【文章內(nèi)容簡介】 （ 14）雞尾酒效應(yīng) （ 15）李開試驗(yàn) ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 （ 1）頻率域的主觀感覺 ? 頻率域中最重要的主觀感覺是音調(diào)，像響度一樣音調(diào)也是一種聽覺的主觀心理量，它是聽覺判斷聲音調(diào)門高低的屬性。心理學(xué)中的音調(diào)和音樂中音階之間的區(qū)別是，前者是純音的音調(diào)，而后者是音樂這類復(fù)合聲音的音調(diào)。復(fù)合聲音的音調(diào)不單純是頻率解析，也是聽覺神經(jīng)系統(tǒng)的作用，受到聽音者聽音經(jīng)驗(yàn)和學(xué)習(xí)的影響。 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 （ 2）時間域的主觀感覺 ? 如果聲音的時間長度超過大約 300ms，那么聲音的時間長度增減對聽覺的閾值變化不起作用。對于音調(diào)的感受也與聲音的時間長短有關(guān)。當(dāng)聲音持續(xù)的時間很短時，聽不出音調(diào)來，只是聽到 “ 咔啦 ” 一聲。聲音的持續(xù)時間加長，才能有音調(diào)的感受，只有聲音持續(xù)數(shù)十毫秒以上時，感覺的音調(diào)才能穩(wěn)定。 ? 時間域的另一個主觀感覺特性是回聲?；芈暿俏覀?nèi)粘Ｉ钪谐Ｒ姷囊环N聲現(xiàn)象。聲波在傳播過程中，碰到大的反射面（如建筑物的墻壁等）在界面將發(fā)生反射，人們把能夠與原聲區(qū)分開的反射聲波叫做回聲。人耳能辨別出回聲的條件是反射聲具有足夠大的聲強(qiáng)，并且與原聲的時差須大于 0． 1秒。當(dāng)反射面的尺寸遠(yuǎn)大于入射聲波長時，聽到的回聲最清楚。 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 3）空間域的主觀感覺 ? 人耳用雙耳聽音比用單耳聽音具有明顯的優(yōu)勢，其靈敏度高、聽閾低、對聲源具有方向感，而且有比較強(qiáng)的抗干擾能力。在立體聲條件下，用揚(yáng)聲器和用立體聲耳機(jī)聽音獲得的空間感是不相同的，前者聽到的聲音似乎位于周圍環(huán)境中，而后者聽到的聲音位置在頭的內(nèi)部，為了區(qū)別這兩種空間感，將前者稱為定向，后者稱為定位。 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 （ 4）聽覺的韋伯定律 ? 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數(shù)成正比關(guān)系。當(dāng)聲音較小，增大聲波振幅時，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，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)計音量控制電路時要求采用指數(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，音量是線性增大的。 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 （ 5）聽覺的歐姆定律 ? 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。 ? 人耳是一個頻率分析器，可以將復(fù)音中的各諧音分開，人耳對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。 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 （ 6）掩蔽效應(yīng) ? 環(huán)境中的其他聲音會使聽音者對某一個聲音的聽力降低，這稱之為掩蔽。當(dāng)一個聲音的強(qiáng)度遠(yuǎn)比另一個聲音大，當(dāng)大到一定程度而這兩個聲音同時存在時，人們只能聽到響的那個聲音存在，而覺察不到另一個聲音存在。掩蔽量與掩蔽聲的聲壓有關(guān)，掩蔽聲的聲壓級增加，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，當(dāng)音樂節(jié)目在連續(xù)變化且聲音較大時，我們不會聽到磁帶的本底噪聲，可當(dāng)音樂節(jié)目結(jié)束（空白段磁帶）時，便能感覺到磁帶的“ 咝 ……” 噪聲存在。 為了降低噪聲對節(jié)目聲音的影響，提出了信噪比（ SNR）的概念， 即要求信號強(qiáng)度比噪聲強(qiáng)度足夠的大，這樣聽音便不會覺得有噪聲的存在。一些降噪系統(tǒng)就是利用掩蔽效應(yīng)的原理設(shè)計而成的。 