声波的传播特性及人耳的听觉
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声的传播与声音的特性声音是我们日常生活中不可或缺的一部分,它可以通过空气、固体和液体等媒介传播,同时具有许多独特的特性。
本文将探讨声的传播过程以及声音的特性。
一、声的传播声音是由物体振动引起的,当物体振动时,周围的空气分子也会振动,形成一系列的压缩和稀疏。
这种压缩和稀疏的传递就是声波的传播过程。
声波是一种机械波,需要介质才能传播。
具体而言,声波在空气中的传播过程如下:1. 压缩阶段:当物体振动向前时,空气分子被挤压在一起,形成高压区域。
2. 稀疏阶段:物体振动向后退回时,空气分子被拉开,形成低压区域。
3. 周期性传播:物体继续振动,上述的压缩和稀疏过程依次重复,声波通过空气以波的形式传播。
声波的传播速度取决于介质的性质,一般来说,在空气中的声速约为每秒343米。
不同介质的声速会有所差异,比如水中的声速约为每秒1497米。
二、声音的特性声音是由声波引起的,具有以下几个主要特性:1. 频率:声音的频率是指声波振动周期性重复的次数,单位为赫兹(Hz)。
高频率声音听起来尖锐,低频率声音听起来低沉。
人类能听到的频率范围约为20Hz至20kHz。
2. 声强:声音的强度决定了其听觉上的响度。
声强的单位为分贝(dB),分贝是用来表征声音强度的对数单位。
较大的分贝值表示较高的声音强度。
3. 声音的色彩:声音的色彩是指不同频率成分在声音中所占的比例。
不同乐器、不同人的声音都有独特的色彩。
音乐中的高音、中音和低音即是不同频率成分的体现。
4. 响度:响度是指人对声音强度的主观感受。
不同频率的声音在相同的声强下,人们对其响度的感受也会有所不同。
5. 回声:声音在遇到障碍物后会发生反射,形成回声。
回声的产生会对声音的清晰度和听觉效果产生影响。
三、声的应用声音是一种重要的信息传递方式,具有广泛的应用领域。
以下是几个常见的声音应用:1. 通信:无线电、电话和对讲机等通讯设备利用声音的传播特性进行信息的传递。
2. 娱乐:音乐、电影和游戏等娱乐性活动都离不开声音。
声波的传播与声音的特性声波是一种机械波,是由声源产生的振动所引起的分子之间的相互作用导致的。
它通过介质的振动传播,使我们能够听到声音。
了解声波的传播过程以及声音的特性对于我们理解声音是如何产生和传播的具有重要意义。
一、声波的传播过程声波的传播分为三个主要过程:声源振动、振动传入媒介、在媒介中传播。
1. 声源振动声波的产生源于物体的振动。
当一个物体振动时,它会产生周期性的压缩和稀薄的效果。
这种振动通过介质中的分子传递,并最终形成声波。
例如,当我们敲击一个鼓,鼓面的振动会造成周围空气分子的振动。
2. 振动传入媒介声波传播的媒介可以是固体、液体或气体。
在固体中,声波的传播是通过固体中的分子间的相互作用来传递的。
在液体和气体中,声波传播的过程涉及到分子之间的压缩和稀薄。
3. 在媒介中传播一旦声波振动进入媒介,它会通过分子之间的相互作用在媒介中传播,并形成一个连续的波动。
这个波动以一定的速度传播,我们称之为声速。
声速的大小取决于媒介的性质,如固体、液体或气体,以及媒介的密度和温度。
二、声音的特性声音是人类感知的一种听觉体验,它具有以下几个特性。
1. 频率频率是声音振动的快慢,单位是赫兹(Hz)。
频率越高,声音越高音调;频率越低,声音越低音调。
人类能够听到的频率范围约为20Hz至20kHz。
2. 声强声强是声音的强弱程度,与声音产生的能量有关。
声音的声强单位是分贝(dB)。
声音越大,声强越高;声音越小,声强越低。
人类能够听到的最小声音大约为0dB,而噪音的声音强度可以高达100dB甚至更高。
3. 声速声速是声音在介质中传播的速度。
