
聲學基礎---聽覺的主觀感受之響度
發布日期:2018-10-09 瀏覽量:2294次
聽覺是人們對聲音的主觀反映,想要評價音響系統所放聲音效果的好壞,通常需要定量測定頻率響應、聲壓級、失真度和混響時間等技術參數來精確客觀的表現系統的特性,但是客觀的測試還是不夠的,如聲音的豐滿度,圓潤度及柔和度等還無法用儀器來測定,聲音需要靠人耳來做最后的評價,任何聲音都可以用頻率、相位和幅度3個客觀的物理量來表示,聲音的主觀量最基本的有響度,音調和音色,了解這些參數,并根據人耳的聽覺特性,采取相應的技術措施,才能獲得最佳的聲音效果。
響度
響度是人耳對聲音強弱的主觀感受,人們聽到的聲音響度主要取決于聲音的強度,對于同一強度的聲波,不同的人聽到的效果并不一致,因而對響度的描述有很大的主觀性,在客觀的度量中,聲音的強弱是由聲波的振幅決定的,但是響度與振幅并不完全一致,響度不僅決定于振幅的大小,還決定于頻率的高低,振幅越大,說明聲壓級越大,聲音具有的能量也越大,而響度則說明對聽覺神經刺激的程度,事實上,很強的聲音不一定就很響,因為人耳所能聽到的頻率范圍為20Hz-20kHz,即使在可聽聲的頻率范圍內,聲壓級相同而頻率不同的聲音,人們聽起來也會感覺不一樣響,而頻率和聲壓級不同的兩個聲音聽起來可能會一樣響,為了對響度進行計量,定義響度的單位為“宋”(sone),并定義聲壓級為40dB的1kHz標準音的主觀感受規定為響度等于1sone。為了把聲音強弱的客觀尺度與在此聲音刺激下的主觀感受的強弱聯系起來,引入響度級概念。
響度級
任何聲音的響度級,在數值上等于與標準音(1kHz)一樣響時所對應的標準音的聲壓級值,用符號p表示,響度級的單位為“方”(phon)。人耳的響度感覺不僅與聲壓級有關,還與聲音的頻率有關,相同聲壓級的聲音在不同頻率時的響度感覺也完全相同。
根據定義,人耳判斷與1kHz純音的1dB聲壓級的響度級為1phon,只在1kHz時,響度級與聲壓級相同,若某一聲音(純音或復合音)聽起來和聲壓級為70db的1kHz純音同樣響,則該聲音的響級度就是70phon,由此可知:
(1)響度級是以主觀試聽方法確定的,是以1kHz的標準音為基準相互比較得出的。
(2)1kHz聲音的響度級(方值)就是它的聲壓級值(分貝值)。
根據國際標準化組織(ISO)的推薦標準,響度與響度級之間的關系可用下式表示
lgS=0.03P-1.2
這一規律可在20~120phon內成立。
由式可知,40phon為1sone,2sone比1sone響1倍,3sone比1sone響2倍,以此類推。由于響度級是由標準音(1kHz)的聲壓級定義而得的,因此,它與聲壓級一樣是對數值,從而存在2個明顯的缺點:
(1)只能間接地反應人對聲音的主觀感受;
(2)數值不能直接加減。
響度是一個主觀心里量,通常以一定的聲壓級的1kHz純音為標準,用其他頻率的純音為比較聲音,經實驗,測試了不同頻率的聲音在響度相等的情況下與標準音對應的聲壓級值,得出了著名的弗萊徹-芒噴等響應曲線。圖2-2所示為國際標準化組織(ISO)推薦的等響度曲線。
由圖2-2中可以看到,以方為單位的1kHz純音的響度級與聲壓級的db數相等,在同一條等響度曲線上的不同頻率,不同聲壓級的純音信號,給人的響度感覺是一樣的,例如,50Hz,70dB的聲音和200Hz,50db聲壓級的聲音等響,因為二者在同一條等響度曲線上,即使兩個聲音的聲壓級相差20db,但是人耳聽到的響度感覺是一樣的。
從等響度曲線,可以看出響度級與聲壓級有關,聲壓級提高,響度級也相應增大,但是聲壓級并不是制約響度的唯一因素,頻率不同時響度級也不同。
表2-1中列舉了聲壓級變化對響度的影響。
對于復合聲,不能直接使用純音等響度曲線,其響度級需通過計算求得,目前在測量聲音響度級與聲壓級時所使用的儀器,稱為聲壓級計,為了使聲壓級的測試結果更接近于人耳的響度曲線,在聲壓級計中設有A、B、C三個計權網絡(有的還有D計權),這三類計權都是在考慮等響度曲線基礎上制定的,如圖2-3所示,a計權網絡是參考40phon等響度曲線,對500Hz以下的聲音有較大的衰減,以模擬人耳對敵低頻不敏感的特性,c計權網絡具有接近線性的較平坦的特性,在整個可聽范圍內幾乎不衰減,以模擬人耳對85phon以上的聽覺響應,因此他可以代表總聲壓級,B計權網絡介于二者之間,對低頻有一定的衰減,它模擬人耳對70phon純音的響度,40dB以下的聲壓級測量一般用A計權刻度,70phon范圍的測量可用b計權,100db以上的測量一般用c計權,因為B計權以前很少使用,在一些儀器上已經取消,有些儀器上還有D計權,用于測量航空噪聲。
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