現(xiàn)代教育技術(shù)——聲學(xué)知識(shí)運(yùn)用

1、聽(tīng)感知規(guī)律,,第二組成員：閆鵬宇 李翠林 謝際萍 杜曉婷 雷曉飛,維瓦爾第交響樂(lè)：《四季》,聽(tīng)感知規(guī)律,人耳的聽(tīng)覺(jué)特性人耳的非線性效應(yīng)人耳的聲音定位機(jī)理,1.人耳的聽(tīng)覺(jué)特性,人對(duì)聲音的感知有響度、音調(diào)和音色三個(gè)主觀聽(tīng)感要素。人的主觀聽(tīng)感要素與聲波的聲壓、頻率和頻譜成分之間既有緊密的聯(lián)系，又有一定的區(qū)別。,響度是人耳對(duì)聲音強(qiáng)弱的主觀感覺(jué)。響度的單位為宋（sone）。頻率1000Hz，強(qiáng)度為聽(tīng)閾以上40dB(感覺(jué)級(jí))的純音所

2、產(chǎn)生的響度為1sone。大體上，聲音(1000Hz純音)增加10dB(聲壓級(jí))，其響度約增加1倍。由此可見(jiàn)，人耳主觀響度的感覺(jué)并不與聲音所含的能量呈線性關(guān)系，聲音能量增加近4倍，主觀感覺(jué)響度增加1倍。根據(jù)國(guó)際規(guī)定，1 kHz時(shí)聞閾點(diǎn)的聲壓定為0 dB，痛閾點(diǎn)的聲壓為120 dB。,響度（Loudness）,響度 決定因素：,響度主要取決于聲音的聲壓或聲強(qiáng)大小，但兩者并不是簡(jiǎn)單的正比例關(guān)系。  實(shí)驗(yàn)顯

3、示，聲音的響度與聲壓具有對(duì)數(shù)的關(guān)系。 響度還與聲音的頻率有關(guān)系， a、聲壓相同而頻率不同，感覺(jué)的響度也不一樣。 b、聲壓級(jí)不同，“可聞聲”的頻率范圍也不同。,分貝（Decibel）,人們?nèi)粘Ｉ钪杏龅降穆曇?，若以聲壓值表示，由于變化范圍非常大，可以達(dá)六個(gè)數(shù)量級(jí)以上，同時(shí)由于人體聽(tīng)覺(jué)對(duì)聲信號(hào)強(qiáng)弱刺激反應(yīng)不是線形的，而是

4、成對(duì)數(shù)比例關(guān)系。所以采用分貝來(lái)表達(dá)聲音強(qiáng)度的量值。所謂分貝是指兩個(gè)相同的物理量（例A1和A0）之比取以10為底的對(duì)數(shù)并乘以10。N =10lg(A1/A0) 。分貝符號(hào)為"dB"，它是無(wú)量綱的。式中A0是基準(zhǔn)量（或參考量），A1是被量度量。被量度量和基準(zhǔn)量之比取對(duì)數(shù)，這對(duì)數(shù)值稱為被量度量的"級(jí)"。亦即用對(duì)數(shù)標(biāo)度時(shí)，所得到的是比值,它代表被量度量比基準(zhǔn)量高出多少"級(jí)"。,,聲功率

5、（W）　　聲功率是指單位時(shí)間內(nèi)，聲波通過(guò)垂直于傳播方向某指定面積的聲能量。在噪聲監(jiān)測(cè)中，聲功率是指聲源總聲功率。單位為W。 聲強(qiáng)（I）　　聲強(qiáng)是指單位時(shí)間內(nèi)，聲波通過(guò)垂直于傳播方向單位面積的聲能量。單位為 W / m2。,聲壓（P）,聲壓是由于聲波的存在而引起的壓力增值。單位為Pa。聲波在空氣中傳播時(shí)形成壓縮和稀疏交替變化，所以壓力增值是正負(fù)交替的。但通常講的聲壓是取均方根值，叫有效聲壓，故實(shí)際上總是正值，對(duì)于球面波和平面波，聲壓

6、與聲強(qiáng)的關(guān)系是： I= P2 / ρc式中：ρ-空氣密度，如以標(biāo)準(zhǔn)大氣壓與20℃的空氣密度和聲速代入，得到ρ=408 國(guó)際單位值,也叫瑞利。稱為空氣對(duì)聲波的特性阻抗.,分貝表,——頻率（Sound frequency）,通常人耳可感知的頻率范圍在20 Hz—20 kHz，稱為可聞聲.低于20 Hz的頻段稱為次聲高于20 kHz的頻段稱為超聲，且人耳對(duì)2—4 kHz的頻率最為敏感。,音調(diào)是人耳對(duì)聲音調(diào)子高低的主觀感覺(jué)。音調(diào)主要取決于聲

