聲學基礎課件

音頻技術是指聲音信號的拾取、傳輸、存儲和重放的技術。

。聲學基礎一、聲音的頻率范圍二、基本聲學量三、聲波的傳播四、人耳的聽覺感知特性一、聲音的頻率范圍次聲波：低于20Hz的聲波

超聲波：高于20KHz的聲波

音頻信號：20Hz-20KHz人耳可以聽到聲音

人的發(fā)生器官發(fā)出的聲音頻率：80-3400Hz

人說話的聲音頻率：300-3000Hz自然界中發(fā)聲體發(fā)出的聲音從頻率角度分兩類：純音和復合音純音：單一頻率成分的音復合音：兩種以上頻率構(gòu)成的音，可以分解為許多純音之和超低音：習慣上稱頻率低于60Hz的聲音低音：頻率為60-200Hz的聲音中音：頻率為200-1KHz的聲音中高音：頻率為1-5KHz的聲音高音：頻率高于5KHz的聲音基音：在復合音分解的信號中，頻率最低的一個純音成分泛音：比基音頻率高整數(shù)倍的純音成分返回二、基本聲學量（一）、聲波（二）、聲壓（二）、聲波方程（三）、聲波的能量--聲強返回（一）、聲波聲波（聲音）的產(chǎn)生應具備兩個基本要素：物體的振動和傳播振動的媒質(zhì)。物體的振動是產(chǎn)生聲波的基本原因，而傳聲媒質(zhì)則是傳播聲波的條件，兩者缺一不可。置于彈性媒質(zhì)中的振動體，由于它的振動，使得振動體周圍的媒質(zhì)質(zhì)點也隨之作受迫振動。媒質(zhì)質(zhì)點的振動在媒質(zhì)中的傳播，就稱為聲波。媒質(zhì)質(zhì)點的運動和波的運動在聲波的波動過程中存在著兩種既有聯(lián)系、又有區(qū)別的運動：媒質(zhì)質(zhì)點的運動和波的運動。-麥浪媒質(zhì)中的質(zhì)點僅在其平衡位置附近做往復運動，它們并沒有隨著“波”的運動傳播出去。波則是能量傳遞的一種形式。波傳播的是物質(zhì)的運動，而不是物質(zhì)本身。因此，波動是物質(zhì)運動的一種形式。描述聲場及聲波性質(zhì)的物理量:有聲波的空間或區(qū)域稱為聲場。與振動有關的物理量有質(zhì)點振動的位移、速度、加速度。與媒質(zhì)的狀態(tài)發(fā)生了變化有關的物理量有媒質(zhì)密度、壓強、溫度等。物理量的選擇原則在于它測試的可靠性和簡便性。

對于我們最常見的媒質(zhì)——空氣而言，大氣的壓強是最容易測定的，因此，采用與壓強有關的聲學量來描述聲過程。即用聲壓、質(zhì)點振速、媒質(zhì)密度來描述聲過程。（二）、聲壓在媒質(zhì)中沒有聲擾動時，媒質(zhì)的壓強是恒定的。在大氣中，這個壓強就是大氣壓強。由于聲波的存在，媒質(zhì)的壓強將發(fā)生變化。

