一.声音的心理特性与物理特性

1、教材及参考书艺术录音基础伍建阳中国广播电视出版社影视录音梁洪才孙欣郝健著科学技术文献出版社电影电视声音一录音艺术与技术创作中国广播电视岀版社美汤姆林森霍尔曼著姚国强等译声音物体的机械振动隹定的媒质I如空气）中传播，形成声波。我们把产生声音的振动物体叫做芦源。声音的产生与传播是由特定的物体作机械振动。与光波不同，光波是一种电磁波。在自然界中,能自己发光的物体是很小的，绝大部分物体为我们的视觉器官所感知是因为反射太阳光的原因。声波总是在一定的娱质中传递。空气是由大量分子组成的，它具有质量和弹性，其行为象弹簧，具有可压缩性。我们用质点表示部分空气的集合，当物体发生振动时，将带动它周围的空气质点一起振

2、动，由于空气可以被压缩，振动质点会连续不断地引起相邻质点的振动，在质点的相互作用下，振动物体周围的空气就岀现压缩和膨胀的过程，使空气形成疏密相间的分布，并逐渐向外扩展，形成声波。固体、液体、气体都可以作传播声波的媒质。其传播速度的大小和强度取决于媒质弹性的大小，声波在固体中传播的速度比在空气中的速度要快。艺术录音中所涉及到的传播媒质既有空气，也有固体媒质（如乐器的共呜箱体）。由于传声媒质是弹性物质，所以声波称弹性波。在声波传播过程中，空气质点的振动方向和声波传播方向是相同的，所以声波是纵波。声音传播的特定环境称为芦场。在声场中空气质点仅在原地振动，传播出去的只是波动的形式，类似麦田中的麦浪，麦

3、波随风飘荡，但是麦子并末被移走，在波动传播过程中，质点振动的能量在均匀地向前传播。振动物体使声能在一定的媒质和环境中传递，因此，声波总是携带着族动麴滋的信息和环境的信息。声源辐射声能，进一步理解还应包括它的位置、特征秤空间分布。在视听艺术创作中，我们把声音分为这样几大类：语言音响；音乐音响；效果音响（环境音响、动作音响）环境音响凡自然环境中属于自然现象本身发出的、和人类活动有关的、由人类文明带来的环境产生的音响，都可以作为环境音响在影视艺术及广播艺术中岀现O环境音响取自不同的环境，又赋予影视和广播艺术的相应场景、环境之中，它可以连续不断地向人们传递时空信息，给人现场感、空间感、距离感、层次感、

4、时间感和时代感。为了更真实、准确地向观众和听众提供符合剧情、现实的环境音响，应考虑到时代、地域和时间特点，使环境音响更加真实和丰富。动作音响（动效）樺常称动效。包括现实生活中一切通过人为动作产生的音响。动效直接参加到剧情的艺术创作中去，为影视禾口广播艺术赋予了丰富的表现力。樺动作音响是通过由人触发的各种发声介质产生的音响，刻画人物身份、性格、情绪、年龄、性另叭甚至健康状况、生活习惯特征，向观众和听众交待角色的意图，传递空间和距离信息，构成人们视觉与听觉立体的层次感和方位感。动作音响有随机性和无规律的特点。声波作用于人的莎觉器宫，引起我们对声音的感觉。声音的物理特性（声参量）周期振动与非周期振动

5、周期振动的特点是在一条基准线附近作往复运动。声压由最大值经过一个最小值，又达到最大值，所经历的时间称周期（或者说媒质中质点完成一个全振动所经历的时间称周期）。周期的单位是秒。波长（Wavelength）在媒质中，质点振动一个周期，声波传播的距离称波长，用兄表示，单位是力。波长和频率有如下关系:声速（U）波长（九）频率（Q式中：X-声波的波长；c声速，c=344m/s；f声波的频率,赫兹（Hz）频率（Frequency）频率表示单位时间内的振动周期数。频率用f表示，单位是Hz。声频范围(Soundfrequencyrange)20Hz20kHz(下限最低可到16Hz)20Hz以下为次声波(Inf

