电声学的介绍与经验

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1、聲學簡介AmosFang07/28/2003前言“人”是一部很複雜的機器、他有五大感官–口、眼、鼻、耳，與皮膚分別主管五大感覺–味覺、視覺、嗅覺、聽覺與觸覺，分別經由交感神經送到大腦’交錯比對後再來觸動所有的互感神經，交互作用、這五種感覺都牽涉到外在的物理量及內在的生理感官與心理感應，也就是要用物理，生理及心理三種能量交互關聯才是整體的感受。舉例來說，一道好菜必須講究色、香、味，甚至再加上外在的環境氣氛如柔和的音樂，才能構成一道完美的佳餚，缺一不可。也就是一道完美的佳餚，必須是視覺、味覺、嗅覺與聽覺四種主要的交感神經的交互感應才能構成一道覺頂的美味佳餚。聽覺基本架構人的聽覺

2、系統包括外耳、中耳、內耳、聽神經與中樞聽覺系統，外耳負責收集聲波，中耳的聽小骨將耳膜的振動傳遞到卵圓窗（ovalwindow）連至內耳。內耳的構造相當複雜深奧，簡言之，不同頻率的聲波在充滿淋巴液的耳蝸中進行，引起了基底膜（basilarmembrane）不同位置的位移，卵圓窗附近的基底膜對高頻敏感，而越往耳蝸頂部（apex）則對低頻敏感，這個位移被毛細胞(haircells)感應並轉換成神經電波訊號傳至腦部的中樞聽覺系統。聲音的感覺就是透過刺激基底膜上的毛細胞經耳蝸神經傳導到大腦。這些毛細胞大約有三萬根，它們對不同頻率的刺激有不同程度，聲波在耳蝸中就像經過傅立葉轉換一般，被

3、分解為不同頻率的正弦波，而從聽神經傳回大腦的訊息，大約就是聲波在那一瞬間的頻譜圖，不管是音高、音色、音量的認知，都是根據這個訊息。人耳的聽覺範圍即音域，大約是由20Hz至20kHz。聽覺的響度（Loudness）表示感受聲音的強度是根據頻率而變化的，以phon為單位；即在1kHz時的聲音強度。正常聽覺的範圍為0-120phons（約-5dB—130dB）。超出人耳的可聽頻率範圍的聲音，即使響度再大，人耳也不能聽到；此時響度即等於零phon（thresholdofhearing）。當響度達120phon時便是疼點（thresholdofpain）。這一組曲線稱為Robinso

4、n-Dadsonequal-loudnesscontours是根據心理聲學研究人耳對純正弦音調（sinetone）而推論出來並經試驗證實的，即使是年輕人，能聽到18kHz左右已可算是金耳朵了。隨著年齡的增長，耳朵對高頻的敏感度會下降。經常被噪音騷擾或聽慣了大聲的耳筒機的音樂的人對高頻的敏感度也會下降。但是有研究顯示我們可以感受到由頭骨傳導的200kHz的震動。人耳的聽覺特性人耳的聽覺特性是指人對聲音信號在聽覺上產生的心理反映。人耳的聽覺特征反映了人對聲音強度在不同頻率時敏感的程度，人耳在小信號時對高端（6000Hz以上）和低端（500Hz以下）頻率敏感度較差，而對3000～

5、4000Hz的頻率敏感度最強。而且聲音音量越小，這一特征就越明顯。人們把這一特征描繪成曲線即為聲音的等響度曲線。在音響設備中常見有一等響度開關，其功能就是在小音量時對高、低音進行適當地提升或補償。基礎聲學人耳對不同強度、不同頻率聲音的聽覺範圍稱為聲域。在人耳的聲域範圍內，聲音聽覺心理的主觀感受主要有響度、音高、音色等特徵和掩蔽效應、高頻定位等特性。其中響度、音高、音色可以在主觀上用來描述具有振幅、頻率和相位三個物理量的任何複雜的聲音，故又稱為聲音“三要素”；而在多種音源場合，人耳掩蔽效應等特性更重要，它是心理聲學的基礎。下面簡單介紹一下以上問題。聲音特色1．響度響度，又稱聲

6、強或音量，它表示的是聲音能量的強弱程度，主要取決於聲波振幅的大小。聲音的響度一般用聲壓(達因／平方釐米)或聲強(瓦特／平方釐米)來計量，聲壓的單位為帕(Pa)，它與基準聲壓比值的對數值稱為聲壓級，單位是分貝(dB)。對於響度的心理感受，一般用單位宋(Sone)來度量，並定義lkHz、40dB的純音的響度為1宋。響度的相對量稱為響度級，它表示的是某響度與基準響度比值的對數值，單位為口方(phon)，即當人耳感到某聲音與1kHz單一頻率的純音同樣響時，該聲音聲壓級的分貝數即為其響度級。可見，無論在客觀和主觀上，這　兩個單位的概念是完全不同的，除1kHz純音外，聲壓級的值一般不等

7、於響度級的值，使用中要注意。響度是聽覺的基礎。正常人聽覺的強度範圍為0dB—140dB(也有人認為是-5dB—130dB)。固然，超出人耳的可聽頻率範圍(即頻域)的聲音，即使響度再大，人耳也聽不出來(即響度為零)。但在人耳的可聽頻域內，若聲音弱到或強到一定程度，人耳同樣是聽不到的。當聲音減弱到人耳剛剛可以聽見時，此時的聲音強度稱為“聽閾(ㄩヽ)”（thresholdofhear）。一般以1kHz純音為準進行測量，人耳剛能聽到的聲壓為0dB(通常大於0．3dB即有感受)、聲強為10-16W/cm2時的響度級定為0口方