声音的世界

更新时间:2018-12-08 14:01:00    阅读:334

声的世界你看过吗?我带你去看看声的世界吧!

声音的世界


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日常生活中,声音对大家而言并不陌生。那么声音是什么呢?本期小编将带领大家一起走进声音的世界。


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声音的本质

物理课堂上我们学习过一个概念——波,“波”指的是振动的传播。声音其实也是一种波。振动物体将它的振动传给周围的弹性物质,弹性物质又将振动传到人的耳朵,听觉系统感受到振动,并对其中的20Hz~20KHz的频率成分做出反应,就形成了声音。简言之,声音是机械振动在媒介中的传播。

不难发现,声音的产生和接收,有三个必要条件缺一不可:发声源,传播媒介和接收体。


这是人口腔喉部的一个示意图。人能够发声,因为有声带的存在。它是一个弹性体。随着在肺,咽喉处的空气流的变化,带动了声带的振动,生产了声音。更进一步,人能够说话,是因为有牙齿,舌头等辅助人说话的结构。就像婴儿没有牙齿的时候也能咿呀发声,但他们都无法清晰地说话吐字。所以声带是最关键的发声结构,而舌头和牙齿等都是辅助结构。


每个人的声带都各有差异,女性声带短、薄,因此气流带动它振动时频率高,所以女性音调高而尖。而男性的声带长、厚,因此气流带动它振动时频率低,所以男性音调低而粗。


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再来说一下接收体,人的耳朵。人的耳朵里边也有一个重要的接收结构,叫鼓膜。它也是一个弹性体,声音传到耳朵里,其实就是气流带动了鼓膜振动,传递到了人的听觉神经。正常的鼓膜很薄,只有0.1毫米。耳蜗,耳廓都是声音传递的辅助结构。如果鼓膜破裂,就会引起耳聋。

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老年人总是抱怨自己的听力不如以前了。比如一个2kHz声音,年轻人在声音强度为10dB以下就能够听到,而老年人要听到这个声音,声音的强度必须加大到40dB。听力损失相当严重。为什么会这样呢,因为老年人的鼓膜变厚,变硬,失去弹性了。气流带动鼓膜振动变得困难,频率越高的振动,越困难。


我们可以看一下左边的这张耳朵响应曲线图。可以发现,25岁的年轻人和85岁的老年人相比,曲线更加平坦,也就是说,年轻人对各个频率的声音都有很好的响应。都能够听得到。而老年人,不仅所有频率的响应都比年轻人要低,而且高频响应衰退尤为严重。

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了解了声音产生及传递的必要条件,我们来熟悉下声音的三要素。

声音的三要素

从人对于声音的主观感知的角度来说,声音的三个主观要素分别是音调,音色和响度。

不同的乐器能够表现出来的音调范围都是不同的。钢琴的音域非常宽,能够表现较为丰富的音调。我们通常用大提琴,贝司或者鼓来表现低音调的声音,用小提琴笛子表现高音调的声音。


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那么如果钢琴和小提琴同时发出E调的Do音,音调相同,为什么还是能够辨别出钢琴和小提琴的声音呢?


这就要牵扯到声音的第二个要素——音色。


声音的第三个主观要素——响度,又可以称为音量。它指的是人耳感受到的声音强弱。


与声音的三个主观因素对应的客观因素分别是基频、谐波和声压级。



大部分声音都是非周期性的,基频和谐波都不是由单一的正弦波组成,是复合波。根据傅里叶变换,周期性的波可以分解成多个频率与幅度各不相同的单一正弦波。


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A1m是基频,A2m是二次波,以此类推到n次波。这些都是谐波。基频决定了音调,谐波决定了音色。所以我再回过头来看这个问题。为什么你能辨别出不同的声音?因为乐器表现出来的基频和谐波都不同。


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这是很多乐器的基频和谐波示意图。红色部分就是乐器的基波范围。


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大家可以看这张图,E调的Do的基频是659Hz(红色的线)。但是不同的是钢琴和小提琴的谐波成分(蓝色的线)并不相同。所以,因为音色不同,钢琴和小提琴的声音能够被清楚地分辨。

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再来看声压级。这张图反应的是响度和声压级的关系。纵轴是声压级,横轴是频率。不同曲线代表了不同的响度。


最下端的虚线: 人耳的听觉阈曲线。在1000Hz处,声压级为0dB对应的曲线。人耳刚好能够听到的声音响度。


最上端的实线:人耳的痛觉阈曲线。在1000Hz处,声压级为120dB对应的曲线。人耳能够承受的最大声音响度。



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声音的心理学

掩蔽效应

两个不同声压的声音同时进入人耳,当一个声音的声压大于另一个声音许多倍时(10倍以上,即声压差20dB以上),人耳就听不到那个相对比较弱的声音。也就是说强的声音将弱的声音给掩盖了。如汽车开过你身边时,你暂时听不到手机里对方的声音。


这个效应常常被用在音源压缩上。比如mp3的压缩。Mp3中细节的谐音和泛音不容易被听到,通常被删除以达到压缩的目的,节省存储空间。


埃波效应

如果相同响度的声音从左和右方位同时到达,人耳会感觉声音是从扬声器的连线中点的一个虚拟声源中发出,人们将这个虚拟的声源位置称为声像。


a. 左右音源的响度相同,发出时间相同

如果相同响度的声音从左和右方位同时到达,人耳会感觉声音是从扬声器的连线中点的一个虚拟声源中发出,人们将这个虚拟的声源位置称为声像。


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b. 左右音源的响度相同,发出时间不相同

如果左方位的声音比右方位的声音早5毫秒到,人耳感觉声像会偏移向左边。

如果超过5毫秒,人耳感觉声像会完全定位在左边。



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c.  左右音源的响度不相同,发出时间相同

如果左右两个方位的声压差达到3dB,人耳感觉声像会偏移向响的那边。

如果左右两个方位的声压差超过14dB,人耳感觉声像会完全定位在响的那边。


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埃波效应的应用也非常广泛。比如:立体声成像原理。飞机从右至左的飞行的环绕感其实就通过从右到左移动声像的位置去实现的。还有车上进行左右平衡和前后消失度调节和皇帝位选择。都是通过改变响度和时间去实现声像位置的变化。


哈斯效应

当一个声源滞后于另一个声源发出相同声音达50ms,产生清晰的回声的现象。比如,海螺的声音。山谷的回声。这是因为海螺有特殊的螺旋结构,山谷有特殊的地形,使得声音形成了反射,反射声再次传到我们的耳朵里形成了回声。


哈斯效应可以运用在混响等特殊音效的制作上,用来模拟不同大小的空间下的声效。比如,房间,剧院,俱乐部等等。


相信本期的声音介绍对大家会有所帮助,那么如何在车载音响的设计过程中正确地运用这些原理呢?我们下次再做介绍~


作者:王赟、贺妍

责任编辑:钱沓丰

 审核:霍亚飞



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