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发表于 2018-4-6
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. c. U3 E. }) h; n2 r/ e3 y2 B Perception Is Reality: Psyc hoacoustics From An Audio Engineer’s Perspective, M# ?8 t) s, b; p6 w6 z1 `2 v' u) Y
感知即现实:从音频工程师的角度看心理声学+ r7 t6 A# p: O3 |8 z
我们都曾经历过音量过大而令人不安、刺耳、甚至已经无法理解的演出。大音量的混音会强行塞满我们的耳朵,让我们痛苦难堪。经过几分钟的聆听后,耳朵就开始疲劳了。你想要离开,但是那数百块的演唱会门票迫使你想留下来。如果是完全相反,一场很好的表演并且是出色的混音,那将是两全其美。, R0 y" u$ I$ r: o" u! E
然而笔者经历过很多上述第一类的演出,第二类两全其美的演出却不多,也未曾深究声音过大的演出与主扩调音师年龄、经验或职业成功之间是否有关联之处。无论是听力损伤、缺乏实践、乐队施加的压力,亦或其中的某些组合,有一点是肯定的——观众会为此付出代价。
% G& b, w1 z: `9 u2 d3 v# C0 W% v 音频专业人员责任在于不影响演出质量的前提下为观众提供演出。然而问题是,很多工程师和技术人员如果被问到相关这方面的问题,他们也不确定做这些是为了什么,更不必说要如何做到这一点了。所以,让我们将在实践中所经历的与我们所知道的重点联系起来,希望可以奠定一些基础知识。
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听觉的非线性响应, h9 g+ g% W! D, T1 G
为了理解在混音手段和系统均衡中应该避免什么,首先要知道为什么我们听音乐的方式是这样的。
& s7 t0 |- n0 J( z+ Y 1933 年。Bell Labs(贝尔实验室)的两位物理学家,Harvey Fletcher(哈维弗莱彻)和 Wilden A. Munson(威尔登 A.蒙森)发表了一篇题目为《响度及其定义、测量和计算》的论文,他们揭示了一个突破性的发现:人类耳朵的响应并不是线性的——也就是说,它不能平均地听到所有频率的声音。
7 E3 S6 X/ E5 I 这一发现是一系列测试的结果,实验对象通过耳机聆听 1 kHz的音调,接着是 2 kHz 的音调,然后要求判定第二种音调是否比第一个音调更响或更轻。这个过程都是在音频频谱内不断地上下移动,每次以 1 kHz 作为参考电平。从该响应中取平均得到的曲线,被称为 Fletcher-Munson(弗莱彻-蒙森)曲线。
" d* E3 z6 V4 }( j/ X/ j4 @ 测试的结果并不是没有瑕疵,除了在 20 世纪 30 年代早期测试设备的限制(如低频段难以重现),许多参与者都是乘火车过来的,所以在测试前几分钟,他们还是暴露在不同程度的环境噪音中。近年,ISO 重造了测试并提高了准确性,公布了修订版本,即现在被称为“等响(度)曲线”。8 x8 F7 H- g/ e w7 X, E G
这个实验得出了另一个重要的发现:随着聆听音量的增加,曲线也会发生变化。在听觉阈(大约 10 方响度)附近,我们对 1 kHz 频率的敏感度是 100 Hz 附近的 8 倍。然而在 100 dB SPL 的情况下,曲线变得平缓,而敏感度差异仅仅是两倍。这意味着我们听到的频率在更高的声压电平上表现得最均匀,因此,音乐听起来更“饱满”。" O" m8 w& R- `3 Q% x3 g
这个时候,你可能会问,为什么在这个世界上我们的听觉响应会如此的怪状,更不必说在高聆听声压的动态下压效应了。答案就在于耳朵的构造,它本身就像是一座辉煌的建筑。我们大多数人都上过高中的健康课,在那里我们学习了耳朵的基本部件和划分——耳道、耳膜、锤骨/砧骨、耳蜗,但如果我们从音频工程师的角度来看,这些会变得更有意义。
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8 h- _1 D! b" }) T* M& k红色线为等响(度)曲线(ISO 226:2003)
( d9 e5 f$ e E( v蓝色线为 Fletcher-Munson 曲线
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; d1 H2 K: d' Q* n 外耳, d: A+ g2 b9 ?
声波通过耳道进入,这实际上是一个管式谐振器。这种极短的混响以至于被视为是均衡,在我们的听觉响应中,会在 2 kHz 到 6 kHz 的范围产生大幅度的提升 (高达 20 dB)。
/ p2 _8 ^# [7 j3 y3 V6 P 当声音向耳道末端传播时,它会刺激鼓膜(耳膜)。这种自然地发生的换能器将声压转换成机械能。耳咽管作为防止耳膜后面反向压力积聚的口子。' A( O! C$ S/ ?' r
在这一点上,我们还发现了第一级的压缩/限制——鼓膜张肌,一种连接于鼓膜的肌肉,当它处于强振动时会抑制耳膜的换能作用。这个初级压缩阶段组成了听觉学家所称的声学反射,后面将会简述它。
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$ v7 S# E2 u: l2 {+ _: i外耳结构截面图
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7 K# z5 |% `7 Z! t 中耳
! g1 D9 v$ M/ S- J+ y4 L0 j; G5 C/ D 当声波(现以机械压力的形式)从耳膜出来时,它们穿过了锤骨和砧骨,也被称为锤和砧。这些小骨骼,即我们所说的听小骨,主要目的是将机械能转化为耳蜗内液体的压力变化。这是一项艰巨的任务,因为我们知道液体产生的阻抗作用比空气高得多。8 u1 ?. Q3 X/ t& H: D* K
为了完成必要的“阻抗”匹配,这些听小骨充当了一系列复杂的杠杆作用,听小骨连接到耳蜗,将跨越大范围的(耳膜)从低压变化转换为跨越小范围的高压变化。这样下来会产生大约 30 dB 的增益补偿,确保传递到内耳的声音可以是在可用的电平上。/ |7 S: ?+ Q. N2 u
在我们的“声学反射系统”中,第二级的压缩/限制是由镫骨肌组成的,这是一种在高声压级运动中稳定听小骨的小肌肉。由于镫骨肌的劲化作用只会限制较大(较低频率)的位移,故只对 2 kHz 以下的频率有效。3 A }# w1 L, \3 Z0 a/ d
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