 生活中我們每天都要和聲音打交道，聆聽不同的聲音。但問到什么是聽覺？聽覺具有哪些特性？卻不見得每個(gè)人都回答得上。因?yàn)閷?duì)于具有正常聽覺的人而言，能聽見聲音太平常不過了。但作為音響行業(yè)從業(yè)人員，對(duì)人耳聽覺特性的了解，卻是我們學(xué)習(xí)、掌握音響技術(shù)和調(diào)音技術(shù)基礎(chǔ)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。  聽覺是人們對(duì)聲音的主觀反應(yīng)，任何復(fù)雜的聲音都可以用聲音的三個(gè)物理量來(lái)描述：即幅度（聲強(qiáng)或聲壓）、頻率和相位。但對(duì)于人耳的感覺來(lái)說(shuō)，聲音是用另外三個(gè)量來(lái)描述的，即響度、音調(diào)和音色。這也就是我們通常所說(shuō)的聲音的三要素。除此而外，人耳聽覺特性中還存在著若干效應(yīng)，如果不了解這些，就不會(huì)知道人們?cè)诼犚暨^程中，受到的生理聲學(xué)和心理聲學(xué)作用。針對(duì)人耳聽覺中存在的各種效應(yīng)問題，“影音新生活”特別整理編輯此文，以供大家參考。  ▌ 頻率域的主觀感覺 大家知道，聲音是由振動(dòng)產(chǎn)生的。所謂的聲音頻率，就是發(fā)聲源的振動(dòng)頻率。大自然及人類可能制造出的聲音，從1赫茲，到幾十萬(wàn)赫茲，范圍跨度極大，但并不是所有的聲波振動(dòng)，都是人耳能聽到的。 頻率是聲音的物理特性，而音調(diào)則是頻率的主觀反映。一般，音調(diào)的高低與頻率的高低一致。頻率不變，強(qiáng)度的變化對(duì)音調(diào)稍有影響。強(qiáng)度增大時(shí)，低頻率音調(diào)顯得更低，而高頻率音調(diào)顯得更高。例如8192Hz的聲音在100dB強(qiáng)度下所產(chǎn)生的音調(diào)要比80dB時(shí)高，而128Hz在100dB時(shí)所產(chǎn)生的音調(diào)要比70dB時(shí)低。 ▌ 時(shí)間域的主觀感覺 如果聲音的時(shí)間長(zhǎng)度超過大約300ms，那么聲音的時(shí)間長(zhǎng)度增減對(duì)聽覺的閥值變化不起作用。對(duì)于音調(diào)的感受也與聲音的時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)。當(dāng)聲音持續(xù)的時(shí)間很短時(shí)，聽不出音調(diào)來(lái)，只是聽到“咔啦”一聲。聲音的持續(xù)時(shí)間加長(zhǎng)，才能有音調(diào)的感受，只有聲音持續(xù)數(shù)十毫秒以上時(shí)，感覺的音調(diào)才能穩(wěn)定。 時(shí)間域的另一個(gè)主觀感覺特性是回聲。 ▌ 空間域的主觀感覺 人用雙耳聽音比用單耳聽音具有明顯的優(yōu)勢(shì)，其靈敏度高、聽閥低、對(duì)聲源具有方向感，而且有比較強(qiáng)的抗干擾能力。在立體聲條件下，用揚(yáng)聲器和用立體聲耳機(jī)聽音獲得的空間感是不相同的，前者聽到的聲音似乎位于周圍環(huán)境中，而后者聽到的聲音位置在頭的內(nèi)部，為了區(qū)別這兩種空間感，將前者稱為定向，后者稱為定位。 ▌ 聽覺的歐姆定律 有電學(xué)歐姆定律也有聲學(xué)歐姆定律。著名物理學(xué)家喬治·西蒙·歐姆（1787年3月16日到1854年7月7日）發(fā)現(xiàn)了電學(xué)中的歐姆定律，同時(shí)他還發(fā)現(xiàn)了人耳聽覺上的歐姆定律，聲學(xué)定律是在1843年提出的，人耳可把復(fù)雜的聲音分解成諧波分量，并按分音大小判斷音色的理論。