P0表示原來（沒有聲波存在時）的壓強

P表示有聲波存在時的壓強則由于聲波的存在而引起的壓強變化量

因此，聲壓定義為由于聲擾動而產(chǎn)生的逾量壓強（簡稱逾壓）p。在聲波傳播的過程中，聲壓p是隨空間位置（x,y,z）與時間t的變化而變化的，即聲場中某點某一時刻的瞬時聲壓值，稱為瞬時聲壓。而在一定時間間隔內(nèi)的最大瞬時聲壓，稱為峰值聲壓。如果聲壓隨時間的變化服從簡諧規(guī)律，則峰值聲壓也就是聲壓的幅值。聲壓隨時間的變化服從簡諧規(guī)律。瞬時聲壓的方均根值就是有效聲壓，等于幅值的0.707倍。一般儀表測試的往往是有效聲壓值。因此，在實際應用中人們習慣上所指的聲壓也往往是聲壓有效值。聲壓的基本單位為帕(Pa),同時有1帕=1牛頓/米21微巴=1達因/厘米21帕=10微巴說明返回（三）、聲波方程聲場的特征可以通過媒質(zhì)中的聲壓p、質(zhì)點振動速度v、或媒質(zhì)的密度等物理量加以描述。建立這些參數(shù)隨時間與空間之間的變化關系，并以數(shù)學形式表示，就叫做聲波方程，也稱波動方程。圖令活塞以頻率作簡諧振動，并取活塞的表面中心（平衡位置）為原點O,以管軸的方向為x軸。誠然，管內(nèi)的質(zhì)點運動狀況不僅與時間t有關，而且還與質(zhì)點在管中的位置有關。在原點處，亦即在活塞表面處，空氣質(zhì)點的運動與活塞的運動顯然是相同的，它在時刻t離開平衡位置的距離（即位移）是由活塞的諧振動方程決定的。所謂管內(nèi)的聲波，指的就是空氣質(zhì)點振動能量在管內(nèi)傳遞的過程。因此，在離原點O的某一距離處B的空氣質(zhì)點也將在其平衡位置附近作諧振動，只不過振動從O點傳到B需要一段時間而已。也就是說，O點和B點所不同的是它們的起振時間不同。這種時間上的差距就是相位的不同，即這兩者之間存在著一定相位差。如果以c表示聲波的傳播速度（簡稱聲速），則B處的質(zhì)點將比O處滯后t=x/c開始振動，其相位差則為x/c。

為了簡便起見，暫且忽略空氣吸收，那么，振動的振幅將保持不變；振動的頻率也保持不變，因此，B處的空氣質(zhì)點在比O處延遲了t時間后，就將重復O處的振動，即B處的質(zhì)點位移可用下式表示：

ξ=Asin

(t-χ/c)(2-47)因為B點是任意選取的，可見，x是任意的。因此，(2-47)式就描述了在平面聲波傳播過程中，媒質(zhì)中任何一點、在任一時刻的質(zhì)點位移。它反映了有聲波存在時，媒質(zhì)質(zhì)點的位移隨時間與空間的變化規(guī)律。這就是以質(zhì)點位移表示的聲波方程。從(2-47)式可以看出，波動方程中含有兩個自變量t和x。這兩個自變量反映了質(zhì)點位移與時間t和空間位置x之間的相互關系。x一旦確定，位移則只是時間t的函數(shù)。這表示，在某一確定位置上，質(zhì)點振動位移隨時間t以正弦函數(shù)的規(guī)律變化。在一般情況下，即除x=0外的其它位置，盡管其變化規(guī)律與活塞（聲源）相同，但存在一定相位差。換句話說，該點的振動方式在滯后x/c之后才與活塞的振動方式完全相同。同樣地，t一旦確定，則位移僅僅是位置x的函數(shù)。這表示，對于某一確定的時刻而言，不同質(zhì)點振動的位移隨空間位置也是按正弦的規(guī)律變化的。

波長定義為，在一周期T的時間內(nèi)聲波傳播的距離，即因為周期T的倒數(shù)就是頻率f，因此，(2-48)式也可以改寫為式中c為聲速。(2-49)式表明了聲速c、周期T、頻率f及波長之間的基本關系。它是這些基本物理量之間的基本關系式。以質(zhì)點位移表示的波動方程(1-47)式也可以寫成以波長表示的形式ξ=Asin

2π(ft-χ/λ)=Asin

2π(t/T-χ/λ)

