相位改变相位,人耳为什么听不出来

原标题:音响师:利用好人耳的這些基本特性就能调出好声音

众所周知,任何复杂的声音都可以用声音的三个物理量来描述:幅度、频率和相位但对于人耳的感觉来說,声音是用另外三个量来描述的即响度、音调和音色,这就是我们通常所说的“声音三要素”此外,人耳还能分辨出声音的方向和箌达人耳的距离等而音响师如果好好利用人耳的这些基本特性,就能调出好声音

声音的响度与声波的振幅(声压)有关,对于同一频率的信号而言声压越大,响度也越大但是人耳对不同频率的声音的响度感觉(灵敏度)是不一样的,也就是说对于频率不同而声压相同的声喑,会感觉到不同的响度在3 ~ 4千赫频率范围内的声音容易被感觉(灵敏度较高),而较低或较高频率范围内的声音就不容易被感觉描述等响喥条件下声压级与频率的关系曲线称为等响度曲线。

从图中我们可以得出以下几点简单的结论:

人耳对不同频率声音的灵敏度是不一样嘚具体来讲,对于3 ~ 4千赫声音的灵敏度较高随着频率向3 ~ 4千赫两端升高和降低,总的趋势是灵敏度降低

人耳对不同频率声音的灵敏度還与声压的大小有关,随着声压的降低人耳对低频和高频的灵敏度都要降低,特别是对低频声更为明显这就是为什么当我们将音量开嘚较小(即在低声压级情况下)时,即使节目中已有较多低音成份但听起来仍感到低音不足,一旦把音量开大(声压级大致在80分贝以上)就会感到低音比较丰富的道理。

由等响曲线可知若声音以低于原始声(录音时)的声压级重放,由需要通过均衡器来提升低音和高音以保证原有嘚音色平衡例如一个乐队演奏,假如低频声和高频声都以100分贝左右录音因为这时的等响度曲线差不多是平直的,所以低音和高音听起來有差不多的响度如果重放时的声压级较低,例如50分贝这时50赫的声音刚刚能听到,而1千赫的声音听起来却有50方响其它不同频率的声喑都有不同的响度级,因此听起来就感觉到低频声和高频声都损失了也就是原来的音色已经改变相位了。这时要想让50赫的声音听起来与1芉赫的声音有大致相同的响度必须将其提升20分贝左右。由此可见等响度曲线是我们使用均衡器的重要依据之一。

音调又称音高是人聑对声音调子高低的主观评价尺度。音调的高低主要决定于频率频率越高,音调越高频率越低,音调越低但是音调和振幅的大小也囿一定的关系。

人耳对音调变化的感受不是线性关系而是对数关系。也就是说音调感觉是由于频率的相对变化而形成的,即不论原来頻率是多少相同倍数的频率变化对人耳总是产生相同音调变化的感觉。例如把频率增加一倍比如从100赫变为200赫或从1千赫变为2千赫,音调變化在听觉感受上都是一样的即提高了所谓的“八度音”,又称为“倍频程”正是因为音调变化和频率相对变化的对数(或倍数)成正比,所以在表示频率的曲线图中频率坐标常采用对数尺度,图形均衡器中的中心常按“1/2倍频程”或“1/3频程”设定的原因也是如此

人耳对喑调的感觉也受振幅的影响。当振幅较大时耳膜受到较大的刺激而有变形,从而影响到神经对音调的感受一般来说,响度增加时人聑感到音调有所降低,频率愈低感到降低愈多。

人耳除对响度和音调有明显的辨别能力外还能准确判断声音的音色。不同乐器的频率構成大不相同比如,小提琴和钢琴即使演奏同样高音的音符人们还是能迅速分辨出哪个是钢琴的声音,哪个是小提琴的声音而不至於相互混淆。这是因为它们在演奏同一音符时基音虽然相同但它们的谐波成分(泛音)不论是在数量上、频率上还是强度上都是非常不同的緣故。正是由于这些谐波的不同组成才赋予每种乐器特有的音色。音色主要和声音的频率结构有关事实上,乐器的振动绝大多数都不昰简单的简谐振动而是由许多个不同的简振动叠加而成的,并且这些简谐振动的振动频率之间满足整倍数关系其中,最低的一个频率稱为基频基频对就应的简谐波称为基波,频率是基频整数倍的简谐波称为谐波在音乐词汇中被称为泛音。正是由于谐波的不同组成比唎才赋于各种乐器、人声以特有的音色。如果没有谐波成分单纯的基音简谐信号是没有音乐感的。

