听音的立体感知识

jd-08

听音的立体感知识
立体声的概念   

立体是一种几何概念，是指在三维空间中占有位置的事物。那么声音也是立体的吗？从类比上来说，回答可以是肯定的。因为声源有确凿的空间位置，声音有确凿的方位来源，人们的听觉有辨别声源方位的能力；尤其是当有多个声源同时发声时，人们可以凭听觉感知声群在空间的分布状况。因此可以说声音是“立体”的。不过，更妥当的说法应该是：“原发声是立体的。”因为当声音经过记录、放大等处理过程而后重放时，所有的声音都可能从一个扬声器中放出来，这种重放声就不是立体的了。这时由于各种声音都从同一个扬声器中发出，原来的空间感--特别是声群的空间分布感--也就消失了。这种重放声叫做“单声（Mono）.如果重放系统能够在一定程度上恢复原发声的空间感，那么这种重放声就叫“立体声”（Stereo）。由于原发声不言而喻是“立体”的，所以，立体声一词特指那种有某种空间感（或方位感）的重放声。
1 i& `3 C9 c- S: G6 A
- N0 ^) [- p. o2 `  w0 N双耳效应   

为了在重放声中恢复空间感，首先要了解人类的听觉系统为什么有辨别声源方位的能力。研究发现，这主要是因为人们有两只耳朵而不仅仅是一只耳朵的缘故。
% Q8 Z% ^" C" q- }
$ s' {( s# y1 q/ n耳朵生长在头颅的两侧，它们不仅在空间上有距离，而且受头颅阻隔，因此两耳接收到的声音可能会有种种差异。正是主要根据这些差异，使人们得以区分声源在空间的位置。这些差异主要有如下几种：
5 v2 Z+ |) z+ [3 t) O+ a4 v
. v4 g! L/ ?  M$ G. C- P（1）声音到达两耳的时间差
$ S0 [5 N. I4 g! Y9 L, r
, N. N! T" l* N3 X+ j由于左右两耳之间有一定距离，因此险了正前方和正后方来的声音之外，由其他方向来的声音到达两耳的时间就有先后，从而造成时差。如果声源偏右，则声音必先到达右耳而后左耳；反之，则必先到达左耳而后右耳。声源越是偏向一侧，则时差也越大。实验证明，如果人为地造成两耳听音的时差，就可以产生声源偏向的幻觉。当时差到达0.6ms左右时，就感到声音完全来自某一侧了。

（2）声音到达两耳的声级差

两耳相距虽然不远，但由于头颅对声音的阻隔作用，声音到达两耳的声级就可能不同。靠近声源一侧的声级较大，而另外一侧较小。实验证明，较大声级差可达25dB左右。
# x5 b4 |; O6 m7 X, ^6 H
（3）声音到达两耳的相位差
6 s3 k( t( A* k4 I' s
4 D0 \9 D$ n- i
( `$ m0 Q8 D: m7 r
大家知道声音以波的形式传播，而声波在空间不同位置上的相位是不同的（除非刚好相距一个波长）。由于两耳在空间上有距离，所以声波到达两耳时的相位就可能有差别。耳朵内的鼓膜是随声波而振动的，这个振动的相位差也就成为我们判断声源方位的一个因素。实验证明，即使声音到达两耳时的声级、时间都相同，只改变都相同，只改变其相位，我们也会感到声源方位有很大差异。

（4）声音到达两耳时的音色差
9 H# R; j0 h& a8 k



声波如果从右侧的某个方向上来，则要绕过头部的某些部分才能到达左耳。已知波的绕射能力同波长与障碍物尺度之间的比例有关，人头的直径约为20cm，相当于1,700Hz声波在空气中的波长，所以人头对千余赫兹以上的声音分量有掩蔽作用。也就是说，同一个声音中的各个分量绕过头部的能力各不相同，频率越高的分量衰减越大。于是左耳听到的音色同右耳听到的音色就有差异。只要声音不是从正方向上来，两耳听到的音色就会不同，从而成为人们判别声源方位的一种依据。

（5）直达声和边疆反射声群所产生的差别

4 G% t/ s& ]" r1 a5 s# K' @由声源发出来的声音，除直接到达我们双耳的直达声之外，还会经周围障碍物一次或多次反射而形成反射声群，陆续到达人们的双耳。因此直接声和反射声群的差别，也就会提供声源在空间分布的信息。

1 y! ^; l$ O( z: @1 i2 z（6）由耳廓造成的差别

耳廓是向前的，显然能使人们区分前后。另一方面，耳廓的形状非常微妙，不同方位上来的声音会在其中发生复杂的效应，肯定也会提供一定的方位信息。
) Z- s$ u5 J" N7 h0 B
; Y1 P7 K$ e6 x4 [& `实践证明，以上种种差别，以声级差、时间差、相位差三种对听觉定位的影响较大。但是，在不同条件下它们的作用也不相同。一般地说，在声频的低、中频段，相位差的作用较大；中、高频段以声级差的作用为主。对于猝发声，则时间差的作用特别显著。而在垂直定位方面，耳廓的作用更为重要。实际上双耳效应是综合性的，人们的听觉系统理应是根据综合的效应来判决声源的方位。

' u7 U2 K5 S! A+ i. U- z" t& r顺便指出，人们的听觉系统除了有响度、音色、方位等感觉之外，还有其他许多效应。其中有一个同我们今后的讲座有密切关系的疚，叫做“优先效应”（又称“哈斯效应”）。由实验得知，当两个相同的声音，其中一个经过延时，先后到达人们的双耳时，如果延时时间在30ms之内，则人们将感觉不到延民主迟声的存在，仅能觉察到音色和响度的变化。但如果延时太长，情况将有所不同。大家已经知道，当两个先后到达的声音时差超过50ms-60ms时（相当于声程差大于17m），听音者就能感到。