這一定律揭示：人耳的聽覺只與聲音中各分音的頻率和強(qiáng)度有關(guān)，而與各分音之間的相位無(wú)關(guān)。根據(jù)這一定律，音響系統(tǒng)中的記錄、重放等過程的控制可以不去考慮復(fù)雜聲音中各分音的相位關(guān)系。 人耳是一個(gè)頻率分析器，可以將復(fù)音中的各諧音分開，人耳對(duì)頻率的分辨靈敏度很高，在這一點(diǎn)上人耳比眼睛的分辨度高，人眼無(wú)法看出白光中的各種彩色光分量。 ▌ 聽覺的韋伯定律 韋伯定律表明了人耳聽聲音的主觀感受量與客觀刺激量的對(duì)數(shù)成正比關(guān)系。當(dāng)聲音較小，增大聲波振幅時(shí)，人耳的主觀感受音量增大量較大；當(dāng)聲音強(qiáng)度較大，增大相同的聲波振幅時(shí)，人耳主觀感受音量的增大量較小。 根據(jù)人耳的上述聽音特性，在設(shè)計(jì)音量控制電路時(shí)要求采用指數(shù)型電位器作為音量控制器，這樣均勻旋轉(zhuǎn)電位器轉(zhuǎn)柄時(shí)，音量是線性增大的。 ▌ 掩蔽效應(yīng) 環(huán)境中的其他聲音會(huì)使聽音者對(duì)某一個(gè)聲音的聽力降低，這稱之為掩蔽。當(dāng)一個(gè)聲音的強(qiáng)度遠(yuǎn)比另一個(gè)聲音大，當(dāng)大到一定程度而這兩個(gè)聲音同時(shí)存在時(shí)，人們只能聽到響的那個(gè)聲音存在，而覺察不到另一個(gè)聲音存在。掩蔽量與掩蔽聲的聲壓有關(guān)，掩蔽聲的聲壓級(jí)增加，掩蔽量隨之增大。另外，低頻聲的掩蔽范圍大于高頻聲的掩蔽范圍。 人耳的這一聽覺特性給設(shè)計(jì)降低噪聲電路提供了重要啟發(fā)。磁帶放音中，有這樣的聽音體會(huì)，當(dāng)音樂節(jié)目在連續(xù)變化且聲音較大時(shí)，我們不會(huì)聽到磁帶的本底噪聲，可當(dāng)音樂節(jié)目結(jié)束(空白段磁帶)時(shí)，便能感覺到磁帶的“咝……”噪聲存在。 為了降低噪聲對(duì)節(jié)目聲音的影響，提出了信噪比(SN)的概念，即要求信號(hào)強(qiáng)度比噪聲強(qiáng)度足夠的大，這樣聽音便不會(huì)覺得有噪聲的存在。一些降噪系統(tǒng)就是利用掩蔽效應(yīng)的原理設(shè)計(jì)而成的。 ▌ 匙孔效應(yīng) 單聲道錄放系統(tǒng)使用一只話筒錄音，信號(hào)錄在一條軌跡上，放音時(shí)使用一路放大器和一只揚(yáng)聲器，所以重放的聲源是一個(gè)點(diǎn)聲源，像通過鑰匙孔聽到聲音，無(wú)聲像群落感覺，聲音貧乏無(wú)味、單薄膚淺，即使多只揚(yáng)聲器放音，由于都是沒有差異的聲音，聲音不會(huì)有任何改善，借助于不同聲源之間的音量差，聽起來(lái)會(huì)略有縱深變化感覺。 ▌ 雙耳效應(yīng) 所謂雙耳效應(yīng)，是指人耳對(duì)于外界聲音方位的辨別特性。比如在交響樂現(xiàn)場(chǎng)聆聽，閉上雙眼后，用兩只耳朵仔細(xì)聆聽，你會(huì)聽出每一種樂器所處樂隊(duì)的位置，弦樂器大概在前方，管樂器在中央，打擊樂器在后方等等。通過雙耳效應(yīng)，我們可以清晰的辨別出每一種聲音來(lái)自何方。  雙耳效應(yīng)的基本原理是這樣：如果聲音來(lái)自聽音者的正前方，此時(shí)由于聲源到左、右耳的距離相等，從而聲波到達(dá)左、右耳的時(shí)間差(相位差)、音色差為零，此時(shí)感受出聲音來(lái)自聽音者的正前方，而不是偏向某一側(cè)。