科普丨音響基礎知識（三）：音響的客觀量與主觀量

毫無疑問，聲音的產生和傳播是含有具體物理量的，但是當人耳感受聲音時，其感受過程和方式則以生理、心理量為主。

我們知道，音響的客觀量是主觀量的依據和前提，人對外界聲音的感覺量，同聲音的刺激量成冪數定律關係，而且在合理的誤差範圍內可找出規律。這種關係不僅適用於聽覺，並適用於視覺、嗅覺和觸覺等。但是聽覺感覺又僅僅是個聲音收集問題，它還涉及到大腦皮質對外界聲信號的分析、綜合、處理、儲存、反饋等一系列生理、心理機制過程。

因此，「影音新生活」編輯此文，為大家詳細解讀音高、音強、音色、音長和聲源方位感等具體問題，同時也將闡述聲音的客觀量與主觀感覺量之間的不平衡狀況，為大家在以後的實踐工作提供參考和幫助。

一、音高感覺

音高是頻率的屬性。總的感覺規律是：振動數每增加一倍，音高感覺亦隨之翻高一倍（八度音程）。對於一個聽力正常的人來說，高音感到尖銳緊張，中音感到厚實明亮，低音感到低沉鬆弛。當聲音的高度靠近高頻限閾（聲頻最高音）時，聲音感到越來越纖細，飄忽不定，直至聽不見；當聲音向低頻限閾（聲頻最低音）靠近時，聲音感到越來越虛弱，若隱若現，無法確定其具體音高，直至聽不到聲音。

從總體看，人耳的頻率感覺界限最高音是24kHZ，最低音是10HZ。但各人生理條件不同，聲頻界限亦不同。例如許多兒童可以聽到30kHz的高頻音，有的人則可以聽見5HZ的低頻。還有個十分重要的事實，即人們隨著年齡的增加，聲頻範圍會發生變化，一般規律是：絕大多數人自 30歲開始，聽覺逐漸老化衰退，先從高頻感覺界限下跌。當然也有例外，有的人七八十歲聽力仍相當靈敏，聲頻下跌甚小，但畢竟是個別例子。

人的聽覺器官對音高感覺形成兩種標準：一種是相對標準，另一種是絕對標準。

丨相對高度標準

聽覺器官對聲音高度的感覺，是先天形成的生理機能，只要是聽力正常的人，無需經過訓練就會產生這種感覺。對於大多數人來說，聲音的高度感是一個相對的概念，人們在評價聲音的高度時，很少對聲音的準確高度（頻率數）發生興趣，而僅僅注意聲音的相對高度。譬如我們有時說：「某人說話的腔調比別人高」，這種說法實際上是把人的言語的常規音域作為衡量音高的標準。又譬如說：「牛的叫聲真低沉」，這是把許多動物的不同叫聲相比較後得出的相對標準。

在音高感覺上，存在著主觀評價差異的現象。例如人在兒童時代覺得自己父親的聲音很低沉，等到自己長大成人後，覺得父親的聲音並不低沉；又如男人們會覺得某一女人的聲音很尖，但是女人們並不同感。這些現象反映出人們音高標準的相對性。同時也反映了音高的客觀量同主觀量的相對性。

丨絕對高度標準

人耳在辨別聲音高度時同某個音高刻度相聯繫，稱為聽覺的絕對高度標準。例如調音師為鋼琴調音，樂手根據國際標準音高度對音，歌唱家、演秦家的演唱演秦，機械師憑藉耳朵來判斷機器轉動，音樂欣賞等等，都屬於絕對高度標準的具體運用。

聽覺器官絕對高度標準的建立，是後天性的，經驗性的，可訓練的。一個從未接觸過音樂的人，腦子裡不可能存在樂音的音高概念，無從掌握和辨認十二平均律的調性調式關係。但是一個自幼接受嚴格訓練的人，卻能辨別出2000HZ與2001HZ之間的微小差別。這當然是極個別的例子，然而也說明人耳在經過訓練之後，音高辨別能力可以得到極大的提局。

