探秘声学世界：响度、音调和音色解析

听觉是人们对声音的主观反应，是由声音的强度和频率引起的对响度、音调和音色的感觉。

（1）响度

响度是人耳对声音强弱的主观感受，用符号N表示。

对于同一强度的声波，不同的人听到的效果并不相同，因而对响度的描述有很大的主观性。在客观的度量中，声音的强弱是由声波的振幅决定的。但是响度与振幅并不完全一致。响度不仅决定于振幅的大小，还决定于频率的高低。振幅越大，说明声压级越大，声音具有的能量也越大，而响度则说明对听觉神经刺激的程度。响度的单位为宋（sone），并将声级为40dB的1000Hz标准音的主观感受规定为1sone。

由于人耳外耳道的共鸣作用，在3000～4000Hz附近的声音听起来比较响，随着频率向两端的升高或降低，总的趋势是响度级增长率下降，从而人耳的灵敏度降低。等响度级曲线在音响工程中是很有用的。

（2）音调

人耳对声音高低的感觉称为音调。在音频范围内，纯音的频率由小到大逐渐变化，听觉上会产生与此相应的逐渐变化的感觉，通常以声音从“低音”到“高音”逐渐变化进行描述，这就是音调的变化。

音调主要与声音的频率有关，但不与频率成正比，通常用频率的倍数或对数关系表示音调。频率越高，人耳感觉的音调越高。在音乐上音调称为音高。频率增加1倍。即增加1oct，音乐上称提高了一个八度。音调的单位是美（mel）。其定义为：频率为1000Hz、声压级为40dB的纯音所产生的音调是1000mel，频率与音调的关系为

音调还与声音的持续时间、声压级及温度有关。

两个频率相同而声压级不同的纯音，听起来常会觉得音调不同。在低频段，频率不变而声强提高时，音调降低；在1000～5000Hz的频率内，频率不变而声强提高时，音调升高。音调也会随温度变化而变化，即产生声音的温度效应，原因是气温的变化引起声速变化。当温度升高时，声速变快，而声波的波长不变，则声音的频率升高；反之，声音频率降低。

对于频率在50～10000Hz的任何纯音，在声压级超过可听阈值50dB时，人耳大约可分辨1dB的声压级变化。在理想的隔声室中，用耳机提供声音时，在中频范围，人耳可察觉到0.3dB的声压级变化。(www.xing528.com)

当频率约为1000Hz而声压级超过40dB时，人耳能察觉到的频率变化量约为原频率的0.3%；声压级相同，但频率小于1000Hz时，人耳能察觉到3Hz的变化。

（3）音色

人耳不但对音强、音调具有较强的辨别能力，还能准确地辨别出音色。

音色主要决定于声音的频谱结构。乐器发出的声音都是复音的。其频率成分含有基波和高次谐波，即基音和泛音。各种乐器所发出声音的谐波分布不同，谐波分量的幅度也不相同，因而音色也就不同。人耳不能把各种频率成分分辨成不同的声音，而只是根据声音的各个频率成分的分布特点得到一个综合印象，这就是音色的感觉。

若两种乐器的基音都是100Hz，即使演奏同一乐曲，且响度也一样，仍然可以分辨出是哪种乐器。这是因为它们演奏同一音符时的基音虽然相同，但它们的谐波成分及其幅值都不相同，即频谱不同。

音色无法定量表示。乐器的音色主要取决于乐器本身的特性和质量，同时还与演奏的方式、听音方位、演奏技巧有关。初学者和专业人员演奏同一件乐器时，前者的演奏不如后者的悦耳，原因主要在于后者善于控制泛音。

一般来说，泛音多，且低次泛音的强度较大，音乐就优美动听，音色就丰富。

在传声过程中，为了使声音逼真，必须尽量保持原来的音色。声音中某些频率成分过分被夸大或缩小都会改变音色，从而造成失真。即使是最优质的扩声系统也会造成失真，这就是很多著名音乐家在厅堂内演出时拒绝采用扩声系统的原因。因此，以音乐演出为主的厅堂应建立自然演出的条件。

在语言传输系统中，最重要的是保持良好的清晰度。适当减少一些低音和增加一些中音成分，特别是鼻音或喉音很重的人，改变低频部分的音色，有利于改善语言的清晰度。在电台、电视台的语言播音系统中，应尽可能提高保真性，以保证广播的音质。

综上所述，响度与发声体振动的幅度有关，音调由发声体振动的基频决定，音色主要决定于泛音。