不同介质中声速的大小不同,空气中的声速大约为343米/秒。
当声音从一个介质传播到另一个介质时,由于介质性质的不同,声速可能会发生变化。
4. 回声回声是由声波在遇到反射面时反射回来形成的。
当声波遇到障碍物或墙壁时,会发生反射,形成回声。
回声的强度和延迟时间可以帮助我们判断距离或空间的大小。
声波的特性与传播声波是一种机械波,是由物体振动产生的,通过介质传播的波动现象。
声波在我们的日常生活中无处不在,对于声波的特性和传播规律的了解,有助于我们更好地理解和应用声波。
一、声波的特性1. 频率:声波的频率是指在单位时间内振动的次数,单位为赫兹(Hz)。
频率越高,声音越尖锐,越低则声音越低沉。
2. 振幅:声波的振幅是指声波的最大偏离距离,也就是声音的大小。
振幅越大,声音越大。
3. 声速:声波在介质中的传播速度,它与介质的密度和压力相关。
在空气中,声速大约为340米/秒,但在其他介质中会有所不同。
4. 波长:声波的波长是指相邻两个相同相位的振动点之间的距离。
波长与频率和声速的乘积成正比,可以用公式λ=v/f表示。
5. 传播方向:声波是沿着与波源相连的介质中的同一方向传播的,称为纵波。
声波的传播方向是由波源的振动方向决定的。
二、声波的传播1. 声波的传播介质:声波可以在固体、液体、气体等介质中传播。
不同介质对声波的传播有不同的速度和传播特性。
2. 声波的传播方式:声波传播方式分为直接传播和媒质传播两种。
- 直接传播:声波直接通过介质传播,如声音在空气中的传播。
- 媒质传播:声波通过介质中的振动分子传播,如声音在固体中的传播。
3. 声波的反射和折射:声波在传播过程中会遇到障碍物或不同介质的边界,导致声波发生反射和折射现象。
反射是指声波遇到边界后被反弹回来,折射是指声波由于传播介质的改变而改变传播方向。
三、声波的应用1. 声音传播:声波的主要应用之一是声音的传播。
我们平常听到的语言、音乐、声效等都是通过声波传播到我们的耳朵中来的。
2. 通讯技术:声波在通讯技术中有广泛的应用,如声纳技术、超声波技术等。
声纳技术利用声波在水中传播的原理,用于海洋探测、水下通信等领域。
3. 医学影像:超声波在医学领域中被广泛应用于诊断和治疗,如超声波检查、超声刀等。
超声波通过体内组织的反射和折射,实现对人体内部器官的成像和监测。
声波的特性与传播在我们生活的世界里,声音无处不在。
无论是清晨鸟儿的欢唱,还是街头车辆的喧嚣,又或是教室里老师的授课声,这些都是声波在传递信息。
那么,声波到底是什么?它又有哪些特性?又是如何传播的呢?让我们一起来探索一下声波的奥秘。
声波,简单来说,是一种机械波。
它是由物体的振动产生的。
当一个物体振动时,它会引起周围介质(如空气、水等)的分子随之振动,从而形成了声波。
声波具有许多特性,其中频率、波长和振幅是三个非常重要的概念。
频率指的是声波在单位时间内振动的次数,单位是赫兹(Hz)。
我们人耳能够听到的声音频率范围大约在 20Hz 到 20000Hz 之间。
低于20Hz 的声波称为次声波,高于 20000Hz 的声波称为超声波。
不同频率的声波给我们带来的感受是不同的。
例如,频率较低的声音通常会让我们感觉低沉、厚重,像大鼓的声音;而频率较高的声音则显得尖锐、清脆,比如小鸟的叫声。
波长则是指声波在一个周期内传播的距离。
波长与频率之间存在着一定的关系,它们的乘积等于声波传播的速度。
在同一介质中,声波的传播速度是恒定的。
所以,频率越高,波长越短;频率越低,波长越长。
振幅是指声波振动的幅度大小。
振幅越大,声音就越响亮;振幅越小,声音就越微弱。
打个比方,用力击鼓时,鼓面振动的幅度大,产生的声波振幅也就大,我们听到的鼓声就响亮;轻轻击鼓时,鼓面振动幅度小,声波振幅小,鼓声就轻柔。