對於大多數音樂家來說，在500?4000Hz的範圍內，振頻相差0.03%即可產生音高變化感，經過訓練的樂手和歌唱家，可以準確地奏（唱）出十二平均律八度內各種音程的跳動，說明了人類聽覺器官對音高記憶的可塑性。在500?4000Hz以外的聲頻，如果聲音強度發生較大變化時，音高辨別會出現誤差，5000Hz的高音若增加音量，會產生5010Hz的感覺；400Hz的聲音若增加音量，會產生390Hz的感覺。有專家認為，這種高音向高，低音向低偏差感，是以1000Hz為界漸漸形成的，只是到了高頻音和500Hz以下的低頻才較明顯。到底什麼原因造成這種偏差，目前尚不明了。

二、音強感覺

丨音強是振幅的屬性

音強感是耳蝸功能之一。當聲波刺激耳蝸時，基底膜上並非一個毛細胞發生共振，而是一組纖維同時振動，隨著聲音強度的不同，基底膜上相應部分的振幅並不同，誘發出的脈衝電流的強度也不同，大腦皮質根據電流的強度而產生聲音的強弱感覺。

丨聲強的客觀量與主觀量

如前所述，人耳對外界聲音的感覺量，同聲音的刺激量成冪數關係。也就是說，一個聲音比另一個聲音響十倍，就叫做強l0dB。強度的10次冪項每增加1次，聲強級就再增加10dB。一個聲音是另一個聲音響度的一千倍，則強30dB；—個聲音強達十萬倍，就是大50dB；如此類推。

對於一個具有正常聽力的人來說，近似0dB是最微弱的聲音感覺；3dB的強度變化，是所能感覺到的響度最小變化；對於60?80dB的響度，是城市居民日常接觸的聲場；130dB是痛閾。

丨聽覺的頻率特性

實驗證明，人耳對兩個同強度而不同頻率的聲音，會產生響度不同的感覺。聽覺器官在不同頻率的聲音刺激時，其聞閾起點是不同的，它反映了耳蝸基底膜頻率響應的不均衡性。

聲強級高時，等響度曲線比較平坦；聲強級低時，等響度曲線上各頻率聲音響度相差很大，也就是說，低音和高音必須比中音區聲強級大些，才能得到同樣響度的聲音感覺。了解到上述情況意義十分重大。因為立體聲音響技術、電子音響合成技術、音樂演奏等諸方面均直接涉及人耳的頻率響應問題。

丨音強適應

耳鍋基底膜受到聲刺激後，與之相對應的一組毛細胞隨之共振並發出電脈衝，當刺激延續下去時，神經細胞遂漸表現遲鈍，誘發的電脈衝強度減弱。這種刺激適應現象不僅存在於聽覺，也存在於視覺和嗅覺、觸覺。韋佛(E. G. Wever)實驗表明，對低和中等強度（10?40dB)的聲音刺激，響度聞閾提高得較為緩慢，而對高強度(82dB)的聲音刺激的適應，則前10秒鐘響度限閾有急劇的的上升，10秒鐘之後上升的速度比較緩慢。

音強適應現象可以解釋：為什麼在同等音量對比時，強音連接弱音和弱音連接強音兩者的感覺會不一樣。比如在交響樂隊演奏時，由強烈的全奏變為一種樂器的獨奏，聲強比可能是100:1 ，但聽覺並不感到有這樣的音量懸殊；相反地，如果由獨奏開始，突然爆發出強烈的全奏，聲強比可能是1:100，但聽覺上會感到音量比的倍數還要大。

丨信噪比

人耳對音強辨認的靈敏度同聽音環境十分密切。同一個音強度的聲音，在寧靜的環境中會顯得較強，在嗜雜的環境中卻顯得較弱。我們都有這種經驗，每當夜深人靜時，許多平時不為我們聽聞的音響（如鬧鐘的塔聲，自來水龍頭滴水聲甚至自己身體的脈博聲等）都顯得格外清晰。造成這種現象的原因，是因為在有雜訊存在的聲場中，聲波互相干擾，主要聲信號同雜訊信號發生衝突。降低雜訊的強度以後，主要聲信號自然顯露出來。

