第三章 人的主要听觉特征

第三章 人的主要听觉特征
§3-1 人耳听觉系统 1.人耳的听觉本领：
人耳的听觉过程是一个复杂的生理过程，它直接和人耳的机械结构和听觉 神经系统特点有关。
①人耳能经得起自然界中最强声音(有时高达 2×103～2×104pa)，同时也 能感觉到极微小的声音(如 2×10-5 帕)这只有一个大气压的五十亿分之一。这种 极微小的声压在 1kc 时，使人耳鼓膜仅产生 10-9cm 的位移，这距离小于氢分子直 径的十分之一。
方位感是人耳听觉的又特性，构成方位感信息量是在两耳处产生的声压的 相位差和强度差。低频声定位主要是依靠相位差起作用，而高频声主要是强度差 起作用。 ②双耳效应：
由于人的双耳听到的声音在时间上，强度上和相位上有一定的差别，即使差 别很微小，也可由此来判别出声音的方向，确定出声源的位置，这就是双耳效应。 双耳效应是获得立体声感的基本原因。人耳是置于头部对称两侧的，通常可分辨 出水平方向 5°～15°的变动量，但对上下竖直方向，有时竟高达 60°方能分辨 出来。 §3-3 声音的特征： 1.人耳对声音感觉的四种特征是：响度、音调、音色和音品，这四种特征是人的
的强弱感相对应。
P
SPL＝20
㏒
10
Pref
I
SIL＝10
㏒
10
Iref
W
SWL＝10
㏒
10
Wref
(2)允差的概念：
人们对声音强弱变化的察觉能力是有限的，未进行过听觉训练的人，当声
音的声压级突然增高或降低 3dB 方能觉察出声音强弱在变化。
经过专门训练的音乐工作者和电声工作者才能察觉出(1～2)分贝声压级
一切电声技术标准都是根据听觉的需要提出来的，经常在声波这个客观与
听觉这个主观二者之间的关系上付出劳动。
(3)人的听觉系统是十分复杂的。
2.人对声音强弱的感觉特点----级的概念
(1)对数规律：实际测量发现，当声音信号的强度按指数规律增长时，人会大体
上感到声音在均匀地增强，也就是说，若将声压有效值取对数后，才与人对声音
§3-5 听觉特性与电声技术标准的关系：
1.一切电声技术标准都是根据听觉需要提出来的。
(1)实践证明，声音虽然是客观存在的，但是人类的主观感觉(听觉)和客观实际
(声波)有一致的地方，也有不十分一致的地方，甚至还会产生“错觉”(主体声
技术正是利用了听觉的一部分错觉)，可见听觉有其独有的特性。
(2)听觉特性与电声技术标准的关系：
响度就是指声音的大小 — 声振动的振幅。但声音响度不仅决定于振幅的大 小，而且也决定频率的高低，频率愈高或愈低，响度感觉都会变差。声响度说明 听觉神经被刺激的程度，需经过 0.1～0.2 秒，才能达到响度感觉值。 ②音调：
音调也是一个主观感量，指的是声音的调子，它反映人耳对声音频率的感 受。
频率低的声音听起来调子低。频率高的声音听起来调子高。但音调与频率 不是完全成正比关系，它还与声压与波形有关。
所谓“嗓子”好坏就是指人由喉部声带振动作用，而从口腔发出来的声音 好坏。人的语言声的频率范围：
男低音：80～320Hz 男中音：100～400Hz
男高音：125～500Hz
女低音：150～600Hz 女高音：260～1050Hz
当接电话时，有时很难辨别出日常很熟悉的口音，这是因为语言的音色中 包含的频率相当高的谐音成分被窄频带的电话系统切掉所致。 3.掩蔽效应：
低频(100 Hz 以下)的掩蔽效应显著，而频率相近时，最容易被掩蔽。
§3-4 声音的评价 1.客观评价：一般用客观测量和计算的方法，如 SWL、SIL、SPL 来评价声音。如 在消声室测量，用 LMS 系统测量。
3
2.主观评价：引入响度级的概念。 响度级的定义：
一个声音的响度级，就是将它与 1000 赫纯音作比较，当两者听起来一样响 时，这 1000 赫纯音的声压级数值就定为该声音的响度级。响度级的单位为方 (Phon)或定义为：与 1000 赫纯音同样响的声音的响度级等于 1000 赫纯音的声压 级。声音的响度级只能告诉我们这个声音和多少声压级的 1000 赫声音一样响， 而不能用来比较两个声音的大小。
音调的单位是美(mel)音调的变化和频率相对变化的对数成正比。如将
100～200Hz 或将 1200Hz ～2400 Hz 音调变化在听觉上都是一样，所谓提高了
“八度音”。 ③音色：音色是人们在主观感觉上区别具有同样响度和音调的两个声音所以不同 的特性。音色主要决定于频谱，但与响度、音调也有关系。也就是说，当两个不 同的乐器(如提琴和钢琴)发出相同的响度和音调声音时，人能够辨别它们之间不 同的特征。 ④音品：
(500～2000Hz)是语言可懂度和清晰度最重要频段。

4.语言干扰级
人的语言信号几乎全部包括在 80～6000Hz 的频率范围之内优选语言干扰
级
＝
SPL500+SPL1000+SPL2000 3
