人耳听觉特性
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人耳听觉特性
一、人耳的构造 二、我们如何感知声音 三、人耳对声音的响度感觉 四、人耳对声音的音调感觉 五、人耳对声音的音色感觉
一、人耳构造
耳壳：阻抗匹配 外耳 耳道：传导 耳膜：接收声波振动 听小骨：杠杆放大 圆形窗
中耳
内耳： 耳蜗：形成神经脉冲，形成听觉
一、人耳的构造
看书：P45 图4-2 人耳结构功能类比： P46图4-3 外耳：拾音； 中耳：放大； 内耳：信号分析
较高的声压级上，等响曲线较为平坦，说明各频率的声压级基本相同。 较高的声压级上，等响曲线较为平坦，说明各频率的声压级基本相同。
高频段的响度变化与声压级增量基本一致， ★高频段的响度变化与声压级增量基本一致，低频段声压级的微小变化会 导致响度的较大变化。 导致响度的较大变化。
这说明：在响度级较小时， 这说明：在响度级较小时，高、低频声音灵敏度降低较明显，而低 低频声音灵敏度降低较明显， 频段比高频段灵敏度降低更加剧烈，一般应特别重视加强低频音量。 频段比高频段灵敏度降低更加剧烈，一般应特别重视加强低频音量。
所谓临界频带是指当某个纯音被以它为中心频率， 且具有一定带宽的连续噪声所掩蔽时，如果该纯 音刚好能被听到时的功率等于这一频带内噪声的 功率，那么这一带宽称为临界频带宽度。 临界频带的单位叫巴克(Bark)，1Bark＝一个临界 (Bark) 1Bark 频带宽度。频率小于500Hz时，1Bark约等于freq 500Hz 1Bark freq ／100；频率大于500Hz时，1Bark约等于 9+41og(freq／1000)，即约为某个纯音中心频率 的20％。 通常认为，20Hz--16kHz范围内有24个 子临界频带。而当某个纯音位于掩蔽声的临界频 带之外时，掩蔽效应仍然存在。
最新研究： 日前柏克莱实验室的科学家首次绘制出了人类 内耳用于控制听觉和平衡的蛋白质结构。人类的 耳朵被誉为自然界最精密的“机械”，其耳内的 蛋白质结构，轻薄如细丝，称为蛋白质纤维，它 能将声音的机械振动转变为可以为大脑所识别的 电子信号。虽然它们仅有4纳米宽，160纳米长 （一纳米等于一百万分之一米），但一旦它们受 到损害，那么人的听力将受损。
科学家利用电子断层摄影术（electron tomography），绘制 了几百张不同的角度的蛋白质结构图，并将它们重构成为一 个三维立体复合图。 绘制出的结构图像显示，人的内耳里有 大量的长着听觉细胞感受体（hair bundle）的毛细胞。这些 听觉细胞感受体在耳膜振动时随着空气的流动而摆动，就像 微风拂过时麦子的随风轻摆。通过近距离地放大可以看到， 每束听觉细胞感受体由单独的被称为“静纤毛”的纤毛组成。 相邻的静纤毛由蛋白质纤维联系起来，也称为“端部联 结”(tip links)。当静纤毛开始摆动，端部联结被拉伸，从而在一瞬间 打开了一个传声渠道，允许带正电荷的离子进入毛细胞，从 而引起神经传递物质释放，最终到达中枢神经系统，为大脑 所识别。这种方式我们可以简单看作是由机械地振动，引起 传声渠道的开放，将振动转化为电信号，并最终为我们以蝉 鸣、鸟叫或是人的语言的形式所听到。
掩蔽类型 (1)频域掩蔽 是指掩蔽声与被掩蔽声同时作用时发 生掩蔽效应，又称同时掩蔽。这时，掩蔽 声在掩蔽效应发生期间一直起作用，是一 种较强的掩蔽效应。通常，频域中的一个 强音会掩蔽与之同时发声的附近的弱音， 弱音离强音越近，一般越容易被掩蔽；反 之，离强音较远的弱音不容易被掩蔽。
例如，—个1000Hz的音比另一个900Hz的音 高18dB，则900Hz的音将被1000Hz的音掩 蔽。而若1000Hz的音比离它较远的另一个 1800Hz的音高18dB，则这两个音将同时被 人耳听到。若要让1800Hz的音听不到，则 1000Hz 1000Hz的音要比1800Hz的音高45dB。 1800Hz 45dB 一般来说，低频的音容易掩蔽高频的 音；在距离强音较远处，绝对闻阈比该强 音所引起的掩蔽阈值高，这时，噪声的掩 蔽阈值应取绝对闻阈。
