声音和听觉中的若干效应

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   生活中我们每天都要和声音打交道，聆听不同的声音。但问到什么是听觉？听觉具有哪些特性？却不见得每个人都回答得上。因为对于具有正常听觉的人而言，能听见声音太平常不过了。但作为音响行业从业人员，对人耳听觉特性的了解，却是我们学习、掌握音响技术和调音技术基础中的一个重要环节。

   听觉是人们对声音的主观反应，任何复杂的声音都可以用声音的三个物理量来描述：即幅度（声强或声压）、频率和相位。但对于人耳的感觉来说，声音是用另外三个量来描述的，即响度、音调和音色。这也就是我们通常所说的声音的三要素。除此而外，人耳听觉特性中还存在着若干效应，如果不了解这些，就不会知道人们在听音过程中，受到的生理声学和心理声学作用。针对人耳听觉中存在的各种效应问题，“影音新生活”特别整理编辑此文，以供大家参考。

▌ 频率域的主观感觉

   大家知道，声音是由振动产生的。所谓的声音频率，就是发声源的振动频率。大自然及人类可能制造出的声音，从1赫兹，到几十万赫兹，范围跨度极大，但并不是所有的声波振动，都是人耳能听到的。

   频率是声音的物理特性，而音调则是频率的主观反映。一般，音调的高低与频率的高低一致。频率不变，强度的变化对音调稍有影响。强度增大时，低频率音调显得更低，而高频率音调显得更高。例如8192Hz的声音在100dB强度下所产生的音调要比80dB时高，而128Hz在100dB时所产生的音调要比70dB时低。

▌ 时间域的主观感觉

   如果声音的时间长度超过大约300ms，那么声音的时间长度增减对听觉的阀值变化不起作用。对于音调的感受也与声音的时间长短有关。当声音持续的时间很短时，听不出音调来，只是听到“咔啦”一声。声音的持续时间加长，才能有音调的感受，只有声音持续数十毫秒以上时，感觉的音调才能稳定。

   时间域的另一个主观感觉特性是回声。

▌ 空间域的主观感觉

   人用双耳听音比用单耳听音具有明显的优势，其灵敏度高、听阀低、对声源具有方向感，而且有比较强的抗干扰能力。在立体声条件下，用扬声器和用立体声耳机听音获得的空间感是不相同的，前者听到的声音似乎位于周围环境中，而后者听到的声音位置在头的内部，为了区别这两种空间感，将前者称为定向，后者称为定位。

▌ 听觉的欧姆定律

   有电学欧姆定律也有声学欧姆定律。著名物理学家乔治·西蒙·欧姆（1787年3月16日到1854年7月7日）发现了电学中的欧姆定律，同时他还发现了人耳听觉上的欧姆定律，声学定律是在1843年提出的，人耳可把复杂的声音分解成谐波分量，并按分音大小判断音色的理论。这一定律揭示：人耳的听觉只与声音中各分音的频率和强度有关，而与各分音之间的相位无关。根据这一定律，音响系统中的记录、重放等过程的控制可以不去考虑复杂声音中各分音的相位关系。

   人耳是一个频率分析器，可以将复音中的各谐音分开，人耳对频率的分辨灵敏度很高，在这一点上人耳比眼睛的分辨度高，人眼无法看出白光中的各种彩色光分量。

▌ 听觉的韦伯定律

   韦伯定律表明了人耳听声音的主观感受量与客观刺激量的对数成正比关系。当声音较小，增大声波振幅时，人耳的主观感受音量增大量较大；当声音强度较大，增大相同的声波振幅时，人耳主观感受音量的增大量较小。

   根据人耳的上述听音特性，在设计音量控制电路时要求采用指数型电位器作为音量控制器，这样均匀旋转电位器转柄时，音量是线性增大的。

▌ 掩蔽效应

   环境中的其他声音会使听音者对某一个声音的听力降低，这称之为掩蔽。当一个声音的强度远比另一个声音大，当大到一定程度而这两个声音同时存在时，人们只能听到响的那个声音存在，而觉察不到另一个声音存在。掩蔽量与掩蔽声的声压有关，掩蔽声的声压级增加，掩蔽量随之增大。另外，低频声的掩蔽范围大于高频声的掩蔽范围。

   人耳的这一听觉特性给设计降低噪声电路提供了重要启发。磁带放音中，有这样的听音体会，当音乐节目在连续变化且声音较大时，我们不会听到磁带的本底噪声，可当音乐节目结束(空白段磁带)时，便能感觉到磁带的“咝……”噪声存在。

   为了降低噪声对节目声音的影响，提出了信噪比(SN)的概念，即要求信号强度比噪声强度足够的大，这样听音便不会觉得有噪声的存在。一些降噪系统就是利用掩蔽效应的原理设计而成的。

▌ 匙孔效应

   单声道录放系统使用一只话筒录音，信号录在一条轨迹上，放音时使用一路放大器和一只扬声器，所以重放的声源是一个点声源，像通过钥匙孔听到声音，无声像群落感觉，声音贫乏无味、单薄肤浅，即使多只扬声器放音，由于都是没有差异的声音，声音不会有任何改善，借助于不同声源之间的音量差，听起来会略有纵深变化感觉。

