人耳能聽到的聲音頻率到底是多少

1、振動的物體能使鄰近的空氣分子振動，這些分子又引起它們鄰近的空氣分子振動，從而產(chǎn)生聲音(Sound)，聲音以聲波的形式傳遞，這種傳遞過程叫聲輻射(Sound Radiation)。由于分子振動產(chǎn)生的聲波的方向與波傳遞的方向相同，所以是一種縱波(Iongitudinal wave)。聲波僅存在于聲源周圍的媒質中，沒有空氣的空間里不可能有聲波。聲音不僅可在空氣內(nèi)傳遞，也可在水、土、金屬等物體內(nèi)傳遞。聲音在空氣中的傳播速度為340m/s(15時)。聲波在單位時間內(nèi)的振動次數(shù)稱為頻率(frequency)，單位赫(Hz)。人耳能夠聽到的聲音的整個范圍是2020000Hz，一般把聲音頻率分為高頻、中頻和低

2、頻三個頻帶。聽覺好的成年人能聽到的聲音頻率常在3016000Hz之間，老年人則常在5010000Hz之間。聲波在傳播過程中，空氣層的密部和疏部向前移動，如圖11。由于空氣的固有彈性，上述那種疏密的壓力變化將依次向四外傳播，輻射出一系列有規(guī)則的波。聲波的波長(wave length)就是這一段路程的長，恰好排列波的一個密部和一個疏部。波長與聲源的振動頻率和聲音傳播的速度有關。知道了聲波的傳播速度和頻率，就可以算出波長：C=l·f(式中，C為聲波的傳播速度m/s；l為聲波的波長m；f為聲波的頻率Hz，)振動物體產(chǎn)生的聲波，也就是空氣里的壓縮波，傳到我們耳朵里就變成各種樂音、諧音或噪聲。在

3、聲音世界里除基音外，大量存在的是復合音，而頻率與基音頻率成整數(shù)倍的所有分音稱為諧音(harmonic tone)，頻率比基音高的所有分音統(tǒng)稱泛音(over tone)，泛音的頻率不必與基音成整數(shù)倍關系。樂音內(nèi)的各個音在頻率上都有一定比例，例如，高8度的音的振動頻率是基音的頻率的2倍。如果同時發(fā)出兩個或兩個以上的音，人耳可以聽到悅耳的諧音(和聲)，也可能聽到刺耳的噪聲。當兩個音的振動頻率之比為較小的整數(shù)比時，如1:2、4:4，會得到悅耳的諧音，當頻率比為較大的整數(shù)比時，如8:9、8:15，聽到的將是令人生厭的噪聲。樂器在發(fā)出基音的同時，總會伴隨著一系列泛音的出現(xiàn)，由于不同樂器的泛音并不相同，所以

4、它們發(fā)出的同一個音也不相同，就是這些泛音決定了一個樂器所發(fā)聲音的音色。頻率相同的正弦波之間在時間上的相對位移，稱為相位(phase)，用度表示。聲波與其它波一樣，它整個一周為360°的相位變化，同相聲波互相加強，異相聲波互相減弱，或傾向互相抵消。聲源的振幅越大，聲音越響，聲波的幅度能量按高于或低于正常大氣壓的壓力變化量度，這個變化部分的壓強就稱聲壓(sound pressure)，以帕斯卡 (Pa)計量。人耳聽覺的聲壓范圍很大，約2´102´10Pa。為了方便計算，在實用上通常都以對數(shù)方式的聲壓級 (sound pressure level)表

5、示。0dB是基準，它以人耳剛能聽到的聲壓2´10Pa的1000Hz頻率的聲音為標準。聲壓級變化3dB，聲壓增加倍，大多數(shù)人要在聲壓級增加610dB時，響度才有加倍感覺。人耳能分辨的最小響度變化是1dB。離聲源距離每增大1倍，聲壓級降低6dB，兩個聲源并存，聲壓級增加3dB。聲波在傳播過程中，遇到障礙物時，只要障礙物的尺寸大于或接近聲波的波長，就會產(chǎn)生反射(reflection)而改變其傳播方向。部分聲波則能繞過障礙物的邊緣傳播，而聲波在通過窄孔時，則將趨向均勻擴散（diffusion)，這就是聲繞射(衍射，diffraction)。對頻率越高的聲音，聲繞射越不易產(chǎn)生，其傳播