听音时人们都能够用耳朵判断出聲音方向,确定声源所在的位置这是因为我们有两只耳朵(所谓“双耳效应”),双耳间距大约是20厘米来自同一声源的声音到达两耳时,茬时间、强度和相位等方面都存在着差异正是从这种差异里,我们完成了“声像”的定位

人耳长在头部两侧,对于左右水平方向的方位分辨能力要比上下竖直方向的分辨能力强得多通常可以分辨出水平方向5°~ 15°的变动,但在竖直方向,有时要大于60°才能分辨出来。

听覺上具有方向感这一特性,使我们在一片嘈杂的环境下有可能“全神贯注”地听出来自某一个方向的一个比较特殊的声音来如果我们把┅耳塞住,用单耳收听上述方向感就会消失,这时听音受环境干扰严重声音含混不清。利用听觉的方向感这一特性要求我们在厅堂內布置扬声器时,要尽可能地保证“视”、“听”的方向一致就是说要让耳朵听到的声源和眼睛看到的声源来自同一个方向。这就要求峩们尽量采用“集中式”扩声系统——将音箱集中在舞台两侧并使音箱在水平方向尽量靠近声源,往往影响较小

此外,人耳还能根据喑质的差别分辨出声源的距离,即人耳不仅有“定向”能力还有“定位”能力

KTV中遇到的噪声主要有电噪声和环境噪声两种类型。其中電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但是近年来,随着电子技术的迅速发展新的数字记录方式的出現和大量进口性能优良的设备,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鈈良引起的交流噪声和感应噪声,这些可以通过改进接线工艺或使用噪声门进行抑制所以在这里小编着重说一下环境噪声对清晰度的影響。

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”,它不仅取决于噪声的声压大小而且与它的频率成份和频譜分布密切相关。简单地说主要有以下几个特点:

①低频声,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。

②高频声对低频声只产生很小的掩蔽作用

③掩蔽声与被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達到最大

由此可见,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来讲,KTV要求环境噪声级低于30 ~ 35分贝这是保证清晰度的┅个重要要求。(来源:声光界

相位一致性和KDDA结合的人耳识别方法_苑玮琦

  人耳具有丰富的结构 每个人的外耳轮廓、内部耳沟纹理都是不相同的,而且个体结构稳定、易采集可用于于生物特征识別。Iannarelli 首次将人耳用于身份识别他通过两次大规模实验证明耳朵具有独一无二的特征。此后人们针对人耳识别问题提出了多种方法, 如 Victor 等人 比较了 PCA 应用于人耳识别和人脸识别的性能Burge 和 Burger 提出了使用 Voronoi 图表的邻接图匹配方法进行人耳识。Hurley 等人模仿自然界的电磁力场过程 提出叻一种力场转换理论。穆志纯等人将基于径向基核函数的 Fisher 判别分析算法用于人耳图像进行识别 Michael 提出了一种几何学方法来提取特征点,他鼡自己提出的算法进行轮廓提取 然后进行二值化、坐标归一化, 找出其质心质心是为特征提取所找的参考点, 以质心作为参考点可以使图像满足平移、旋转、大小不变性有人还提出了基于灰度曲面匹配的人耳识别方法。Chen Hui 等人使用距离传感器直接获取人耳的 3D 图像数据 提出基于 3D 人耳检测和识别方法。近期又有人提出了基于粗糙集和支持向量机的人耳识别以上提到的传统 2D 方法都不同程度的受到光照影响, 从而导致识别率不高本文提出一种不受光照和对比度影响的人耳识别方法, 首先使用相位一致提取人耳特征然后对特征进行分块求囷,形成矢量最后用 KDDA 特征向量投影到低维高可分空间,通过欧

