聲的世界你看過(guò)嗎?我?guī)闳タ纯绰暤氖澜绨桑?/p>
聲音的世界
日常生活中,聲音對(duì)大家而言并不陌生。那么聲音是什么呢?本期小編將帶領(lǐng)大家一起走進(jìn)聲音的世界。
聲音的本質(zhì)
物理課堂上我們學(xué)習(xí)過(guò)一個(gè)概念——波,“波”指的是振動(dòng)的傳播。聲音其實(shí)也是一種波。振動(dòng)物體將它的振動(dòng)傳給周圍的彈性物質(zhì),彈性物質(zhì)又將振動(dòng)傳到人的耳朵,聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)感受到振動(dòng),并對(duì)其中的20Hz~20KHz的頻率成分做出反應(yīng),就形成了聲音。簡(jiǎn)言之,聲音是機(jī)械振動(dòng)在媒介中的傳播。
不難發(fā)現(xiàn),聲音的產(chǎn)生和接收,有三個(gè)必要條件缺一不可:發(fā)聲源,傳播媒介和接收體。
這是人口腔喉部的一個(gè)示意圖。人能夠發(fā)聲,因?yàn)橛新晭У拇嬖?。它是一個(gè)彈性體。隨著在肺,咽喉處的空氣流的變化,帶動(dòng)了聲帶的振動(dòng),生產(chǎn)了聲音。更進(jìn)一步,人能夠說(shuō)話,是因?yàn)橛醒例X,舌頭等輔助人說(shuō)話的結(jié)構(gòu)。就像嬰兒沒(méi)有牙齒的時(shí)候也能咿呀發(fā)聲,但他們都無(wú)法清晰地說(shuō)話吐字。所以聲帶是最關(guān)鍵的發(fā)聲結(jié)構(gòu),而舌頭和牙齒等都是輔助結(jié)構(gòu)。
每個(gè)人的聲帶都各有差異,女性聲帶短、薄,因此氣流帶動(dòng)它振動(dòng)時(shí)頻率高,所以女性音調(diào)高而尖。而男性的聲帶長(zhǎng)、厚,因此氣流帶動(dòng)它振動(dòng)時(shí)頻率低,所以男性音調(diào)低而粗。
再來(lái)說(shuō)一下接收體,人的耳朵。人的耳朵里邊也有一個(gè)重要的接收結(jié)構(gòu),叫鼓膜。它也是一個(gè)彈性體,聲音傳到耳朵里,其實(shí)就是氣流帶動(dòng)了鼓膜振動(dòng),傳遞到了人的聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)。正常的鼓膜很薄,只有0.1毫米。耳蝸,耳廓都是聲音傳遞的輔助結(jié)構(gòu)。如果鼓膜破裂,就會(huì)引起耳聾。
老年人總是抱怨自己的聽(tīng)力不如以前了。比如一個(gè)2kHz聲音,年輕人在聲音強(qiáng)度為10dB以下就能夠聽(tīng)到,而老年人要聽(tīng)到這個(gè)聲音,聲音的強(qiáng)度必須加大到40dB。聽(tīng)力損失相當(dāng)嚴(yán)重。為什么會(huì)這樣呢,因?yàn)槔夏耆说墓哪ぷ兒?,變硬,失去彈性了。氣流帶?dòng)鼓膜振動(dòng)變得困難,頻率越高的振動(dòng),越困難。
我們可以看一下左邊的這張耳朵響應(yīng)曲線圖。可以發(fā)現(xiàn),25歲的年輕人和85歲的老年人相比,曲線更加平坦,也就是說(shuō),年輕人對(duì)各個(gè)頻率的聲音都有很好的響應(yīng)。都能夠聽(tīng)得到。而老年人,不僅所有頻率的響應(yīng)都比年輕人要低,而且高頻響應(yīng)衰退尤為嚴(yán)重。
了解了聲音產(chǎn)生及傳遞的必要條件,我們來(lái)熟悉下聲音的三要素。
聲音的三要素
從人對(duì)于聲音的主觀感知的角度來(lái)說(shuō),聲音的三個(gè)主觀要素分別是音調(diào),音色和響度。
不同的樂(lè)器能夠表現(xiàn)出來(lái)的音調(diào)范圍都是不同的。鋼琴的音域非常寬,能夠表現(xiàn)較為豐富的音調(diào)。我們通常用大提琴,貝司或者鼓來(lái)表現(xiàn)低音調(diào)的聲音,用小提琴笛子表現(xiàn)高音調(diào)的聲音。
那么如果鋼琴和小提琴同時(shí)發(fā)出E調(diào)的Do音,音調(diào)相同,為什么還是能夠辨別出鋼琴和小提琴的聲音呢?