说完了声波的特性,接下来我们来了解一下声波的传播。
声波的传播需要介质。
这就意味着在真空中,声波是无法传播的。
比如在太空环境中,没有空气等介质,即使有物体振动,也不会产生声音。
在常见的介质中,声波传播的速度是不同的。
一般来说,在固体中传播速度最快,液体次之,气体最慢。
这是因为固体分子之间的排列紧密,相互作用强,能够更有效地传递振动;而气体分子之间的距离较大,相互作用较弱,传播振动相对困难。
声波在传播过程中,会出现反射、折射和衍射等现象。
当声波遇到障碍物时,一部分声波会被反射回来,这就是反射现象。
人耳的听觉特征1、振动产生声波,声波传播至耳,耳膜受到声压变化刺激听觉神经听觉神经传入大脑中枢,形成声音的存在感觉。
声音的传播过程(自然状态):当一个物体受外力作用时,产生一个往复的弹性振动,这样就产生了声波,经过介质(物体、空间或水)向四面八方传播。
当人耳接受声波的振动,通过听觉神经传达给大脑。
2、声音的产生是物理现象,人对声音的感觉是生理、心理活动。
①构成人耳听觉特性的要素构成声音产生与存在的客观因素是:振幅、频率、谐波构成人耳对声音的听觉特性的要素是:响度、音调、音色⑴响度:是人耳对声音强弱的感觉程度。
它首先决定于声音的振幅,其次是频率。
声学中把描述响度、振幅、频率之间的关系曲线叫等响度曲线。
单位:分贝(dB)与振幅的关系:a、声压级越高,人耳感觉声音响度越大b、人耳的声压范围是:0——120 dB与频率的关系:a、4—5KHz附近的声音最响,因外耳道与其产生共鸣b、低声压时,低频区的音响度大于高频音的响度c、常见声源的声压级dBλ窃窃私语:20——35女高音:35——105 男λ高音:40——95λ小提琴:40——100 交响乐:80 dB小鼓:55——105 打雷:120λ dBλ教师讲话:50——60 飞机起飞(3m处):140 dB⑵音调(音高):是人耳对声音高低的感觉,其变化主要取决于声音频率的对数值,其次是取决于声音的振幅。
频率越高,人耳感觉的音调随之升高,频率增加一倍,声学中称之增加一个“倍频程”,音乐上叫“提高一个八度”。
音调单位:美(mei)音调与频率的关系:a、人耳听觉的频率范围:20Hz——20KHz,其中700——3000Hz为最灵敏区b、语言的频率范围范围是100——10 KHz音乐的频率范围是50——15 KHz音调与声压(振幅)的关系:a、1K——2 KHz 以上的高音区,声压增大感觉音调提升b、500 Hz以下的声音,声压增大,感觉声音低沉,音调下降⑶音色(音品):指声音的音调和响度以外的音质差异。
物理声音的特性与声音的传播声音是我们日常生活中常见的一种物理现象,它具有许多特性并能够通过媒质传播。
本文将介绍物理声音的特性和声音的传播原理。
一、声音的特性声音是由物体振动引起的,它具有以下几个主要特性:1. 频率:声音的频率指的是振动物体单位时间内的振动次数,通常用赫兹(Hz)来表示。
频率越高,声音就越高音调,频率越低,声音就越低音调。
人耳能够听到的声音频率范围大约在20Hz到20kHz之间。
2. 声强:声强是声音能量的大小,通常用分贝(dB)来表示。
声强越大,声音就越响亮;声强越小,声音就越微弱。
人类的听觉对声音的响度有一定的范围,超出这个范围就会感觉到痛苦或者听不清。
3. 声速:声速是声音在某一媒质中传播的速度。
在常见的气体(如空气)中,声速约为340米/秒。
不同媒质中的声速可能有所不同,例如水中的声速约为1500米/秒。
声速与媒质的密度和弹性有关。
二、声音的传播声音可以通过媒质传播,传播的过程可以简化为以下几个步骤:1. 振动源:声音的产生需要有物体振动,振动的物体可以是声源(如乐器)或者声波的发生器(如扬声器)。
振动的声源会使周围媒质分子也产生振动,形成声波。