聲音強(qiáng)弱不同時(shí)，可感受出聲源與聽音者之間的距離。 ▌ 哈斯效應(yīng) 實(shí)驗(yàn)證明，人的聽覺有先入為主的特性。哈斯效應(yīng)就是有哈斯發(fā)現(xiàn)的，人們不能分辨出來(lái)某些延遲音的現(xiàn)象。 但兩個(gè)強(qiáng)度相等而其中一個(gè)經(jīng)過延遲的聲音一同傳到人耳時(shí)： 延遲時(shí)間<30ms，聽覺上感到聲音只是來(lái)自未經(jīng)延遲的聲源； 延遲時(shí)間為30~50ms，已能感覺到兩個(gè)聲源的存在，但方向仍由前導(dǎo)所定； 延遲時(shí)間>50ms時(shí)，延遲聲就不能被掩蓋，聽覺上會(huì)感覺到延遲是個(gè)清晰的回聲。 哈斯效應(yīng)也是立體聲系統(tǒng)定向的基礎(chǔ)之一。 ▌ 德·波埃效應(yīng) 在音響系統(tǒng)的調(diào)試中，只要是涉及到對(duì)聲場(chǎng)定位的處理，我們都會(huì)大量地使用到時(shí)間延時(shí)的功能；而“時(shí)間延時(shí)”功能之所以能夠起到調(diào)節(jié)聲場(chǎng)的作用，與之密切相關(guān)的物理原理便是德·波埃效應(yīng)（De Poher Effect）。 德·波埃效應(yīng)是立體聲系統(tǒng)定向的另一基礎(chǔ)。德·波埃效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)是：放置左、右聲道兩只音箱，聽音者在兩只音箱對(duì)稱線上聽音，給兩只音箱饋入不同的信號(hào)，可以得到以下幾個(gè)定論： (１)如果給兩只音箱饋入相同的信號(hào)，即強(qiáng)度級(jí)差ΔＬ＝0，時(shí)間差Δｔ＝0，此時(shí)只感覺到一個(gè)聲音，且來(lái)自兩只音箱的對(duì)稱線上。 (２)如果兩只音箱的強(qiáng)度級(jí)差ΔＬ不為0，此時(shí)聽音感覺聲音偏向較響的一只音箱，如果強(qiáng)度級(jí)差ΔＬ大于等于１5db，此時(shí)感覺聲音完全來(lái)自較響的那一只音箱。 (３)如果強(qiáng)度級(jí)差ΔＬ＝0，但兩只音箱的時(shí)間差Δｔ不為0，此時(shí)感覺聲音向先到達(dá)的那只音箱方向移動(dòng)。如果時(shí)間差Δｔ大于等于3ms時(shí)，感覺聲音完全來(lái)自先到達(dá)的那只音箱方向。 ▌ 勞氏效應(yīng) 勞氏應(yīng)是一種立體聲范圍的心理聲學(xué)效應(yīng)。勞氏效應(yīng)揭示：如果將延遲后的信號(hào)再反相疊加在直達(dá)信號(hào)上，會(huì)產(chǎn)生一種明顯的空間感，聲音好像來(lái)自四面八方，聽音者仿佛置身于樂隊(duì)之中。 ▌ 浴室效應(yīng) 身臨浴室時(shí)有一個(gè)切身感受，浴室內(nèi)發(fā)出的聲音，混響時(shí)間過長(zhǎng)且過量，這種現(xiàn)象在電聲技術(shù)的音質(zhì)描述中稱為浴室效應(yīng)。當(dāng)?shù)?、中頻某段夸張，有共振、頻率響應(yīng)不平坦、300Hz提升過量時(shí)，會(huì)出現(xiàn)浴室效應(yīng)。 ▌ 多普勒效應(yīng) 簡(jiǎn)單地講，多普勒效應(yīng)就是指當(dāng)聲源與聽者彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)感覺到某一頻率確定的聲音的音調(diào)將發(fā)生變化。 