聲學(xué)基礎(chǔ)響應(yīng)頻率特性、響度和音調(diào)
來(lái) 源： 時(shí) 間：2024-07-30
1 響應(yīng)（靈敏度）（response/sensitivity）
（電聲詞典）換能器、儀器和系統(tǒng)輸出端的指定量與輸入端另一指定量的比值。響應(yīng)或靈敏度也可以用分貝表示，但基準(zhǔn)值必須要說(shuō)明。響應(yīng)或靈敏度必須加前綴語(yǔ)以指明究竟用的輸出和輸入是何種量。
2 頻率特性/頻率響應(yīng)曲線(xiàn)（frequency characteristics/response frequency curve）
（電聲詞典）一臺(tái)聲頻設(shè)備設(shè)定在給定頻率范圍內(nèi)重發(fā)信號(hào)均勻程度的曲線(xiàn)，它是設(shè)備的某種性能（例如放大器的增益）與輸入信號(hào)頻率的依賴(lài)關(guān)系。一般表述為20Hz~20000Hz,±2dB或者用曲線(xiàn)形式表示。
3 響應(yīng)頻率特性（Response Frequency Characteristics）
它是指一個(gè)系統(tǒng)、換能器或設(shè)備在不同頻率下的輸出響應(yīng)特性。它是描述設(shè)備或系統(tǒng)輸出信號(hào)的幅度、相位或其它特性如何隨著輸入信號(hào)頻率的變化而變化的指標(biāo)。
（電聲詞典）聽(tīng)覺(jué)判斷聲音強(qiáng)弱的屬性，根據(jù)它可以把聲音排成由輕到響的序列。人耳感覺(jué)的響度主要取決于聲音的強(qiáng)度（但與聲音的頻率和波形也有關(guān)），其單位是宋。
5 響度級(jí)（loudness level）
（電聲詞典）和1000Hz純音等響的聲音響度級(jí)，在數(shù)值上等于該1000Hz純音的強(qiáng)度級(jí)。確定一個(gè)聲音的響度級(jí)的方法就是將它與1000Hz純音（相當(dāng)于20μPa）作比較，其單位為方（phon）。響度與響度級(jí)的關(guān)系為S=20.1（p-40）,其中S是響度（宋），P是響度級(jí)（方）。
6 純音（pure tone;pure sound;simple tone）
（電聲詞典）（1）有單一音調(diào)的聲覺(jué)。（2）瞬時(shí)值為一簡(jiǎn)單正弦式時(shí)間函數(shù)的聲波。
7 聽(tīng)閾（threshold of audibility;threshold of hearing）
（電聲詞典）指某信號(hào)在多次試驗(yàn)中能引起聽(tīng)覺(jué)的最小有效聲壓。
（電聲詞典）它是一種反映人耳對(duì)聲音頻率的感受和靠聽(tīng)覺(jué)分辨聲音高低的屬性。它的單位為美。我們根據(jù)音調(diào)可以把聲音從高到低排列成音階。
（一）人耳的響應(yīng)頻率特性 （Response Frequency Characteristics of Ears）
純音的響度取決于頻率和強(qiáng)度，這種關(guān)系在圖12.11所上圖所示的Fletcher-Munson等響度曲線(xiàn)上得到了體現(xiàn)。在這些測(cè)量中，1000Hz的音調(diào)是參考音調(diào)。其他音調(diào)的響度級(jí)等于同樣響度的1000Hz音調(diào)的強(qiáng)度級(jí)。這些特性表明，人耳在3000Hz至4000Hz的區(qū)域最為敏感。在此頻率以上和以下，人耳的靈敏度會(huì)降低。人耳的響應(yīng)頻率特性在設(shè)計(jì)聲音再現(xiàn)系統(tǒng)時(shí)非常有用且具有根本的重要性。例如，60Hz的聽(tīng)閾比1000Hz的聽(tīng)閾高48dB。