▌ 双耳效应

   所谓双耳效应，是指人耳对于外界声音方位的辨别特性。比如在交响乐现场聆听，闭上双眼后，用两只耳朵仔细聆听，你会听出每一种乐器所处乐队的位置，弦乐器大概在前方，管乐器在中央，打击乐器在后方等等。通过双耳效应，我们可以清晰的辨别出每一种声音来自何方。

   双耳效应的基本原理是这样：如果声音来自听音者的正前方，此时由于声源到左、右耳的距离相等，从而声波到达左、右耳的时间差(相位差)、音色差为零，此时感受出声音来自听音者的正前方，而不是偏向某一侧。声音强弱不同时，可感受出声源与听音者之间的距离。

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▌ 哈斯效应

   实验证明，人的听觉有先入为主的特性。哈斯效应就是有哈斯发现的，人们不能分辨出来某些延迟音的现象。

   但两个强度相等而其中一个经过延迟的声音一同传到人耳时：

   延迟时间<30ms，听觉上感到声音只是来自未经延迟的声源；

   延迟时间为30~50ms，已能感觉到两个声源的存在，但方向仍由前导所定；

   延迟时间>50ms时，延迟声就不能被掩盖，听觉上会感觉到延迟是个清晰的回声。

   哈斯效应也是立体声系统定向的基础之一。

▌ 德·波埃效应

   在音响系统的调试中，只要是涉及到对声场定位的处理，我们都会大量地使用到时间延时的功能；而“时间延时”功能之所以能够起到调节声场的作用，与之密切相关的物理原理便是德·波埃效应（De Poher Effect）

    德·波埃效应是立体声系统定向的另一基础。德·波埃效应的实验是：放置左、右声道两只音箱，听音者在两只音箱对称线上听音，给两只音箱馈入不同的信号，可以得到以下几个定论：

(１)如果给两只音箱馈入相同的信号，即强度级差ΔＬ＝0，时间差Δｔ＝0，此时只感觉到一个声音，且来自两只音箱的对称线上。

(２)如果两只音箱的强度级差ΔＬ不为0，此时听音感觉声音偏向较响的一只音箱，如果强度级差ΔＬ大于等于１5db，此时感觉声音完全来自较响的那一只音箱。

(３)如果强度级差ΔＬ＝0，但两只音箱的时间差Δｔ不为0，此时感觉声音向先到达的那只音箱方向移动。如果时间差Δｔ大于等于3ms时，感觉声音完全来自先到达的那只音箱方向。

▌ 劳氏效应

   劳氏应是一种立体声范围的心理声学效应。劳氏效应揭示：如果将延迟后的信号再反相叠加在直达信号上，会产生一种明显的空间感，声音好像来自四面八方，听音者仿佛置身于乐队之中。

▌ 浴室效应

   身临浴室时有一个切身感受，浴室内发出的声音，混响时间过长且过量，这种现象在电声技术的音质描述中称为浴室效应。当低、中频某段夸张，有共振、频率响应不平坦、300Hz提升过量时，会出现浴室效应。

▌ 多普勒效应

   简单地讲，多普勒效应就是指当声源与听者彼此相对运动时，会感觉到某一频率确定的声音的音调将发生变化。

   1842年奥地利一位名叫多普勒的数学家、物理学家。一天，他正路过铁路交叉处，恰逢一列火车从他身旁驰过，他发现火车从远而近时汽笛声变响，音调变尖，而火车从近而远时汽笛声变弱，音调变低。他对这个物理现象感到极大兴趣，并进行了研究。发现这是由于振源与观察者之间存在着相对运动，使观察者听到的声音频率不同于振源频率的现象。这就是频移现象。因为，声源相对于观测者在运动时，观测者所听到的声音会发生变化。当声源离观测者而去时，声波的波长增加，音调变得低沉，当声源接近观测者时，声波的波长减小，音调就变高。音调的变化同声源与观测者间的相对速度和声速的比值有关。这一比值越大，改变就越显著，后人把它称为“多普勒效应”

▌ 李开试验

   李开试验证明：两个声源的相位相反时，声像可以超出两个声源以外，甚至跳到听音身后。

   李开试验还提示，只要适当控制两声源(左、右声道扬声器)的强度、相位，就可以获得一个范围广阔(角度、深度)的声像移动场。

▌ 颅骨效应

   不知为什么，颅骨效应在一般的教科书上很少提及。但笔者认为，颅骨效应对于人们的听觉特性来说是非常重要的。人们听别人讲话的声音与听别人讲话录音的声音其音质是相同的，声音都是经过空间送入人耳，之后再进入人的大脑的；如果一个人听自己讲话的声音，再听自己讲话的录音，会感到录音重放的声音不像自己讲话的声音，这是因为听自己讲话时声音的传播渠道有两个，即：

（1） 音源→空间→人耳→大脑

（2） 音源→人体颅骨→大脑

   在听别人讲话录音时声音的传播渠道只有一个，即：音源→空间→人耳→大脑。

   正是因为听自己讲话的声音有两个传播渠道，所以频带很宽，自己感觉音色比较好；而听自己讲话录音时，只有一个传播渠道，频带不是很宽，声音也就不那么动听了。

   结语：我们在感叹人类听觉感官非凡的同时，在这些关于声音和听觉的若干效应中，我们也能清楚的看到人耳的听觉感知与心理声学特性是很多相同的地方。熟悉掌握了这些问题，有助于我们在今后的的工作中更好地根据环境来进行声学设计，合理地使用器材以获得最佳的声音表现。