2. 声波的传播:声波是由分子振动引起的扰动,通过分子间的相互作用传播。
在空气中,声波的传播是通过分子的压缩和膨胀形成的。
当声源振动时,它会使空气分子产生周期性的振动,传播成为一系列的高压区和低压区,形成声波。
3. 声波的传导:声波会在媒质中传导,也会遇到阻力的影响。
在传导过程中,声波会逐渐衰减,失去能量。
媒质的不同密度和弹性会影响声波的传导程度,密度越大,弹性越高,声波传导的速度就越快。
4. 声音的接收:当声波达到接收器(如耳朵)时,会使接收器中的结构产生振动,并刺激神经传递信号到大脑,最终产生听觉。
人们可以通过听觉来感知声音的特性,如音调、音量和音色等。
三、应用与意义声音的特性和传播原理对我们日常生活和科学研究都有很大的意义。
声波的传播特性与现象解析声波是一种机械波,是由物体振动引起的,通过介质传播的波动现象。
它是我们日常生活中常见的一种波动形式,我们可以通过对声波的传播特性与现象的解析,更好地理解声音的产生和传播。
首先,声波的传播需要介质的存在。
声波无法在真空中传播,因为真空中没有分子或物质来传递声波的振动。
在空气中,声波的传播是通过空气分子的振动来实现的。
当声源振动时,它会使空气分子产生压缩和稀疏的变化,形成了声波的传播。
其次,声波具有传播的方向性。
声波是由声源向外传播的,它沿着声波传播的方向形成了一个波前面。
这个波前面是由一系列等相位的点组成的,这些点在同一时刻具有相同的振动状态。
通过观察波前面的形状和传播方向,我们可以推断出声源的位置和传播路径。
声波的传播速度与介质的性质有关。
在同一介质中,声波的传播速度是恒定的,通常在空气中的传播速度约为343米/秒。
然而,声波在不同介质中的传播速度是不同的,因为不同介质的分子结构和密度不同。
例如,声波在固体中传播的速度要比在气体中传播的速度快,因为固体中分子之间的相互作用力更强。
声波还具有反射、折射和衍射等传播现象。
当声波遇到障碍物或界面时,会发生反射现象,即声波从障碍物上反弹回来。
这一现象可以用来解释声音在封闭空间中的反射和回声的产生。
折射是指声波在不同介质之间传播时改变传播方向的现象。
当声波从一种介质传播到另一种介质时,由于介质的密度和声速的不同,声波的传播方向会发生改变。
衍射是指声波在遇到障碍物或孔径时发生弯曲和扩散的现象。
当声波通过一个窄缝或绕过一个物体时,会发生衍射现象,使声波传播到原本无法到达的区域。
此外,声波的传播还受到频率和幅度的影响。
频率是指声波振动的快慢,单位是赫兹。
不同频率的声波对人耳的听觉感受不同,低频声波给人一种低沉的感觉,而高频声波则给人一种尖锐的感觉。
幅度是指声波振动的大小,即声音的响度。
声波的幅度越大,声音越大。
综上所述,声波的传播特性与现象是一个复杂而有趣的领域。
声音是如何传播的声波的特性和传播速度是怎样的声音作为我们生活中重要的感知方式之一,具有传递信息、交流思想和表达情感的功能。
声音的传播过程涉及到声波的特性和传播速度。
本文将深入探讨声波的特性和传播速度,以便更好地理解声音的传播机制。
一、声波的特性声波是由物体或介质振动产生的机械波,在媒质中通过连续的分子间碰撞传递能量而产生传播。
声波具有以下几个重要的特性:1. 频率:声波的频率是指波动物体单位时间内振动的次数,单位是赫兹(Hz)。
频率决定了声音的高低音调,频率越高,音调越高。
人耳能够感知的频率范围大约在20Hz至20kHz之间。
2. 声压级:声波的声压级是指声音信号的强度,用单位分贝(dB)表示。
声压级越大,声音越响亮。
正常人的听觉范围是0dB至约120dB。
3. 波长:声波的波长是指声波在介质中传播一个完整周期所需的距离。
波长与声速和频率相关,可以用公式λ= v/f计算,其中λ表示波长,v表示声速,f表示频率。