6、rasonic)20kHz以上为超声波(Ultrasonic)波长和频率之|可的关系为：1T波长和频率成反比，频率越低，则波长越长。当波长与障碍物线度可以相比拟，甚至大于障碍物线度时，则会发生“绕射”现象。非周期性振动噪声(Noise)所谓噪声，是指由各种不同频率、不同声强的声音无规律的杂乱组合。两种很重要的噪声白噪声与粉红噪声白噪声(Whitnoise)该术语是模拟白光而得到的。它是频带有限的噪声，这个频带包括的频率成份多达任意个厲。粉红噪声(Pinknoise)同样也是模拟光学名词而得到的术语。以每倍频程三分贝滤过的白噪声，即它在高频端能量较小，频率每增加一倍，能量就减少一半。噪声的主要类

7、型一般听音室遇到的噪声主要有电噪声和环境噪声两种类型。其中电噪声又可以分为热噪声、交流噪声、感应噪声和记录媒体的本底噪声。随着电子技术的迅速发展，新的数字记录方式的出现，电噪声中的热噪声和记录媒体的本底噪声已经变得不太明显，所以电噪声主要是由于接线中的屏蔽或接地不良引起的交流噪声和感应噪声环境噪声往往比较复杂，无规律。噪声的特征噪声的存在会使人们对目标声音的听力下降，即产生所谓的“掩蔽现象J它不仅取决于噪声的声压大小，而且与它的频率成分和频谱分布密切相关。简单地说，主要有以下几个特征:樺低频时，特别是在响度相当大时，会对高频声产生较明显的掩蔽作用。高频声对低频声只产生很小的掩蔽作用。掩蔽声与被

8、掩蔽声的频率越接近，掩蔽作用越大，当它们的频率相同时，一个声对另一个声的掩蔽作用达到最大。低频噪声(例如通风机噪声)和人声是构成干扰的主要声源一般听音室、卡拉0K厅要求环境噪声级低于3050dB,这是保证清晰度的一个重要保证。多普勒效应如果声源与听声音的人不是处于相对静止状态，而是有相对运动，则听声音的人将感到声源所发声音的频率有变化，这种现象称多普勒效应。振幅(Amplitude)任何物质粒子离开其常态位置的最大位移称为振幅。声波的振幅越大，声音越响。相位(Phase)相位指频率相同的正弦波(任何波形都可以看成是用有谐波关系的正弦波来构成的)之间在时间上的相对位移。相长干涉(Construc

9、tiveInterferenee)与相消干涉(DestructiveInterference)同相叠加异相抵消差拍两个频率值差很小的声波干涉时，会产生一个声音周期性的响一轻一响的变化，称为差拍。差拍就是由相位干涉而形成的。如果频率相差10Hz以上，则听到的是两个声音。驻波(StandingWave)局限于某一区域而不向外传播的波动现象，一般是由两列传播方向相反的相干波迭加而成。其波腹、波节的位置不随时间改变，振动能量也不随时间逐点传播，故称“驻波”。复合音在现实中我们听到的都是复合音，即由两个以上不同频率声波迭加产生的声音。它包括：谐频或谐波（Harmonic）樺频率等于基频的整倍数的正弦波分

10、量称谐频或谐波.樺任何声音的实际音质均取决于所岀现的谐频。它始终是基频的整倍数，二次谐频二倍，三次谐频三倍声压声压是空气中由于声波的扰动而引起的压强变化。在静止的空气中存在着均匀的大气压强，一般用英文字母Po表示。当空气中有声波传播时，它的各部分产生压缩和膨胀周期性变化，变化后的空气压强用P表示，它是随时间和空间而变化的，被压缩处压强增加，膨胀处压强减小，声压是指这二个压强之差，即有声波作用时与无此声波作用时的压强差叫作声压。显然声压P是随时间和空间而变化的物理量，这种变化是呈周期性的，变化规律可用正弦或余弦等三角函数来表示。P=Asin（o）t+（/）0）声压的单位为帕(Pm),也用微B(p

11、bar；表示4帕(Pa)二I牛顿/米2I微巴(jibar)二1达因/厘米I帕=10微巴I个大气压=10帕人们在正常说话时，距离说话者约1米处的声压大约为0.1Pao声强声强是指单位时间内，通过与指定方向垂直的单位面积的声能量。声强和声压都是衡量声场强弱的物理量，两者是从不同角度来表示的。声强是指声场中单位面积通过声能的多少，是用能量来衡量声场强弱的；声压是指声场中单位面积上所受到的力，它是用力的大小衡量声场的。两种方法只是表示形式不同，由于声压可以用仪器直接测量，所以很多场合都用声压来表示。声压级、声强级在现实生活中，声音强弱的变化范围是相当大的，人们窃窃私语的声压约为0.0I帕，火箭发射场的

