汽車音響改裝入門知識-----聲學

一、聲學的基礎知識

（一）、 聲音

聲音是空氣分子的振動。物體的振動（我們稱之為"聲源"）引起空氣分子相應的振動，傳入人耳導致鼓膜振動，通過中耳、內耳等一系列聽覺器官的共同作用使人聽到了聲音。

（二）、 聲波

把石頭扔進平靜的水面，會形成一組向四周擴散的水波，這是我們所能見到的比較直觀的"波"，空氣分子振動形成的聲波要複雜一點，它是從聲源向四周立體擴散的一組疏密波，空氣分子並不是從聲源一直跑到您的耳朵，而是在它本來的位置振動，從而引起與它相鄰的空氣分子隨之振動，聲音就是這樣從聲源很快地向外傳播的，聲音在空氣中的傳播速度是331米/秒。

舉一個簡單的例子，麥浪的運動跟聲波很相似，粒子的振動方向與波的運動方向是平行的。波需要通過介質來傳播，麥浪的運動到田埂邊就自然停止了，聲波的傳播介質是空氣分子，所以，真空里聲音是不能傳播的。

（三）、 聲音的頻率

聲波每秒的振動次數稱為頻率，頻率在20hz~20khz之間稱為聲波；頻率大於20khz稱為超聲波；頻率小於20hz稱為次聲波。超聲波和次聲波人耳是聽不到的，地震波和海嘯都是次聲波。有些動物的耳朵比人類要靈敏得多，比如蝙蝠就能"聽到"超聲波。

世界上很少存在單一頻率的 "純音"，我們所聽到的聲音大都是各種頻率的複合音，如樂器發出的單音就是周期性的複合音，語音則是非周期性的複合音。

讓我們對聲音的頻率有一個比較直觀的概念：

大鼓的"蓬蓬"聲頻率很低，大約在數十赫茲左右；

人的語音頻率範圍主要在200 hz到4000 hz之間；

鑼聲、鈴聲的頻率大約在2000 hz到3000 hz左右；

在人類語音中，女聲比男聲頻率要高一點；童聲要比成人頻率高一點；"啊啊"聲頻率較低，"咿咿"聲頻率稍高，"嗤嗤、嘶嘶"聲頻率最高。知道這一點很有用，在實際選配中，你可以經常用來測試病人戴助聽器前後對聲音頻率的反應。

高頻和低頻是相對的，在語音範圍中，通常把1000 hz以上的區域稱為高頻區，500 hz -1000 hz的區域稱為中頻區，低於500 hz的區域稱為低頻區。

二、 聲音的基本性質

（一）聲波的傳播特性

聲波在傳播中會產生反射、折射、繞射和干涉等現象：

（1）反射和折射，聲波從一種媒質進入另一種媒質的分界面時，會產生反射現象。遇到障礙物時，還有一部分聲波將進入障礙物而產生折射。

（2）繞射，當聲波遇到牆面或其他障礙物時，會有一部分聲波繞過障礙物的邊緣而繼續向前傳播，這種現象稱為繞射。

（3）干涉，干涉是指一些頻率相同的聲波在傳播中互相疊加後會使聲波在有的地方增強，有的地方削弱的現象。

除了上述3種主要特性外，聲波在傳播過程中還有吸收與透過現象、諧振現象、衰減現象等特性 。

（二）聲音的三要素

聲音主要是通過音量、音調、音色這3個要素來表現其特性的。

（a）音量又稱響度，是指人耳對聲音強弱的主觀感受。音量主要取決於聲波的振幅大小。

（b）音調又稱音高，是指人耳對聲音調子高低的主觀感受。音調主要取決於聲波頻率。

（c）音色是指人耳對聲音特色的主觀感受。音色主要取決於聲音的頻譜結構。

聲音的三要素

三、 人耳聽覺的基本特性

（一）人耳的聽覺原理

聲音既是一種物理現象，也是一種生理現象，人耳是聲波的接收者。人耳主要由三部分組成，即：外耳、中耳和內耳，聲波通過人耳鼓膜的振動轉化成聽覺神經脈衝信號，然後被傳送到大腦皮層聽覺中樞，從而產生了聽覺，即人耳聽到了聲音。