响度级的单位为：“方”（phon） 以1000Hz纯音为基准声音，其他频率的纯 音和它相比较。
响度与强度的对数成正比。现代心理物理 学进行了响度的定量判断实验，并建立了 响度量表。 响度的单位为：“宋”(son)。 1 宋的定义为40dB、1000Hz 纯音所引起的 响度，大致相当于耳语的声级。
三、人耳对声音的响度感觉
响度是判断声音强弱的一种属性。人耳听觉的响度主要与声 音的强度和频率有关。 正常的听觉频率范围20—20KHz，强度范围-5dB—130dB 人们日常对话音量的动态范围为30dB至70dB，聆听音乐时约 为20dB至100dB。 对正常年轻人而言，對正常的年輕人而言，听觉频率范围 20—20KHz，但实际上人耳对于16KHz以上的高频声的响 应已经相当不敏感，特别是中老年人听觉频率感受的上限部 分的灵敏度衰减很多。
响度与响度级关系：
N =2 L N = 40 + 10 log 2 N
N为响度，LN为响度级
( L N − 40 ) /10
计权声级
如何将测量值与主观听感统一起来呢？ 我们可以设计一种均衡网络，或者叫加权 网络，对低频和高频都加以适度的衰减， 这样中频便更突出。把这种加权网络接在 被测器材和测量仪器之间，于是器材中频 噪声的影响就会被该网络“放大”，换言 之，对听感影响最大的中频噪声被赋予了 更高的权重，此时测得的声级就叫计权声 级
(2)时域掩蔽 所谓时域掩蔽是指掩蔽效应发生在掩蔽声与 被掩蔽声不同时出现时，又称异时掩蔽。异时掩 蔽又分为超前掩蔽和滞后掩蔽。若掩蔽声音出现 之前的一段时间内发生掩蔽效应，则称为超前掩 蔽；否则称为滞后掩蔽。 产生时域掩蔽的主要原因是人的大脑处理信息需 要花费一定的时间，异时掩蔽也随着时间的推移 很快会衰减，是一种弱掩蔽效应。一般情况下， 导前掩蔽只有3ms—20ms，而滞后掩蔽却可以持 续50ms—100ms。
计权网络有多种曲线形状，分别以A、B、 C来表示，以针对不同的场合。相应地，测 得的参数就是A计权、B计权、C计权。 单位记作 dB(A) 、 dB(B) 和 dB(C) 。
A加权曲线是基于40 Phon的等响曲线, 当量测较低的声音时,建议使用它较佳. B加权曲线是基于70 Phon的等响曲线,当量测中 段的声音时建议使用它较适合, , C计权网络是基于100方等响曲线，在整个可听频 率范围内近于平直，它让所用频率的声音近于一 样程度的通过，基本上不衰减，因此C计权网络 表示总声压级。
声压在20~55 dB SPL范围内，建议使用A 加权曲线网络. 声压在55~85 dB SPL范围内，建议使用B 加权曲线网络. 声压在85~140 dB SPL范围内，建议使用C 加权曲线网络. 当在量测噪音时,无论其声压是低或高,建议 使用A加权曲线网络.
掩蔽效应
人耳对一个声音的听觉灵敏度因为另一个 声音的存在而降低的现象。 掩蔽量——因掩蔽效应听阈提高的分贝数 掩蔽量取决于声音之间的频谱关系、声压 级差以及到达听者耳朵的时间和相位关系。
二、我们如何感知声音
人可以通过两种途径听到声音： 第一种途径： 外界声音——鼓膜——听小骨及 其它组织——听觉神经——大脑 第二种途径（骨传导）： 声音——头骨、颌骨——听觉神 经——大脑
正常人通过这两种途径都能听到声音，耳 聋的人则是通过第二种途径听到声音。 例如：伟大的音乐家贝多芬耳聋后就是用 牙咬住木棒的一端，另一端顶在钢琴上听 自己演奏的琴声。
纯音间的掩蔽 ①对处于中等强度时的纯音最有效的掩 蔽是出现在它的频率附近。 ②低频的纯音可以有效地掩蔽高频的纯 音，而反过来则作用很小。 P51 图4-8
噪音对纯音的掩蔽： 噪音是由多种纯音组成，具有无限宽的 频谱 。 若掩蔽声为窄带噪声Hale Waihona Puke Baidu被掩蔽声为纯音， 其中位于被掩蔽音附近的由纯音分量组成 的窄带噪声即临界频带的掩蔽作用最明显。
可听声的强度和频率范围
等响度曲线
利用与基准音比较的方法，测出整个可听 范围的纯音响度级，这就是等响度曲线。 曲线表示了响度级、声压级与频率三者之 间的关系。
等响度曲线的特点：