12、声压约40帕，两者之的变化达10倍，在如此大的范围内，用声压、声强和声功率物理量的绝对值来度量声音的强弱，显然是不方便的，因此人采用划分等级的方法对声音进行量度。把相应的物理量按每增加40倍作一级，即按对数方式进行计算，目的是把很大的变化范围的数值缩短成几个等级，使繁琐的数字和计算得以简化。这就是声压级的划分。声压级的单位是分贝(dB),分贝是用来表示声音和电讯号的强弱，是作为相对比较的对数单位,而不是某个物理量的专用单位。声压级SPL声压级由下式定义：PLP=20lgPr式中：P测量点的声压；Pr一一零声级的参考声压，国际上规定B=2X10(Pa)；Lp声压级，单位为分贝(dB)o在以分贝表

13、示声压时，需要取统一的声压值作为参考值，即參考茂圧在电声中取接近人耳刚能听到的IkHz频率声波存在的声压值(即IkHZ可听声压)作为参考声压，其数值为2X10(Pa)帕。由式中可以看出，零声级不意味着没有声波存在。把频率为IkH乙声压为2X40（Pa）的声音给听力正常的青年人试听，有50%的时间能听到，还有50%时间则听不到。可见2X10（Pa）的声压是4kHz声音信号可闻与不可闻的分界线。显然对|kHz信号SPL大于0是可以听到，小于0时则听不到。利用分贝和级的优点首先它可将庞大的数字压缩到一个便于记忆的数量范围内;其次，可将计算简化到只需做加减法；更主要的是采用分贝能反映听觉对声音的感受程

14、度。在电声技术中，表达放大器的增量、音响大小、噪声程度、传输线的衰减等时，常用到dB（分贝）这一计量单位，尤其是在功率、电压之间的比较时，将某一功率、电压与基准值的比值的对数关系称为电平，是用dB（分贝）来表示的。采用分贝作为电平比值单位，具有简化计算等优点。例如，在一系列线性网络串联时，总增益（或总衰减）倍数可由各级的增益（或衰减）相乘而得。如果增益（或衰减）倍数以dB这一专用单位来表示，则可使总增益（或总衰减）值的计算简化成以各级增益（或衰减）相加（或相减）求得，这显然给实用带来方便采用dB作为电平比值单位，使电平的相对值更直观，更符合人们对增益（或衰减）的直观理解，是目前世界上通用的一种

15、电平计量单位。在电声转换过程中电平级与电压级是相对应的。信噪比*如S表示信号，N表示噪声，则信噪比为(dB)式中:P为信号功率,P为噪声功率，V为信号电压，V为噪声电压。声音的反射、折射、衍射、聚焦与扩散声波的反射(ReflectionofSound)声波在前进过程中，若碰到界面(特别是硬界面时)，有一部分声波就被反射回来。其反射角等于入射角。声音的折射(RefractionofSound)当声音经过温度不同的区间时，方向会产生一定的偏差，叫声音的折射。声波的衍射(Defraction)也称绕射。声波在传播过程中经过障碍物边缘或孔隙时所发生的展延现象。波长越大，这种现象越显著。当声波在一个凹的

16、界面前反射时,会产生聚焦现象。当反射发生在凸形界面上时，会产生扩散现象。室外声音按倒数平方规律衰减损失的分贝数=40Lg人依靠听觉器官才能感觉到声波的存在。声波是客观存在的一种物质，描述这种物质的物理参量称客观量。人的听觉感觉和客观量之间的关系称听觉特性。1=(Threshold了解人的听觉特性是很重要的，因为艺术声音的优劣，最终的判断者是听觉器官。听觉阈限ofHearing)闻阈差阈闻阈(ThresholdofAudibility)频率范围声压范围痛阈频率范围人耳所能感受到的声频范围约在2020kHz之间；人耳所能感受到的声频范围受个差异(如果年龄、生理条件、职业甚至种族差异)的影响。声压范