如果聲波沿x軸的負向傳播，則這時的波動方程

可以通過聲傳播時聲壓與媒質(zhì)密度的變化規(guī)律，求出以聲壓表示的聲波方程

聲波方程描述了聲壓隨空間和時間變化的情況。從聲壓的空間分布來講，一維的聲波方程，反映的是平面聲波的聲場情況，三維的聲波方程才是描述聲場的一般情況；從聲場隨時間變化上看，通常感興趣的是在穩(wěn)定的簡諧聲源作用下產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)聲場。求出(2-53)式在一維情況下的解在無限媒質(zhì)中傳播的平面聲波的聲壓表達式：式中pm是聲源處的聲壓幅值。(2-56)式給出了在無限媒質(zhì)中平面聲波的聲壓隨時間與空間的變化狀況。在實際物理問題中，有意義的是這一復數(shù)中的實數(shù)部分，因此，常常也將(2-56)式寫成以下形式：返回（四）、聲波的能量--聲強在聲波傳播過程中，媒質(zhì)中的各質(zhì)點就要發(fā)生振動，因此具有動能；與此同時，媒質(zhì)還要產(chǎn)生形變，因而還具有位能。聲波的傳播總是伴隨著能量的傳遞。定義:在單位時間內(nèi)，通過垂直于傳播方向上的單位面積的聲能量稱為聲強，用I表示。因此，現(xiàn)在的問題歸結(jié)為求解某一時間間隔t內(nèi),通過截面積S的總能量。質(zhì)點振動的機械能（包括動能和位能）等于該質(zhì)點的最大動能或最大位能。在單位體積內(nèi)，質(zhì)點振動的能量若以振速的幅值vm表示，則可寫成

在寫出(2-58)式時，已經(jīng)包含了這樣一個假定，即以該單位體積內(nèi)質(zhì)點的平均質(zhì)量代替這一變量，即式中的0是平衡態(tài)時的密度。（從統(tǒng)計上講，它是正確的）。為了建立聲能與聲壓之間的關系，我們引入質(zhì)點振速的聲壓表達式將(1-59)式代入(2-58)式，即可得出以聲壓表示的聲振動的機械能公式：聲能量密度在t時間內(nèi)，聲波沿x軸傳播過一段距離ct，在這一時間內(nèi)通過截面積為S的聲能量就是在Sct內(nèi)所具有的能量，即根據(jù)聲強的定義，則在實際問題中，常用的是聲壓有效值。若以有效聲壓pe表示，(2-61)式可以改寫成以下形式：這是聲強與聲壓之間關系的重要公式，在實際計算中要經(jīng)常用到的。在米千克秒(MKS)制中，聲強的單位是瓦/米2。聲源的聲功率是指聲源在單位時間內(nèi)供給媒質(zhì)的能量，即在單位時間內(nèi)輻射的能量，通常用W表示。顯然，聲源的聲功率W與聲強I之間存在以下簡單關系：式中S是聲強為I的聲波所通過的垂直于聲傳播方向的面積。聲功率的基本單位為瓦。1瓦=103毫瓦=106微瓦聲功率聲源的聲功率與聲源實際損耗的功率不同。聲功率僅僅是總功率中以聲波形式輻射出去的一小部分。例如，一個標稱為10瓦的揚聲器，以聲波形式輻射出去的聲功率通常不過0.2瓦左右。總結(jié)置于彈性媒質(zhì)中的振動體，由于它的振動，使得振動體周圍的媒質(zhì)質(zhì)點也隨之作受迫振動。媒質(zhì)質(zhì)點的振動在媒質(zhì)中的傳播，就稱為聲波。有聲波的空間或區(qū)域稱為聲場。聲壓定義為由于聲擾動而產(chǎn)生的逾量壓強（簡稱逾壓）p。

壓強的變化量。在單位時間內(nèi)，通過垂直于傳播方向上的單位面積的聲能量稱為聲強.聲源的聲功率是指聲源在單位時間內(nèi)供給媒質(zhì)的能量，即在單位時間內(nèi)輻射的能量。聲壓與聲強之間的關系I=Pe2/ρ0c=Pm2/2ρ0c聲強與聲功率的關系：W=I*S質(zhì)點振速與聲壓的關系：Vm=Pm/ρ0c三、聲波的傳播（一）、聲波的逸散與吸收（二）、聲波的迭加返回（一）、聲波的逸散與吸收聲壓或聲強總是隨著聲波傳播距離的變化而變化。影響這一變化的有兩個主要因素：

