聲學(xué)概論 Acoustics conspectus

聲學(xué)是聲音的科學(xué)，研究它的產(chǎn)生、傳播、接收和效應(yīng)。聲音原始是指人耳能察覺(jué)到的空氣中傳播的振動(dòng)振動(dòng)現(xiàn)象，頻率在20Hz到20KHz之間?，F(xiàn)代已經(jīng)使其范圍擴(kuò)大，頻率可在20Hz以下的次聲或20KHz的超聲。

Acoustics is science of sound, studying sound producing, emitting, receiving and effect. Idea of original sound mean that ear can hear a vibration of the air, frequency range is between 20Hz to 20KHz. Human extend sound range in modern times, frequency lower than 20Hz is infrasound or higher than 20KHz is ultrasonic.

1. 聲的基本特征Character of Sound

人耳對(duì)聲音的感覺(jué)表征于三種特征：（1）聲音的響度；（2）音調(diào)；（音色）；用通俗的語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，響度相當(dāng)于聲音的“大小”，音調(diào)相當(dāng)于聲音的高低，音色相當(dāng)于聲音的品質(zhì)。聲音的振動(dòng)表征于三種特征:（1）振幅；（2）頻率；（3）頻譜（即聲音的各個(gè)諧波部分）

Token of sound perception to human: (1) loudness sound; (2) Pitch sound ; (3) Musical quality.

Token of sound vibration : (1) Amplitude; (2) frequency; (3) frequency spectrum.

2．人耳的聽(tīng)覺(jué)圖Ear hearing range

  人耳對(duì)于不同頻率的聲音又完全不同的靈敏度。對(duì)于正常的人來(lái)說(shuō)，在16赫茲以下和20000赫茲以上的聲音都不會(huì)聽(tīng)到。在16赫茲至20000赫茲范圍內(nèi)，雖然可以聽(tīng)得到，但靈敏度也大不相同。最靈敏的區(qū)域是1000至3000赫茲之間。人耳在這一區(qū)域的靈敏度是非常之高的。

The different frequency sound is absolutely different sensitivity to the human ear. To the natural human, frequency lower than 20Hz and higher than 20KHz sound are not heard. At the range of 20Hz to 20KHz, it can hear, but sensitivity has big different. The most sensitivity range is 1KHz to 3KHz. The sensitivity of human ear is very high in this range.

  只有當(dāng)聲強(qiáng)度超過(guò)某一最小值時(shí)人耳才有可能有所感覺(jué)，這一最小值稱(chēng)為聞閥。相反，很強(qiáng)的聲音（無(wú)論是可聞的或不可聞的）會(huì)在耳中引起一種壓力的感覺(jué)，甚至感到痛苦。相當(dāng)于開(kāi)始有這種感覺(jué)的聲強(qiáng)度稱(chēng)為痛閥。

  The human ear may hear the sound . When the sound intensity exceed a specific minimal value, The minimal value called threshold of hearing. On the other hand, the strong sound intensity results pressure or even painfulness to the ear. To have a feeling of equivalent to sound intensity called pain valve.

3.等響曲線Equal loudness contours

人耳能聽(tīng)到的聲強(qiáng)度范圍很大，已如上述。使用變化范圍這樣大的數(shù)目，計(jì)算起來(lái)是很不方便的。正如在計(jì)算放大器的放大特性時(shí)不使用放大倍數(shù)而采用增益（分貝）數(shù)，在這里是利用對(duì)數(shù)單位來(lái)表征聲的強(qiáng)弱。用分貝來(lái)表示的數(shù)字稱(chēng)為聲強(qiáng)級(jí)。

上圖示等響曲線, 是根據(jù)許多聽(tīng)覺(jué)正常的聽(tīng)者對(duì)于響度的判斷得來(lái)的。在每一條曲線上任何一點(diǎn)所代表的聲音對(duì)人耳聽(tīng)起來(lái)時(shí)同樣響的。每條線上附注的數(shù)字稱(chēng)為聲響級(jí)。聲響級(jí)L的單位叫做方。任何聲音的聲響級(jí)等于一樣響的一個(gè)1000赫茲聲音的聲強(qiáng)級(jí)，因此，對(duì)1000赫茲的聲音老說(shuō)，它的聲響級(jí)（以方計(jì)）就等于它的聲強(qiáng)級(jí)（以分貝計(jì)）,即L=N。圖中的縱坐標(biāo)是聲強(qiáng)級(jí)，以分貝計(jì)，橫坐標(biāo)是頻率，以赫茲計(jì)。

The human can hear the range of the sound intensity that is very big. Our calculation method is very difficult when the number variation range is very big. We use the logarithmic unit to show the intensity of sound and name the number that show by decibel as sound intensity level.

4．音調(diào)Pitch Sound

  和響度一樣，音調(diào)的感覺(jué)也是符合于對(duì)數(shù)率。只要頻率增加一倍（不管原來(lái)的頻率是多少），就使人感覺(jué)到提高了一個(gè)八度（或倍頻程）。

Like volume, the feeling of pitch sound is in logarithmic rate . As long as the frequency doubled （No matter how much is the frequency of the original），we will feel that the pitch sound enhances a octave.

設(shè)頻率從f₀起一次增加一倍，即f_n/ f₀=2ⁿ.

  這樣，當(dāng)頻率有f₀提高到f_n時(shí)，所增加的八度數(shù)n等于，

n=log₂ fn/f₀=1/ log². log fn/f₀=3.32 log₂ fn/f₀

  由此可見(jiàn)，音調(diào)高度的變化和頻率的相對(duì)變化的對(duì)數(shù)成正比。

  音調(diào)的高低主要決定于頻率，但是和振幅的大小也有一定的關(guān)系，這是因?yàn)?，?dāng)振幅價(jià)至很大時(shí)，聲音對(duì)于人耳鼓膜的刺激可能使它漲大或變形，使它的重心移動(dòng)而影響到神經(jīng)上的感覺(jué)。