17、围将声压逐渐减小直一听不见，这时的声压称听阈，即OdB。痛阈(ThresholdofFeeling)将声压逐渐加大直到人耳感到痛疼，称痛阈,一般痛阈为120dBo差阈强度差阈频率差阈方位差阈距离差阈抖晃率强度差阈人耳对声压的辨别阈。当声压级在50dB以上时，人耳能够辨别的最小声压级差大约为1dB,与频率的关系不大；如果声压级小于40dB,声压级需要变化13dB才能被觉察出来。当用耳机听声时，在中频率范围，人耳可以分辨0.3dB声压级的变化。受过训练的人，其声压辨别阈小于普通人。频率差阈当频率大于1000Hz时，人耳能觉察频率的变化为0.3%,即厶f/f二0.003。当声压相同，但频率低于100

18、0Hz时，人耳觉察到3Hz的变化。经过训练的人其频率辨别阈比普通人小。方位差阈人对空间方位的感觉是一个锥形体，而且对各方向的感觉是不一样的。某些研究表明，人们在头部正面方向的左右45,30,下10。这个空间范围内，其方向感觉最灵敏。在这个范围内，人们对声音方位的辨别也因频率的差另U、信号的长短以及声源位置的不同而异。一般来讲，在上述范围内，人耳分辨方位差阈的最小值，在水平面内是如果声源在一侧，则可变为12%在垂直平面内是4。距离差阈一般它与响度、直达声与混响声的比率、频率及所处的环境有关，也与人们的经验有关。人耳对抖晃的辨别磁带录音机（包括磁带录相机）的走带速度与电唱机唱盘的速度不恒定，会使放

19、音的音调不稳，这种现象称为抖晃。这时重放信号相当于受到了频率调制。樺抖晃的重复频率（调制频率）低于每秒十次，称晃动；高于每秒十次称抖动。樺抖晃给重放音质带来损害。樺人耳对于抖晃的辨别阈在调制频率为24Hz吋为最小。音调(Pitch)人耳对声音高低(频率)的感觉称音调。音调也是一个主观量。音调由振动频率决定。振动频率越高，音调则高；振动频率越低，音调则越低。音调与频率呈非线性关系。音调的单位为美(mel),它以1000Hz、40dB的纯音作为标准，定为1000美。声音强度不同时，人对音调高低的感觉会发生变化。在低频段，声压级升高，音调会变低；在高频段，声压级升高，音调会变高。响度(Loudnes

20、s)人耳对声音强弱的感觉称为响度。响度取决于声压的大小，但声压的大小不是唯一的因素。响度的单位是宋(sone)规定如下：频率为1000赫兹，声压级为40分贝的纯音所产生的声音响度为I宋。响度级(LoudnessLevel)任何一个声音的响度级等于一个同样响的1000Hz的声音的声压级；因此，对1000Hz的声音来说，它的响度级就等于它的声压级。响度级的单位是方(Phone)o等响曲线为了表示人耳听觉的频率特性,揭示响度级、声压级、频率三者的联系和规律，对大量具有正常听力的年青人进行了听觉特性测试，得到了著名的佛莱奇尔-芒森(FletcherMunson)等响曲线图。樺由等响曲线图而知，人的听觉

21、响应不是平坦的，声压级一般不等于响度级，仅仅在频率为1000Hz时，声压级的数值与响度级的数值相等。响度受声压级的制约，声压级提高，响度也增加；但声压级不是制约响度的唯一因素；人耳对不同频率声音的感觉灵敏度是不一样的，在同一声压级下，频率不同响度级也不同。在3400Hz附近的声音听起来比较响，这是由于外耳道共鸣所引起的。随着频率向34kHz两端升高或降低，总的趋势是灵敏度降低。人耳最敏感的频率范围是1000-6000H乙这是因为在狭窄的听管里发生谐振的缘故。不同频率的声音有不同的响度增长率。当响度级不大时，等响曲线的形状近似于听阈曲线；声压级越高，曲线变得越接近平直，即频率对响度级的影响越小。

