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为什么人耳对声音信号的相位误差不太敏感

来源:网络 作者:佚名 时间:04-01 手机版

人们常说的听声辨位就是人们在听到声音以后,能辨别出声音是从哪个方向传播过来的,而声音在不同环境下传播的又不一样,这就是人耳对声音方向感的作用。声源方位感,是听觉器官对声音的音高、音强、音色、音长感觉之外的又一个感觉要素,它涉及到复杂的生理学心理学方面的问题。同时,声源方位感也是立体声技术的理论依据。时间差作为声源定位机理,对正面和两侧的声源定位准确性较高,对来自后面的声源定位则误差较大。其原因尚不十分清楚。可能因为声音来自背侧,会因为左耳或右耳产生耳壳遮蔽效应,使得声音因衍射而时差有变化。

判断两段声音是否一致需要测量哪些要素?

声音四要素是:音强、音高、音色和波形。两段声音是一致的测度有很多种,比如欧拉距离,KL距离,甚至马拉诺比斯距离,采用不同的测度方式得到的结果都是不一样的。其次,采用什么样的信号表示,声音可以有时域表示(时域信号),可以有时频域表示(短时傅里叶变换),甚至可以有变窗长的时频分析方法。一般情况,使用欧拉距离在时频域比较是比较可靠地。振幅,频率,可能还有相位,人耳的话,好像对相位不敏感。显然重放设备也要求有较好的瞬态跟随能力,不然就会引起乐音自然包络的畸变。

人耳的听觉特性

人耳的听觉特性

人耳对声音的方位、响度、音调及音色的敏感程度是不同的,存在较大的差异。

(1)方位感

人耳对声音传播方向及距离,定位的辨别能力非常强,无论声音来自哪个方向,都能准确无误地辨别出声源的方位。人耳的这种听觉特性称为“方位感”。

(2)响度感

对微小的声音,只要响度稍有增加人耳即可感觉到,但是当声音响度增大到某一值后,即使再有较大的增加,人耳的感觉却无明显变化。我们把人耳对声音响度的这种听觉特性称为“对数式”特性。另外人耳对不同频率的声音,听觉响度也不相同。例如我们播放一个从20Hz逐步递增到20kHz增益相同的正弦交流信号,就会发现虽然各频段增益一样,但我们听觉所感受到的声音响度却不相同。在20Hz~20kHz整个可听声频率范围内,上下限频率共10个倍频程。如表所示:

倍频程的频率范围

频程 频率范围(Hz)

1 20~40

2 40~80

3 80~160

4 160~320

5 320~640

6 640~1280

7 1280~2500

8 2500~5000

9 5000~10000

10 10000~20000

我们把可听声按倍频关系分为3份,确定低、中、高音频段。

即:

低音频段20Hz~160Hz(3倍频)

中音频段160Hz~2500Hz(4倍频)

高音频段2500Hz~20000Hz(3倍频)

人耳对中音频段感受到的声音响度较大,且较平坦。高音频段感受到的声音响度随频率的升高逐渐减弱,为一斜线。低音频段在80Hz以下急剧减弱,斜线陡率较大。我们把低音频段的急剧减弱称为低频“迟钝”现象。

如果我们在某声强级倒置这些等响曲线,就会得出人耳在此曲线上整个频率范围内全部声音的相对频响图。较低曲线倒置,说明在低声强,人耳频响缺乏。相反,倒置较高声强的上部曲线,可达到更平坦的频响。通常把1000Hz曲线作为参考点,对高频和低频而言,人耳的听觉响应在低声强时始终不足。但是人耳对300~6000Hz左右的频段特别敏感。这恰巧是包含大部分人讲话模式的声音以及婴儿啼哭的音调的频率范围。

(3)音调感

人耳在声音响度较小的情况下,对音调的变化不敏感,高、低音小范围的提升或衰减很难感觉到。随着声音响度的增大,人耳对音调的变化才有较大的增强,我们把人耳对音调的这种听觉特性称为“指数式”特性。

为补偿人耳听觉的这一特性,使之尽量平衡为线性 关系,通常将音量电位器按指数方式(Z)控制响度,而音调则采用对数方式(D)来控制。并在低响度情况下加入低音提升电路(等响度电路),以补偿人耳对低音频段的迟钝现象。

(4)音色感

人耳对音色的听觉反应非常灵敏,并具有很强的记忆与辨别能力。举例:

① 记忆力

当熟人跟你谈话时,即使你未见到他(她)也会知道是谁在跟你谈话。甚至连熟人的走路声,你都可以辨认出。这说明人耳对经常听到的音色具有很强的记忆力。

② 分辨力

熟知乐器者,只要听到音乐声就能迅速指出是何种乐器演奏的。仅就中国弦乐器而言,就有拉弦乐器和拨弦乐器,如二胡、京胡、板胡、椰胡、马头琴等;拨弦乐器有古筝、古琴、三弦、琵琶、柳琴、月琴等。即使在同一频段内演奏,你仍能分辨出是那一种弦乐器演奏的。这说明每种乐器都有其独特的音色,人耳对各种音色的分辨能力非常强。

