第二章 人耳听觉特性

1、第二章第二章 人耳听人耳听觉觉特性特性 人耳听人耳听觉与觉与听听觉觉特性特性 人耳听感基本特征人耳听感基本特征 立体立体声声的听的听觉觉机理机理 2.1 人耳听人耳听觉与觉与听听觉觉特性特性 一、人耳的构造一、人耳的构造 人耳有双重感觉功能，听觉器官、位置人耳有双重感觉功能，听觉器官、位置 和平衡感觉器官。和平衡感觉器官。 声声源源耳廓（收集耳廓（收集声声波）波）外耳道（使外耳道（使声声波通波通过过）鼓膜（鼓膜（将声将声波波转换转换成成 振振动动）耳耳蜗蜗（将将振振动转换动转换成神成神经经冲冲动动）听神听神经经（传递传递冲冲动动）大大脑脑听听 觉觉中中枢枢（形成听（形成听觉觉）。）。 2.1

2、人耳听人耳听觉与觉与听听觉觉特性特性 1、外耳-拾音 作用：作用： u耳廓可以将声音进行聚焦并传至中耳。耳廓可以将声音进行聚焦并传至中耳。 u利用耳廓进行声源定位。利用耳廓进行声源定位。 u利用耳道对声波进行共鸣放大。利用耳道对声波进行共鸣放大。 2.1 人耳听人耳听觉与觉与听听觉觉特性特性 2、中耳-放大 作用：作用： u耳膜接收到的声波压力在听小骨传导的过程耳膜接收到的声波压力在听小骨传导的过程 中得到放大。中得到放大。 u对外耳的空气与内耳的淋巴液起着阻抗匹配对外耳的空气与内耳的淋巴液起着阻抗匹配 的作用。的作用。 2.1 人耳听人耳听觉与觉与听听觉觉特性特性 3、内耳-信号分析 作用：

3、作用： u将声波信号转换成生物电信号，传导至大脑。将声波信号转换成生物电信号，传导至大脑。 u对声波信号做初级分析，对声音的响度、音对声波信号做初级分析，对声音的响度、音 高、音色的分析。高、音色的分析。 2.1 人耳听人耳听觉与觉与听听觉觉特性特性 二、我们如何感知声音二、我们如何感知声音 2.1 人耳听人耳听觉与觉与听听觉觉特性特性 2.1 人耳听人耳听觉与觉与听听觉觉特性特性 三、听觉极限三、听觉极限 人耳能听到的声音无论是频率或声压都 有一定的界限，称为听觉极限。 闻阈：声压由零逐渐增大直至人耳刚好能听到声音 时的声压。 痛阈：将声压再逐渐增大，直到使人耳感到疼痛。 2.1 人耳听人耳

4、听觉与觉与听听觉觉特性特性 三、听觉极限三、听觉极限 2.1 人耳听人耳听觉与觉与听听觉觉特性特性 三、听觉极限 2、音差分辨阈： 人耳对最小音高差异的识别能力。 2.1 人耳听人耳听觉与觉与听听觉觉特性特性 三、听觉极限 2、音差分辨阈： 美国心理学家西肖尔的实验： 以一个435hz的纯音为基准音，取另一纯音为 比较音，然后不断改变比较音的音高，使其与 基准音构成一系列由小到大的音差供受试者辩 听。以80%受试者刚刚能分辨的音差作为最小 可变音差，结果为3hz,其中听觉最敏锐者可分 辨的最小音差为0.5hz. 2.1 人耳听人耳听觉与觉与听听觉觉特性特性 三、听觉极限 2、音差分辨阈： 结论

5、： u 人耳音差的分辨能力与智力水平能力无关 u 年龄因素对音差分辨能力影响不大 u 人耳对音差最敏感的频率在1khz左右 u 人耳的音差分辨阈与遗传有关 u 音差分辨与音的强弱无关 第二节第二节 人耳听感的基本特征人耳听感的基本特征 2.2 人耳听感的基本特征人耳听感的基本特征 一、响度一、响度 响度是人耳对声音强弱 大小的主观感觉. 单位：“宋”（son） 决定响度的主要因素是：声压声压或声强声强的 大小，在同样的声压而不同频率时，感 觉的响度不同。 2.2 人耳听感的基本特征人耳听感的基本特征 响度级：以1KHZ纯音 为基准声音，将其他频率 的声音与它比较，当响度 一样时，1KHZ声音的