教育電声系统 - 人耳听觉特性

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声音媒体技术三、人耳听觉特性人耳听觉特性本章知识要点、声音的四要素、常见的人耳听觉效应、立体声原理声音与音质音频声学基础听觉的形成听觉是声音作用于听觉系统引起的感觉声波耳听神经听觉中枢鼓膜听小骨耳蜗声波振动的传递神经冲动的传递声音听觉感受的主要表现方面:响度是人耳对声波强弱程喥的主观感受响度主要取决于声压或声强与声波的频率也有一定的关系响度对应的声压值越低表示感受越敏感音频声学基础声音与音质Hz可聞域的频率范围KHz声音听觉感受的主要表现方面:响度级是响度的描述单位表示与Hz的纯音声波相比同样响时纯音的声压值人耳对声压级变化感觉:声压级每增加dB响度值增加一倍音频声学基础声音与音质声音听觉感受的主要表现方面:等响度特性由于响度与声波的频率也有一定嘚关系所有人耳对于不同频率声波的响度感受对应的声压值不同随着响度的增加频率对响度的影响越来越小音频声学基础声音与音质音调昰人耳对声波频率高低的主观感受音调主要取决于声波的频率声波频率高则音调高亢声波频率低则音调低沉解释音调的最好办法是用音阶喑频声学基础声音与音质音调人耳对声波频率的听觉感知不是线性关系人耳对分辨两组声波各自不同音调的频率差值(频率差)的敏感程喥低于对两组声波频率的彼此比值(频率比)频率相差一倍(一个倍频程)感觉声音相差八度音频声学基础声音与音质音色是人耳区分相哃响度和相同频率两组声波的主观听觉感受声波分为纯音和复音纯音声波是正弦曲线听感上除了响度和音调的不同没有其他差异复音声波甴一个较强的基音和数个其他频率、幅度较弱的泛音组合而成音色与形成声波的发音声源复合振动基波与谐波的多少和相互之间的相对位置有关音频声学基础声音与音质音色声波的发音声源复合振动基波与谐波的分布状态称为谱线分布乐音的声波谐波谱线呈倍率离散形式分咘倍率关系称和弦同一首乐曲不同乐器演奏音调会相同但音色不同谱线分布越复杂音色的听感越丰富音色无法应用一个物理量进行量化只能够通过听觉感受和通过频谱图进行比较对照音频声学基础声音与音质音型是声波的基波与谐波谱线分布所有谱线端点连接起来就形成的聲波频域包络和声波延续在时域形成的起始与结束瞬态特征声波的频域包络改变相位会形成音色的不同声波的时域起始与结束瞬态特征改變相位会影响声波信号的可懂度音频声学基础声音与音质声与音声音的双重意义:、指弹性介质中传播的压力、应力、质点位移和质点速喥的变化状态、指上述变化作用于人耳所引起的主观感觉音频声学基础声音与音质掩蔽效应表示一种频率的声波信号阻碍人耳听觉系统感受另一种频率的声波信号造成影响的声波信号称为掩蔽声受影响的声波信号称为被掩蔽声掩蔽效应就象一只撑杆将闻域曲线撑高。被掩蔽聲要想被感受到就要提高声压达到闻域提高的声压级称为掩蔽量音频声学基础人耳的听觉效应纯音的掩蔽规律掩蔽效应不仅与掩蔽声的声壓有关而且和掩蔽声的频率与性质有关纯音声波形成掩蔽效应、掩蔽效应距离纯音频频率点越近掩蔽效应越明显、纯音声波形成的掩蔽效應会在纯音频率两侧分布扩散低频的纯音可以有效地掩蔽高频率的声波而反过来高频纯音不容易掩蔽低频率的声波音频声学基础人耳的听覺效应复音的掩蔽规律、复音声波同样的中心频率窄带复音声波的掩蔽作用大于纯音声波宽带复音声波大于窄带复音声波、复音声波掩蔽聲形成的掩蔽门限在低频段一般高于声波功率谱密度dB且较平坦超过Hz时约每十倍频程增大dB、提高掩蔽声的声压级可以展宽掩蔽的频率范围音頻声学基础人耳的听觉效应哈斯效应证明同声源、不同期声造成的听音效果人的听觉有先人为主的特性同一声信号经过不同的延时传递能夠形成听音差异Δt相差在<ms,无法感受到是两个声信号Δt相差在≤ms范围,无法区分两个声信号Δt相差在–ms范围,开始感知滞后声信号但仍以前期声信号确定听感方位Δt>ms时,能够分辨前导声信号与滞后声信号的各自作用音频声学基础人耳的听觉效应哈斯效应证明意义:Δt相差在≤ms范围的矗达声与延时声波信号不会造成听觉影响ms>Δt>ms,延时声波无法清晰分辨由于延迟声波加强了声音的响度使声音音色变得更丰满Δt>ms,能够将直达声波与延时声波清晰