听力天地——人的主观听觉特性

本文是北京诺亚新声技术服务中心刘媛媛老师最新的一篇文章。这篇文章主要从听觉定位、时差效应、掩蔽效应、纯音等响曲线等方面详细阐述了人的主观听觉特性。
以下是这篇文章的主要内容：
1.听觉定位
人耳的一个重要特性是能够判断声源的方向与远近。听觉定位是由双耳听闻得到的。
声源发出的声波到达双耳时有一定的时间差、强度差和相位差。人据此可判断声源的方位和远近，进行声像定位。
2.时差效应
如果到达人耳的两个声音的时间间隔（称为“时差”）小于50 ms（毫秒），就不会感觉声音是断续的。一般认为，在直达声到达后约50 ms内到达的反射声(即声程差为17 m)，可以加强直达声；而在50 ms后到达的反射声，不会加强直达声。如果延时较长的反射声的强度比较突出，则会形成回声的感觉。在室内音质设计中，回声是一种声学缺陷，应加以避免。
人耳对回声感觉的规律，最早是由哈斯(Hass)发现的，故称为哈斯效应。
3.掩蔽效应
人耳对一个声音的听觉灵敏度因为另一个声音的存在而降低的现象，称为掩蔽效应。存在的干扰声音称为掩蔽声。
掩蔽效应说明了噪声的存在会干扰有用声信号的通讯。但有时可以利用掩蔽效应，用不敏感的噪声去掩盖不想听到的声音。
4.纯音等响曲线
人耳对声音的响应并不是在所有频率上都是一样的。以纯音做实验，取1000 Hz纯音的某个声压级作为参考标准，则听起来和它同样响的其他频率的纯音的各自声压级就构成一条等响曲线。依次改变参考用的1000 Hz纯音的声压级，就得到一组参考曲线。该1000 Hz的纯音声压级定义为该等响曲线的响度级，单位是方(Phon)。
见图：纯音等响曲线

纯音等响曲线

从图中可以看出，人耳对2000-4000Hz的声音最敏感；低于1000Hz时，人耳的灵敏度会随着频率的降低而降低；而在4000 Hz以上时，人耳的灵敏度也逐渐下降。也就是说，不同频率的声音要使其听起来一样响，则应具有不同的声压级；反之，相同声压级的不同频率的声音，人耳听起来是不一样响的。如图中20方等响曲线，声压级为20dB的1000Hz的声音与声压级为37dB的100Hz的声音是一样响的，其响度级均为20方。
对于复合音，不能直接使用等响曲线，其响度级需通过计算求得，或可用声级计测量得到。声级计中设有A、B、C三个计权网络，测量的结果分别称为A声级、B声级和C声级，分别记为dB (A)、dB (B)和dB (C)。其中A计权网络是参考40方等响曲线，对500Hz以下的声音有较大的衰减，以模拟人耳对低频声音不敏感的特征。A声级与主观响度密切相关，因此在音频范围内进行测量和计算时，多采用A声级。
要使人主观感受的声音响度增加一倍(或减为1/2)，则声压级的变化要有l0 dB。
5.声音三要素
声音的强弱、音调的高低和音色的好坏，称为声音三要素。
声音的强弱可用声压级、声强级及响度级描述。
音调的高低取决于声音的频率，频率越高，音调越高。相同的频率变化对人耳总是产生相同的音调变化感觉。例如，把频率提高一个倍频程，从250Hz变到500Hz，或从2000Hz变到4000Hz，在音乐中均提高了“八度音”程。复音音调的高低，还与该复音的频谱有关。
音色反映了复音的一种特性，它主要取决于复音的频率成分及其强度，即由频谱决定。乐音也是一种复音。在乐音中，频率最低的声音称为基音，可据此来判断音调。频率是基音的整数倍的声音称为泛音。乐音的音色就是由声源所发出的泛音的数目，泛音的频率和强度所决定的。不同乐器的基音和泛音不同，所以具有不同的音色。乐音的频谱为线状谱。