一是聲波的逸散；逸散不同于擴散二是傳聲媒質(zhì)對聲能量的吸收——通常簡稱為聲波的吸收。聲波的逸散按照波陣面的形狀，可將聲波劃分為平面波、柱面波和球面波三種基本類型。在這三類行波中，除平面波外，其它兩種波在其傳播過程中都將隨著傳播距離的增加，波陣面的面積也隨之增加，從而通過垂直于聲傳播方向的單位面積的聲能也將逐漸減小。即聲強隨聲傳播距離的增加而減小。這種聲現(xiàn)象稱為聲波的逸散。波陣面又稱“波前”。它是同一時刻，相位相同點的軌跡所形成的曲面。對于空間行波而言，顯然，平面波、柱面波或球面波的波陣面分別為平面、柱面或球面。波陣面（波前）點聲源（球面波）球面波實際上可以看成是從“點聲源”發(fā)出的一種聲波。所謂點聲源，是指它的線度比其所輻射的聲波波長小得多的一類聲源。在錄音實踐中遇到的大部分聲源，都可以近似地當作點聲源處理。設想有一個聲功率一定的點聲源，在距離r=r0處的聲強為I0,則通過此球面的總聲能E0,當這一球面波傳播至r處時，在不考慮聲波吸收等因素的情況下，總聲能將保持不變，因此，通過以半徑為r的球面上的聲能也將保持不變。在距離r=r0處的聲強為I0,則通過此球面的總聲能當這一球面波傳播至r處時，在不考慮聲波吸收等因素的情況下，總聲能將保持不變，因此，通過為半徑r的球面上的聲能也將保持不變。若以I表示r處的聲強，則亦即

可見，球面聲波的聲強是按距離平方反比的規(guī)律衰減的。考慮到聲強與聲壓之間的關系，相應的聲壓則按距離反比的規(guī)律衰減。根據(jù)(2-93)式，我們在已知距聲源某點的聲強后，就很容易求出聲場中任何一點的聲強或聲壓值。對于柱面波，由于波陣面的面積是與距離成正比，因此，其聲強將按距離反比的規(guī)律衰減，而聲壓則按距離平方根反比的規(guī)律衰減。柱面波聲強隨距離的衰減要比球面波緩慢得多。頻率與平面聲波一樣，球面波和柱面波不隨時間變化，與聲源保持相同，因此，在傳播過程中聲波的頻率將保持不變。變的是強度。線聲源（柱面波）雖然球面波與柱面波隨距離的變化規(guī)律與平面波不同，但以前有關平面波的公式，凡只涉及時間變化的量，如位移、速度、加速度及聲壓、聲強等的關系式，對于球面波或柱面波仍然適用。但涉及隨距離變化的量，則不能直接引用，而必須作相應修改。聲波的吸收在聲傳播過程中，影響聲壓或聲強的另一個重要因素，則是聲波的吸收。所謂聲波的吸收，實際上是指當聲波在媒質(zhì)中傳播時，聲能量不斷被媒質(zhì)吸收而轉(zhuǎn)化為其它形式的能量。假設有一沿x軸傳播的平面聲波，在x處的聲強為I，傳播了一段微小距離x后，由于媒質(zhì)的吸收作用，相應地改變了一個微小量I。顯然，聲波原來所具有的能量愈大，傳播的距離愈長，被吸收的能量也就愈多，即聲強的改變量也就愈大。聲強的改變量I是與聲波的聲強I及聲波傳播的距離x成正比，可用下式表示：式中2是比例常數(shù)，負號表示隨聲波傳播距離的增加，聲能是逐漸減小的，亦即當傳播距離x為正時，聲強的“增量”應為負。(2-94)式也可以寫成：當x0時，(2-95)式可以改寫成微分形式：(2-96)式是以微分方程的形式把聲強與聲傳播距離聯(lián)系起來的關系式。求出這一方程的解，就可建立它們之間的函數(shù)關系。從(1-96)式不難得出：如果以聲壓表示，則有式中p0為x=0處的聲壓值。用表示媒質(zhì)的聲能衰減系數(shù)，它與頻率有關。頻率越高，α取值越大。[例1]設有兩列頻率分別為400赫與8000赫的平面聲波，試求它們在空氣中傳播了1000米后的聲壓級減小值。[解]設聲波在x=0處的聲壓為p0,相應的聲壓級為L0,則從(2-98)式可知，在聲波傳播至x處時，其聲壓應為僅考慮聲波的吸收顯然，聲壓級的減小值為對于f=400Hz而言，10