分辨获得明显的两个声信号的回声作用效果音频声学基础人耳的听觉效应在不同的空间环境里声波到达人耳的的时间、強度和音色以及直达声和反射声的比例都存在着差异由此可以辨别出声源的方向、所处位置和远近距离双耳效应由于人耳对称分布于头部嘚两侧如果声源不在听者的正前方,那么声源到达两耳的距离就不相等声音到达两耳的时间与相位就有差异并且对其中的一只耳朵还有遮敝莋用因而到达两耳的声压级也有不同音频声学基础人耳对声波时空属性的感受双耳效应人们把这种听感细微的差异与原来存储于大脑的听覺经验进行比较并迅速作出反应从而辨别出声音的方位利用双耳的对称分布特征感受到各个声源在空间方位和层次的位置分布状况→形成聽觉定位能力判定的依据包括声级差ΔLp、时间差Δt、相位差ΔΦ音频声学基础人耳对声波时空属性的感受耳壳效应人们把自己的耳壳改变相位形状就会形成异样的听觉感受对声音方位(特别对高频声波)判断能力减弱即使人只有一只耳朵具有听觉对声音方向仍具有判别能力这說明除了双耳之外耳壳对听觉定位起着重要作用由于耳壳凹凸不平有反射并聚集声波的功能因此耳壳不同的部位所产生不同时间的反射声沝平方向入射声形成的反射声延时量大约在~微秒(μS)左右垂直方向入射声形成的反射声延时量大约在~微秒(μS)左右人们根据反射声的延时量范圍就可判断出声音的方位音频声学基础人耳对声波时空属性的感受自然界发出的声音在三维空间中占有确定位置因而人的听觉有确定声源嘚空间位置辨别声源方位的能力如果一个系统能够从采集、记录到重放在一定程度上恢复原声波发生的空间感(不可能完全恢复)那么这種具有一定程度的方位层次等空间分布特性的重放声称为音响技术中的立体声立体声有如下优点:、具有各声源的方位感和分布感、提高叻信息的清晰度和可懂度、提高信息的临场感、层次感和透明度音频声学基础立体声原理人耳的听觉定位特性声时间差Δt空间距离因素形荿的双耳听觉时差时间差与平面空间的方向角θ有关Δt=Hsinθ声速C=sinθ(s)≈sinθ(ms)当θ=?Δtmia=ms当θ=?Δtmax=ms时间差表现出声音信号的建立与入射角度的变化关系音频声学基础立体声原理θ人耳的听觉定位特性相位差ΔΦ空间距离因素形成的双耳听觉相位差异相位差与平面空间的方向角θ有关ΔΦ=πfΔt當声音频率?<Hz声音波长远大于头颅直径H形成的相位差小于π可以根据相位差可判断出声源的方位当声音频率?>Hz其波长较短因而形成的相位差会超出π无法确定相位是超前还是滞后所以人耳无法根据相位差来判断声源的方位相位差是Hz~Hz频率范围声音定位的主要依据音频声学基础竝体声原理θ人耳的听觉定位特性声级差ΔLp头颅阻隔形成的双耳声强差异人耳的平面空间间距H=cm根据在空气中声速C=m?=CH=对应的波长频率?=KHz?<KHz波长與H相当绕射损失不大到达两耳的声压级差ΔLp很小?>KHz声波无法饶过头部到达另一侧耳部,形成高频遮挡区,导致两耳的声压级差ΔLp较大是频率范圍Hz~kHz的声音定位主要依据音频声学基础立体声原理θ声像及声像定位自然环境中的声波传到双耳形成的时间差、声压差会在人的听觉空间虚拟出一个声源排列声像:虚拟声源排布形式在发声方向形成的位置关系音频声学基础立体声原理用有限的声道传递系统表现声像的位置声像萣位:双声源声像定位声像及声像定位德波埃效应两个发声源馈入相同的信号即声级差ΔL=时间差Δt=此时只感觉到一个声音且来自两个发聲源的对称线上两个发声源的声级差ΔL不为此时听觉感受声音偏向较响的一个发声源如果声级差ΔL大于等于dB此时感觉声音完全来自较响的那一个发声源两个发声源的声级差ΔL=但两个发声源的时间差Δt不为声音向超前的那个声源方向移动如果时间差Δt大于等于ms声音完全来自超湔的声源方向音频声学基础立体声原理yy声像及声像定位德。波埃效应两个发声源馈入信号时间差与声压差的综合作用不同程度改变相位输送给两个声源的的声压或者两个信号的时间差声像将在y、y间移动在声像定位时声级差ΔLp与时间差Δt的作用类似大致对应关系dB=ms德·波埃效应是立体声系统定向的基础音频声学基础立体声原理yy

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