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 （ 7）雙耳效應(yīng) ? “雙耳效應(yīng) ” 的原理十分復(fù)雜 ， 但簡單的說 ， 就是人的雙耳的位置在頭部的兩側(cè) ， 如果聲源不在聽音人的正前方 ，而是偏向一邊 ， 那么聲源到達(dá)兩耳的距離就不相等 ， 聲音到達(dá)兩耳的時間與相位就有差異 ， 人頭如果側(cè)向聲源 ， 對其中的一只耳朵還有遮蔽作用 ， 因而到達(dá)兩耳的聲壓級也有不同 。 人們把這種細(xì)微的差異與原來存儲于大腦的聽覺經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行比較 ， 并迅速作出反應(yīng)從而辨別出聲音的方位 。 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 、 右耳的時間差 （ 相位差 ） 、 音色差為零 ， 此時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 ， 可感受出聲源與聽音者之間的距離 。 或者說 ， 如同一個發(fā)聲源發(fā)出聲波到達(dá)兩只耳朵的時間不同 （ 因?yàn)榫嚯x不同 ） 從而可以判斷聲源的方向 。 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 （ 7）雙耳效應(yīng) ? 目前，劇場觀眾廳擴(kuò)聲系統(tǒng)中的揚(yáng)聲器傾向于配置在臺口上方，也是考慮到人耳左右水平方向的分辨能力遠(yuǎn)大于上下垂直方向而確定的，從而克服了過去把聲器組配置在臺口兩側(cè)所造成部分聽眾感到聲音來自側(cè)向的缺陷，避免使聽眾明顯地感到場聲器發(fā)出的聲音與講演者的直達(dá)聲來自不同的方向。 ? 利用 “ 雙耳效應(yīng) ” ，我們可以通過錄音技術(shù)錄下聲響，然后用兩個或幾個音箱播放出來，使人們聽起來好像音箱之間有一個聲源在發(fā)聲，這個假想的、實(shí)際上不存在的聲源就叫作 “ 聲像 ” 。當(dāng)我們聽立體聲廣播、立體聲唱片中的一個管弦樂隊演奏時，你可以感到大提琴在你的右前方，小提琴在你的左前方，而小號卻在中間 ?? 。對于電聲樂隊，你也可以很明顯地感覺出主奏樂器來自不同的方向。聽重唱，你可以清楚地分辨出左、右聲道中分別播出的各自的高聲部和低聲部。因此，立體聲的優(yōu)點(diǎn)不僅僅是有真實(shí)感、臨場感、空間感，而且由于把聲像分離了或改變了位置，就會使你聽覺具有層次感，而且可以壓低噪聲。 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 （ 8）哈斯效應(yīng) ? 當(dāng)兩個強(qiáng)度相等而其中一個經(jīng)過延遲的聲音同時到聆聽者耳中時，如果延遲在 30ms以內(nèi)，聽覺上將感到聲音好像只來自未延遲的聲源，并不感到經(jīng)延遲的聲源存在。當(dāng)延遲時間超過 30ms而未達(dá)到 50ms時，則聽覺上可以識別出已延遲的聲源存在，但仍感到聲音來自未經(jīng)延遲的聲源。只有當(dāng)延遲時間超過 50ms以后，聽覺上才感到延遲聲成為一個清晰的回聲。這種現(xiàn)象稱為哈斯效應(yīng)，有時也稱為優(yōu)先效應(yīng)。 ? 哈斯的試驗(yàn)證明：在兩個聲源同時發(fā)聲時，根據(jù)一個聲源與另一個聲源的延時量不同時，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）兩個聲源中一個聲源與另一個聲源的延時量在 5～ 35ms以內(nèi)時，就好像兩個聲源合二為一，聽音者只能感覺到超前一個聲源的存在和方向，感覺不到另一個聲源的存在。 2）若一個聲源延時另一個聲源 30～ 50ms，已能感覺到兩個聲源的存在，但方向仍由前導(dǎo)所定。 3）若一個聲源延時量大于另一個聲源為 50ms時，則能感覺到兩個聲源的同時存在，方向由各個聲源來確定，滯后 聲為清晰的回聲。哈斯效應(yīng)是立體聲系統(tǒng)定向的基礎(chǔ)之一。 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 （ 9）德 波埃效應(yīng) ? 德 波埃效應(yīng)是指當(dāng)聽音者在距離立體聲聲源相等的對稱線上時，如果其聲源的聲壓差和時間差均為零，所表現(xiàn)的聲像在對稱線上，聽感好象只為一個聲源。當(dāng)聲壓差增大時，聲像則向聲音較強(qiáng)的聲源方向移動，當(dāng)聲壓差大于１５ｄＢ時，就會感受到聲像是由較響的聲源單獨(dú)發(fā)出。如果聲壓差為零，而時間差為變化時，同樣也有聲像移動的效果，當(dāng)時間差大于３ｍｓ時，則聲像完全由前導(dǎo)的聲源所決定。 ? 