音響技術(shù)中的物理定律與效應(yīng)
聽覺韋伯定律:
韋伯定律表明了人耳聽聲音的主觀感受量與客觀刺激量的對(duì)數(shù)成正比關(guān)系。當(dāng)聲音較小，增大聲波振幅時(shí)，人耳的主觀感受音量增大量較大;當(dāng)聲音強(qiáng)度較大，增大相同的聲波振幅時(shí)，人耳主觀感受音量的增大量較小。
根據(jù)人耳的上述聽音特性，在設(shè)計(jì)音量控制電路時(shí)要求采用指數(shù)型電位器作為音量控制器，這樣均勻旋轉(zhuǎn)電位器轉(zhuǎn)柄時(shí)，音量是線性增大的。
聽覺歐姆定律:著名科學(xué)家歐姆發(fā)現(xiàn)了電學(xué)中的歐姆定律，同時(shí)他還發(fā)現(xiàn)了人耳聽覺上的歐姆定律，這一定律揭示：人耳的聽覺只與聲音中各分音的頻率和強(qiáng)度有關(guān)，而與各分音之間的相位無關(guān)。根據(jù)這一定律，音響系統(tǒng)中的記錄、重放等過程的控制可以不去考慮復(fù)雜聲音中各分音的相位關(guān)系。
人耳是一個(gè)頻率分析器，可以將復(fù)音中的各諧音分開，人耳對(duì)頻率的分辨靈敏度很高，在這一點(diǎn)上人耳比眼睛的分辨度高，人眼無法看出白光中的各種彩色光分量。
掩蔽效應(yīng): 環(huán)境中的其他聲音會(huì)使聽音者對(duì)某一個(gè)聲音的聽力降低，這稱之為掩蔽。當(dāng)一個(gè)聲音的強(qiáng)度遠(yuǎn)比另一個(gè)聲音大，當(dāng)大到一定程度而這兩個(gè)聲音同時(shí)存在時(shí)，人們只能聽到響的那個(gè)聲音存在，而覺察不到另一個(gè)聲音存在。掩蔽量與掩蔽聲的聲壓有關(guān)，掩蔽聲的聲壓級(jí)增加，掩蔽量隨之增大。另外，低頻聲的掩蔽范圍大于高頻聲的掩蔽范圍。
人耳的這一聽覺特性給設(shè)計(jì)降低噪聲電路提供了重要啟發(fā)。磁帶放音中，有這樣的聽音體會(huì)，當(dāng)音樂節(jié)目在連續(xù)變化且聲音較大時(shí)，我們不會(huì)聽到磁帶的本底噪聲，可當(dāng)音樂節(jié)目結(jié)束時(shí)，便能感覺到磁帶的“咝......”噪聲存在。
為了降低噪聲對(duì)節(jié)目聲音的影響，提出了信噪比的概念，即要求信號(hào)強(qiáng)度比噪聲強(qiáng)度足夠的大，這樣聽音便不會(huì)覺得有噪聲的存在。一些降噪系統(tǒng)就是利用掩蔽效應(yīng)的原理設(shè)計(jì)而成的。
雙耳效應(yīng): 雙耳效應(yīng)的基本原理是這樣：如果聲音來自聽音者的正前方，此時(shí)由于聲源到左、右耳的距離相等，從而聲波到達(dá)左、右耳的時(shí)間差(相位差)、音色差為零，此時(shí)感受出聲音來自聽音者的正前方，而不是偏向某一側(cè)。聲音強(qiáng)弱不同時(shí)，可感受出聲源與聽音者之間的距離。
哈斯效應(yīng): 哈斯的試驗(yàn)證明：在兩個(gè)聲源同時(shí)了聲時(shí)，根據(jù)一個(gè)聲源與另一個(gè)聲源的延時(shí)量不同時(shí)，雙耳聽音的感受是不同的，可以分成以下三種情況來說明：1、兩個(gè)聲源中一個(gè)聲源與另一個(gè)聲源的延時(shí)量在5-35ms以內(nèi)時(shí)，就好像兩個(gè)聲源合二為一，聽音者只能感覺到超前一個(gè)聲源的存在和方向，感覺不到另一個(gè)聲源的存在。2、若一個(gè)聲源延時(shí)另一個(gè)聲源30-50ms，已能感覺到兩個(gè)聲源的存在，但方向仍由前導(dǎo)所定。3、若一個(gè)聲源延時(shí)量大于另一個(gè)聲源為50ms時(shí)，則能感覺到兩個(gè)聲源的同時(shí)存在，方向由各個(gè)聲源來確定，滯后聲為清晰的回聲。
