分类： LINUX
2006-09-24 18:49:30
??声音，就是机械能造成的振动在物质中以波的形式传播。声音的特征是由声波的属性，即频率、波长、周期、幅度和速度决定的。
??很多情况下，噪音和声音指的其实是同一种东西。它们的区别只在于，噪音是人们不想要的声音。在科学和工程领域，噪音是我们所不希望存在的，它对有效信号形成干扰。人类通过听觉感知声音，当我们说到“声音”的时候，我们所指的通常是那些通过空气传播并且能被人类听到的振动。但是，科学家和工程师对“声音”的定义更广泛，包括了那些在空气以外的介质（例如其他气体，液体或者固体）中传播的，频率很低和很高，不能被人们听到的振动。支持声音传播的物质称为介质，传播中的声音是一种压力发生周期性改变的波，它会引起介质局部变得致密或者稀疏。构成介质的粒子在波的作用下发生位移。研究声音的科学称为声学。
??声音通过我们的听觉被感知。人类和很多动物都使用耳朵来听声音，同时响度足够大的声音和频率足够低的声音也可以通过身体其他部分的触觉被感知。声音被应用在很多场合，典型的包括通过语言来进行交流或者听音乐。声音也可以被用来获取关于周围环境的信息，比如所处空间的特征，或者是否有其他物体及生物在附近。例如蝙蝠就是用回声定位的，轮船和潜艇用声纳定位，人类也可以通过感知声音来判断所处环境的一些空间特征。
??人类能够听到的声音大约是在20赫兹到20000赫兹范围内。这个范围被定义为声谱，或者称为声频谱。但是有些人，尤其是女性，能够听到频率在20000赫兹以上的声音。人类的耳朵对3500赫兹左右的声音最敏感，20000赫兹以上的声音称为超声，20赫兹以下的被称为次声。
??声波的幅度是通过它产生的压力来度量的。人耳可以感知的声音振幅范围很大，所以我们衡量声波的振幅的时候，取对数之后以分贝为单位记录。人耳可以感知的最弱的声音的振幅大约是20µPa（20微帕），或者用声压级别（Sound Pressure Level, SPL）表示——0dB re 20µPa （常被错误地缩写为0 db SPL）。长时间暴露在85dB以上的声音环境中，会对耳朵造成永久性的损害，比如耳鸣或者听力下降。
??声速依赖于声波传播的介质，声速是介质的特性，和声波本身无关。一般来说声速和介质的硬度密度比的平方根成正比，这些物理特性会随着周围环境的变化而变化，并且进一步造成声速的变化。例如气体中的声速就依赖于气温。空气中的声速大约是
??声压指的是声波在其传播介质中造成的压力。可以用麦克风（空气中）或者水中听音器来测量声压。．设在介质中某点没有振动时的静压强为p0(x，y，z，t)，声波传来时，同一点的压强为p(x，y，z，t)，则其差值
p(x，y，z，t)=p0(x，y，z，t)-p(x，y，z，t)
称为声压。在国际标准 MKSA制中，声压的单位为N/m2，通常用符号Pa来表示。
1Pa=1N/m2
1μbar（微巴）=0.1Pa
??声波作用引起声场中各点介质压缩或伸张，因此各点的压强比静压有大有小，即声压有正有负。瞬时声压是指某瞬时介质中压强相对无声波时内部压强的改变量，即单位面积的压力变化。瞬时声压在某个时间段内的均方根值称为有效声压。声压是用来度量声音强弱的物理量。声音通过空气传入人耳，引起耳内鼓膜振动，刺激听觉神经，产生声的感觉，声压越大，耳朵中鼓膜受到的压力越大，表明声音越强。正常人耳刚能听到的声音的声压称为闻阈声压。人耳对于不同频率声音的闻阈声压不同，这是因为人耳对高频声敏感而对低频声迟钝。对于频率为1000Hz的声音，闻阈声压为2×10^(-5)Pa。使正常人耳引起疼痛感觉的声音的声压称为痛阈声压，痛阈声压为20Pa。
??正常人耳刚能听到的声音的声压称为闻阈声压。人耳对于不同频率声音的闻阈声压不同，这是因为人耳对高频声敏感而对低频声迟钝。对于频率为1000Hz的声音，闻阈声压为2×10-5Pa。使正常人耳引起疼痛感觉的声音的声压称为痛阈声压，痛阈声压为20Pa。人在室内高声谈话时声压约为1μbar。靠近飞机发动机几米处的声压可达几百微巴。在声学测量技术中，声压是一个没有方向性的标量，比较容易测量，所以通常用声压来度量声音的强弱。
??定义声场中某位置的声压与该位置的质点速度的比值为该位置的声阻抗率，声阻抗率既依赖于声波本身的特性，也依赖于传播介质的特性。局部瞬时声音强度，定义为瞬时声压和该位置的质点速度的乘积，是一个矢量。
声强级的定义是
其中p是声压的均方根值，p0是参考声压（当谈到声强级的时候，一定要同时指出参考声压的值）。国际标准ANSI S1.1-1994中给出了常用的参考声压：空气中是20µPa，水中是1µPa。
??人耳的频谱响应曲线并不是水平线，所以声压级通常还有一个频率加权值，以便让声压的测量值和人们感受到的声音大小能配合的上。下面是人耳的频响曲线：