22、也就是说，人耳对不同频率声音的灵敏度还与声压大小有关，随着声压的降低，人耳对低频和高频的灵敏度都要降低，尤其是低频更为明显。这就是为什么当我们将音响开得较小（即低声压级情况下）即使节目中有较多的低音成分，听起来总觉得低音不足，一旦把音响开大，就会感到低音比较丰富.为了能测得比声压级更能反映人耳对声音强弱的响应的有关数据，在声级计算中一般都设有频率计权网络。分为A、B、C、D和Lin五种不同的计权方式，并有相应的刻度。声级计是用来测量声压级的仪器，其读数是声压级，若要用它测量响度级，则必须有一套根据不同的频率将声压级换算成响度级的装置。或更方便一些，在声级计中插入一个模仿人的听觉特性的电网络。由

23、于等响曲线图实际上是一族曲线,由无数条曲线构成，图21仅是按每间隔10方画出一条曲线的形式画出的。为了方便起见可将人耳听觉特性分成几个区域来进行近似的摸拟，这便是计权网络。计权网络分五种：樺A计权，模仿030dB吋人耳的听觉频响；樺B计权为3060dB；樺C计权为6013OdB吋人耳听觉频响的模拟；*D计权主要用于对航空噪声测量。线性(line)计权，其特性是一个剪切率很陡的22.4Hz到22.4kHz的带通滤波器，用于去除超声和次声对可闻声声压级测量的影响。计权声压级应该加以注明，女口66dB(C)表明用C计权时的声压级是66dB当计权方式选择合适时，测得的计权声压级近似等于响度级。声功率和

24、分贝、响度之间的关系功率就是单位吋间内所做的功。推动扬声器的功率放大器的输出是瓦(W)而不是以分贝(dB)为单位测量的。电功率越大，响度越大。但功率与响度之间的关系并非线性增长的关系。功率、分贝和响度的对应关系功率比分贝响度101.261人耳能感觉到的响度变化1.411.51.5822.03功率加倍只产生3dB的变化2.543.1654.065.076.387.99功率比分贝响度1010原响度的2倍31.61510*220原响度的4倍10*330原响度的8倍10*440原响度的16倍10*550原响度的32倍10*660原响度的64倍10*77010*88010*99010*10100*80d

25、B的声音是60dB的声音的响度的4倍一个120W的功率放大器输出的电功率是一个10W的功率放大器的12倍，但它所发出的声音的响度仅是后者的2倍。日常声音的噪声级分贝噪声类型0听阈10树叶沙沙声；窃窃私语20安静的花园30安静的房间；钟摆35远处交通运输40安静的街道45汽车经过50一般对话55一般交通运输60大声说话分贝噪声类型65打开车窗的车箱内70厕所内的冲洗声和排气风扇的声75交响乐80吹风机85近距离船用汽笛90市内公共汽车上95吵闹的地铁100飞机引擎115风钻120摇滚音乐130痛阈音色(AcousticQuality；Timbre；ToneColor)音色是人在主观感觉上区别具有

26、同样响度和音调的两个声音所不同的特性。声音的音色主要取决于组成声波的谐波成分和各谐波的相对大小，音色与响度、音调也有关系。听觉的时间特性要使人耳听到声音，必须有一定强度和一定时间的声波作用于人的耳膜，通常人耳感受一个声音需要该声音持续01秒以上。声音持续的时间对音调有影响。1000Hz纯音的时间在0.05s以下时，比在0.1s以上时感觉低。如果声音的持续时间小于4ms时，人耳对音调的感觉就不明显了，仅感到咯听声。持续时间的长短对响度的感觉也有影响。当声音持续时间短，人耳会感觉到响度下降。与视觉一样，听觉也有暂留现象，即在声波消失后，对此声波的感觉还将保留一个短暂时间。人耳听觉暂留时间很短，一般

27、在1020ms之间，因此一般都可忽略不计。掩蔽效应(MaskingEffectorAudiomasking)由于一个声音的存在而使另一个声音的听阈提高的现象称掩蔽效应。掩蔽效应可定量地表示，例如声音A的闻阈是8dB,由于有声音B的存在，对声音A起掩蔽作用，使声音A要提高到24dB方可被听到，这时我们则认为声音B对声音A的掩蔽是24dB-8dB=16dBo通常频率低的声音对频率高的声音往往有较强的掩蔽作用。听觉的掩蔽效应在电声音响领域被广泛利用。例如所谓“动态降噪，就是根据不同的节目声音对噪声的掩蔽有所不同的原理而设计的。掩蔽效应不仅是一个听觉生理现象，也是一种心理现象，所谓的“鸡尾酒会效应就是