音響技術(shù)中的定律、效應介紹

　　1.頻率域的主觀(guān)感覺(jué)

　　頻率域中最重要的主觀(guān)感覺(jué)是音調，像響度一樣音調也是一種聽(tīng)覺(jué)的主觀(guān)心理量，它是聽(tīng)覺(jué)判斷聲音調門(mén)高低的屬性。

　　心理學(xué)中的音調和音樂(lè )中音階之間的區別是，前者是純音的音調，而后者是音樂(lè )這類(lèi)復合聲音的音調。復合聲音的音調不單純是頻率解析，也是聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)系統的作用，受到聽(tīng)音者聽(tīng)音經(jīng)驗和學(xué)習的影響。

　　2.時(shí)間域的主觀(guān)感覺(jué)

　　如果聲音的時(shí)間長(cháng)度超過(guò)大約300ms，那么聲音的時(shí)間長(cháng)度增減對聽(tīng)覺(jué)的閥值變化不起作用。對于音調的感受也與聲音的時(shí)間長(cháng)短有關(guān)。當聲音持續的時(shí)間很短時(shí)，聽(tīng)不出音調來(lái)，只是聽(tīng)到“咔啦”一聲。聲音的持續時(shí)間加長(cháng)，才能有音調的感受，只有聲音持續數十毫秒以上時(shí)，感覺(jué)的音調才能穩定。

　　時(shí)間域的另一個(gè)主觀(guān)感覺(jué)特性是回聲。

　　3.空間域的主觀(guān)感覺(jué)

　　人耳用雙耳聽(tīng)音比用單耳聽(tīng)音具有明顯的優(yōu)勢，其靈敏度高、聽(tīng)閥低、對聲源具有方向感，而且有比較強的抗干擾能力。在立體聲條件下，用揚聲器和用立體聲耳機聽(tīng)音獲得的空間感是不相同的，前者聽(tīng)到的聲音似乎位于周?chē)h(huán)境中，而后者聽(tīng)到的聲音位置在頭的內部，為了區別這兩種空間感，將前者稱(chēng)為定向，后者稱(chēng)為定位。

　　4.聽(tīng)覺(jué)的韋伯定律

　　韋伯定律表明了人耳聽(tīng)聲音的主觀(guān)感受量與客觀(guān)刺激量的對數成正比關(guān)系。當聲音較小，增大聲波振幅時(shí)，人耳的主觀(guān)感受音量增大量較大;當聲音強度較大，增大相同的聲波振幅時(shí)，人耳主觀(guān)感受音量的增大量較小。

　　根據人耳的上述聽(tīng)音特性，在設計音量控制電路時(shí)要求采用指數型電位器作為音量控制器，這樣均勻旋轉電位器轉柄時(shí)，音量是線(xiàn)性增大的。

　　5.聽(tīng)覺(jué)的歐姆定律

　　著(zhù)名科學(xué)家歐姆發(fā)現了電學(xué)中的歐姆定律，同時(shí)他還發(fā)現了人耳聽(tīng)覺(jué)上的歐姆定律，這一定律揭示：人耳的聽(tīng)覺(jué)只與聲音中各分音的頻率和強度有關(guān)，而與各分音之間的相位無(wú)關(guān)。根據這一定律，音響系統中的記錄、重放等過(guò)程的控制可以不去考慮復雜聲音中各分音的相位關(guān)系。

　　人耳是一個(gè)頻率分析器，可以將復音中的各諧音分開(kāi)，人耳對頻率的分辨靈敏度很高，在這一點(diǎn)上人耳比眼睛的分辨度高，人眼無(wú)法看出白光中的各種彩色光分量。

　　6.掩蔽效應

　　環(huán)境中的其他聲音會(huì )使聽(tīng)音者對某一個(gè)聲音的聽(tīng)力降低，這稱(chēng)之為掩蔽。當一個(gè)聲音的強度遠比另一個(gè)聲音大，當大到一定程度而這兩個(gè)聲音同時(shí)存在時(shí)，人們只能聽(tīng)到響的那個(gè)聲音存在，而覺(jué)察不到另一個(gè)聲音存在。掩蔽量與掩蔽聲的聲壓有關(guān)，掩蔽聲的聲壓級增加，掩蔽量隨之增大。另外，低頻聲的掩蔽范圍大于高頻聲的掩蔽范圍。

　　人耳的這一聽(tīng)覺(jué)特性給設計降低噪聲電路提供了重要啟發(fā)。磁帶放音中，有這樣的聽(tīng)音體會(huì )，當音樂(lè )節目在連續變化且聲音較大時(shí)，我們不會(huì )聽(tīng)到磁帶的本底噪聲，可當音樂(lè )節目結束(空白段磁帶)時(shí)，便能感覺(jué)到磁帶的“咝……”噪聲存在。

　　為了降低噪聲對節目聲音的影響，提出了信噪比(SN)的概念，即要求信號強度比噪聲強度足夠的大，這樣聽(tīng)音便不會(huì )覺(jué)得有噪聲的存在。一些降噪系統就是利用掩蔽效應的原理設計而成的。

