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一、声学的基础知识 （一）、 声音 声音是空气分子的振动。物体的振动（我们称之为'声源'）引起空气分子相应的振动，传入人耳导致鼓膜振动，通过中耳、内耳等一系列听觉器官的共同作用使人听到了声音。 （二）、 声波  把石头扔进平静的水面，会形成一组向四周扩散的水波，这是我们所能见到的比较直观的'波'，空气分子振动形成的声波要复杂一点，它是从声源向四周立体扩散的一组疏密波，空气分子并不是从声源一直跑到您的耳朵，而是在它本来的位置振动，从而引起与它相邻的空气分子随之振动，声音就是这样从声源很快地向外传播的，声音在空气中的传播速度是331米/秒。 举一个简单的例子，麦浪的运动跟声波很相似，粒子的振动方向与波的运动方向是平行的。波需要通过介质来传播，麦浪的运动到田埂边就自然停止了，声波的传播介质是空气分子，所以，真空里声音是不能传播的。  （三）、 声音的频率 声波每秒的振动次数称为频率，频率在20hz~20khz之间称为声波；频率大于20khz称为超声波；频率小于20hz称为次声波。超声波和次声波人耳是听不到的，地震波和海啸都是次声波。有些动物的耳朵比人类要灵敏得多，比如蝙蝠就能'听到'超声波。
世界上很少存在单一频率的 '纯音'，我们所听到的声音大都是各种频率的复合音，如乐器发出的单音就是周期性的复合音，语音则是非周期性的复合音。 让我们对声音的频率有一个比较直观的概念： 大鼓的'蓬蓬'声频率很低，大约在数十赫兹左右； 人的语音频率范围主要在200 hz到4000 hz之间； 锣声、铃声的频率大约在2000 hz到3000 hz左右； 在人类语音中，女声比男声频率要高一点；童声要比成人频率高一点；'啊啊'声频率较低，'咿咿'声频率稍高，'嗤嗤、嘶嘶'声频率最高。知道这一点很有用，在实际选配中，你可以经常用来测试病人戴助听器前后对声音频率的反应。 高频和低频是相对的，在语音范围中，通常把1000 hz以上的区域称为高频区，500 hz -1000 hz的区域称为中频区，低于500 hz的区域称为低频区。 二、 声音的基本性质 （一）声波的传播特性 声波在传播中会产生反射、折射、绕射和干涉等现象： （1）反射和折射，声波从一种媒质进入另一种媒质的分界面时，会产生反射现象。遇到障碍物时，还有一部分声波将进入障碍物而产生折射。 （2）绕射，当声波遇到墙面或其他障碍物时，会有一部分声波绕过障碍物的边缘而继续向前传播，这种现象称为绕射。 （3）干涉，干涉是指一些频率相同的声波在传播中互相叠加后会使声波在有的地方增强，有的地方削弱的现象。 除了上述3种主要特性外，声波在传播过程中还有吸收与透过现象、谐振现象、衰减现象等特性 。 （二）声音的三要素 声音主要是通过音量、音调、音色这3个要素来表现其特性的。 （a）音量又称响度，是指人耳对声音强弱的主观感受。音量主要取决于声波的振幅大小。 （b）音调又称音高，是指人耳对声音调子高低的主观感受。音调主要取决于声波频率。 （c）音色是指人耳对声音特色的主观感受。音色主要取决于声音的频谱结构。
声音的三要素  三、 人耳听觉的基本特性 （一）人耳的听觉原理 声音既是一种物理现象，也是一种生理现象，人耳是声波的接收者。人耳主要由三部分组成，即：外耳、中耳和内耳，声波通过人耳鼓膜的振动转化成听觉神经脉冲信号，然后被传送到大脑皮层听觉中枢，从而产生了听觉，即人耳听到了声音。 听觉的功能有分辨声音的高低和强弱，还可以判断环境中声源的方向和远近。 （二）．声音的听觉特征 听觉的阈限是人的听觉系统感受到最弱声音和痛觉声音的强度极限，它与频率和声压有关。在阈限以外的声音，人耳感受不到，不能产生听觉。 可闻声、听阈和痛域决定了人耳的听觉范围。 （1）可闻声：是指正常人可以听到的声音，其频率范围为20 Hz～20 kHz，称为音频。 （2）听阈：可闻声必须达到一定的强度才能被听到，正常人能听到的强度范围为0～140 dB。使声音听得见的最低声压级称为听觉阈值，它和声音的频率有关。在良好的听音环境中，听力正常的青年人，在800～5000 Hz频率范围内的听阈十分接近于零分贝（对应的声波的声压值为0.00012帕）。 （3）痛域：使耳朵感到疼痛的声压级称为痛域，它与声音的频率关系不大。通常声压级达到120 dB时，人耳感到不舒适；声压级大于140 dB时，人耳感到疼痛；声压级超过150 dB时，人耳会发生急性损伤。 （三）听觉等响特性
声音的特性可由决定声音效果的三个要素来描述，即响度、音调和音色。 （1） 响度 人耳对声音强弱的主观感觉称为响度。声音给人的主观感觉，最主要的是声响的大小。响度和声波振动的幅度有关。一般说来，声波振动幅度越大则响度也越大。 响度是听觉的基础。正常人听觉的响度范围为0～140dB(也有人认为是一5～130dB)。一般以1kHz纯音为准进行测量，人耳刚能听到的声压级为odB(通常大于o．3dB即有感受)、声强为10_12w／m2时的响度级定办。方。而当声音增强到使人耳感到疼痛时，仍以1kHz纯音为准来进行测量，声压级约达到140dB左右。 等响曲线是指以连续纯音做试验，取1000Hz的某个声压级为基准，则听起来和它同样响的其他频率纯音的各自声压级构成的一条曲线，如图所示。  （2）音调 音调是人耳对声音调子高低的主观感受，它由声波的频率所决定，频率越高，音调越高，反之则低。主观感觉的音高单位是“美”(mel)，通常定义响度为40方的lkHz：纯音的音高为1000美。赫兹与“美”同样是表示音高的两个概念不同而又有联系的单位。 根据人耳对音高的实际感受，人的语音频率范围可放宽到80Hz～12kHz。 （3）音色 音色是由声音中各种频率成分及其强度决定的，即由频谱决定。人们之所以能分辨出不同的人发出的声音或不同的乐器所奏出的乐章，是因为其音色不一样。单一频率的音称为纯音，具有谐波的音称为复音。声波基频所产生的能听清楚的声音称为基音，各次谐波的微小振动所产生的声音称泛音。人们根据不同泛音的频率成分及其相对强度来区分不同的音色。 （三）听觉阈值特性 听觉阈值特性就是指人耳对不同频率的声音具有不同的听觉灵敏度的特性。通常情况下，正常人能听到的声音强度范围为0～140dB。人耳在800Hz～5kHz频率范围内的听阈十分接近于0dB，而对100Hz以下的信号或18kHz以上的信号的听觉灵敏度却大大降低。 （四）听觉掩蔽特性 听觉掩蔽特性，是指一个较强的声音往往会掩盖住一个较弱的声音，使较弱的声音不能被听到。这种掩蔽特性有频域掩蔽和时域掩蔽。 （1）频域掩蔽。是指一个幅度较大的频率信号会掩蔽相邻频率处的幅度相对较小的频率信号，使小信号不能被听不见。 （2）时域掩蔽。是指在时间上，一个强信号会掩蔽掉前后一段时间内较弱的声音，使之不能被听到。 |
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