人耳能听到的声音频率到底是多少

振动的物体能使邻近的空气分子振动，这些分子又引起它们邻近的空气分子振动，从而产生声音(Sound)，声音以声波的形式传递，这种传递过程叫声辐射(Sound Radiation)。

由于分子振动产生的声波的方向与波传递的方向相同，所以是一种纵波(Iongitudinal wave)。

声波仅存在于声源周围的媒质中，没有空气的空间里不可能有声波。

声音不仅可在空气内传递，也可在水、土、金属等物体内传递。

声音在空气中的传播速度为340m/s(15℃时)。

声波在单位时间内的振动次数称为频率(frequency)，单位赫(Hz)。

人耳能够听到的声音的整个范围是20~20000Hz，一般把声音频率分为高频、中频和低频三个频带。

听觉好的成年人能听到的声音频率常在30~16000Hz之间，老年人则常在50~10000Hz之间。

声波在传播过程中，空气层的密部和疏部向前移动，如图1–1。

由于空气的固有弹性，上述那种疏密的压力变化将依次向四外传播，辐射出一系列有规则的波。

声波的波长(wave length)就是这一段路程的长，恰好排列波的一个密部和一个疏部。

波长与声源的振动频率和声音传播的速度有关。

知道了声波的传播速度和频率，就可以算出波长：C=l·f(式中，C为声波的传播速度m/s；l为声波的波长m；f为声波的频率Hz，)
振动物体产生的声波，也就是空气里的压缩波，传到我们耳朵里就变成各种乐音、谐音或噪声。

在声音世界里除基音外，大量存在的是复合音，而频率与基音频率成整数倍的所有分音称为谐音(harmonic tone)，频率比基音高的所有分音统称泛音(over tone)，泛音的频率不必与基音成整数倍关系。

乐音内的各个音在频率上都有一定比例，例如，高8度的音的振动频率是基音的频率的2倍。

如果同时发出两个或两个以上的音，人耳可以听到悦耳的谐音(和声)，也可能听到刺耳的噪声。

当两个音的振动频率之比为较小的整数比时，如1:2、4:4，会得到悦耳的谐音，当频率比为较大的整数比时，如8:9、8:15，听到的将是令人生厌的噪声。

乐器在发出基音的同时，总会伴随着一系列泛音的出现，由于不同乐器的泛音并不相同，所以它们发出的同一个音也不相同，就是这些泛音决定了一个乐器所发声音的音色。

频率相同的正弦波之间在时间上的相对位移，称为相位(phase)，用度表示。

声波与其它波一样，它整个一周为360°的相位变化，同相声波互相加强，异相声波互相减弱，或倾向互相抵消。

声源的振幅越大，声音越响，声波的幅度能量按高于或低于正常大气压的压力变化量度，这个变化部分的压强就称声压(sound pressure)，以帕斯卡(Pa)计量。

人耳听觉的声压范围很大，约2´10~2´10Pa。

为了方便计算，在实用上通常都以对数方式的声压级(sound pressure level)表示。

0dB是基准，它以人耳刚能听到的声压2´10Pa的1000Hz频率的声音为标准。

声压级变化3dB，声压增加倍，大多数人要在声压级增加6~10dB时，响度才有加倍感觉。

人耳能分辨的最小响度变化是1dB。

离声源距离每增大1倍，声压级降低6dB，两个声源并存，声压级增加3dB。

声波在传播过程中，遇到障碍物时，只要障碍物的尺寸大于或接近声波的波长，就会产生反射(reflection)而改变其传播方向。

部分声波则能绕过障碍物的边缘传播，而声波在通过窄孔时，则将趋向均匀扩散（diffusion)，这就是声绕射(衍射，diffraction)。

对频率越高的声音，声绕射越不易产生，其传播辐射的指向性越强。

频率越低的声音，由于声绕射作用，障碍物
的遮蔽作用越弱。

如果有两个不同声源发出同样的声音，在同一时间以同样强度到达时，声音呈现的方向大致在两个声源之间；如两个同样的声源中的一个延时5~35ms，则感觉声音似乎都来自未延时的声源；如延迟时间在35~50ms时，延时的声源可被识别出来，但其方向仍在未经延时的声源方向；只有延迟时间超过50ms时，第二声源才能象清晰的回声般听到。

