现代音响工程设计手册 第三章【精选】.doc

第三章 听觉生理学和心理声学 扩声系统的音质效果最终还得由耳朵鉴别。听觉感受与生理声学和心理声学直接相关。因此必须对它们有所了解，并根据人耳的听觉特征，采取相应技术措施，才能获得最佳的系统效果。 听觉生理学主要是研究声音响度与声压级关系的科学。 心理声学是研究耳朵和人脑结合对听觉激励的反应。心理声学在了解音乐家对环绕他们的声音世界的反应是重要的。 本章讨论的主题包括等响度曲线,声级计的计权曲线,声音的持续时间与响度的关系、响度计算、声音的掩蔽和哈斯效应以及音调和音色的主观感受等。 3.1听觉生理学 听觉生理学是研究耳朵听觉特性的科学。与专业音响直接有关的是声压级和声音的响度。 1、声压级 单位面积上接收到的声压大小，可用声级计测定。它与频率无关，是一种客观测量的结果。人耳听觉的听闻阀值（感觉有无声音存在的最低声压级）为2010-6N/m2（牛顿/平方米），并把它作为声压级的最小基准0dB。人耳听觉的最大声压级（痛阀）为20N/m2，等于120dB。因此人耳听觉的最大动态范围为120dB（106倍）。声压级的单位为dB，可用仪表测量。 2、响度级 人耳的响度感觉不仅与声压级有关，还与声音的频率有关。即相同声压级的声音在不同频率时的响度感觉不完全相同。1KHZ的听觉灵敏度最高，低频的听觉灵敏度越来越低；超过1KHZ的高音，听觉灵敏度也有所降低。于是为了符合实际听觉的需要，制定了一个新单位——响度级。 响度级的单位为phon（方），与频率有关。只在1KHZ时，响度级（方）与声压级（dB）相等。 3、响度 图3-1 响度级phon与响度Sone的对应关系 再进一步研究，人耳对响度的感觉与响度级并非成正比，如响度级增加10方，响度感觉才提高1倍。为符合人耳的响度感觉，又制定了一个响度单位Sone（宋）。40方等于1宋，2宋比1宋的响度提高一倍，依次类推。Sone和phon的对应关系如图3-1所示。并可用下式表示： 响度N= （宋） (3-1） 式中：N——响度，单位为宋； LN——响度级，单位为方。 （3-1）式也可改写为： logN=0.03LN-1.2 (3-2) 响度的定义为：频率为1KHZ、声压级为40dB（或响度级为40方）的一个纯音所产生的响度为1宋。声音的响度如果被判断为1宋纯音的n倍，则此声音的响度为n宋。 4、等响度曲线 大家都有以一般声压级收听立体声播放的经验。适当的全频段声音,减小音量时,即使频谱没有改变,会感到声音单薄,缺少低音。这个情况说明了耳朵在低频时的灵敏度低于较高频率的灵敏度。1933年Fletcher和Munson研究了这个现象并提出了著名的等响度问题。Robinson和Dadson在80年代初研制成图3-2所示的等响度曲线，它比前者更为正确可信。 图3-2 自由声场中的等响度曲线 考察这些曲线,我们可以看到以方(phon)为单位的1KHZ纯音的响度级与声压级的dB数相等。也就是说决定等响度曲线的参考频率是1000HZ。 从等响度曲线中可以看到：人耳对不同频率纯音的响度感觉是不同的，并且还和声音的强度（声压级或响度级）有关。 人耳对响度的感觉与声压级或响度级不成正比。通常声压级增加10 dB（或响度级10方）可使响度加倍。例如70方的声音比60方的声音响一倍,40方的声音比30方的声音也响一倍。相差20方的声音响度相差4倍。（2*2倍）。90dB的声音比70 dB的声音也响4倍。 对于扬声器来说，输入电功率增加1倍时，人耳感受到的声压级只增加3dB。输入功率从10W增加到100W时，响度级大约增加10方，而响度仅增加一倍。 等响度曲线是由实验给定的标准值。对给定的声压级和不同频率的纯音（即正弦波）可直接从曲线上查出它的响度级。例如曲线上1000HZ、70dB、95 dB、61dBdB，但耳朵听到的响度感觉却是相同的。这就是人耳对低频（超低频）的声音感到不够响的原因，但人体在80HZ以下的超低频有振动的感觉。在中频和高频段只需较小的声压级就能让人感觉到很响，几瓦的中、高音喇叭就可使几十或上百人听得很好。 在专业音响领域里，声压级、响度级、响度和等响度曲线是十分重要得声学概念，它对声音的声压级和频率分析有很大的实用价值。在扩声工程的设计和音响系统的调音中有很好的指导意义。 5、声级计的计权曲线 大量测试结果表明，人耳对2000～40dB以下的声压级测量一般都用A计权刻度,测量结果记为dB(A)。70dB范围的测量可用B计权；100dB以上的测量一般都用C计权。这些测量结果将与我们主观判断的响度级大多是一致的。各种计权特性如图3-3所示。 图3-3 声级计的