7、音的頻率，頻率低的調(diào)子給人以低沉、厚實(shí)、粗獷的感覺(jué)，而頻率高的調(diào)子則給人以亮麗、明亮、尖刻的感覺(jué)。音調(diào)與頻率之間不存在線性的關(guān)系。人耳對(duì)音調(diào)的感覺(jué)還會(huì)受到聲音響度的影響。,（2）音調(diào)（Tone）,（3）音色（Timbre）,音色是人耳對(duì)聲源發(fā)聲特色的感受。當(dāng)黑管和鋼琴發(fā)出等響度且基頻同為100 Hz的樂(lè)音時(shí)，人完全能分辨出這是兩種截然不同的樂(lè)器發(fā)出的聲響。因?yàn)楹诠芎弯撉佼a(chǎn)生的聲音盡管基頻（音高）相同，但它們諧波成分的大小和分布卻不

8、盡相同，而諧波成分的多少及振幅的比例決定了樂(lè)音的音色，即由泛音決定。,,,泛音（Overtone）,在聲學(xué)和音樂(lè)中，指一個(gè)聲音中除了基頻外其他頻率的音。樂(lè)器或人聲等自然發(fā)出的音，一般都不會(huì)只包含一個(gè)頻率（參見(jiàn)純音），而是可以分解成若干個(gè)不同頻率的音的疊加。聲音的波形是具有周期性的，因此根據(jù)傅里葉變換的理論，聲音可以分解成若干個(gè)不同頻率純音的疊加。這些頻率都是某一頻率的倍數(shù)，這一頻率就稱作基頻，也就決定了這個(gè)音的音高。假設(shè)某個(gè)音的基頻為f

9、，則頻率為2f的音稱為第一泛音，等等?；艉筒煌阂舻哪芰勘壤P(guān)系是決定一個(gè)音的音色的核心因素。并能使人明確地感到基音的響度。樂(lè)器和自然界里所有的音都有泛音。,音樂(lè)的頻譜是決定音色的要素之一，是指不同頻率的諧波及泛音相對(duì)于基頻（也就是音高）的強(qiáng)度。頻譜分析儀可以將音樂(lè)的訊號(hào)轉(zhuǎn)換為其組成頻率的圖像，此圖像稱為聲學(xué)頻譜圖（spectrogram）。,頻譜,聲譜——聲音的照片,用來(lái)描述聲音中所包含成份及音色中聲學(xué)能量的分配模式的工具。聲譜

10、可以被看作是“聲音的照片”，分為分為靜態(tài)聲譜和動(dòng)態(tài)聲譜。靜態(tài)聲譜可以反映聲音在發(fā)聲過(guò)程中的某一瞬間頻率和振幅之間的關(guān)系。它的橫坐標(biāo)是頻率，縱坐標(biāo)是振幅。,上圖是小須鯨“唱歌”的聲譜，下圖為其可視化美化,2.人耳的非線性效應(yīng),（1）人耳的掩蔽效應(yīng)    當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上的聲音同時(shí)存在時(shí)，其中的一個(gè)聲音在聽(tīng)覺(jué)上會(huì)掩蓋另一個(gè)聲音，這種現(xiàn)象稱為掩蔽效應(yīng)。,① 低頻聲對(duì)高頻聲的掩蔽作用明顯，所以，播音室

11、和演播室中要防止空調(diào)的低頻振動(dòng)聲、氣流聲，電子線路中要盡量減少低頻交流聲（如50 Hz）。② 在時(shí)間上，掩蔽聲越接近被掩蔽聲時(shí)，掩蔽作用越大，且后掩蔽（掩蔽聲在被掩蔽聲之后）比前掩蔽（掩蔽聲在被掩蔽聲之前）效應(yīng)更加明顯。 ③ 單耳聽(tīng)覺(jué)的掩蔽效應(yīng)大于雙耳聽(tīng)覺(jué)的掩蔽效應(yīng)。 ④ 提高掩蔽聲的聲壓級(jí)可展寬掩蔽的頻率范圍。,研究表明：,（2）雞尾酒會(huì)效應(yīng),人耳對(duì)掩蔽聲有相當(dāng)?shù)娜萑棠芰Α！半u尾酒會(huì)效應(yīng)”（cock tail effect），就