-4

（米），以x=1000米代入(2-99)式，則顯然，聲壓級的減小值為對于f=400Hz而言，10-4

（米-1

），以x=1000米代入(2-99)式，則對于f=8000Hz而言，910-3（米-1）,以x=1000米代入(2-99)式，則圖重要的結(jié)論在不考慮因聲波逸散而引起的衰減的情況下，僅就聲波的吸收而言，低頻的減小量是很小的。頻率愈低，衰減量就愈小，在錄音中往往可以忽略；高頻則不然，它們的衰減量是相當大的，而且隨著頻率的提高，其衰減量急劇增加。[例2]設有一頻率為8000赫的球面聲波，它在距聲源中心r0=10米處的聲壓級L0=120dB,試求在距離聲源中心r=20、100、1000米處的聲壓級。[解]從(2-99)式可知，由于空氣的吸收而產(chǎn)生的聲壓級減小量L由下式?jīng)Q定考慮聲波的吸收和逸散由于聲波的逸散而產(chǎn)生的聲壓級減小量應為因此，總的衰減量根據(jù)題意，可以算出r處的聲壓級L=L0L,如下表所示。逸散和吸收結(jié)論通過例2的計算表明：在聲源附近，由于聲波的逸散而產(chǎn)生的聲壓級減小量是主要的；隨著距離的增加，因聲吸收所形成的聲壓級衰減量將逐漸轉(zhuǎn)化為主要因素了。在實際問題中，聲波的逸散和聲波吸收往往是同時存在的，這時就要特別注意起主要作用的因素，這樣才可能對聲音進行有效的控制。（二）、聲波的迭加在幾個波相遇的區(qū)域，媒質(zhì)質(zhì)點的振動則應等于各個聲波分別在該點引起振動的迭加，這就是波的迭加原理。兩列聲波迭加時可分成以下兩種情況：（1）兩列聲波產(chǎn)生的振動，在相位上沒有固定的聯(lián)系，而帶有隨機的特性。兩列不同頻率的聲波在某點產(chǎn)生的振動，時而會相互加強，時而又相互減弱，隨時間平均后的結(jié)果，與沒有發(fā)生作用的情況一樣。具有這種相互關系的聲波稱為不相干波。如果用聲壓表示，則迭加后的聲壓有效值是各自聲壓有效值平方和的開方。對于n個不相干聲源而言，如果它們的聲壓有效值分別為p1e、p2e、^^pne，則迭加后的聲壓有效值為（2）兩個聲波產(chǎn)生的振動，在相位上存在固定的聯(lián)系，并在同一方向上振動。迭加后的聲波就始終在某些點上相互加強或削弱。這種現(xiàn)象稱為波的干涉。能夠相互干涉的波稱為相干波。干涉現(xiàn)象是波動特有的重要性質(zhì)之一。

波動過程的兩種聲干涉現(xiàn)象——拍與駐波舉例P1=P10cos(ω1t+φ1)P2=P20cos(ω2t+φ2)P=P1+P2=P10cos(ω1t+φ1)+P20cos(ω2t+φ2)可以看出：不相干波在某點迭加后，其振動是由兩個簡諧振動組合而成的。這兩個簡諧振動時而加強使聲壓幅值達到極大值，時而又相互抵消或削弱，不再是簡諧振動。反過來也可以說，一個復合波（迭加后的波）可以看成是兩個（在一般情況下應為n個）簡諧振動的迭加。迭加后的聲壓與聲強的關系仍然保持不變，即迭加后的能量（聲強）是各自能量之和。返回四、人耳的聽覺感知特性由于人耳聽覺系統(tǒng)非常復雜，迄今為止人類對它的生理結(jié)構(gòu)和聽覺特性還不能從生理解剖角度完全解釋清楚。所以，對人耳聽覺特性的研究目前僅限于心理聲學和語言聲學。人耳對不同強度、不同頻率聲音的聽覺范圍稱為可聽域。返回在人耳的可聽域范圍內(nèi)，聲音聽覺心理的主觀感受主要有：1、響度—聲強2、音調(diào)—頻率3、音色—頻譜4、掩蔽效應等聽覺特性。人耳的聽覺特性聲音三要素響度、音調(diào)、音色分別與聲音的振幅、頻率、頻譜分布特性（包絡形狀）相對應，稱為聲音的“三要素”。人耳的掩蔽效應是心理聲學的基礎，是感知音頻編碼的理論依據(jù)。１響度（1）聲壓（2）聲壓級（3）響度（4）響度級（5）等響度曲線（6）聽閾與痛閾2、音調(diào)聲壓由聲波引起的交變壓強稱為聲壓，一般用ｐ表示，單位是帕（Ｐａ）。聲壓的大小反映了聲音振動的強弱，同時也決定了聲波的幅度大小。在一定時間內(nèi)，瞬時聲壓對時間取均方根值后稱為有效聲壓。用電子儀器測量得到的通常是有效聲壓，人們習慣上講的聲壓實際上也是有效聲壓。聲壓是一個重要的聲學基本量，在實際工作中經(jīng)常會用到。例如混響時間是通過測量聲壓隨時間的衰減來求得的；揚聲器頻響是揚聲器輻射聲壓隨頻率的變化；聲速則常常是利用聲壓隨距離的變化（駐波表）間接求得的。返回聲壓級為什么引入聲壓級？1、人耳有一個很奇怪的特點，其主觀感受的響度并不正比于聲壓的絕對值，而是大致正比于聲壓的對數(shù)值。2、人耳能聽到的最低聲壓2×10-5Ｐａ（聽閾值）到人耳感覺到疼痛20Ｐａ（痛閾值）的聲壓之間相差近１００萬倍，因此用聲壓的絕對值來表示聲音的強弱顯然也是很不方便的?；谝陨蟽煞矫娴脑颍猿Ｓ寐晧旱南鄬Υ笮。ǚQ聲壓級）來表示聲壓的強弱。聲壓級用符號ＳＰＬ表示，單位是分貝（ｄＢ），可用下式計算：SPL＝20LgP/Pref