人耳靈敏度曲線

聲場中的主要聲信號同雜訊信號之間的比例，稱為信噪比。毫無疑問，在聲場中，主要聲信號所佔比例越大，聽覺靈敏度就越高，反之亦然。

丨聽覺疲勞

聽覺疲勞，是指聽覺器官因暴露在強聲下而產生的短期的或長期的聽覺機能障礙，造成聞閾上升，高頻聽力突然下降或耳鳴等癥狀。聽覺疲勞既是生理性的，又是心理性的。

日常生活中的各種聲音的強度為：耳語10?12dB，普通談話40dB，高聲說話60dB,大聲吵架亦不過80dB左右，地鐵雜訊為75?80dB，交響樂隊ff全奏80?85dB，這些聲音強度並不影響聽覺正常聽力。如果聽覺器官暴露在80?90dB的強聲下30分鐘，移去強聲後聽者會有5?15dB的暫時性（約十分鐘）的聽力損失。強度90?95dB的突發聲，即使時程短於0. 05秒，也會造成聽覺0.4秒的暫時失聰。如果過程經年累月地反覆進行，聽覺細胞將發生器質性的變性，逐漸變成職業性聽覺障礙或發生耳鳴現象，甚至耳聾。

丨單耳聆聽與雙耳聆聽在強度感覺上的區別

一個有趣的現象：人的視覺與聽覺在強度感覺上有極大的差異。人在看東西時，在外界相同的光線強度時，用一隻眼睛看或兩隻眼睛看，會感覺到光線強度是一樣的；當人在聽聲音時，在外界聲強度相同的情況下，用一隻耳朵聆聽與用雙耳聆聽比較，聲音強度的感覺則大不一樣。其基本規律是：雙耳聆聽是單耳聆聽強度感覺的加倍。這種現象在運用立體聲耳機聆聽音樂節目時表現最為明顯。

三、音長感覺

丨音長是振動時程的屬性

當聲波刺激耳蝸基底膜時，基底膜毛細胞即產生共振，脈衝電流極短的時間內向大腦聽覺區發出信號；當聲波停止刺激基底膜，毛細胞隨即停止運動。這個過程也就是人耳感覺到聲音長短的過程。音長感覺容易理解，無需作更多的解釋。不過人耳對音長感覺的一些特殊因素，往往被一般人所忽略。

人耳可以聽出靠近0dB的聲強度，說明人耳對聲音感覺有極高的靈敏度。但是人耳不是萬能的，它無法分辨出時程短於10毫秒的聲音變化。也就是說，一個人音如果在時值上小於1/10秒，那麼人耳只能大概地聽出其高度和強度，無法感覺出它在音色、音高、音強上的變化。同樣地，如果兩個聲音之間的空隙小於1/100秒，那麼兩個聲音將連成一片。

丨回聲效應

由於耳殼回凹凸不平，聲波反射造成一種比直達聲少量延時的重複聲。此外，當耳蝸基底膜受聲刺激後向大腦發送脈衝電流之後，延時約3?20ms (毫秒）有聲能自內耳向外耳道發出，形成聲反饋現象。上面這兩種情況，構成回聲效應。

回聲效應延時曲線

回聲效應使人耳對聲音時值的感覺比原發聲稍長，長多少視頻率的不同和個人生理情況而定。一般情況下，在1000HZ時，回聲的延時量約為16ms，在這個基礎上，每翻高一個八度延時量約減少1.2ms，每降低一個八度延時量約增加1ms。根據回聲效應，當兩個頻率、力度、首色相近的聲音對接時，如果斷口的時值不超過10ms那麼這兩個聲音聽起來是一個延續的聲音。當高頻聲的斷口時值超過16ms ，低頻超過22ms ，則會感到兩個聲音之間的斷口存在。