③ 音色感

是指人耳对音色所具有的一种特殊的听觉上的综合性感受,是由声场(无论是自由声场还是混响声场)内的纵深感,方向、距离、定位、反射、衍射、扩散、指向性与质感等多种因素综合构成。即使选用世界上最先进的电子合成器模拟出各种乐器,如小号、钢琴或其它乐器,虽然频谱、音色可以做到完全一样,但对于音乐师或资深的发烧友来讲,仍可清晰地分辨出。这说明频谱、音色虽然一样,但复杂的音色感却不相同,以至人耳听到的音乐效果不同。这也说明音色感是人耳特有的一种复杂的听觉上的综合性感受,是无法模拟的。

(4)聚焦效应

看过三维图画的人都知到,要想观赏到三维平面图画的立体效果,须先使眼睛呈散焦状态。我们看到的三维图画的立体效果,实际上是视焦点前后位移产生的层次感。而人耳的听觉却与之相反,可以从众多的声音中聚焦到某一点上。例如我们听交响乐时,把精力与听力集中到小提琴演奏出的声音上,其它乐器演奏的音乐声就会被大脑皮层而抑制,使你听觉感受到的是一单纯的小提琴演奏声。再例,当你在繁华的集市上看书,当你的精力集中在书本上时,你就听不到集市的喧闹声。这种抑制能力因人而异,经常做听力锻炼的人抑制能力就强,我们把人耳的这种听觉特性称为“聚焦效应”。多做这方面的锻炼,可以提高人耳听觉对某一频谱的音色、品质、解晰力及层次的鉴别能力。

了解并掌握了人耳听觉的上述特性后,就可充分利用这些特性,强化吸收各种乐器的音色品质及音乐师的各种演奏技巧,不断提高音乐欣赏的能力。

人耳为什么能辨别声源位置?

亲爱的楼主您好。 在我们的周围除眼睛能看到各种景物外,耳朵还能听到各种声音。声音是一种声波,使空气产生振动。当被振动了的空气接触到耳鼓膜以后,通过神经传导,就使我们听到了声音。正常情况下我们大多数人只靠听就能确定出声源所在的方向,这是为什么呢?如果一个人有一只耳朵失聪,当他听到声音后必须四处寻找才能发现声音是从哪儿传出来的。原来确定声音的方向,必须靠两只耳朵才能完成。两耳辨别声音的方向的依据之一是两耳之间的时间差。如果一个声源在人的右边,声音到达右耳就比到达左耳早一刹那,这个时间差尽管小到比人所能意识到的短得多,而人的听觉神经系统就能够辨别出来,因此,就可正确地辨认出声音是来自哪一边。另一个依据是两耳之间的声音强度差别。如果一个声源在头部中心平面左侧,则会向左耳传递强度略大的声音。这个微小强度差,听觉神经系统也能识别出来,这样就能准确地确定声音的位置是在头部中心平面的左侧。总之,声音知觉也是一种心理过程,声音强度、方向的辨别就是不同声波的特殊刺激被神经系统加工后的结果。

1、人是如何判断声源的方位的?

我来试试,首先我想,能听出方向是事实!

任何声音是处于一个极为复杂的、多元的、立体的、球面波的结构之中。依照目前的电声技术状态,尚没有能力研究,更不用说重现,声音在三维空间的多元结构呢。

人耳对于声音的接受过程,也十分复杂,声音不像眼睛对光线那样可以在耳朵的某个部位,形成一个声音的图像。现在医学界一般认为耳蜗是鉴别并且把声能转化为脑电信号的主要器官。但是对于中耳和外耳在听力方面的功能则讨论得很少,只有在国外的少数专业场合偶尔有讨论。倒还是在国外的一些幼儿科普图解读物上,我曾经看到过完整的描述——实际上包括外耳壳上的任意一根毛,在人耳的听觉上都起着积极的作用。人脑利用耳道里的毛判断声音的强弱,从而可以通过中耳的三个听骨控制传到耳蜗的声音强度。起到保护耳蜗的作用。外耳壳上的沟槽对于声音有缓冲、导向和一定的延迟作用,使耳壳上的毛感受到的声音和耳蜗测到的声音达到同步。人脑就可以依靠耳壳上不同部位的耳毛,对于同一声音不同的反映来区别声音的上下左右。

人耳的这种功能主要地表现在声源离耳朵较近的情况下。也就是说在典型的球面波环境中。在这种球面波的环境里,人的外耳好像是一个面积很大的多维接收器。一个声音传来;部分声音一直传到耳蜗,由耳蜗辨别声音的音质。而部分声音消耗在耳道四周的耳毛上,由耳毛鉴别声音的强度,可以通过大脑调节耳朵的灵敏度。另外一些比较周边的声音作用于耳廓和耳廓上的绒毛上,通过大脑的综合分析,可以判断声源的方位和远近。

事实显示,声音的频率越高,对于耳廓各点形成的相位差就越显著,立体感就越强。像蟋蟀叫,手表声频率都很高。所以单耳就能正确鉴别其上下左右。如果是纯的低频声源,即使再靠近,往往双耳也不容易区别出方向来。

附带解释一下;所谓声平面波是在电声学中:假设声源离开耳朵有一定的距离(例如二米以外的距离),在这样的条件下。发声体的线度和距离相比,受声体的线度和距离相比都可以忽略不计的时候。到达耳朵或拾音器的声音可以简单的看作平面波来处理——即符合声音合成、加减等各种数学模型的要求。

不知道这样的解释,能否被楼主接受。

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