（３-１）Ｐ為聲壓有效值；Pref為參考聲壓，一般取2×10-5Ｐａ，這個數(shù)值是人耳所能聽到的１ｋＨｚ聲音的最低聲壓，低于這一聲壓，人耳就無法覺察出聲波的存在了。返回響度人耳對聲音強弱的主觀感覺稱為響度。在客觀的度量中，聲音的強弱是由聲波的振幅（聲壓）決定的。聲壓越大則響度越大。當人們用較大的力量敲鼓時，鼓膜振動的幅度大，發(fā)出的聲音響；輕輕敲鼓時，鼓膜振動的幅度小，發(fā)出的聲音弱。但是：響度與聲波的振幅并不完全一致。響度不僅取決于振幅的大小，還取決于頻率的高低。振幅越大，說明聲壓級越大，聲音具有的能量也越大，而響度則說明對聽覺神經(jīng)刺激的程度。事實上：即使在可聽聲的頻率范圍（２０Ｈｚ～２０ｋＨｚ）內(nèi)，對于聲壓級相同而頻率不同的聲音，人們聽起來也會感覺不一樣響。對強度相同的聲音，人耳感受１～４ｋＨｚ之間頻率的聲音最響，超出此頻率范圍的聲音，其響度隨頻率的降低或上升將減小。對于同一強度的聲波，不同的人聽到的效果并不一致，因而對響度的描述有很大的主觀性。響度的單位是宋（ｓｏｎｅ）。國際上規(guī)定，頻率為１ｋＨｚ的純音在聲壓級為４０ｄＢ時的響度為１宋（ｓｏｎｅ）。大量統(tǒng)計表表明，一般人耳對聲壓的變化感覺是，聲壓級每增加１０ｄＢ，響度增加１倍，因此響度與聲壓級有如下關系：

