听音的方位感和空间感

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所属分类:声学基础

方位感
一只耳朵是无法辨明声源的方向的,而两只耳朵才能辨别方向。人耳的这种在一定声学空间内能够对声源定位的能力称之为空间定位或听觉定位,这种效果取决于以下三种人耳对所接收声波的细微感觉:
1,两耳听觉上的强度差;
2,声波到达两耳时的时间差;
3,耳廓(外耳)的作用。
来自右侧的中频或者更高的频率传到右耳时听起来要比左耳强度上要大一些,引起了两耳“听觉上的强度差”。这种差别是由于人头的存在,在左边一侧投下了一块声影,而只有周围的反射声能够到达左耳。如下图2所示。由于反射声到达左耳时,每一次反射都要经过更长的距离,损失更多的能量,所以左耳感觉到的声音要弱些,这样使人可以判定声源是来自右方向的。

空间感
除了判明声源的方向以外,人耳与大脑还会相互结合去感觉距离以及声源所处于的声学空间。当一个声音发出后,它同时向各个方向发散出去,发散的角度则由声源的特性决定。只有一小部分声音未受任何障碍而直接到达听音者,绝大部分则发散到四周的表面上。如果这些表面具有反射性,它们会将声波反射回来,其中一部分反射波反射给听音者。如果这些表面具有吸声性,那么,几乎没有什么能量能够反射给听音者。
在空气中,声音以每秒约340米的速度连续传播。从声源到听音者之间直线传播的声音因其路线短而最先到达听音者,这个声音称为直达声。那些经由房间表面反射回来的声音要经过长些的距离才能到达听音者,它们要迟于直达声的到来。这些迟来的声音称为反射声。它们除了相对于直达声有一些延时外,还来自不同的方向。由于反射声有一定的附加路程差,所以当声源停止发声后,人耳在短时间内仍可听到声音。强反射表面在每一次反射时,吸收较少的能量,因而相对于强吸声表面来说,强反射表面对声源在停止发声后能持续较长些的时间。在房间里听到的声音可以分为三类:直达声、早期反射声和混响声。直达声决定了我们对声源的方向、尺寸的感觉,并且携带了声源音色的信息。房间表面对于反射声在各个频率上并不相等,所以反射声的音色因反射面特性不同而改变。
早期反射声是指在直达声到达之后50毫秒内到达的声音。这些反射声只经过小范围反射而到达听音者,可能在方向上略有不同。直达声开始到达与早期反射声开始到达之间的时间为我们提供了关于房间尺寸的信息。房间表面离听音者越远,声音传至表面再反射回来需要更多的时间。当早期反射声在直达声到达后30毫秒内到达听音者时,人耳就不能够分辨出前后紧挨着出现的两个声音,而且还将反射声认为是直达声的一部分。这时会让我们觉得声音更响亮而且更为丰满。
迟于直达声50毫秒以上的反射声到达听音者时,经过了许多不同的表面的反射,变为来自各个方向的声波流,这些密集的空间反射声称之为混响声。
混响声的特点是功率随时间而逐渐降低,它除了能增加声音的响度之外,还能够增加温暖感、丰满感。由于经过了多次反射,混响声的音色较之于直达声有了很大的不同,最显著的是由于高频成分的衰减造成低频的过分夸张。我们把声源从发出声音开始直到该声音被衰减到低于60dB时所持续的时间称之为混响时间,记作RT60。房间表面的吸收特性决定了该房间的混响时间。人脑通过对混响时间以及反射声的感觉,运用这些信息,产生对房间环境表面的尺寸及其表面材质的坚硬或柔软程度的感知。当听音者向声源靠近时,人耳感到直达声的响度会迅速增加。但是,混响声的强度仍是相同的,因为混响声在房间内仍然有充分的扩散。只不过听音者通过对直达声响度与反射声响度之间的比例关系,能判断出听音者与声源之间的距离。
总体来说,直达声携带了有关声源的位置、尺寸和音色的信息,而直达声与早期反射声之间的关系感觉让我们对房间的尺寸产生印象。混响时间告诉了我们关于房间表面坚硬程度的信息,而混响声与直达声之间的比例则能告诉我们关于听音者与声源之间的距离。

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