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声学基础---听觉的主观感受之响度

发布日期:2020-08-25 浏览量:260次
听觉是人们对声音的主观反映,想要评价音响系统所放声音效果的好坏,通常需要定量测定频率响应、声压级、失真度和混响时间等技术参数来精确客观的表现系统的特性,但是客观的测试还是不够的,如声音的丰满度,圆润度及柔和度等还无法用仪器来测定,声音需要靠人耳来做最后的评价,任何声音都可以用频率、相位和幅度3个客观的物理量来表示,声音的主观量最基本的有响度,音调和音色,了解这些参数,并根据人耳的听觉特性,采取相应的技术措施,才能获得最佳的声音效果。
响度
响度是人耳对声音强弱的主观感受,人们听到的声音响度主要取决于声音的强度,对于同一强度的声波,不同的人听到的效果并不一致,因而对响度的描述有很大的主观性,在客观的度量中,声音的强弱是由声波的振幅决定的,但是响度与振幅并不完全一致,响度不仅决定于振幅的大小,还决定于频率的高低,振幅越大,说明声压级越大,声音具有的能量也越大,而响度则说明对听觉神经刺激的程度,事实上,很强的声音不一定就很响,因为人耳所能听到的频率范围为20Hz-20kHz,即使在可听声的频率范围内,声压级相同而频率不同的声音,人们听起来也会感觉不一样响,而频率和声压级不同的两个声音听起来可能会一样响,为了对响度进行计量,定义响度的单位为“宋”(sone),并定义声压级为40dB的1kHz标准音的主观感受规定为响度等于1sone。为了把声音强弱的客观尺度与在此声音刺激下的主观感受的强弱联系起来,引入响度级概念。
响度级
任何声音的响度级,在数值上等于与标准音(1kHz)一样响时所对应的标准音的声压级值,用符号p表示,响度级的单位为“方”(phon)。人耳的响度感觉不仅与声压级有关,还与声音的频率有关,相同声压级的声音在不同频率时的响度感觉也完全相同。
根据定义,人耳判断与1kHz纯音的1dB声压级的响度级为1phon,只在1kHz时,响度级与声压级相同,若某一声音(纯音或复合音)听起来和声压级为70db的1kHz纯音同样响,则该声音的响级度就是70phon,由此可知:
(1)响度级是以主观试听方法确定的,是以1kHz的标准音为基准相互比较得出的。
(2)1kHz声音的响度级(方值)就是它的声压级值(分贝值)。
根据国际标准化组织(ISO)的推荐标准,响度与响度级之间的关系可用下式表示
          lgS=0.03P-1.2
这一规律可在20~120phon内成立。
由式可知,40phon为1sone,2sone比1sone响1倍,3sone比1sone响2倍,以此类推。由于响度级是由标准音(1kHz)的声压级定义而得的,因此,它与声压级一样是对数值,从而存在2个明显的缺点:
(1)只能间接地反应人对声音的主观感受;
(2)数值不能直接加减。
响度是一个主观心里量,通常以一定的声压级的1kHz纯音为标准,用其他频率的纯音为比较声音,经实验,测试了不同频率的声音在响度相等的情况下与标准音对应的声压级值,得出了著名的弗莱彻-芒喷等响应曲线。图2-2所示为国际标准化组织(ISO)推荐的等响度曲线。

由图2-2中可以看到,以方为单位的1kHz纯音的响度级与声压级的db数相等,在同一条等响度曲线上的不同频率,不同声压级的纯音信号,给人的响度感觉是一样的,例如,50Hz,70dB的声音和200Hz,50db声压级的声音等响,因为二者在同一条等响度曲线上,即使两个声音的声压级相差20db,但是人耳听到的响度感觉是一样的。
从等响度曲线,可以看出响度级与声压级有关,声压级提高,响度级也相应增大,但是声压级并不是制约响度的唯一因素,频率不同时响度级也不同。
表2-1中列举了声压级变化对响度的影响。

对于复合声,不能直接使用纯音等响度曲线,其响度级需通过计算求得,目前在测量声音响度级与声压级时所使用的仪器,称为声压级计,为了使声压级的测试结果更接近于人耳的响度曲线,在声压级计中设有A、B、C三个计权网络(有的还有D计权),这三类计权都是在考虑等响度曲线基础上制定的,如图2-3所示,a计权网络是参考40phon等响度曲线,对500Hz以下的声音有较大的衰减,以模拟人耳对敌低频不敏感的特性,c计权网络具有接近线性的较平坦的特性,在整个可听范围内几乎不衰减,以模拟人耳对85phon以上的听觉响应,因此他可以代表总声压级,B计权网络介于二者之间,对低频有一定的衰减,它模拟人耳对70phon纯音的响度,40dB以下的声压级测量一般用A计权刻度,70phon范围的测量可用b计权,100db以上的测量一般用c计权,因为B计权以前很少使用,在一些仪器上已经取消,有些仪器上还有D计权,用于测量航空噪声。
本文节选自音响工程设计与应用
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