12、是在紛亂的酒會(huì)現(xiàn)場(chǎng)，人們照樣能聽(tīng)出其中某個(gè)人的聲音來(lái)。人耳的這種功能與人的心理需求有關(guān)，當(dāng)人把注意力相對(duì)集中于某一說(shuō)話內(nèi)容，而忽略或不去理會(huì)掩蔽聲的存在時(shí)，人耳在噪聲中分辨信息的能力便大大提高。,（3）顫音效應(yīng),人耳同時(shí)聽(tīng)到兩頻率相近的純音時(shí)，會(huì)產(chǎn)生差頻似的顫音感，這是構(gòu)成配樂(lè)的生理心理基礎(chǔ)。,（4）哈斯效應(yīng),當(dāng)內(nèi)容相同的兩個(gè)音相繼到達(dá)人耳時(shí)，僅當(dāng)?shù)诙€(gè)音延遲時(shí)間達(dá)到35 ms—50 ms（毫秒）后，才會(huì)感受到有延遲音出現(xiàn)，即哈斯效應(yīng)。

13、而當(dāng)延遲音超過(guò)50 ms時(shí)就會(huì)產(chǎn)生回聲感，這種聽(tīng)覺(jué)的延遲效應(yīng)是混響和立體聲的心理學(xué)基礎(chǔ)。,3.人耳的聲音定位機(jī)理,（1）雙耳效應(yīng)    人耳主要是靠雙耳效應(yīng)來(lái)進(jìn)行聲音定位的。由于人頭部近似于一個(gè)球體，雙耳又位于頭部的兩側(cè)，如果聲源不在雙耳連線的中點(diǎn)垂直面上，則聲源到雙耳的距離就不相等，從聲源發(fā)出來(lái)的聲音到達(dá)兩耳的時(shí)間就不一樣，相位也不一樣，聲音的聲壓級(jí)因頭部的遮蔽作用而有差異，這就是雙耳效應(yīng)。,

14、簡(jiǎn)單的說(shuō)，就是人的雙耳的位置在頭部的兩側(cè)，如果聲源不在聽(tīng)音人的正前方，而是偏向一邊，那么聲源到達(dá)兩耳的距離就不相等， 聲音到達(dá)兩耳的時(shí)間與相位就有差異，人頭如果側(cè)向聲源，對(duì)其中的一只耳朵還有遮蔽作用，因而到達(dá)兩耳的聲壓級(jí)也有不同。 人們把這種細(xì)微的差異與原來(lái)存儲(chǔ)于大腦的聽(tīng)覺(jué)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行比較，并迅速作出反應(yīng)從而辨別出聲音的方位。,雙耳效應(yīng)的應(yīng)用,利用“雙耳效應(yīng)”，我們可以通過(guò)錄音技術(shù)錄下聲響，然后用兩個(gè)或幾個(gè)音箱播放出來(lái)，使人們聽(tīng)起來(lái)好像音箱

15、之間有一個(gè)聲源在發(fā)聲，這個(gè)假想的、實(shí)際上不存在的聲源就叫作“聲像”。 當(dāng)我們聽(tīng)剛才四季中的管弦樂(lè)隊(duì)演奏時(shí)，你可以感到大提琴在你的右前方，小提琴在你的左前方。聽(tīng)重唱，你可以清楚地分辨出左、右聲道中分別播出的各自的高聲部和低聲部。 因此，立體聲的優(yōu)點(diǎn)不僅僅是有真實(shí)感、臨場(chǎng)感、空間感，而且由于把聲像分離了或改變了位置，就會(huì)使你聽(tīng)覺(jué)具有層次感，而且可以壓低噪聲。,（2）耳廓效應(yīng),人耳的輪廓結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。當(dāng)聲源的聲波傳送到人耳時(shí)，不

16、同頻率的聲波會(huì)由于耳廓形狀的特點(diǎn)而產(chǎn)生不同的反射。反射聲進(jìn)人耳道與直達(dá)聲之間就產(chǎn)生了時(shí)間差（或相位差），這種效應(yīng)稱為耳廓效應(yīng)。耳廓效應(yīng)對(duì)聲音定位能起到一定的輔助作用，特別是對(duì)頻率較高的聲音。正是由于耳廓效應(yīng)，有時(shí)憑借一只耳朵也能對(duì)聲音進(jìn)行定位。,,對(duì)教學(xué)實(shí)踐 的 指導(dǎo)意義,,以教學(xué)電視軟件的編制為例，欲使電視直觀生動(dòng)，容易為學(xué)生所感動(dòng)。（1）在空間感知方面（2）在時(shí)間感知方面（3）在教學(xué)內(nèi)容的重點(diǎn)、難點(diǎn)方面