★在较低的声压级上，等响上曲线各频率声音的声压级相差很大， 在较低的声压级上，等响上曲线各频率声音的声压级相差很大，
一、人耳的构造 二、我们如何感知声音 三、人耳对声音的响度感觉 四、人耳对声音的音调感觉 五、人耳对声音的音色感觉
一、人耳构造
耳壳：阻抗匹配 外耳 耳道：传导 耳膜：接收声波振动 听小骨：杠杆放大 圆形窗
中耳
内耳： 耳蜗：形成神经脉冲，形成听觉
一、人耳的构造
看书：P45 图4-2 人耳结构功能类比： P46图4-3 外耳：拾音； 中耳：放大； 内耳：信号分析
较高的声压级上，等响曲线较为平坦，说明各频率的声压级基本相同。 较高的声压级上，等响曲线较为平坦，说明各频率的声压级基本相同。
高频段的响度变化与声压级增量基本一致， ★高频段的响度变化与声压级增量基本一致，低频段声压级的微小变化会 导致响度的较大变化。 导致响度的较大变化。
这说明：在响度级较小时， 这说明：在响度级较小时，高、低频声音灵敏度降低较明显，而低 低频声音灵敏度降低较明显， 频段比高频段灵敏度降低更加剧烈，一般应特别重视加强低频音量。 频段比高频段灵敏度降低更加剧烈，一般应特别重视加强低频音量。
所谓临界频带是指当某个纯音被以它为中心频率， 且具有一定带宽的连续噪声所掩蔽时，如果该纯 音刚好能被听到时的功率等于这一频带内噪声的 功率，那么这一带宽称为临界频带宽度。 临界频带的单位叫巴克(Bark)，1Bark＝一个临界 (Bark) 1Bark 频带宽度。频率小于500Hz时，1Bark约等于freq 500Hz 1Bark freq ／100；频率大于500Hz时，1Bark约等于 9+41og(freq／1000)，即约为某个纯音中心频率 的20％。 通常认为，20Hz--16kHz范围内有24个 子临界频带。而当某个纯音位于掩蔽声的临界频 带之外时，掩蔽效应仍然存在。
最新研究： 日前柏克莱实验室的科学家首次绘制出了人类 内耳用于控制听觉和平衡的蛋白质结构。人类的 耳朵被誉为自然界最精密的“机械”，其耳内的 蛋白质结构，轻薄如细丝，称为蛋白质纤维，它 能将声音的机械振动转变为可以为大脑所识别的 电子信号。虽然它们仅有4纳米宽，160纳米长 （一纳米等于一百万分之一米），但一旦它们受 到损害，那么人的听力将受损。
科学家利用电子断层摄影术（electron tomography），绘制 了几百张不同的角度的蛋白质结构图，并将它们重构成为一 个三维立体复合图。 绘制出的结构图像显示，人的内耳里有 大量的长着听觉细胞感受体（hair bundle）的毛细胞。这些 听觉细胞感受体在耳膜振动时随着空气的流动而摆动，就像 微风拂过时麦子的随风轻摆。通过近距离地放大可以看到， 每束听觉细胞感受体由单独的被称为“静纤毛”的纤毛组成。 相邻的静纤毛由蛋白质纤维联系起来，也称为“端部联 结”(tip links)。当静纤毛开始摆动，端部联结被拉伸，从而在一瞬间 打开了一个传声渠道，允许带正电荷的离子进入毛细胞，从 而引起神经传递物质释放，最终到达中枢神经系统，为大脑 所识别。这种方式我们可以简单看作是由机械地振动，引起 传声渠道的开放，将振动转化为电信号，并最终为我们以蝉 鸣、鸟叫或是人的语言的形式所听到。
掩蔽类型 (1)频域掩蔽 是指掩蔽声与被掩蔽声同时作用时发 生掩蔽效应，又称同时掩蔽。这时，掩蔽 声在掩蔽效应发生期间一直起作用，是一 种较强的掩蔽效应。通常，频域中的一个 强音会掩蔽与之同时发声的附近的弱音， 弱音离强音越近，一般越容易被掩蔽；反 之，离强音较远的弱音不容易被掩蔽。
例如，—个1000Hz的音比另一个900Hz的音 高18dB，则900Hz的音将被1000Hz的音掩 蔽。而若1000Hz的音比离它较远的另一个 1800Hz的音高18dB，则这两个音将同时被 人耳听到。若要让1800Hz的音听不到，则 1000Hz 1000Hz的音要比1800Hz的音高45dB。 1800Hz 45dB 一般来说，低频的音容易掩蔽高频的 音；在距离强音较远处，绝对闻阈比该强 音所引起的掩蔽阈值高，这时，噪声的掩 蔽阈值应取绝对闻阈。
响度级的单位为：“方”（phon） 以1000Hz纯音为基准声音，其他频率的纯 音和它相比较。