1842年奧地利一位名叫多普勒的數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家。一天，他正路過鐵路交叉處，恰逢一列火車從他身旁馳過，他發(fā)現(xiàn)火車從遠(yuǎn)而近時(shí)汽笛聲變響，音調(diào)變尖，而火車從近而遠(yuǎn)時(shí)汽笛聲變?nèi)酰粽{(diào)變低。他對(duì)這個(gè)物理現(xiàn)象感到極大興趣，并進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)這是由于振源與觀察者之間存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使觀察者聽到的聲音頻率不同于振源頻率的現(xiàn)象。這就是頻移現(xiàn)象。因?yàn)?，聲源相?duì)于觀測(cè)者在運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀測(cè)者所聽到的聲音會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)聲源離觀測(cè)者而去時(shí)，聲波的波長(zhǎng)增加，音調(diào)變得低沉，當(dāng)聲源接近觀測(cè)者時(shí)，聲波的波長(zhǎng)減小，音調(diào)就變高。音調(diào)的變化同聲源與觀測(cè)者間的相對(duì)速度和聲速的比值有關(guān)。這一比值越大，改變就越顯著，后人把它稱為“多普勒效應(yīng)” ▌ 李開試驗(yàn) 李開試驗(yàn)證明：兩個(gè)聲源的相位相反時(shí)，聲像可以超出兩個(gè)聲源以外，甚至跳到聽音身后。 李開試驗(yàn)還提示，只要適當(dāng)控制兩聲源(左、右聲道揚(yáng)聲器)的強(qiáng)度、相位，就可以獲得一個(gè)范圍廣闊(角度、深度)的聲像移動(dòng)場(chǎng)。 ▌ 顱骨效應(yīng) 不知為什么，顱骨效應(yīng)在一般的教科書上很少提及。但筆者認(rèn)為，顱骨效應(yīng)對(duì)于人們的聽覺特性來(lái)說(shuō)是非常重要的。人們聽別人講話的聲音與聽別人講話錄音的聲音其音質(zhì)是相同的，聲音都是經(jīng)過空間送入人耳，之后再進(jìn)入人的大腦的；如果一個(gè)人聽自己講話的聲音，再聽自己講話的錄音，會(huì)感到錄音重放的聲音不像自己講話的聲音，這是因?yàn)槁犠约褐v話時(shí)聲音的傳播渠道有兩個(gè)，即： （1） 音源→空間→人耳→大腦 （2） 音源→人體顱骨→大腦 在聽別人講話錄音時(shí)聲音的傳播渠道只有一個(gè)，即：音源→空間→人耳→大腦。 正是因?yàn)槁犠约褐v話的聲音有兩個(gè)傳播渠道，所以頻帶很寬，自己感覺音色比較好；而聽自己講話錄音時(shí)，只有一個(gè)傳播渠道，頻帶不是很寬，聲音也就不那么動(dòng)聽了。 結(jié)語(yǔ)：我們?cè)诟袊@人類聽覺感官非凡的同時(shí)，在這些關(guān)于聲音和聽覺的若干效應(yīng)中，我們也能清楚的看到人耳的聽覺感知與心理聲學(xué)特性是很多相同的地方。熟悉掌握了這些問題，有助于我們?cè)诮窈蟮牡墓ぷ髦懈玫馗鶕?jù)環(huán)境來(lái)進(jìn)行聲學(xué)設(shè)計(jì)，合理地使用器材以獲得最佳的聲音表現(xiàn)。 |
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