二、声波的传播速度声波在不同媒质中的传播速度不同,一般情况下,声波的传播速度越大,传播距离越远。
1. 空气中的声速:在常温下,空气中的声速大约为340米/秒。
空气的密度和温度对声波传播速度有影响,温度越高,声速越快。
由于空气中分子间的距离较大,空气是一种低密度媒质,因此声波的传播速度相对较慢。
2. 液体中的声速:液体中声波的传播速度通常比空气中的声速要快。
以水为例,水中的声速约为1500米/秒。
液体中分子之间的距离较小,密度较大,因此声波的传播速度相对较快。
3. 固体中的声速:固体中的声速较高,在不同的固体中传播速度也有所不同。
例如,钢铁中的声速约为5000米/秒,而木材中的声速约为3000米/秒。
固体中分子之间的距离更小,分子之间的相互作用力较强,传播速度相对较快。
三、声波传播的过程声波经过声源产生后,通过振动物体引起周围介质粒子的振动,进而通过分子碰撞的方式传播能量。
在传播过程中,声波会遇到不同媒质的边界,会发生折射、反射和衍射现象。
第一章声波的传播特性及听觉特性第一节声波的传播特性声波是由物体振动产生的,当振动在一定的频率和强度范围内时,人耳就可听到。
振动发声的物体称为声源,有声波传播的空间称为声场。
当声源在空气中发声时,媒质质点在平衡位置附近作往复振动,媒质中振动着的质点的位移会作用到相邻质点,使后者也产生振动,于是,振动形成波动,在空间传播开来,在声源周围形成疏密交替的空气压力波,称为声波。
声波在150C时,大约以340m/s的速度由声源向外传播。
气体中的声波属于纵波,即波的前进方向与媒质质点的振动方向在一条直线上。
在传播过程中不受反射而向前行进的声波,称为行波。
在某一时刻,空间行波相位相同各点的轨迹曲面称为波阵面,也称为波前。
波阵面为平面的声波称为平面声波。
尺寸比波长小的声源所发出的声波是以球面扩展的,波阵面为球面,称为球面声波。
这种声源称为点声源。
现实中的声源,即使具有一定尺寸,但在距离与声源尺寸相比充分远时,也可将它看作点声源,在这样的距离处得到球面声波。
当距离远到一定程度时,波阵面即与平面声波的波阵面相接近,可看作平面声波。
声能从声源沿波阵面的法线方向传播的路径称为声线,在各向同性的媒质中,声线是代表声波的传播方向。
例如球面声波的声线就是球面的半径线。
声波的瞬时状态可用声压、媒质质点振速和媒质密度中的任何一个来描述。
(1)声压:有声波存在时,在静态大气压强上叠加的变化分量称为声压。
(2)质点振速:有声波存在时,媒质质点的振动速度。
单位为m/s。
(3)媒质密度:单位体积内的媒质质量称为媒质密度。
有声波存在时,媒质密度要产生稠密稀疏的变化。
单位为kg/m3。
一、声波的反射声波在前进过程中如果遇到尺寸甚大于声波波长的坚硬界面,会产生反射。
声波从界面反射的角度与声波入射到界面的角度相等,即反射角等于入射角。
反射的声波如同从界面后面与声源相对应位置处发射出来的一样,即如同在该位置处有一声源,称为虚声源,也称为镜像声源,它与界面的距离等于声源与界面的距离,如图1-1所示。
图1-1 声波的反射当声源在一个凹界面前,声波会产生聚焦,如图1-2所示。
对于播音室来说,为了声音良好扩散,应避免凹界面。
图1-2 声波在凹界面前的聚焦当声源在一个凸界面前,声波会产生扩散,如图1-3所示。
播音室中经常采用凸面结构,以增加声波的扩散,使声能密度均匀。
图1-3 声波在凸界面前的扩散二、声波的干涉由几个声源产生的声波,同时在同一媒质中传播时,如果这几个声波在某点相遇,在相遇处媒质质点的振动将是各个声波所引起的分振动形成的合振动,质点在某一时刻的位移是各个声波在这一点所引起的分位移的矢量和,这就是声波的叠加原理。
也就是说,每个声波都独立地保持自己的原有特性(如频率、波长、振动方向等)。
因而,几种乐器同时演奏或几个人同时说话时,我们也能分辨出各种乐器和各个人的声音。