丨梳狀效應

由於耳殼的形狀，聲波反射產生直達聲與重複聲之間的相位差。當直達聲與重複聲迭加時，通常在高頻段出現相位干涉（聲波抵消）現象，因而使得聽覺對一些本來是長時值的平直音，實際上都變成具有一定間隔（間隔狀況根據各人耳殼結構而異）的頻響跌落。這種跌落曲線好象一把倒放的梳子，而稱為梳狀效應。

梳狀效應曲線示意

梳狀效應是一種生理現象，每個人都有自己特殊的梳狀曲線。通常情況下，我們感覺不到頻響的微小跌落，但在某些情況下（如使用不合理的耳機），梳狀曲線會發生變化，人耳會清楚地感覺出來。梳狀效應又是人耳聲源的依據之一。

四、音色感覺

音色感覺是人類聽覺器官最為神奇的功能。據統計，如果一個人活到八十歲，那麼他（她）一生中可能聽到並分辨出一億個不同的音色。而且可以記住其中的一百萬個不同的音色特點。實際上，人耳對音色的分辨能力是無限的。這是人類優於其它動物的特徵之一。

音色是個十分複雜的概念，之所以說它複雜，一是因為構成音色的物理成分複雜；二是因為人耳對音色的感覺過程複雜；三是因為毎個人都生就一付與別人不同的耳朵：音色感覺帶有複雜的心理成分，形成了千差萬別的「主觀評價」。

構成音色的物理成分主要是頻率（基頻及其諧波序列）、振幅和發聲過程三種因素。音色感覺的生理機制是耳蝸基底膜在受到這三個當量的刺激後，向大腦皮質發送相應的脈衝信號。但是三個當量是如何吻合為一個完整的音色感覺的，這個問題則需要近代生理學和心理學進一步探索。

丨音色的主觀評價

對同一種音色的評價，得出截然相反的意見，這種情況履見不解。形成音色主觀評價不同的 . 心理因素是多種多樣的。它好比每個人的口味嗜好一樣，有的人喜歡辣，有的人喜歡酸，有人喜歡咸些，有人喜歡甜些，這種偏好總難強求一致。

形成對音色主觀評價不同的主要原因：

1、聽覺適應

每個人的生活環境不同，日常接觸的聲信號亦不同。例如長時間生活在農村的人，適應了較為寧靜的生活環境，對城市的嗜雜音響感到刺耳；長期生活在城市，習慣了城市街道雜音的人，對城市嗜雜聲響卻並不那樣無法忍受。

2、文化素養

經常接觸音樂藝術，對樂器音色和演奏技巧有研究的人，和平時不接觸音樂藝術，不關心樂器演奏的人，對音樂音色雖然有不同的評價，前者對音色要求細膩、嚴格，能夠區分音色的微小變化；後者對音色要求粗精，無法感覺出音色的細微變化。

3、年齡差別

如前所述，一個人隨著年齡的增長，高頻聽力逐漸下降，許多構成音色的諧波成分（高頻泛音）聽不見，因此，上數歲的人與年青人的音色感覺有所不同。老年人覺得不明亮的音色，年青人感覺明亮，老年人感到明亮的音色，年青人可能會感到刺耳。

4、情緒素質

每個人所處的心態狀況不同，亦影響對音色的感覺。例如一個人處於極度悲痛的情況下，對明亮尖銳的音響感到厭惡和格格不入，而其他人並沒有這種感覺。

5、生理原因

一些人聽覺生理有缺陷，對音色產生與常人不同的感覺。例如耳鳴患者、復聽患者、某段頻率失聰患者等，都會影響對一些特定的頻段音色的分析能力，從而影響音色的正常感覺。

總而言之，音色的美與丑感覺依附於一定的物理量，然而就個人的感受來說，又帶有極大的主意性。因此，純粹地為某個音色的好壞去爭辯不休，顯然是沒有意義的。

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