浅谈声音的效应及定律

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浅谈声音的效应及定律


1. 频率域主观感觉


频率域中最重要的主观感觉是音调，像响度一样音调也是一种听觉的主观心理量，它是听觉判断声音调门高低的属性。

心理学中音调和音乐中音阶之间的区别：前者是纯音的音调，而后者是音乐这类复合声音的音调。复合声音的音调不单纯再是频率解析，也是听觉神经系统的作用，受到听音者听音经验和学习的影响。



2. 时间域主观感觉


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。

音调的感受与声音的时间长短有关。当声音持续的时间很短时，我们是听不出音调的，只能听到“咔啦”的一声。而声音的持续时间加长，才能有音调的感受，且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。



3. 空间域主观感觉


人耳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。



4. 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。





5. 听觉的欧姆定律


著名科学家欧姆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，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，我们在音响系统中的记录、重放等过程的控制中，可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。



6. 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“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。



7. 双耳效应


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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8. 哈斯效应


哈斯的试验证明：在两个声源同时出声时，根据一个声源与另一个声源的延时量不同时，双耳听音的感受是不同的，可以分成以下三种情况来说明：


(1)两个声源中一个声源与另一个声源的延时量在5～35ms以内时，就好像两个声源合二为一，听音者只能感觉到超前一个声源的存在和方向，感觉不到另一个声源的存在。
(2)若一个声源延时另一个声源30~50ms，已能感觉到两个声源的存在，但方向仍由前导所定。
(3)若一个声源延时量大于另一个声源为50ms时，则能感觉到两个声源的同时存在，方向由各个声源来确定，滞后声为清晰的回声

哈斯效应是立体声系统定向的基础之一。






9. 德·波埃效应


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。



10. 劳氏效应


劳氏效应是一种立体声范围的心理声学效应。

隶属于一种赝(假)立体声效应，将信号延时后以反相叠加在直达声信号上，立即就会产生明显的空间印象， 声音似乎来自四面八方，听音者有置于乐队之中的感受。

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。



11. 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，如同听音者通过门上的匙孔聆听室内的交响乐，这便是所谓的匙孔效应。



12. 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。



13. 多普勒效应


多普勒效应揭示移动声音的有关听音特性：当声源与听音者之间存在相对运动时，会感觉某一频率所确定的声音其音调发生了改变，当声源向听音者接近时是频率稍高的音调，当声源离去时是频率稍降低的音调。

这一频率的变化量称为多普勒频移。移近的声源在距听音者同样距离时比不移动时产生的强度大，而移开的声源产生的强度要小些，通常声源向移动方向集中。



14. 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。