通常，聲音的再現(xiàn)水平低于原聲的水平。為了補(bǔ)償由于較低的再現(xiàn)水平導(dǎo)致的頻率平衡差異，使用了聲學(xué)補(bǔ)償音量控制（acoustically compensated volume control）來(lái)在降低水平時(shí)增加相對(duì)的低頻響應(yīng)（參見(jiàn)第11.2R小節(jié)）。
在噪聲測(cè)量中，我們也必須考慮這些特性。噪聲計(jì)（the noise meter）的響應(yīng)頻率特性被調(diào)整以對(duì)應(yīng)人耳的特性（參見(jiàn)第10.13小節(jié)）。
聲音的響度是由聲音產(chǎn)生的聽(tīng)覺(jué)感覺(jué)的大小。響度級(jí)單位應(yīng)與人們?cè)诠烙?jì)感覺(jué)大小時(shí)的一般經(jīng)驗(yàn)相符。一個(gè)真正的響度尺度必須構(gòu)建成當(dāng)其度量單位加倍時(shí)感覺(jué)也會(huì)加倍，當(dāng)尺度加三倍時(shí)感覺(jué)也會(huì)加三倍，依此類(lèi)推。尺度上的單位稱(chēng)為響度單位，簡(jiǎn)稱(chēng)LV。參考音調(diào)的響度級(jí)，以方（phons）表示，是參考音調(diào)（1000Hz）的強(qiáng)度級(jí)，單位為dB。任何其他聲音的響度級(jí)是通過(guò)調(diào)整參考音調(diào)直到它聽(tīng)起來(lái)同樣響來(lái)確定。一個(gè)聲音的響度級(jí)，以方為單位，數(shù)值上等于聽(tīng)眾判斷為等響的1000赫茲純音的強(qiáng)度級(jí)，單位為分貝。如前所述，方是響度級(jí)的單位。
上圖12.12顯示響度級(jí)（以方為單位）與響度（以響度單位為單位）之間的關(guān)系。另一個(gè)新的響度單位被采納，稱(chēng)為宋（sone）。它的定義如下：每秒1000Hz的純音，強(qiáng)度比正常聽(tīng)力閾值高40dB，產(chǎn)生的響度為一個(gè)宋。一個(gè)宋等于1000個(gè)響度單位。
上圖12.13展示了各種頻率的純音的響度。對(duì)于800Hz至2000Hz之間的音調(diào)，相同的壓力下響度是相同的。直到8000Hz，差異很小。對(duì)于高于這個(gè)頻率的音調(diào)，隨著頻率的增加響度會(huì)降低。此外，可以看到，對(duì)于50Hz的音調(diào)，達(dá)到聽(tīng)閾所需的強(qiáng)度是參考1000Hz音調(diào)所需強(qiáng)度的250,000倍。
（三）音調(diào)[高]（Pitch）
聲波的頻率是聲波傳播介質(zhì)中的粒子每秒執(zhí)行的周期數(shù)。音高是決定聲音在音階中位置的主觀特性。音高可以被測(cè)量為具有特定聲壓的純音的頻率，這個(gè)頻率對(duì)于普通的耳朵來(lái)說(shuō)似乎在音樂(lè)音階中占據(jù)相同的位置。因此，可以看出頻率和音高之間有明確的區(qū)別。例如，一個(gè)固定頻率的幾百赫茲的音調(diào)在強(qiáng)度增加時(shí)會(huì)降低音高。
梅爾（mel）是音高的一種單位。根據(jù)定義，一個(gè)頻率為每秒1000Hz的簡(jiǎn)單音調(diào)，如果其強(qiáng)度比聽(tīng)眾的閾值高40分貝，則產(chǎn)生1000梅爾的音高。任何被聽(tīng)眾判斷為是1梅爾音調(diào)n倍的音高，就是n梅爾。換句話(huà)說(shuō)，梅爾是一個(gè)基于主觀感知的音高單位，它通過(guò)比較不同音調(diào)之間的相對(duì)音高來(lái)進(jìn)行量化。1000梅爾因此代表了一個(gè)特定的參考音調(diào)，而其他音調(diào)的音高則以這個(gè)參考點(diǎn)來(lái)衡量。