勞氏效應(yīng): 勞氏效應(yīng)是一種立體聲范圍的心理聲學(xué)效應(yīng)。勞氏效應(yīng)揭示：如果將延遲后的信號(hào)再反相疊加在直達(dá)信號(hào)上，會(huì)產(chǎn)生一種明顯的空間感，聲音好像來自四面八方，聽音者仿佛置身于樂隊(duì)之中。
德波埃效應(yīng): 德波埃效應(yīng)是立體聲系統(tǒng)定向的另一基礎(chǔ)。德波埃效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)是：放置左、右聲道兩只音箱，聽音者在兩只音箱對(duì)稱線上聽音，給兩只音箱饋入不同的信號(hào)，可以得到以下幾個(gè)定論：1、如果給兩只音箱饋入相同的信號(hào)，即強(qiáng)度級(jí)差L=0，時(shí)間差t=0，此時(shí)只感覺到一個(gè)聲音，且來自兩只音箱的對(duì)稱線上。2、如果兩只音箱的強(qiáng)度級(jí)差L不為0，此時(shí)聽音感覺聲音偏向較響的一只音箱，如果強(qiáng)度級(jí)差L大于等于15dB，此時(shí)感覺聲音完全來自較響的那一只音箱。3、如果強(qiáng)度級(jí)差L=0，但兩只音箱的時(shí)間差t不為0，此時(shí)感覺聲音向先到達(dá)的那只音箱方向移動(dòng)。如果時(shí)間差t大于等于3ms時(shí)，感覺聲音完全來自先到達(dá)的那只音箱方向。
匙孔效應(yīng): 單聲道錄放系統(tǒng)使用一只話筒錄音，信號(hào)錄在一條軌跡上，放音時(shí)使用一路放大器和一只揚(yáng)聲器，所以重放的聲源是一個(gè)點(diǎn)聲源，如同聽音者通過門上的匙孔聆聽室內(nèi)的交響樂，這便是所謂的匙孔效應(yīng)。
浴室效應(yīng): 身臨浴室時(shí)有一個(gè)切身感受，浴室內(nèi)發(fā)出的聲音，混響時(shí)間過長且過量，這種現(xiàn)象在電聲技術(shù)的音質(zhì)描述中稱為浴室效應(yīng)。當(dāng)?shù)?、中頻某段夸張，有共振、頻率響應(yīng)不平坦、300Hz提升過量時(shí)，會(huì)出現(xiàn)浴室效應(yīng)。
多普勒效應(yīng): 多普勒效應(yīng)揭示移動(dòng)聲音的有關(guān)聽音特性：當(dāng)聲源與聽音者之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)感覺某一頻率所確定的聲音其音調(diào)發(fā)生了改變，當(dāng)聲源向聽音者接近時(shí)是頻率稍高的音調(diào)，當(dāng)聲源離去時(shí)是頻率稍降低的音調(diào)。這一頻率的變化量稱為多普勒頻移。移近的聲源在距聽音者同樣距離時(shí)比不移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)度大，而移開的聲源產(chǎn)生的強(qiáng)度要小些，通常聲源向移動(dòng)方向集中。
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