Ｎ＝20.1(SPL-40)（３-２）Ｎ為響度（單位為ｓｏｎｅ），ＳＰＬ為聲壓級（單位為ｄＢ）。返回響度級人耳對聲音強弱的主觀感覺還可以用響度級來表示。響度級表示的是某響度與基準響度比值的對數(shù)值，單位為方（ｐｈｏｎ）。規(guī)定１ｋＨｚ純音聲壓級的分貝數(shù)定義為響度級的數(shù)值。例如:１ｋＨｚ純音的聲壓級為０ｄＢ時，響度級定為０ｐｈｏｎ；聲壓級為４０ｄＢ時，響度級定為４０ｐｈｏｎ，響度為１ｓｏｎｅ。當其他頻率的聲音響度與１ｋＨｚ純音響度相同時，則把１ｋＨｚ的響度級當作該頻率的響度級。從響度及響度級的定義中可知，響度級每增加１０ｐｈｏｎ，響度增加１倍。返回等響度曲線由于響度是指人耳對聲音強弱的一種主觀感受，因此，當聽到其他任何頻率的純音同聲壓級為４０ｄＢ的１ｋＨｚ的純音一樣響時，雖然其他頻率的聲壓級不是４０ｄＢ，但也定義為４０ｐｈｏｎ。這種利用與基準音比較的實驗方法，測得一組一般人對不同頻率的純音感覺一樣響的響度級與頻率及聲壓級之間的關系曲線，稱為等響度曲線。人耳聽覺的等響度曲線圖曲線中每一條等響度曲線對應一個固定的響度級值，即１ｋＨｚ純音對應的聲壓級值。等響度曲線具有的性質(zhì)１）兩個聲音的響度級相同，但強度不一定相同，它們與頻率有關。２）聲壓級越高，等響度曲線越趨于平坦；聲壓級不同，等響度曲線有較大差異，特別是在低頻段。３）人耳對３～４ｋＨｚ范圍內(nèi)的聲音響度感覺最靈敏。返回聽閾與痛閾響度是聽覺的基礎。人耳對于聲音細節(jié)的分辨與響度直接有關：只有在響度適中時，人耳辨音才最靈敏。正常人聽覺的聲壓級范圍為０～１2０ｄＢ。超出人耳的可聽頻率范圍的聲音，即使聲壓級再大，人耳也聽不到聲音。聽閾在人耳的可聽頻率范圍內(nèi)，若聲音弱到一定程度，人耳同樣是聽不到的。當聲音減弱到人耳剛剛可以聽見時，此時的聲音強度稱為最小可聽閾值，簡稱為“聽閾”。一般以１ｋＨｚ純音為準進行測量，人耳剛能聽到的聲壓級為０ｄＢ（通常大于０.３ｄＢ即有感受）。等響曲線中最下面的一條（虛線）描述的是最小可聽閾值。