两个声波传到媒质中的一点时,如果两声波在该点产生的振动是同相的,则这点的振动会加强;如果两声波在该点产生的振动是反相的,则该点的振动就会互相减弱或抵消。
当两个频率相同、振动方向相同、相位相同或相位差恒定的声源所发出的声波叠加时,会使某些点的振动加强,某些点的振动减弱,甚至被抵消而不振动,这种现象称为声波的干涉现象。
产生干涉的声波称为相干声波,相应的声源称为相干声源。
当一个声源处于两个具有很小吸声性能的平行界面之间时,垂直入射的声波与反射声波会产生干涉现象,干涉的结果在空间形成振幅分布恒定不变的振动,称为驻波。
两个频率相近,强度相差不多的声波相遇时,由于两者间的相位差时刻在变化而使叠加后的声波振幅作周期性变化,合成的声波会在时间上有强弱变化,这种现象称为拍。
振幅变化的频率等于原来两个频率之差,称为拍频。
三、声波的衍射和绕射由于媒质中的障碍物或其他不连续性而引起声波波阵面畸变称为衍射(或绕射)。
如图1-4所示,当声波在传播过程中遇到有小孔的大障碍物时,如果小孔宽度大于声波波长,声波将从小孔穿过向前传播;如果小孔宽度小于声波波长,则在障碍物另一侧的声波有如一个以小孔为中心的新的声源发射的声波。
当声波的波长远大于障碍物尺寸时,声波可绕过障碍物向前前进;当声波的波长小于障碍物尺寸时,声波会被反射一部分,障碍物后面会形成一无声区。
图1-4 声波的衍射和绕射(a)小孔宽度大于声波波长(b)声波波长小于障碍物尺寸(c)小孔宽度小于声波波长(d)声波波长大于障碍物尺寸四、声强声波的强度可以用声压幅度来表示。
如果声源是一个点声源,在距声波不太远的范围内,声波的波前为球面,声压幅度将与距离平方成反比。
如果声源很大,或离开声源很远,则声波波前为平面,声压幅度就不随距离远近而变化,而是保持一个恒定大小。
在实际中,由于空气对声波的吸收,声波的能量会逐步损失,直至使声压幅度降为零。
声波的强度用声强(I)来表示,单位为W/m2(瓦/米2)。
与声波传播方向垂直的单位面积上单位时间内通过的声能称为声强,即通过与声波传播方向垂直的单位面积上的声功率。
第二节人耳的听觉一、人耳的听觉器官图1-5为人耳的剖面图。
它分为外耳、中耳和内耳三个部分。
图1-5 人耳的剖面图1.外耳由耳廓(耳壳)和外耳道组成。
耳廓起收集和向外耳道反射声音的作用,外耳道将声音传送给中耳。
外耳道的自然谐振频率约为3400Hz,由于外耳道的共鸣,以及人头对声音产生的反射和衍射,人耳对2-4kHz的声音感觉约可提高15-20dB。
2.中耳由鼓膜和三块听小骨组成。
鼓膜是一个漏斗状薄膜,声波激励鼓膜振动,并将振动传给三块听小骨。
听小骨具有一些非线性,使人们对一个频率的声音能产生出它的谐音的感觉。
中耳的腔室里充满空气,并且通过一根平衡管与喉头相连,使作用于鼓膜两边的压力能够平衡。
这个平衡管称为耳咽管。
3.内耳由三个半规管和耳蜗组成。
耳蜗呈螺旋形,状似蜗牛,是一骨质腔体,内部充满淋巴液。
耳蜗沿其长度被基底膜分为两部分,分别称为前庭阶和鼓阶。
在基底膜上分布有大量毛细胞,每根毛细胞上都连有末梢神经。
人耳听声的详细过程如下:声音通过耳廓和外耳道到达鼓膜,使鼓膜产生相应的振动。
鼓膜的振动经类似杠杆系统的三个听小骨放大后,传到耳蜗的卵形窗,并传递给耳蜗内的淋巴液。
耳蜗通过大约4000根神经末梢与大脑相连。
耳蜗是一个选频器官。
高频声音激励靠近卵形窗的神经末梢;中频声音激励中部的神经末梢;末端的神经末梢则被低频声音激励。
当耳蜗的某个范围被相应频率的声波激励时,这个部位的毛细胞就会使相连的神经末梢发出电脉冲,并将电脉冲传给大脑。
每单位时间的脉冲数取决于声音的强度。
声音越强,毛细胞受到的激励越厉害,单位时间内传给大脑的电脉冲数就越多。
