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  • 人耳听觉等响曲线

    当外界声振动传入人耳内,人们在主观感觉上形成听觉上声音强弱的概念。人们习惯于地用“响”与“不响”来描述声波的强度,但这一描述与声波的强度又不完全等同。人耳对声波响度的感觉还与声波的频率有关,即使相同声压级但频率不同的声音,人耳听起来会不一样响。例如,同样是 60dB 的两种声音,但一个声音的频率为 100Hz,而另一个声音为 1000Hz,人耳听起来 1000Hz 的声音要比 100Hz 的声音响。要使频率为 100Hz 的声音听起来和频率为 1000Hz、声压级为 60dB 的声音同样响,则其声压级要达到 67dB。

    为了定量地确定声音的轻或响的程度,通常采用响度级这一参量。当某一频率的纯音和 1000Hz 的纯音听起来同样响时,这时 1000Hz 纯音的声压级就定义为该待定声音的响度级。响度级的符号为 Ln,单位为方(phon)。例如,1000Hz 的纯音的响度级等于其声压级,对于其他频率的声音,通过调节 1000Hz 的纯音的声压级,使它和待定纯音听起来一样响,这时,1000Hz 的纯音的声压级就等于该待定声音的响度级。对各个频率的声音作这样的听音比较,得出达到同样响度级时频率与声压级的关系曲线,这就是我们人耳的听觉等响曲线。



    从图中我们可以得出以下几点简单的结论:

    • 人耳对不同频率声音的灵敏度是不一样的。具体来讲,对于 3 ~ 4 千赫声音的灵敏度较高,随着频率向 3 ~ 4 千赫两端升高和降低,总的趋势是灵敏度降低。人耳对高频的声音更加敏感,同样声压级下的高频声音响度级比低频的高。一般女性发声的高频成分较多,而男性发声的低频成分相对较多,这就是在同样力气讲话时(声压级相同),女性的声音听上去更加响的原因。
    • 在这个曲线上,标明了人耳在不同声压级情况下,对于不同频段的声音响度(也就是音量)感觉相同的时候,对不同频段的声音的声压级要求。比如最下面的一条实线,就表明了人耳在感觉同等响度的情况下,100赫兹的声音,声压级需要30分贝左右,而对1000-2000赫兹的声音的声压级只需要达到10分贝左右,对于4000赫兹的声音,声压级更低至不到5分贝。注:曲线越凹陷代表人耳对凹陷频段的敏感度就越高。
    • 人耳对不同频率声音的灵敏度还与声压的大小有关。在这个曲线上,随着总声压级的不断提高,人耳对于低频和中高频声音的敏感度也逐步提高,曲线相比低声压级时就趋于平坦。但是,在2000-5000赫兹这个频段上仍保持较高的敏感度,而这段声音往往容易令人产生刺耳或者发炸的感觉。随着声压的降低,人耳对低频和高频的灵敏度都要降低,特别是对低频声更为明显。这就是为什么当我们将音量开得较小(即在低声压级情况下)时,即使节目中已有较多低音成份,但听起来仍感到低音不足,一旦把音量开大(声压级大致在80分贝以上),就会感到低音比较丰富的道理。

    由等响曲线可知,若声音以低于原始声(录音时)的声压级重放,由需要通过均衡器来提升低音和高音以保证原有的音色平衡。例如一个乐队演奏,假如低频声和高频声都以100分贝左右录音,因为这时的等响度曲线差不多是平直的,所以低音和高音听起来有差不多的响度。如果重放时的声压级较低,例如50分贝,这时50赫的声音刚刚能听到,而1千赫的声音听起来却有50方响,其它不同频率的声音都有不同的响度级,因此听起来就感觉到低频声和高频声都损失了,也就是原来的音色已经改变了。这时要想让50赫的声音听起来与1千赫的声音有大致相同的响度,必须将其提升20分贝左右。由此可见,等响度曲线是我们使用均衡器的重要依据之一。

    那么对于什么场合使用等响度原则?在扩声领域来说,一般对于播放那些电子舞曲类(DJ们用电脑软件合成的舞曲,后期的处理较为简单,声音也比较机械。)的娱乐场合,就比较适合按照人耳等响度曲线去进行修饰。因为这种场合属于长时间处于高声压状态,先把系统特性调平(调不平你都不知道你这个系统出的声音对不对头),再弄一台均衡器或用调音台上的均衡按照等响度原则调试,就可以提供一种令人的耳朵感觉比较舒适的声音效果。




    音调

    音调又称音高,是人耳对声音调子高低的主观评价尺度。音调的高低主要决定于频率,频率越高,音调越高,频率越低,音调越低。但是音调和振幅的大小也有一定的关系。

    人耳对音调变化的感受不是线性关系,而是对数关系。也就是说,音调感觉是由于频率的相对变化而形成的,即不论原来频率是多少,相同倍数的频率变化对人耳总是产生相同音调变化的感觉。例如把频率增加一倍,比如从100赫变为200赫或从1千赫变为2千赫,音调变化在听觉感受上都是一样的,即提高了所谓的“八度音”,又称为“倍频程”。正是因为音调变化和频率相对变化的对数(或倍数)成正比,所以在表示频率的曲线图中,频率坐标常采用对数尺度,图形均衡器中的中心常按“1/2倍频程”或“1/3频程”设定的原因也是如此。

    人耳对音调的感觉也受振幅的影响。当振幅较大时,耳膜受到较大的刺激而有变形,从而影响到神经对音调的感受。一般来说,响度增加时,人耳感到音调有所降低,频率愈低,感到降低愈多。



    音色

    人耳除对响度和音调有明显的辨别能力外,还能准确判断声音的音色。不同乐器的频率构成大不相同,比如,小提琴和钢琴即使演奏同样高音的音符,人们还是能迅速分辨出哪个是钢琴的声音,哪个是小提琴的声音,而不至于相互混淆。这是因为它们在演奏同一音符时基音虽然相同,但它们的谐波成分(泛音)不论是在数量上、频率上还是强度上都是非常不同的缘故。正是由于这些谐波的不同组成,才赋予每种乐器特有的音色。音色主要和声音的频率结构有关。事实上,乐器的振动绝大多数都不是简单的简谐振动,而是由许多个不同的简振动叠加而成的,并且这些简谐振动的振动频率之间满足整倍数关系。其中,最低的一个频率称为基频,基频对就应的简谐波称为基波,频率是基频整数倍的简谐波称为谐波,在音乐词汇中被称为泛音。正是由于谐波的不同组成比例,才赋于各种乐器、人声以特有的音色。如果没有谐波成分,单纯的基音简谐信号是没有音乐感的。