[转帖]耳朵聆听声音上所受到的物理定律和效应干扰

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耳朵聆听声音上所受到的物理定律和效应干扰:wub:
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这些都是我收集到的资料，大家读了后对聆听音响讨论时，便会知道那些现象涉及到那些物理定律和效应干扰。

8 Z8 y" p7 m1 m# \$ c声音的频率范围，是聆听音调的最重要的主观感觉。像响度一样，音调也是一种听觉的主观心理恒量重标准，是听觉判断声音调门高低的属性的准绳。心理学上，音调和音乐中音阶之间的区别：音调是纯音的音调，音乐是复合声音的音调。复合声音的音调不单纯是频率解析，同时也经过聆听者听觉神经系统的认知，受到听音经验和学习的影响。

时间域的主观感觉

声音延续的时间长度超过大约300 µs(毫秒)，声音的时间长度增减，便对听觉的阀值变化不起作用。听觉对于音调的感受与声音的时间长短有关，当声音持续的时间很短时，听不出音调来，只是听到“咔啦”一声。声音的持续时间加长，才能感觉到音调的感受，声音持续数十毫秒以上时，感觉的音调才能稳定。时间域的另一个主观感觉特性是回声(echo)。
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' p- @* R: x# d' s/ D  J: z  j5 l人耳用双耳聆听听声音，比较用单耳聆听听声音具有明显的优势，灵敏度高、听阀低、对声源具有方向感、有比较强的抗干扰能力。在立体声条件下，音箱和用立体声耳机聆听声音，所获得的空间感是不相同的，前者听到的声音似乎位于周围环境中，而后者听到的声音位置在头的内部。为了方便区别这两种空间感，将前者称为「定向性空间感」，后者称为「定位性空间感」。
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听觉的韦伯定律 Webber’s Law
　　
韦伯定律表明了人耳聆听声音的主观感受量，是与客观刺激量的对数成正比关系。当声音较小，增大声波振幅时，人耳的主观感受音量增大量比较大；当声音强度比较大，增大相同的声波振幅时，人耳主观感受音量的增大量比较小。
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根据人耳的上述听音特性，在设计音量控制电路时，要求采用对数型电位器作为音量控制器，这样均匀旋转电位器转柄时，音量才会是线性地增大的。
　　
听觉的欧姆定律Ohm’s Law
　　
% \* {* [! D4 H" _著名科学家欧姆发现了电学中的欧姆定律，同时他还发现了人耳听觉上的欧姆定律，这一定律揭示：人耳的听觉只与声音中与各个组成的分音的频率和强度有关，而与各分音之间的相位无关。根据这一定律，音响系统中的记录、重放等过程的控制，可以不去考虑复杂声音中各个组成的分音的相位关系。
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人耳是一个频率分析仪，可以将复音中的各谐音分开，人耳对频率的分辨灵敏度很高，在这一点上人耳比眼睛的分辨度高，人眼无法看出白光中的各种彩色光分量。
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5 T& {% Z) C' ?; f! u/ K掩蔽效应 Shading Effect
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( p; ^5 c& C3 ^- K8 G* F环境中的其它声音，会使聆听者对某一个声音的听力降低，这称之为掩蔽(shading)。当一个声音的强度远比另一个声音大，当大到一定程度而这两个声音同时存在时，人们只能听到响的那个声音存在，而觉察不到另一个声音存在。掩蔽量与掩蔽声的声压有关，掩蔽声的声压级增加，掩蔽量随之增大。另外，低频声的掩蔽范围大于高频声的掩蔽范围。
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4 Q; C1 ~9 ?9 {人耳的这一听觉特性，给设计降低噪声电路噪音提供了重要启发。磁带放音中的听体会，当音乐节目在连续变化且声音较大时，我们不会听到磁带的本底噪声，但当音乐节目结束（空白段磁带）时，便能感觉到磁带的“咝……”噪声存在。
　　
9 O5 G% R: r0 C& w# B1 p' C# i5 v为了降低噪声对节目声音的影响，提出了信噪比（ＳＮ）的概念，即要求信号强度比噪声强度足够的大，这样聆听声音时便不会觉得有噪声的存在。这些降噪系统就是利用掩蔽效应的原理设计而成的。
　　
# W$ j8 n+ I/ T; i7 R, |6 c双耳效应 Bi-aural Effect
　　
, u5 x3 ]+ X$ K5 i8 \8 c双耳效应的基本原理是这样：如果声音来自聆听者的正前方，这时由于声源传送到左、右二耳的距离相等，声波到达左、右耳的时间差（相位差）、音色差等都是零，聆听者的感受出声音来自聆听者的正前方，没有偏向某一侧。声音强弱不同时，却可感受出声源与聆听者之间的距离。