因此,耳蜗是个很好的声音分析仪,它能从一个复合的声音中分辨出各个频率。
用人耳辨别声音的音调,只需听到振动的几个周期就能分辨得一清二楚。
在听觉范围内人耳能认定和区分大约1500种不同的音调。
二、人耳对声音的感受人耳对声音的感受,在频率及声压级方面都有一定的范围,在这个范围外的声音人耳是感觉不到的。
人耳能感受的声音频率范围因人而异,也随听音人的年龄而不同。
人耳的可听频率范围为20Hz-20kHz,这个范围以外的声音,无论声压级多高,人耳都听不到。
高于20kHz的声音称为超声;低于20Hz的声音称为次声。
年轻人可以听到高频上限的声音,超过20岁后,可听到的频率上限会逐渐下降。
声音是一种物理现象,人耳听到声音后对声音的感受却是一种心理现象,首先应弄清楚人耳的主观感受与声音的物理量之间的关系。
通常将人耳对声音的三种主观感受,即响度、音调和音色称为声音三要素。
可以认为,响度主要与声音的振动幅度有关;音调主要与声音的振动频率有关;音色主要与声音的振动频谱有关。
1.响度人耳对声音强弱的感觉称为响度。
人耳对声音响度的感觉与声压级和频率有关,将人耳在听到不同频率纯音(正弦波)时,对所有具有相同音量感的声压用一条曲线表示后所得到的曲线族,叫等响曲线,如图1-6所示。
图中每条曲线上所代表的与声压级、频率相对应的声音,人耳听来都是同样响的,也可理解为对于不同频率的声音,人耳听到同样响度时所需的声压级不同。
例如,以1kHz、60dBSPL的声音为基准,人耳听到与它等响的100Hz声音所需声压级为68dBSPL,对20Hz声音需100dBSPL,对4kHz声音则需51dBSPL。
将1kHz声音以dB表示的声压级定义为响度级,单位为phon(方)。
图1-6 鲁宾逊-达特逊的等响曲线0phon以下的声音,人耳是听不见的,所以0phon曲线可称为听阈;120phon 以上的声音会使人耳感到疼痛,所以120phon曲线可称为痛阈。
分析等响曲线可得出以下特点:(1)人耳对不同频率声音的灵敏度不同,对中频段最为敏感,对高、低频段的敏感度下降。
(2)从听阈曲线可看出,4kHz左右是曲线的最低点,即人耳听到4kHz左右声音所需的声压级最小,因而对4kHz左右的声音最为敏感,这是由于外耳道共鸣所引起的。
(3)声音声压级越高,人耳听觉频响越趋平直;声压级越低,人耳听觉频响越不好,高频低频都会有所损失。
(4)对100Hz以下的低频声,人耳的灵敏度会急剧下降,对20Hz声音的听阈为70dBSPL,因此为了进行有适当低音的调音,监听扬声器的声压级至少应为70dBSPL。
通常监听扬声器的声压级取为70-90dBSPL。
当监听音量减小时,高频、低频声会有所损失,因而改变监听扬声器的声压级会使不同频段的音量平衡发生变化。
(5)曲线族之间的间隔在1kHz附近几乎是均等的,说明人耳对1kHz附近的频率,声压变化的dBSPL值与听觉上的音量感的变化是比较一致的。
因此,选定1kHz声音作为各种声音的声压级基准。
根据上述特点分析,当改变重放音量时,各个频率的声音的响度级也将改变,所以人们会感到声音的音色有变化。
即使是一个高级的放音装置,在低声级放音时,也会感到放音频带变窄,声音单薄;相反,即使是一个低级的放音装置,在提高放音音量时,也会感到放音频带展宽,声音较丰满。
为了减小等响曲线的影响,可以在前置放大器部分安装响度控制器,使在低声级放音时,能根据等响曲线自动地将低声频段和高声频段声音的声级进行反校正,将它们相应提高。
2.音调人耳对声音高低的感觉称为音调。
音调主要与声音的频率有关,频率高则音调高,频率低则音调低,但不成正比,而是一种对数关系。
十二平均律等程音阶是将一个倍频程(频率相差一倍的两个声音的音程)的频率按照频率的对数关系划分成十二个等份而构成的,相隔一个倍频程的两个音称为八度音。