声学基础与常识

声音三要素
响度与持续时间的关系：响度除了 与声压级、频率等相关因素有关以 外，还与声音的持续时间有关。大 量的测试结果表明：在100ms~200 模式的持续时间以内，声音的响度 随持续以时一间个的57增dB大、而2增KH大z的。纯所音以测， 从试某响种度程级度随上着说持，续听时觉间是的由变记化忆特功性， 能可的以。得到响度级和持续时间的关系， 如右图所示。
10低m音萨s左克斯右的58时Hz~候14K，Hz 会使得笛子听音人感217觉Hz~不97出8Hz
它的钢音琴 调，只27Hz能~12听KHz到“咔唢咔呐”的声19音5H。z~522Hz
关系曲线 音色：音色是指人们区别具有相同响 度和音调的两个声音的主管感觉。每 个人都有自己的独有音色，不同的乐 器进行演奏的时候，人们也能区分出 它们各自的音色。人在讲话的时候， 乐器在演奏的时候，都是复音，是由 基频与谐频组成的声音。两个音调相
级升高时，会感到音调变高。
纯音的音调和频率的
复由定西洋复。音小大乐提提音复（器琴琴声中音是源频的指（1率声6由9频包56HH率括z最压许z~~范谐116低级多6围频KKHH）zz的高纯声低音民音对组乐粤决于成声胡定音源的，调声频即的音率 39由影）范 0H围 z基响的~（ 2音要音.基 6K决比调频 Hz）
当持续时间大于100ms的时候， 响度级基本保持在60方；当持续时 间小于100ms时，响度级随着持续 时间以大约每10倍时间10方的斜率 下降：当持续时间从100ms下降到 10ms的时候，响度级大约从56方下 降到46方。其他频率信号测试结果 也类似。
所以，当人耳听到一个短促的脉冲 声时，如果强度不变，长度由1ms变 为2ms，则听起来不是声音的长度变 了，而是更响了。因此，当人耳倾 听频度超过一定值的一系列脉冲声
纯低音音小小提号琴很多1。4810HHzz~~1100KKHHzz
琵琶 三弦
108Hz~1KHz 87Hz~1.1KHz
当声圆音号 持续时90H间z~8在KHz0.5s以扬下琴的时候14，6Hz要~1比.1K1Hsz
以高上音长萨感号克到斯 音2调8000HH比zz~~71较K7HKzHz低。持笙续时间再21短7H，z~5为87Hz
P (e)
P(e)/P(ref) 20*lg[P(e)/P(ref)]
0.00002 0.00002
1
0
0.00002
0.0002
10
20
0.00002
0.002
100
40
0.00002
0.02
1000
60
0.00002
0.2
10000
80
0.00002
2
100000
100
20
标准大气压（Standard
atmospheric pressure）：1标准
大=N如格线1/P气㎡下，关0.(0Pa1压是右系) 3声边。=275压是6×P (0P与 声a1m) 0声压m^5汞压与比P值柱a级声（=P=/之压1P07.）0间级61c的之×m汞换间10SP柱算的^L 5表曲
P(ref)
声音三要素
响度：人耳对于声音强弱的感觉，称为响度。声音的响度主要与声压有关，声压越大， 响度也就越大。但是，响度与声压并不是成线性比例关系，而是大致与声压的指数成 比例关系。响度的这一听觉特性被称为“史蒂文指数定律”。 响度是个主观量，是声压的主观量，1kHz时的声压级定义为响度级，单位是“方”。 人耳对声音强弱的感觉不是一根线的，当响度级每增加10方时，我们人耳听到的响 度加倍。人耳听觉特性的研究表明，刺激量（声压）增加为指数方式，感觉量（响 度级）增加为差数方式。这是耳膜的自动保护机制。 声压级是一个物理量，并不完全能反映人对声音强弱的感受，而响度则是心理学中用 于除衡此量之衡外量，这响种度感还受与的频心率理、量波。具体的定义可以参考维基百科：Loudness。响度级与 声形压、级声并音非的线持性续关时系间。相响关。度级的计算模型请参考：ISO/WD 532-1。在ISO-532中描述 了响两度种的响频度率计特算性方：法人，耳两对种于方法都需要分带计算（将声音的不同频率成分分别考虑）， 第不一同种频方率法声是音的St响ev度en感在觉19是56不年的论文The Mesurement of Loudness中提出的，是一种 并同不的复。杂也的就计是算说模，型对；于第频二率种不是Zwicker提出的，大概方法是分频带的查表计算。 同，而强度相同的声音，人耳 会感觉到不同的响度。为了说 明人耳的响度感觉，定义了响 度级。响度级用来表示响度的 大小，其单位为“方” （phon），符号为LN。定义 一个声音的响度级在数值上 等于和它同样响的1KHz纯音 的声压级。
声学基础与常识
王传芳 / gaizi23@163.com
声音三要素
声学三要素：音调或者叫音高（对应频率）、音色（对应频谱）、响度（对应振幅）。
任何复杂的声音都可以用此三个属性来描述 音调：人耳对于声音高低的感觉，称为音调。
音调主要与声音的频率有关，同时也与声压
级和声音的持续时间有关。音调会随着频率
的增大而提高，但不是与频率成完全的线性
关系。
音调的单位为“美”（Mel），定义
40dB@1KHz纯音的音调为1000美。需要注
意的是，影响音调的因素还有声音的声压级，
以及声音的持续时间。低频的纯音，声压级
高的时候，要比声压级低的时候搞到音调变
低；频率在1KHz~5KHz之间的纯音，音调
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几乎与声压级无关；频率再高的纯音，声压
声压级（SPL）
声波通过空气传播时，由于振动会导致压强的改变，压强改变量是随时间变化的，实 测声压就是压强该变量的有效值，单位是Pa或MPa。声压就是大气压受到扰动后产 生的变化，相当于在大气压强上的叠加一个扰动引起的压强变化。由于声压的测量比 较容易实现，通过声压的测量也可以间接求得质点速度等其它物理量，所以声学中常 用这个物理量来描述声波。表示声压大小的指标称为声压P (级Pa（) VSSP.LS，PsLound pressure l即ev2e0l）lgP，/P用0某，声单音位的为声dB压。（p）与基本声压25值（p0）之比的常用对数的20倍来表示，