這就要牽扯到聲音的第二個(gè)要素——音色。
聲音的第三個(gè)主觀要素——響度,又可以稱為音量。它指的是人耳感受到的聲音強(qiáng)弱。
與聲音的三個(gè)主觀因素對(duì)應(yīng)的客觀因素分別是基頻、諧波和聲壓級(jí)。
大部分聲音都是非周期性的,基頻和諧波都不是由單一的正弦波組成,是復(fù)合波。根據(jù)傅里葉變換,周期性的波可以分解成多個(gè)頻率與幅度各不相同的單一正弦波。
A1m是基頻,A2m是二次波,以此類推到n次波。這些都是諧波。基頻決定了音調(diào),諧波決定了音色。所以我再回過(guò)頭來(lái)看這個(gè)問(wèn)題。為什么你能辨別出不同的聲音?因?yàn)闃?lè)器表現(xiàn)出來(lái)的基頻和諧波都不同。
這是很多樂(lè)器的基頻和諧波示意圖。紅色部分就是樂(lè)器的基波范圍。
大家可以看這張圖,E調(diào)的Do的基頻是659Hz(紅色的線)。但是不同的是鋼琴和小提琴的諧波成分(藍(lán)色的線)并不相同。所以,因?yàn)橐羯煌撉俸托√崆俚穆曇裟軌虮磺宄胤直妗?/p>
再來(lái)看聲壓級(jí)。這張圖反應(yīng)的是響度和聲壓級(jí)的關(guān)系??v軸是聲壓級(jí),橫軸是頻率。不同曲線代表了不同的響度。
最下端的虛線: 人耳的聽(tīng)覺(jué)閾曲線。在1000Hz處,聲壓級(jí)為0dB對(duì)應(yīng)的曲線。人耳剛好能夠聽(tīng)到的聲音響度。
最上端的實(shí)線:人耳的痛覺(jué)閾曲線。在1000Hz處,聲壓級(jí)為120dB對(duì)應(yīng)的曲線。人耳能夠承受的最大聲音響度。
聲音的心理學(xué)
掩蔽效應(yīng)
兩個(gè)不同聲壓的聲音同時(shí)進(jìn)入人耳,當(dāng)一個(gè)聲音的聲壓大于另一個(gè)聲音許多倍時(shí)(10倍以上,即聲壓差20dB以上),人耳就聽(tīng)不到那個(gè)相對(duì)比較弱的聲音。也就是說(shuō)強(qiáng)的聲音將弱的聲音給掩蓋了。如汽車開(kāi)過(guò)你身邊時(shí),你暫時(shí)聽(tīng)不到手機(jī)里對(duì)方的聲音。
這個(gè)效應(yīng)常常被用在音源壓縮上。比如mp3的壓縮。Mp3中細(xì)節(jié)的諧音和泛音不容易被聽(tīng)到,通常被刪除以達(dá)到壓縮的目的,節(jié)省存儲(chǔ)空間。
埃波效應(yīng)
如果相同響度的聲音從左和右方位同時(shí)到達(dá),人耳會(huì)感覺(jué)聲音是從揚(yáng)聲器的連線中點(diǎn)的一個(gè)虛擬聲源中發(fā)出,人們將這個(gè)虛擬的聲源位置稱為聲像。
a. 左右音源的響度相同,發(fā)出時(shí)間相同
如果相同響度的聲音從左和右方位同時(shí)到達(dá),人耳會(huì)感覺(jué)聲音是從揚(yáng)聲器的連線中點(diǎn)的一個(gè)虛擬聲源中發(fā)出,人們將這個(gè)虛擬的聲源位置稱為聲像。
b. 左右音源的響度相同,發(fā)出時(shí)間不相同
如果左方位的聲音比右方位的聲音早5毫秒到,人耳感覺(jué)聲像會(huì)偏移向左邊。
如果超過(guò)5毫秒,人耳感覺(jué)聲像會(huì)完全定位在左邊。
c. 左右音源的響度不相同,發(fā)出時(shí)間相同
如果左右兩個(gè)方位的聲壓差達(dá)到3dB,人耳感覺(jué)聲像會(huì)偏移向響的那邊。
如果左右兩個(gè)方位的聲壓差超過(guò)14dB,人耳感覺(jué)聲像會(huì)完全定位在響的那邊。
埃波效應(yīng)的應(yīng)用也非常廣泛。比如:立體聲成像原理。飛機(jī)從右至左的飛行的環(huán)繞感其實(shí)就通過(guò)從右到左移動(dòng)聲像的位置去實(shí)現(xiàn)的。還有車上進(jìn)行左右平衡和前后消失度調(diào)節(jié)和皇帝位選擇。都是通過(guò)改變響度和時(shí)間去實(shí)現(xiàn)聲像位置的變化。
哈斯效應(yīng)
當(dāng)一個(gè)聲源滯后于另一個(gè)聲源發(fā)出相同聲音達(dá)50ms,產(chǎn)生清晰的回聲的現(xiàn)象。比如,海螺的聲音。山谷的回聲。這是因?yàn)楹B萦刑厥獾穆菪Y(jié)構(gòu),山谷有特殊的地形,使得聲音形成了反射,反射聲再次傳到我們的耳朵里形成了回聲。
哈斯效應(yīng)可以運(yùn)用在混響等特殊音效的制作上,用來(lái)模擬不同大小的空間下的聲效。比如,房間,劇院,俱樂(lè)部等等。
相信本期的聲音介紹對(duì)大家會(huì)有所幫助,那么如何在車載音響的設(shè)計(jì)過(guò)程中正確地運(yùn)用這些原理呢?我們下次再做介紹~
作者:王赟、賀妍
責(zé)任編輯:錢(qián)沓豐
審核:霍亞飛
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