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哈斯效应 Haa’s Effect
　　
7 i, K1 f$ K, h- ?% A+ R' _哈斯的试验证明：在两个声源同时产生了声音时，根据一个声源与另一个声源的延时量不同时，双耳听音的感受是不同的，可以分成以下三种情况来说明：
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* F$ {8 d8 I9 w5 E! d3 r' K: q（1）两个声源中一个声源与另一个声源的延时量在5 – 30 µs以内时，就好像两个声源合二为一，听音者只能感觉到超前一个声源的存在和方向，感觉不到另一个声源的存在。
　　
（2）若一个声源延时另一个声源30 – 50 µs，已能感觉到两个声源的存在，但方向仍由前导所定。
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) x  s$ i$ a7 x& r" y4 M0 u（3）若一个声源延时量大于另一个声源为50 µs时，则能感觉到两个声源的同时存在，方向由各个声源来确定，滞后声为清晰的回声。
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0 x# L$ c5 j) d/ S  B哈斯效应是立体声系统定向的基础之一。
　　
德•波埃效应 Doppler Effect
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1 A' {$ \/ V- k. c/ W8 ^德•波埃效应是立体声系统定向的另一基础。德•波埃效应的实验是：放置左、右声道两只音箱，听音者在两只音箱对称线上听音，给两只音箱输入不同的信号，可以得到以下几个定论：
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- k+ \% t) C" V1 T; `) j: W（１）如果给两只音箱输入相同的信号，即强度级差ΔＬ＝０，时间差Δｔ＝０，此时只感觉到一个声音，且来自两只音箱的对称线上。
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（２）如果两只音箱的强度级差ΔＬ不为０，此时听音感觉声音偏向较响的一只音箱，如果强度级差ΔＬ大于等于15 dB，此时感觉声音完全来自较响的那一只音箱。
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（３）如果强度级差ΔＬ＝０，但两只音箱的时间差Δｔ不为０，此时感觉声音向先到达的那只音箱方向移动。如果时间差Δｔ大于等于3 µs时，感觉声音完全来自先到达的那只音箱方向。
　　
) m' }% [- O. G劳氏效应
　　
: ~$ o; X8 V; [0 k7 u6 j劳氏效应是一种立体声范围的心理声学效应。劳氏效应揭示：如果将延迟后的信号再反相叠加在直达信号上，会产生一种明显的空间感，声音好像来自四面八方，听音者仿佛置身于乐队之中。
　　
匙孔效应 Key hole effect
　　
单声道录放系统使用一只话筒录音，信号录在一条轨迹上，放音时使用一路放大器和一只扬声器，所以重放的声源是一个点声源，如同聆听者通过门上的匙孔，聆听室内的交响乐，这便是所谓的匙孔效应。
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4 z! b6 E* K: T- W: _浴室效应 Bathroom effect
　　
身临浴室时有一个切身感受，浴室内发出的声音，混响时间过长且过量，这种现象在电声技术的音质描述中称为浴室效应。当低、中频某段夸张，有共振、频率响应不平坦、300 Hz提升过量时，会出现浴室效应。
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多普勒效应 Doppler effect
　　
% F; @8 e3 H  S, [! L4 r# k  ^2 S' y) v多普勒效应揭示移动声音的有关听音特性：当声源与听音者之间存在相对运动时，会感觉某一频率所确定的声音，其音调发生了改变，当声源向听音者接近时，是频率稍高的音调，当声源离去时，是频率稍降低的音调。这一频率的变化量称为多普勒频移。移近的声源在距听音者同样距离时，比不移动时产生的强度大，而移开的声源产生的强度要小些，通常声源向移动方向集中。
　　
李开试验
　　
& d- u$ K( P7 Q; i. r李开试验证明：两个声源的相位相反时，声像可以超出两个声源以外，甚至跳到听音身后。
　　
3 O$ W) f# u( n* |/ B李开试验还提示，只要适当控制两声源（左、右声道扬声器）的强度、相位，就可以获得一个范围广阔（角度、深度）的声像移动场。

奭冥

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