100
喊叫声
90
80
70
非常响的语声
60
高噪声语声
50
一般语言声
40
(英尺)
4
说话者到听者距离 (男性会话时两个距离对优选语言干扰级的关系曲线)
0
50 250 500 1000 2500 5000 10000 20000
(3)响度级：实用上为了定量地确定某一声音的轻与响的程度，最简单的方法是 调节 1000 赫纯音的声压级，使它和所研究的声音听起来有同样的响，这时 1000 赫纯音的声压级就被定义为该声音的响度级，其单位为方(phon)
0 方曲线称为闻阈，120 方曲线称为痛阈 (4)响度级计： ①响度级计是由测量声音声压的声压计插入模仿人的听觉频响的计权网络组成 的。 ②三种计权网络：根据国际电工委员会(IEC)规定，A、B、C 三条曲线代表人的 听觉频响，A 计权曲线是模仿声压级在(0～30)dB 时人的听觉频响的，B 计权模 仿声压级在(30～60)dB 时人的听觉频响，C 计权模仿(60～130)dB 时人的听觉频 响的。
右产生共鸣。 ②中耳是约 2 毫升的空腔，有尤氏管通过鼻腔以维持其中的大气压力，这
样鼓膜的压力平衡，微小的声压就可以使它振动。中耳内有三个听小骨， 三个听小骨的作用是机械变压器(一系列杠杆)。它可以把鼓膜上微小的 振动放大十至十八倍传入内耳，大大增加耳朵灵敏度，此外三个听小骨 上的筋肉还可自动调节，对突然传入的强大声音起保护作用。 ③内耳中有三个管身体平衡的半规管和听觉的最后接收器官—耳蜗。耳 蜗是一个像蜗牛壳的螺旋管，共 2.75 圈，长 34mm 耳蜗。耳蜗中间有 基底膜把它分作两半。基底膜上有柯蒂氏器，其上有大量灵敏的毛细 胞(共约 23500 个)，毛细胞分两层在基膜上均匀分布，外毛细胞把基 底膜振动放大传到内毛细胞，后者上的神经末梢，受刺激后发出神经 脉冲，把收到的信息送入大脑产生听觉。 §3-2 人的听觉特性： 1.感觉声音所需时间： ①至少需要将近 0.1 秒的持续时间，人耳才能感觉到声音。高频时，需要 的时间短些，大约在 0.05 秒左右。声强很大的声音，需要的时间也会短些。 ②人的听觉也有一个余音现象，这是由于听觉神经疲劳的缘故，余音存在 时间极短，大约在 0.013～0.022 秒之间，可忽略不计。 2. 人耳的听觉范围： ①听觉频率范围(声音的高低)：
当频率约为 1000Hz 时，当声压级超过 40dB 时，人耳能察觉到的频率变化
范围约为 0.3%，当声压相同，而频率小于 1000Hz 时，人耳能察觉到很小的频率
(3Hz)变化。在低频低声压的情况下，人耳可察觉到的最小频率变化范围要大出 好几倍。 ③人耳听觉灵敏度的恢复
当声波作用于人耳一段时间后，听觉会疲劳，灵敏度也会降低，当声波完 全停止后，听觉灵敏度在 3～5 秒内才能恢复常态。 4.方位感与双耳效应 ①方位感：
②更惊人的是，人耳听觉系统还是极灵敏的传声器，具有声分析器的作用， 对声音有相当大的选择本领。
③人耳还具有判别声音响度、音调和音色的本领。 2.人耳听觉机构
人耳听觉机构实际上与人的眼睛的视觉机构的复杂程度差不多。它分为三 部分：外耳、中耳和内耳：
① 外耳包括耳壳、听道和鼓膜。外耳腔腔体在听觉的中频段(3000Hz)左
低频率分量)取对数，才会与人的音高感成线性关系。多频谱声比单频声较难察
觉出声压级变化。低频声也较难觉察声压变化。
(2)音阶：音乐里为了使音阶(音律)的排列听起来音高变化是均匀的，音阶的划
分是在频率的对数刻度上取等分得到的。
4.人听觉的频率响应------响度级概念
(1)听觉频响：
人对同样强度但不同频率的声音主观感觉的强弱是不同的，即人类听觉的
的突变。在电声工程中常以 3dB 这个数值来表示一般电声设备某些指标的允差，
高质量电声设备则常用 1～2 分贝作允差要求。
3.人对声音频率的感觉特点-----音阶的划分。
(1)音高：人对声音频率的感觉表现为音调的高低。在音乐中称为音高。对于单
频谱的简谐声，以及按倍频排列频谱的线状谱声音，将它们的基频(线状谱中最
人耳对 1000～3000Hz 最敏感，年轻人对高音的听觉范围较大，老年人则
较小。 ②听觉的强度范围(声音的大小)：
1
痛阈
140
100
音乐声域
语言声域
闻阈
－20
10000
痛阈声强 痛阈声强与闻阈声强的比值，一般称之为动态范围。
闻阈声强
＝22××1100-45
＝109
3.听觉的鉴别能力 ①声压辨差灵敏度：人耳可以辨别出来的最小声压变化。
5
③不论声压级高低，人们对
3 Hz～5Hz 的频率分量最敏感。
(2)等响曲线： 为了更全面地
表示人类的听觉频响 特性，应该采用“等 响曲线”的方法。图 中每一条曲线是人们 听起来响度感觉一样的 各个频率简谐声音(单 频音)的声压级连接起 来的。