痛閾而當聲音增強到使人耳感到疼痛時，這個聽覺閾值稱為“痛閾”。仍以１ｋＨｚ純音為準來進行測量，使人耳感到疼痛時的聲壓級約達到１2０ｄＢ左右。實驗表明，聽閾和痛閾是隨聲壓級、頻率變化的。聽閾和痛閾隨頻率變化的等響度曲線之間的區(qū)域就是人耳的聽覺范圍。小于０ｄＢ聽閾和大于１2０ｄＢ痛閾時為不可聽聲，即使是人耳最敏感頻率范圍的聲音，人耳也覺察不到。人耳對不同頻率的聲音聽閾和痛閾不一樣，靈敏度也不一樣。人耳的痛閾受頻率的影響不大，而聽閾隨頻率變化相當劇烈。人耳對３～４ｋＨｚ聲音最敏感，幅度很小的聲音信號都能被人耳聽到；而在低頻區(qū)（如小于８００Ｈｚ）和高頻區(qū)（如大于５ｋＨｚ），人耳對聲音的靈敏度要低得多。響度級較小時，高、低頻聲音靈敏度降低較明顯，而低頻段比高頻段靈敏度降低更加劇烈，一般應特別重視加強低頻音量。通常２００Ｈｚ～３ｋＨｚ語音聲壓級以６０～７０ｄＢ為宜，頻率范圍較寬的音樂聲壓級以８０～９０ｄＢ最佳。返回２音調(diào)音調(diào)也稱音高，表示人耳對聲音調(diào)子高低的主觀感受?？陀^上音高大小主要取決于聲音基波頻率的高低，基波頻率高則音調(diào)高，反之則聲音顯得低沉。頻率的單位用赫茲（Ｈｚ）表示。主觀感覺的音調(diào)單位是“美（Ｍｅｌ）”。頻率為１ｋＨｚ、聲壓級為４０ｄＢ的純音所產(chǎn)生的音調(diào)就定義為１Ｍｅｌ。Ｈｚ與Ｍｅｌ是表示音調(diào)的兩個不同概念而又有聯(lián)系的單位。音調(diào)大體上與頻率的對數(shù)成正比，目前世界上通用的１２平分律等程音階就是按照基波頻率的對數(shù)值取等分而確定的。聲音的基頻每增加一個倍頻程，音樂上就稱為提高一個“八度音”。除了頻率之外，音調(diào)還與聲音的響度及波形有關。當聲壓級很大，引起耳膜振動過大，出現(xiàn)諧波分量時，也會使人們感覺到音調(diào)產(chǎn)生了一定的變化。３音色音色是人耳對各種頻率、各種強度的聲波的綜合反應。用音色表征聲音的頻率成分的組成。與頻譜相對應的一個主觀感覺——音色。音色一般被定義為，人們在主觀感覺上借以區(qū)別具有同樣響度和音調(diào)的兩個聲音的特性。例如：在聽胡琴和揚琴等樂器同奏一個曲子時，雖然它們的音調(diào)相同，但人們卻能把它們的聲音區(qū)別開來。這是因為，各種樂器的發(fā)音材料和結(jié)構(gòu)不同，它們發(fā)出同一個音調(diào)的聲音（也即基本頻率相同的聲音）時，振動情況是不同的。我們每個人的聲帶和口腔形狀不完全一樣，因此，說起話來也各有自己的特色，使別人聽到后能夠分辨出誰在講話。音色主要是由聲音的頻譜結(jié)構(gòu)決定的。各種發(fā)聲物體或樂器在發(fā)出同一音調(diào)的聲音時，所發(fā)出的聲音之所以不同，就在于雖然基波相同，但諧波的多少不同，并且各次諧波的幅度各異，因而具有各自的聲音特色。聲音的頻率成分（諧波數(shù)目）越多，音色便越豐富，聽起來聲音就越寬廣、感人肺腑、扣人心弦、娓娓動聽。如果聲音中的頻率成分很少，甚至是單一頻率，音色則很單調(diào)乏味、平淡無奇。如果聲音經(jīng)傳輸后頻譜有了變化，則重放出的聲音音色就會改變。為了使聲音逼真，必須盡量保持原來的音色。聲音中某些頻率成分過分被放大或壓縮都會改變音色，從而造成失真。在語音傳輸系統(tǒng)中，最重要的是保持良好的清晰度。適當減少一些低音和增加一些中音成分，特別是鼻音或喉音很重的人，改變低頻部分的音色，有利于改善語音清晰度。表征聲音的其他物理特性還有時值，又稱音長。它是由振動持續(xù)時間的長短決定的，具有明顯的相對性。一個音只有包含在比它更短的音的旋律中才會顯得長。音長的變化導致旋律的行進，或平緩、均勻，或跳躍、顛簸，以表達不同的情感。人耳的聽覺特性并非完全線性。聲音傳到人的耳內(nèi)經(jīng)處理后，除了基音外，還會產(chǎn)生各種諧音及它們的“和”音和“差”音，并不是所有這些成分都能被感覺。人耳對聲音具有接收功能、選擇功能、分析功能和判斷響度、判斷音調(diào)和判斷音色的功能。人耳的掩蔽效應一個較弱的聲音（被掩蔽音）的聽覺感受被另一個較強的聲音（掩蔽音）影響的現(xiàn)象稱為人耳的聽覺“掩蔽效應”。絕對聽閾被掩蔽音單獨存在時的聽閾分貝值，或者說在安靜環(huán)境中能被人耳聽到的純音的最小值稱為絕對聽閾。實驗表明，３～５ｋＨｚ絕對聽閾值最小，即人耳對它的微弱聲音最敏感；而在低頻和高頻區(qū)絕對聽閾值要大得多。在８００～１５００Ｈｚ范圍內(nèi)聽閾隨頻率變化最不顯著，即在這個范圍內(nèi)語言的可懂度最高。掩蔽聽閾、掩蔽量在掩蔽情況下，提高被掩蔽弱音的強度，使人耳能夠聽見時的聽閾稱為掩蔽聽閾（或稱掩蔽門限），被掩蔽弱音必須提高的分貝值稱為掩蔽量（或稱閾移）。例如：當兩人正在馬路邊談話時，一輛汽車從他們身旁疾馳而過，此時，雙方均聽不到對方正在說些什么，原因是相互間的談話聲被汽車發(fā)出的噪聲所