聲音「三要素」---響度,音高,音色

2021-01-15 hifi音響網

由於人耳聽覺系統非常複雜，迄今為止人類對它的生理結構和聽覺特性還不能從生理解剖角度完全解釋清楚。所以，對人耳聽覺特性的研究目前*於在心理聲學和語言聲學。人耳對不同強度、不同頻率聲音的聽覺範圍稱為聲域。在人耳的聲域範圍內，聲音聽覺心理的主觀感受主要有響度、音高、音色等特徵和掩蔽效應、高頻定位等特性。其中響度、音高、音色可以在主觀上用來描述具有振幅、頻率和相位三個物理量的任何複雜的聲音，故又稱為聲音「三要素」;而在多種音源場合，人耳掩蔽效應等特性更重要，它是心理聲學的基礎。下面簡單介紹一下以上問題。


　　聲音響度

　　響度，又稱聲強或音量，響度是感覺判斷的聲音強弱，即聲音響亮的程度，根據它可以把聲音排成由輕到響的序列。響度的大小取決於音強、音高、音色、音長等條件。響度描述的是聲音的響亮程度，表示人耳對聲音的主觀感受國家標準標誌，其計量單位是宋，定義1kHz，聲壓級為40dB純音的響度為1宋。

　　大多數人對信號聲級突變3dB以下時是感覺不出來的，因此對音響系統常以3dB作為允許的頻率響應曲線變化範圍。

　　人耳對聲音的感覺，不僅和聲壓有關，還和頻率有關。聲壓級相同，頻率不同的聲音，聽起來響亮程度也不同。如空壓機與電鋸，同是 100分貝聲壓級的噪聲.聽起來電鋸聲要響得多。按人耳對聲音的感覺特性，依據聲壓和頻率定出人對聲音的主觀音響感覺量，稱為響度級，單位為方。


　　以頻率為1000赫茲的純音作為基準音，其他頻率的聲音聽起來與基準音一樣響，該聲音的響度級就等於基準音的聲壓級，即響度級與聲壓級是一個概念。例如，某噪聲的頻率為100赫茲，強度為50分貝，其響度與頻率為1000赫茲，強度為20分貝的聲音響度相同，則該噪聲的響度級為20方。人耳對於高頻噪聲是1000~5000赫茲的聲音敏感，對低頻聲音不敏感。例如，同是是40方的響度級，對1000赫茲聲音來說，聲壓級是40分貝;4000赫茲的聲音，聲壓級是37分貝;100赫茲的聲音，聲壓級52分貝;30赫茲的聲音，聲壓級是78分貝。也就是說，低頻的80分貝的聲音，聽起來和高頻的37分貝的聲音感覺是一樣的。但是聲壓級在80分貝以上時，各個頻率的聲壓級與響度級的數值就比較接近了，這表明當聲壓級較高時，人耳對各個頻率的聲音的感覺基本是一樣的。

　　聲音音調

　　音高也稱音調，表示人耳對聲音調子高低的主觀感受。客觀上音高大小主要取決於聲波基頻的高低，頻率高則音調高，反之則低，單位用赫茲(Hz)表示。主觀感覺的音高單位是「美」，通常定義響度為40方的1kHz純音的音高為1000美。赫茲與「美」同樣是表示音高的兩個不同概念而又有聯繫的單位。


　　人耳對響度的感覺有一個從聞閾到痛閾的範圍。人耳對頻率的感覺同樣有一個從the lowest可聽頻率20Hz到the highest可聽頻率別20kHz的範圍。響度的測量是以1kHz純音為基準，同樣，音高的測量是以40dB聲強的純音為基準。實驗證明，音高與頻率之間的變化並非線性關係，除了頻率之外，音高還與聲音的響度及波形有關。音高的變化與兩個頻率相對變化的對數成正比。不管原來頻率多少，只要兩個40dB的純音頻率都增加1個倍頻程(即1倍)，人耳感受到的音高變化則相同。在音樂聲學中，音高的連續變化稱為滑音，1個倍頻程相當於樂音提高了一個八度音階。根據人耳對音高的實際感受，人的語音頻率範圍可放寬到80Hz--12kHz，樂音較寬，效果音則更寬。

　　聲音音色

　　音色又稱音品，由聲音波形的諧波頻譜和包絡決定。聲音波形的基頻所產生的聽得*清楚的音稱為基音，各次諧波的微小振動所產生的聲音稱泛音。單一頻率的音稱為純音，具有諧波的音稱為複音。每個基音都有固有的頻率和不同響度的泛音，藉此可以區別其它具有相同響度和音調的聲音。聲音波形各次諧波的比例和隨時間的衰減大小決定了各種聲源的音色特徵，其包絡是每個周期波峰間的連線，包絡的陡緩影響聲音強度的瞬態特性。聲音的音色色彩紛呈，變化萬千，高保真(Hi—Fi)音響的目標就是要儘可能準確地傳輸、還原重建原始聲場的一切特徵，使人們其實地感受到諸如聲源定位感、空間包圍感、層次厚度感等各種臨場聽感的立體環繞聲效果。


　　另外，表徵聲音的其它物理特性還有：音值，又稱音長，是由振動持續時間的長短決定的。持續的時間長，音則長;反之則短。從以上主觀描述聲音的三個主要特徵看，人耳的聽覺特性並非完全線性。聲音傳到人的耳內經處理後，除了基音外，還會產生各種諧音及它們的和音和差音，並不是所有這些成分都能被感覺。人耳對聲音具有接收、選擇、分析、判斷響度、音高和音品的功能，例如，人耳對高頻聲音信號只能感受到對聲音定位有決定性影響的時域波形的包絡(特別是變化快的包絡在內耳的延時)，而感覺不出單個周期的波形和判斷不出頻率非常接近的高頻信號的方向;以及對聲音幅度解析度低，對相位失真不敏感等。這些涉及心理聲學和生理聲學方面的複雜問題。

聲音「三要素」---響度，音高，音色

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(出處: HIFI音響)


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