6、声压 级就是该声音的响度级。 单位：“方”（phon） 2.2 人耳听感的基本特征人耳听感的基本特征 2.2 人耳听感的基本特征人耳听感的基本特征 1、等响度曲线、等响度曲线 2.2 人耳听感的基本特征人耳听感的基本特征 2、有关响度的特性、有关响度的特性 有等响度曲线可以得出一下有等响度曲线可以得出一下 结论：结论： u响度级与声压级有关。低声压响度级与声压级有关。低声压 时，等响度曲线上的各频率声时，等响度曲线上的各频率声 音的声压级相差很大。音的声压级相差很大。 u声压级很高时，等响度曲线较声压级很高时，等响度曲线较 为平坦，各频率等响基本相同。为平坦，各频率等响基本相同。 u低频声压级

7、的微小变化会导致低频声压级的微小变化会导致 响度的较大变化。响度的较大变化。 2.2 人耳听感的基本特征人耳听感的基本特征 二、音高二、音高 音高是听觉系统对声音音调高 低的一种主观感觉。 音调的高低主要决定于频率。 2.2 人耳听感的基本特征人耳听感的基本特征 人耳对声音频率的主观感觉 u音高的单位为美（音高的单位为美（mel),它以它以1khz、40dB的纯音的纯音 为标准，定为为标准，定为1000mel. u音高虽与声音的频率有关，但不是呈线性关系，音调音高虽与声音的频率有关，但不是呈线性关系，音调 大体上与频率的对数成线性关系，即音高大体上与频率的对数成线性关系，即音高=klgf（K:

8、 常数；常数；f：音高的物理量简谐频率）：音高的物理量简谐频率） u音高与频率的对数关系只是限定在一定音区范围内，音高与频率的对数关系只是限定在一定音区范围内， 一旦超过其对数关系就会偏离。其规律是：在低音区，一旦超过其对数关系就会偏离。其规律是：在低音区， 客观量要比正常值偏低才能与主观感觉量相符；高音客观量要比正常值偏低才能与主观感觉量相符；高音 区，客观量要比正常值偏高才能与主观感觉量相符区，客观量要比正常值偏高才能与主观感觉量相符。 2.2 人耳听感的基本特征人耳听感的基本特征 三、音色三、音色 u音色主要由声音的波形或它的频谱 结构决定。 u人耳在主管感觉上区别相同响度和人耳在主管感

9、觉上区别相同响度和 音高的两类不同声音的主观听觉特音高的两类不同声音的主观听觉特 性称为性称为音色音色。 2.2 人耳听感的基本特征人耳听感的基本特征 四、掩蔽效应 2.2 人耳听感的基本特征人耳听感的基本特征 掩蔽效应的特性： u被掩蔽声的频率越接近掩蔽声时，掩蔽 量越大，即频率相近的纯音掩蔽效果显 著。 u掩蔽声的声压级越高，掩蔽量越大，且 掩蔽的频率范围越宽。 u掩蔽声对比其频率低的纯音掩蔽作用小， 而对比其频率高的纯音掩蔽作用大。 2.2 人耳听感的基本特征人耳听感的基本特征 五、哈斯效应 相同的几个声音在时间上先后 到达人耳时，听觉对先后到达的声 音的延时能做出分辨的特性称为延 时效

10、应，即哈斯效应。（对回声的 感觉规律） 2.2 人耳听感的基本特征人耳听感的基本特征 哈斯效应： u延迟小于30ms时，几乎没有人能感觉到回声。 u延迟大于70ms时，差不多一半人能感觉到回 声。 u延迟超过100ms时，几乎所有人都能觉察到 回声。 u反射声强度减弱到直达声以下10dB时，延迟 时间很长，也几乎没人能感觉到有回声。 u如果两者延迟时间很短，则反射声即使声压 级高出直达声10dB,也不会有回声的感觉。 2.2 人耳听感的基本特征人耳听感的基本特征 u利用哈斯效应，可以在常规条 件下模拟厅堂效果，分析出厅 堂中直达声、前期反射声、混 响声等各类成分后，可用人工 延时混响技术，采用

