现代音响工程设计手册.doc

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1、第三章听觉生理学和心理声学扩声系统的音质效果最终还得由耳朵鉴别。听觉感受与生理声学和心理声学直接相关。因此必须对它们有所了解，并根据人耳的听觉特征，采取相应技术措施，才能获得最佳的系统效果。听觉生理学主要是研究声音响度与声压级关系的科学。心理声学是研究耳朵和人脑结合对听觉激励的反应。心理声学在了解音乐家对环绕他们的声音世界的反应是重要的。本章讨论的主题包括等响度曲线,声级计的计权曲线,声音的持续时间与响度的关系、响度计算、声音的掩蔽和哈斯效应以及音调和音色的主观感受等。3.1听觉生理学听觉生理学是研究耳朵听觉特性的科学。与专业音响直接有关的是声压级和声音的响度。1、声压级单位

2、面积上接收到的声压大小，可用声级计测定。它与频率无关，是一种客观测量的结果。人耳听觉的听闻阀值（感觉有无声音存在的最低声压级）为2010-6N/m2（牛顿/平方米），并把它作为声压级的最小基准0dB。人耳听觉的最大声压级（痛阀）为20N/m2，等于120dB。因此人耳听觉的最大动态范围为120dB（106倍）。声压级的单位为dB，可用仪表测量。2、响度级人耳的响度感觉不仅与声压级有关，还与声音的频率有关。即相同声压级的声音在不同频率时的响度感觉不完全相同。1KHZ的听觉灵敏度最高，低频的听觉灵敏度越来越低；超过1KHZ的高音，听觉灵敏度也有所降低。于是为了符合实际听觉的需要，

3、制定了一个新单位——响度级。响度级的单位为phon（方），与频率有关。只在1KHZ时，响度级（方）与声压级（dB）相等。3、响度图3-1响度级phon与响度Sone的对应关系再进一步研究，人耳对响度的感觉与响度级并非成正比，如响度级增加10方，响度感觉才提高1倍。为符合人耳的响度感觉，又制定了一个响度单位Sone（宋）。40方等于1宋，2宋比1宋的响度提高一倍，依次类推。Sone和phon的对应关系如图3-1所示。并可用下式表示：响度N=（宋）(3-1）式中：N——响度，单位为宋；LN——响度级，单位为方。（3-1）式也可改写为：logN=0.03LN-1.2(3-2)响度的

4、定义为：频率为1KHZ、声压级为40dB（或响度级为40方）的一个纯音所产生的响度为1宋。声音的响度如果被判断为1宋纯音的n倍，则此声音的响度为n宋。4、等响度曲线大家都有以一般声压级收听立体声播放的经验。适当的全频段声音,减小音量时,即使频谱没有改变,会感到声音单薄,缺少低音。这个情况说明了耳朵在低频时的灵敏度低于较高频率的灵敏度。1933年Fletcher和Munson研究了这个现象并提出了著名的等响度问题。Robinson和Dadson在80年代初研制成图3-2所示的等响度曲线，它比前者更为正确可信。图3-2自由声场中的等响度曲线考察这些曲线,我们可以看到以方(phon

5、)为单位的1KHZ纯音的响度级与声压级的dB数相等。也就是说决定等响度曲线的参考频率是1000HZ。从等响度曲线中可以看到：人耳对不同频率纯音的响度感觉是不同的，并且还和声音的强度（声压级或响度级）有关。人耳对响度的感觉与声压级或响度级不成正比。通常声压级增加10dB（或响度级10方）可使响度加倍。例如70方的声音比60方的声音响一倍,40方的声音比30方的声音也响一倍。相差20方的声音响度相差4倍。（2*2倍）。90dB的声音比70dB的声音也响4倍。对于扬声器来说，输入电功率增加1倍时，人耳感受到的声压级只增加3dB。输入功率从10W增加到100W时，响度级大约增加10方

6、，而响度仅增加一倍。等响度曲线是由实验给定的标准值。对给定的声压级和不同频率的纯音（即正弦波）可直接从曲线上查出它的响度级。例如曲线上1000HZ、70dB声压级的声音与30HZ、95dB声压级的声音或3.5KHZ、61dB声压级的声音都在70方的等响曲线上，它们具有相同的响度级。尽管30HZ与3.5KHZ两个频率的声压级相差34dB，但耳朵听到的响度感觉却是相同的。这就是人耳对低频（超低频）的声音感到不够响的原因，但人体在80HZ以下的超低频有振动的感觉。在中频和高频段只需较小的声压级就能让人感觉到很响，几瓦的中、高音喇叭就可使几十或上百人听得很好。在专业音响领域里，声压级

7、、响度级、响度和等响度曲线是十分重要得声学概念，它对声音的声压级和频率分析有很大的实用价值。在扩声工程的设计和音响系统的调音中有很好的指导意义。5、声级计的计权曲线大量测试结果表明，人耳对2000～4000HZ的声音最敏感。低于1000HZ时，人耳的听觉灵敏度随频率降低而降低；4000HZ以上时，人耳的听觉灵敏度也逐渐下降。这就是说，不同频率相同声压级的声音，人耳听起来是不一样响的。为使声压级的测试结果更接近于人耳的响应曲线。声级计设有A，B，C三个计权网络（有的还有D计权），它们是以等响度曲线为参考制