这种现象就是哈斯效应(Hass effect)。

人类对声源方向的判别，不仅取决于声波传播的物理过程，还与人的听觉生理和心理因素有关。

用单只耳朵虽能决定声音的响度、音调和音色等属性，但不能具体确定声源的方向和准确位置，当用两只耳朵听声音时，对声音方向的定位能力就能提高，这就是双耳效应(binaural effect)。

双耳效应的依据是声源发出的声音，在到达两只耳朵时，由于距离不等，就存在时间差(Interaural Time Difference)和强度差(Interaural Intensity Difference)。

鉴于人的头部双耳间的距离约为16~18cm，是800~1000Hz声音的半波长，所以对频率在800~1000Hz以上的声音，由于头部的遮蔽作用，两耳听到的声音就有强度差异，主要是这种强度差决定了声音在水平面内的定位。

频率在800~1000Hz以下的声音，由于声音的绕射作用，双耳的定位能力随着频率的降低而减弱。

双耳效应只能解释前方水平方向上的声音定位，三维空间定位主要依赖于耳廓效应。

人类听觉系统的频率响应为声源空间方位角的函数，也就是耳廓对来自各个不同方向的声波频谱进行不同的修正后，才由耳道传到鼓膜，大脑依据声音的频谱特性，就能辨别三维空间中的声源方向。

声音从不同角度进入人耳时，由于耳廓的结构会影响声源的定位，所以人类的耳廓对确定声音的空间方向起主要作用，这是美国加州大学Irvine实验室自80年代起所作人类对声源定位的生理和心理研究的结果。

耳廓效应主要对4kHz以上高频段声波产生梳状滤波作用，而且耳廓效应的数学模型HRTF 还与人体头部、肩部及躯干对声波的反射、散射及传导等因素有关。

双耳效应和耳廓效应赋于人耳全方位辨别声音方向的能力。

1、响度(Loudness)响度是人耳对声音强弱程度的感觉，响度变化大致同声强变化的对数成比例。

声音的响度虽主要取决于其强度，但也与其频率和波形有关，人耳对中频的音量变化比之低频和高频更为敏感，所以听觉是非线性的。

对声音各频率与1000Hz声音在响度上相等的曲线，称为等响曲线响度的计量单位是方(Phon)，人耳在1000~3000Hz频率范围内听觉最灵敏，声压越低，听觉的频率范围越窄，声压越高，频率范围越宽，当响度级达到80Phon 以上时，听觉的频率响应趋于平坦。

人耳能听到声音的最微弱强度，称为听觉阈，产生疼痛感的最高声音强度，称为痛觉阈。

声音的有用音量范围，即最大值与最小值之比，称为动态范围，如图1–3。

在一般家庭中重播音乐的声压级的平均值约需75~85db，音量太低，不能正确鉴定声音质量的好坏。

2、音调(tome)音调是声音调子的高低，是人耳对声音频率的感受。

音调高低与频率高低有密切关系，但声音强度及声音长短都会影响人耳对音调的感觉。

声音频率每增加一倍，音调升高八度，也就是一个倍频程(oct)。

一个声音的听觉阈会因另一个掩蔽声音的存在而上升的现象，称为掩蔽(masking)，通常是低频率的声音容易掩蔽较高频率的声音。

3、音色(timber)音色是人耳对某种声音独特性质的综合感受。

音色与多种因素有关，但主要取决于声音的波形，而声音的波形则决定于存在的泛音多少及各自的强度，也即主要取决于各种谐波的相对强度和最突出的谐波的频率，如图1–4。

语言和音乐都是由许多频率的声音所组合而成，都具有脉冲性质，是一系列连续的宽度和强度不等，而且频率差异的声脉冲的组合。

所以声音具有瞬变特性，它的频谱是声波能量按频率的分布。