??声音的强弱叫做声音的响度。人耳对于声压级相同而处于不同频率段的声音，感受到的响度是不一样的。试验表明，人对声音强弱的感觉不仅与声音的物理量有关，而且还与人的生理和心理状态有密切的关系。对于声压相同而频率不相同的两个声源，人耳的主观感觉是不一样的。对频率高的声源，人耳感觉它的噪声更强。例如，大型离心压缩机与重型汽车的声压级均为90dB时，人耳的主观感觉是前者比后者响得多。原因是前者的噪声频率以高频成分为主，而后者以低频为主。一般来说人耳对高频声音比对低频声音更加敏感。
1. 在频率值f=1000 HZ的点上，响度值与对应声压级的值相等。
2. 在3000 HZ
3. 在f<1000 HZ的频率段里，听觉灵敏度下降。这也就是说，要达到和1000 HZ一样响度的中低频声音，必须有更大的声压级。
4. 在f<100HZ的低频区，声压级稍微增加一点，低频响度马上会很明显提升，但稍微减小一点，低音又会马上听不见了。
5. 在f>5kHZ的高频区域里，声压级和响度的变化基本保持一致。不过当声音频率超过7kHZ后，灵敏度又会有一定程度的减小。
??声音的响度使用客观测量单位来度量，单位是达因/平方厘米（声压）或瓦特/平方厘米（声强）。在心理上，主观感觉的声音强弱使用响度级“方（phon）”或者响度“宋（sone）”来度量。这两种感知声音强弱的计算单位是两种不同的概念，但是它们之间又有一定的联系。主观感知的响度的标度是以基准响度的1/2、2，或1/10、10这样的倍数关系来表示的。实验得出响度S与响度级P之间的关系是：
S = 0.063 * 10 ^ (0.03P)
??当声音弱到人的耳朵刚刚可以听见时，我们称此时的声音强度为“听阈”。例如，1KHz纯音的声强达到10瓦特/平方厘米（定义成零dB声强级）时，人耳刚能听到，此时的主观响度级定为零方。实验表明，听阈是随频率变化的。测出的“听阈-频率”曲线为：
??图中最靠下面的一根曲线叫做“零方等响度级”曲线，也称“绝对听阈”曲线，即在安静环境中，能被人耳听到的纯音的最小值。另一个极端的情况是声音强到使人耳感到疼痛。实验表明，频率为1KHz的纯音的声强级如果达到120dB左右时，人的耳朵就感到疼痛，这个阈值称为“痛阈”。对不同的频率进行测量，可以得到“痛阈-频率”曲线，如上图中最靠上面所示的一根曲线。这条曲线也就是120方等响度级曲线。在“听阈-频率”曲线和“痛阈-频率”曲线之间的区域就是人耳的听觉范围。这个范围内的等响度级曲线也是用同样的方法测量出来的。
??上图显示，当绝对声强级较高的时候，曲线比较平，即当音量比较大的时候，人耳对于中高中低频都可以听的很清晰，但当音量减到一定程度（如40dB），曲线弯曲得比较厉害，人耳对低频声音的响应能力，随着绝对声强级的下降迅速变弱，即当音量下降的绝对值相同的时候，在低频范围内感受到的响度比中频范围内下降更快，低频部分更容易“听不清”。要说明的是，这些规律属于一般规律，是专业人士广泛测试的统计值，并非严格的理论值，所以对不同的人可能有一定的差异。
??频率特性用来表示器材能响应的频率范围，又叫频率响应（Frequency Response）。我们学过了，人耳能响应的频率范围是20HZ----20KHZ，而对于频率超过这个范围的声音则听不到。和人的耳朵类似，电声设备也只对输入信号中一部分频率成分才能作出不失真的响应，而对某些频率成分的输入则会产生失真，甚至不能响应。举个例子，某个型号麦克风的频率响应指标为85HZ-----12kHZ，则表示在该频率范围内（85HZ---12000HZ）此麦克风对输入的音频信号能不失真的输出相应的音频信号，而对频率小于85HZ或者大于12kHZ的输入信号，这个麦克风就不能确保无失真的输出了。再举个极端的例子，某麦克风的频响指标为15kHZ----16kHZ，而你说话声音的频率最高只到8kHZ，那么当你用这个话筒来唱卡拉OK，会发现你的声音根本就没响应，音箱里压根没你声音。一般来说，高档电声设备的频响范围较宽，能更保真的响应和输出音频信号，不过价格比较高。如果只用于人声说话的录音或者扩声（如会议现场），因为对频响要求不是很高，频响特性可以略低。
??声音的频域掩蔽：一个强纯音会掩蔽在其附近同时发声的弱纯音，这种特性称为频域掩蔽，也称同时掩蔽(simultaneous masking)。一个声强为60dB、频率为1000 Hz的纯音，另外还有一个1100 Hz的纯音，前者比后者高18dB，在这种情况下我们的耳朵就只能听到那个1000 Hz的强音。如果有一个1000 Hz的纯音和一个声强比它低18dB的2000 Hz的纯音，那么我们的耳朵将会同时听到这两个声音。要想让2000 Hz的纯音也听不到，则需要把它降到比1000 Hz的纯音低45dB。一般来说，弱纯音离强纯音越近就越容易被掩蔽。一个声音可被另一个声音掩蔽的频率范围称为临界频带。
??声音的时域掩蔽：除了同时发出的声音之间有掩蔽现象之外，在时间上相邻的声音之间也有掩蔽现象，称为时域掩蔽。时域掩蔽又分为超前掩蔽(pre-masking)和滞后掩蔽(post-masking)。产生时域掩蔽的主要原因是人的大脑处理信息需要花费一定的时间。一般来说，超前掩蔽很短，只有大约5~ 20毫秒，而滞后掩蔽可以持续50~200毫秒。
