水平方向上比竖直方向上要好。

强声暴露对听觉是有害的。第一种是声创伤，指在一次或数次极强声波暴露中造成人耳器官组织的损害。声创伤总要造成一定程度的永久性听力损失，严重的会导致全聋。第二种是暂时性听阈提高，即产生听觉疲劳。暂时性听阈提高值随声级增加和暴露时间增长而增大。第三种是永久性听阈提高。如果长年累月处在强噪声环境中，听觉疲劳就难以消除且日趋严重，会造成永久性听阈提高即听力损失。ISO1999规定听力损失25dB(在500、1000和2000Hz三个频率上永久性听阈提高的算术平均值)作为听力有损伤的标准。通常人长期处于90dB(A)以上噪声环境中就会引起听力损伤，而且随声级的增加听力损失也会迅速增大 。

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