　　7.雙耳效應

　　雙耳效應的基本原理是這樣：如果聲音來(lái)自聽(tīng)音者的正前方，此時(shí)由于聲源到左、右耳的距離相等，從而聲波到達左、右耳的時(shí)間差(相位差)、音色差為零，此時(shí)感受出聲音來(lái)自聽(tīng)音者的正前方，而不是偏向某一側。聲音強弱不同時(shí)，可感受出聲源與聽(tīng)音者之間的距離。

　　8.哈斯效應

　　哈斯的試驗證明：在兩個(gè)聲源同時(shí)了聲時(shí)，根據一個(gè)聲源與另一個(gè)聲源的延時(shí)量不同時(shí)，雙耳聽(tīng)音的感受是不同的，可以分成以下三種情況來(lái)說(shuō)明：

　　(1)兩個(gè)聲源中一個(gè)聲源與另一個(gè)聲源的延時(shí)量在5～35mS以?xún)葧r(shí)，就好像兩個(gè)聲源合二為一，聽(tīng)音者只能感覺(jué)到超前一個(gè)聲源的存在和方向，感覺(jué)不到另一個(gè)聲源的存在。

　　(1)若一個(gè)聲源延時(shí)另一個(gè)聲源30～50mS，已能感覺(jué)到兩個(gè)聲源的存在，但方向仍由前導所定。

　　(3)若一個(gè)聲源延時(shí)量大于另一個(gè)聲源為50mS時(shí)，則能感覺(jué)到兩個(gè)聲源的同時(shí)存在，方向由各個(gè)聲源來(lái)確定，滯后聲為清晰的回聲。

　　哈斯效應是立體聲系統定向的基礎之一。

　　9.德·波埃效應

　　德·波埃效應是立體聲系統定向的另一基礎。德·波埃效應的實(shí)驗是：放置左、右聲道兩只音箱，聽(tīng)音者在兩只音箱對稱(chēng)線(xiàn)上聽(tīng)音，給兩只音箱饋入不同的信號，可以得到以下幾個(gè)定論：

　　(1)如果給兩只音箱饋入相同的信號，即強度級差ΔL=0，時(shí)間差Δt=0，此時(shí)只感覺(jué)到一個(gè)聲音，且來(lái)自?xún)芍灰粝涞膶ΨQ(chēng)線(xiàn)上。

　　(2)如果兩只音箱的強度級差ΔL不為0，此時(shí)聽(tīng)音感覺(jué)聲音偏向較響的一只音箱，如果強度級差ΔL大于等于15dB，此時(shí)感覺(jué)聲音完全來(lái)自較響的那一只音箱。

　　(3)如果強度級差ΔL=0，但兩只音箱的時(shí)間差Δt不為0，此時(shí)感覺(jué)聲音向先到達的那只音箱方向移動(dòng)。如果時(shí)間差Δt大于等于3ms時(shí)，感覺(jué)聲音完全來(lái)自先到達的那只音箱方向。

　　10.勞氏效應

　　勞氏效應是一種立體聲范圍的心理聲學(xué)效應。勞氏效應揭示：如果將延遲后的信號再反相疊加在直達信號上，會(huì )產(chǎn)生一種明顯的空間感，聲音好像來(lái)自四面八方，聽(tīng)音者仿佛置身于樂(lè )隊之中。

　　11.匙孔效應

　　單聲道錄放系統使用一只話(huà)筒錄音，信號錄在一條軌跡上，放音時(shí)使用一路放大器和一只揚聲器，所以重放的聲源是一個(gè)點(diǎn)聲源，如同聽(tīng)音者通過(guò)門(mén)上的匙孔聆聽(tīng)室內的交響樂(lè )，這便是所謂的匙孔效應。

　　12.浴室效應

　　身臨浴室時(shí)有一個(gè)切身感受，浴室內發(fā)出的聲音，混響時(shí)間過(guò)長(cháng)且過(guò)量，這種現象在電聲技術(shù)的音質(zhì)描述中稱(chēng)為浴室效應。當低、中頻某段夸張，有共振、頻率響應不平坦、300Hz提升過(guò)量時(shí)，會(huì )出現浴室效應。

　　13.多普勒效應

　　多普勒效應揭示移動(dòng)聲音的有關(guān)聽(tīng)音特性：當聲源與聽(tīng)音者之間存在相對運動(dòng)時(shí)，會(huì )感覺(jué)某一頻率所確定的聲音其音調發(fā)生了改變，當聲源向聽(tīng)音者接近時(shí)是頻率稍高的音調，當聲源離去時(shí)是頻率稍降低的音調。這一頻率的變化量稱(chēng)為多普勒頻移。移近的聲源在距聽(tīng)音者同樣距離時(shí)比不移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的強度大，而移開(kāi)的聲源產(chǎn)生的強度要小些，通常聲源向移動(dòng)方向集中。

　　14.李開(kāi)試驗

　　李開(kāi)試驗證明：兩個(gè)聲源的相位相反時(shí)，聲像可以超出兩個(gè)聲源以外，甚至跳到聽(tīng)音身后。

　　李開(kāi)試驗還提示，只要適當控制兩聲源(左、右聲道揚聲器)的強度、相位，就可以獲得一個(gè)范圍廣闊(角度、深度)的聲像移動(dòng)場(chǎng)。