响度与强度的对数成正比。现代心理物理 学进行了响度的定量判断实验，并建立了 响度量表。 响度的单位为：“宋”(son)。 1 宋的定义为40dB、1000Hz 纯音所引起的 响度，大致相当于耳语的声级。
三、人耳对声音的响度感觉
响度是判断声音强弱的一种属性。人耳听觉的响度主要与声 音的强度和频率有关。 正常的听觉频率范围20—20KHz，强度范围-5dB—130dB 人们日常对话音量的动态范围为30dB至70dB，聆听音乐时约 为20dB至100dB。 对正常年轻人而言，對正常的年輕人而言，听觉频率范围 20—20KHz，但实际上人耳对于16KHz以上的高频声的响 应已经相当不敏感，特别是中老年人听觉频率感受的上限部 分的灵敏度衰减很多。
响度与响度级关系：
N =2 L N = 40 + 10 log 2 N
N为响度，LN为响度级
( L N − 40 ) /10
计权声级
如何将测量值与主观听感统一起来呢？ 我们可以设计一种均衡网络，或者叫加权 网络，对低频和高频都加以适度的衰减， 这样中频便更突出。把这种加权网络接在 被测器材和测量仪器之间，于是器材中频 噪声的影响就会被该网络“放大”，换言 之，对听感影响最大的中频噪声被赋予了 更高的权重，此时测得的声级就叫计权声 级
(2)时域掩蔽 所谓时域掩蔽是指掩蔽效应发生在掩蔽声与 被掩蔽声不同时出现时，又称异时掩蔽。异时掩 蔽又分为超前掩蔽和滞后掩蔽。若掩蔽声音出现 之前的一段时间内发生掩蔽效应，则称为超前掩 蔽；否则称为滞后掩蔽。 产生时域掩蔽的主要原因是人的大脑处理信息需 要花费一定的时间，异时掩蔽也随着时间的推移 很快会衰减，是一种弱掩蔽效应。一般情况下， 导前掩蔽只有3ms—20ms，而滞后掩蔽却可以持 续50ms—100ms。
计权网络有多种曲线形状，分别以A、B、 C来表示，以针对不同的场合。相应地，测 得的参数就是A计权、B计权、C计权。 单位记作 dB(A) 、 dB(B) 和 dB(C) 。
A加权曲线是基于40 Phon的等响曲线, 当量测较低的声音时,建议使用它较佳. B加权曲线是基于70 Phon的等响曲线,当量测中 段的声音时建议使用它较适合, , C计权网络是基于100方等响曲线，在整个可听频 率范围内近于平直，它让所用频率的声音近于一 样程度的通过，基本上不衰减，因此C计权网络 表示总声压级。
声压在20~55 dB SPL范围内，建议使用A 加权曲线网络. 声压在55~85 dB SPL范围内，建议使用B 加权曲线网络. 声压在85~140 dB SPL范围内，建议使用C 加权曲线网络. 当在量测噪音时,无论其声压是低或高,建议 使用A加权曲线网络.
掩蔽效应
人耳对一个声音的听觉灵敏度因为另一个 声音的存在而降低的现象。 掩蔽量——因掩蔽效应听阈提高的分贝数 掩蔽量取决于声音之间的频谱关系、声压 级差以及到达听者耳朵的时间和相位关系。
二、我们如何感知声音
人可以通过两种途径听到声音： 第一种途径： 外界声音——鼓膜——听小骨及 其它组织——听觉神经——大脑 第二种途径（骨传导）： 声音——头骨、颌骨——听觉神 经——大脑
正常人通过这两种途径都能听到声音，耳 聋的人则是通过第二种途径听到声音。 例如：伟大的音乐家贝多芬耳聋后就是用 牙咬住木棒的一端，另一端顶在钢琴上听 自己演奏的琴声。
纯音间的掩蔽 ①对处于中等强度时的纯音最有效的掩 蔽是出现在它的频率附近。 ②低频的纯音可以有效地掩蔽高频的纯 音，而反过来则作用很小。 P51 图4-8
噪音对纯音的掩蔽： 噪音是由多种纯音组成，具有无限宽的 频谱 。 若掩蔽声为窄带噪声Hale Waihona Puke Baidu被掩蔽声为纯音， 其中位于被掩蔽音附近的由纯音分量组成 的窄带噪声即临界频带的掩蔽作用最明显。
可听声的强度和频率范围
等响度曲线
利用与基准音比较的方法，测出整个可听 范围的纯音响度级，这就是等响度曲线。 曲线表示了响度级、声压级与频率三者之 间的关系。
等响度曲线的特点：
★在较低的声压级上，等响上曲线各频率声音的声压级相差很大， 在较低的声压级上，等响上曲线各频率声音的声压级相差很大，