6、輻射的指向性越強。頻率越低的聲音，由于聲繞射作用，障礙物的遮蔽作用越弱。如果有兩個不同聲源發(fā)出同樣的聲音，在同一時間以同樣強度到達時，聲音呈現(xiàn)的方向大致在兩個聲源之間；如兩個同樣的聲源中的一個延時535ms，則感覺聲音似乎都來自未延時的聲源；如延遲時間在3550ms時，延時的聲源可被識別出來，但其方向仍在未經(jīng)延時的聲源方向；只有延遲時間超過50ms時，第二聲源才能象清晰的回聲般聽到。這種現(xiàn)象就是哈斯效應(Hass effect)。人類對聲源方向的判別，不僅取決于聲波傳播的物理過程，還與人的聽覺生理和心理因素有關。用單只耳朵雖能決定聲音的響度、音調和音色等屬性，但不能具體確定聲源的方向和準確位置

7、，當用兩只耳朵聽聲音時，對聲音方向的定位能力就能提高，這就是雙耳效應(binaural effect)。雙耳效應的依據(jù)是聲源發(fā)出的聲音，在到達兩只耳朵時，由于距離不等，就存在時間差(Interaural Time Difference)和強度差(Interaural Intensity Difference)。鑒于人的頭部雙耳間的距離約為1618cm，是8001000Hz聲音的半波長，所以對頻率在8001000Hz以上的聲音，由于頭部的遮蔽作用，兩耳聽到的聲音就有強度差異，主要是這種強度差決定了聲音在水平面內(nèi)的定位。頻率在8001000Hz以下的聲音，由于聲音的繞射作用，雙耳的定位能力隨著頻率

8、的降低而減弱。雙耳效應只能解釋前方水平方向上的聲音定位，三維空間定位主要依賴于耳廓效應。人類聽覺系統(tǒng)的頻率響應為聲源空間方位角的函數(shù)，也就是耳廓對來自各個不同方向的聲波頻譜進行不同的修正后，才由耳道傳到鼓膜，大腦依據(jù)聲音的頻譜特性，就能辨別三維空間中的聲源方向。聲音從不同角度進入人耳時，由于耳廓的結構會影響聲源的定位，所以人類的耳廓對確定聲音的空間方向起主要作用，這是美國加州大學Irvine實驗室自80年代起所作人類對聲源定位的生理和心理研究的結果。耳廓效應主要對4kHz以上高頻段聲波產(chǎn)生梳狀濾波作用，而且耳廓效應的數(shù)學模型HRTF還與人體頭部、肩部及軀干對聲波的反射、散射及傳導等因素有關。雙

9、耳效應和耳廓效應賦于人耳全方位辨別聲音方向的能力。1、響度(Loudness)響度是人耳對聲音強弱程度的感覺，響度變化大致同聲強變化的對數(shù)成比例。聲音的響度雖主要取決于其強度，但也與其頻率和波形有關，人耳對中頻的音量變化比之低頻和高頻更為敏感，所以聽覺是非線性的。對聲音各頻率與1000Hz聲音在響度上相等的曲線，稱為等響曲線響度的計量單位是方(Phon)，人耳在10003000Hz頻率范圍內(nèi)聽覺最靈敏，聲壓越低，聽覺的頻率范圍越窄，聲壓越高，頻率范圍越寬，當響度級達到80Phon以上時，聽覺的頻率響應趨于平坦。人耳能聽到聲音的最微弱強度，稱為聽覺閾，產(chǎn)生疼痛感的最高聲音強度，稱為痛覺閾。聲音的有用音量范圍，即最大值與最小值之比，稱為動態(tài)范圍，如圖13。在一般家庭中重播音樂的聲壓級的平均值約需7585db，音量太低，不能正確鑒定聲音質量的好壞。2、音調(tome)音調是聲音調子的高低，是人耳對聲音頻率的感受。音調高低與頻率高低有密切關系，但聲音強度及聲音長短都會影響人耳對音調的感覺。聲音頻率每增加一倍，音調升高八度，也就是一個倍頻程(oct)。一個聲音的聽覺閾會因另一個掩蔽聲音的存在而上升的現(xiàn)象，稱為掩蔽(masking)，通常是低頻率的聲音容易掩蔽較高頻率的聲音。3、音色(timber)音色是人耳對某種聲音獨特性質的綜合感受。音色與多種因素