11、延时器、 混响器等各具需要调整、合成 声音，以达到模拟的效果。 2.2 人耳听感的基本特征人耳听感的基本特征 六、德波埃效应 德波埃效应是一种利用声音 到达听音者时的声级（强度） 差和时间差来确定声音方位的 听觉效应。它描述的是人耳同 时倾听数个声源时引起的方向 性感觉。 2.2 人耳听感的基本特征人耳听感的基本特征 u将两扬声器对称地放在听者的前方，听着感觉“声像” 只有一个，且在正前方。 u当两个扬声器辐射的声压级有一定差别时，则声像向 声压级高的扬声器方向移动，偏移量大小与声压级之 差有关，当声压级差大于15dB时，则感觉声音完全 来自较响的那只扬声器。 u当两只扬声器辐射的声压级相等，

12、但有一定时间差， 听者感到声像向声音先到达的那只扬声器移动，当时 间差大于3ms时，声像就好像完全来自声音先到的那 只扬声器。 u时间差和声级差产生的效果类似，并且在声级差小于 15dB,时间差小于3ms时，两者呈线性关系。 第三节 立体声的听觉机理 2.3 立体声的听觉机理立体声的听觉机理 u 人们对来自自然空间的声音位置进 行判断，是对声源的距离和方位进 行判断，时一种空间真实的听感。 如果把这种有真实听感的效果用电 声系统模拟重放就是立体声系统。 u人耳的延时效应和双耳效应都是立 体声的生理学基础。 2.3 立体声的听觉机理立体声的听觉机理 一、听觉的定位机理 1、双耳效应 双耳效应的基

13、本原理：人的双耳的位置在 头部的两侧, 如果声源在听音人的正前方，这 时由于声源传送到左、右二耳的距离相等， 声波到达左、右耳的强度差、时间差（相位强度差、时间差（相位 差）、音色差差）、音色差都是零，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。 2.3 立体声的听觉机理立体声的听觉机理 S声源 声音在听音者正前方 S声源 声音不在听音者正前方 2.3 立体声的听觉机理立体声的听觉机理 如果声源不在听音人的正前方, 而是偏 向一边, 那么声源到达两耳的距离就不 相等, 声音到达两耳的时间与相位时间与相位就有 差异, 人头如果侧向声源, 对其中的一只 耳朵还有遮敝作用, 因而到达两耳

14、的声声 压级和音色压级和音色也有不同。人们把这种细微 的差异与原来存储于大脑的听觉经验进 行比较, 并迅速作出反应从而辨别出声 音的方位。 2.3 立体声的听觉机理立体声的听觉机理 u低频信号（频率低于300以下）的定向以两耳 的时间差为依据； u高频信号的定向取决于两耳的声级差 u对于瞬态声，可以有效的利用时差来辨别声 音的方位。这种定位作用取决于声音传来的 最初瞬间，这也是人耳对打击乐、语言等瞬 态声更以辨别方向的重要原因，对于持续声， 由于它们分别先后到达两耳所引起的掩蔽效 应，致使定位效果变差。 2.3 立体声的听觉机理立体声的听觉机理 利用“双耳效应”，我们通过录音技术录下声响，然后 用两个或几个音箱播放出来，使人们听起来好像音箱 之间有一个声源在发声。这个假想的、实际上不存在 的声源就叫作“声像”。当我们听立体声广播、立体 声唱片中的一个管弦乐队演奏时，你可以感到大提琴 在你的右前方，小提琴在你的左前方，而小号却在中 间。对于电声乐队，你也可以很明显地感觉出主 奏乐器来自不同的方向。听重唱，你可以清楚地分辨 出左、右声道中分别播出的各自的高声部和低声部。 因此，立体声的优点不仅仅是有真实感、临场感、空 间感，而且由于把声像分离了或改变了位置，