聽覺的功能有分辨聲音的高低和強弱，還可以判斷環境中聲源的方向和遠近。

（二）．聲音的聽覺特徵

聽覺的閾限是人的聽覺系統感受到最弱聲音和痛覺聲音的強度極限，它與頻率和聲壓有關。在閾限以外的聲音，人耳感受不到，不能產生聽覺。

可聞聲、聽閾和痛域決定了人耳的聽覺範圍。

（1）可聞聲：是指正常人可以聽到的聲音，其頻率範圍為20 Hz～20 kHz，稱為音頻。

（2）聽閾：可聞聲必須達到一定的強度才能被聽到，正常人能聽到的強度範圍為0～140 dB。使聲音聽得見的最低聲壓級稱為聽覺閾值，它和聲音的頻率有關。在良好的聽音環境中，聽力正常的青年人，在800～5000 Hz頻率範圍內的聽閾十分接近於零分貝（對應的聲波的聲壓值為0.00012帕）。

（3）痛域：使耳朵感到疼痛的聲壓級稱為痛域，它與聲音的頻率關係不大。通常聲壓級達到120 dB時，人耳感到不舒適；聲壓級大於140 dB時，人耳感到疼痛；聲壓級超過150 dB時，人耳會發生急性損傷。

（三）聽覺等響特性

聲音的特性可由決定聲音效果的三個要素來描述，即響度、音調和音色。

（1） 響度

人耳對聲音強弱的主觀感覺稱為響度。聲音給人的主觀感覺，最主要的是聲響的大小。響度和聲波振動的幅度有關。一般說來，聲波振動幅度越大則響度也越大。

響度是聽覺的基礎。正常人聽覺的響度範圍為0～140dB(也有人認為是一5～130dB)。一般以1kHz純音為準進行測量，人耳剛能聽到的聲壓級為odB(通常大於o．3dB即有感受)、聲強為10_12w／m2時的響度級定辦。方。而當聲音增強到使人耳感到疼痛時，仍以1kHz純音為準來進行測量，聲壓級約達到140dB左右。

等響曲線是指以連續純音做試驗，取1000Hz的某個聲壓級為基準，則聽起來和它同樣響的其他頻率純音的各自聲壓級構成的一條曲線，如圖所示。

（2）音調

音調是人耳對聲音調子高低的主觀感受，它由聲波的頻率所決定，頻率越高，音調越高，反之則低。主觀感覺的音高單位是「美」(mel)，通常定義響度為40方的lkHz：純音的音高為1000美。赫茲與「美」同樣是表示音高的兩個概念不同而又有聯繫的單位。 根據人耳對音高的實際感受，人的語音頻率範圍可放寬到80Hz～12kHz。

（3）音色

音色是由聲音中各種頻率成分及其強度決定的，即由頻譜決定。人們之所以能分辨出不同的人發出的聲音或不同的樂器所奏出的樂章，是因為其音色不一樣。單一頻率的音稱為純音，具有諧波的音稱為複音。聲波基頻所產生的能聽清楚的聲音稱為基音，各次諧波的微小振動所產生的聲音稱泛音。人們根據不同泛音的頻率成分及其相對強度來區分不同的音色。

（三）聽覺閾值特性

聽覺閾值特性就是指人耳對不同頻率的聲音具有不同的聽覺靈敏度的特性。通常情況下，正常人能聽到的聲音強度範圍為0～140dB。人耳在800Hz～5kHz頻率範圍內的聽閾十分接近於0dB，而對100Hz以下的信號或18kHz以上的信號的聽覺靈敏度卻大大降低。

（四）聽覺掩蔽特性

聽覺掩蔽特性，是指一個較強的聲音往往會掩蓋住一個較弱的聲音，使較弱的聲音不能被聽到。這種掩蔽特性有頻域掩蔽和時域掩蔽。

（1）頻域掩蔽。是指一個幅度較大的頻率信號會掩蔽相鄰頻率處的幅度相對較小的頻率信號，使小信號不能被聽不見。

（2）時域掩蔽。是指在時間上，一個強信號會掩蔽掉前後一段時間內較弱的聲音，使之不能被聽到。