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稱線上聽音，給兩只音箱饋入不同的信號，可以得到以下幾個定論： １）如果給兩只音箱饋入相同的信號，即強(qiáng)度級差 ΔＬ＝０，時間差 Δｔ＝０，此時只感覺到一個聲音，且來自兩只音箱的對稱線上。 ２）如果兩只音箱的強(qiáng)度級差 ΔＬ不為０，此時聽音感覺聲音偏向較響的一只音箱，如果強(qiáng)度級差 ΔＬ大于等于１５ｄＢ，此時感覺聲音完全來自較響的那一只音箱。 ３）如果強(qiáng)度級差 ΔＬ＝０，但兩只音箱的時間差 Δｔ不為０，此時感覺聲音向先到達(dá)的那只音箱方向移動。如果時間差Δｔ大于等于３ｍｓ時，感覺聲音完全來自先到達(dá)的那只音箱方向。 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 （ 10）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再反相疊加在直達(dá)信號上，會產(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之中。 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 （ 11）匙孔效應(yīng) ? 單聲道錄放系統(tǒng)使用一只話筒錄音，信號錄在一條軌跡上，放音時使用一路放大器和一只揚(yáng)聲器，所以重放的聲源是一個點(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)。 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 （ 12）浴室效應(yīng) ? 身臨浴室時有一個切身感受，浴室內(nèi)發(fā)出的聲音，混響時間過長且過量，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，會出現(xiàn)浴室效應(yīng)。 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 （ 13）多普勒效應(yīng) ? 多普勒效應(yīng)揭示移動聲音的有關(guān)聽音特性：當(dāng)聲源與聽音者之間存在相對運(yùn)動時，會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是頻率稍高的音調(diào)，當(dāng)聲源離去時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比不移動時產(chǎn)生的強(qiáng)度大，而移開的聲源產(chǎn)生的強(qiáng)度要小些，通常聲源向移動方向集中。如火車鳴笛時，若聲音急促尖銳則表明其正在臨近，而若聲音緩慢低沉則表明其正在遠(yuǎn)去。 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 （ 14）雞尾酒效應(yīng) ? “雞尾酒效應(yīng) ” 在聲學(xué)中是指人耳的掩蔽效應(yīng)。在雞尾酒會嘈雜的人群中，兩人可以順利交談，盡管周圍噪聲很大，但兩人耳中聽到的是對方的說話聲，你們似乎聽不到談話內(nèi)容以外的各種噪音，因?yàn)槟銈円呀?jīng)把各自的關(guān)注重點(diǎn)放在談話主題上了。簡單來說雞尾酒效應(yīng)指雖然我們不知道每個人在說什么，但其實(shí)我們的大腦是在監(jiān)聽一切的，大腦知道每個人在說什么，但是這些內(nèi)容只會停留在潛意識，因?yàn)榇竽X認(rèn)為沒必要把這些聽到的內(nèi)容全部進(jìn)行邏輯加工，只是聽到重要信息時才傳到加工的位置進(jìn)行分析，這樣這個信息就進(jìn)入了你的意識。 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 （ 15）李開試驗(yàn) ? 李開試驗(yàn)證明：兩個聲源的相位相反時，聲像可以超出兩個聲源以外，甚至跳到聽音身后。李開試驗(yàn)還提示，只要適當(dāng)控制兩聲源（左、右聲道揚(yáng)聲器）的強(qiáng)度、相位，就可以獲得一個范圍廣闊（角度、深度）的聲像移動場。當(dāng)用雙耳聽雙揚(yáng)聲器發(fā)生時，會產(chǎn)生通道間與聽覺間的交叉信號，這種交叉信號在現(xiàn)場聆聽演奏時是不存在的，它是雙通道重放系統(tǒng)特有的，它會產(chǎn)生附加的信號成分。李開試驗(yàn)結(jié)果表明，只有用立體聲耳機(jī)才會消除通道與聽覺間的交叉信號，使通道間的聲級差等于聽覺間的聲級差；通道間的時間差等于聽覺間的時間差，從而才能保存節(jié)目中各種立體聲信息的原來面貌，即使用立體聲耳機(jī)聆聽雙聲道放音可消除本不存在的虛假聲場。 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 音頻信號的壓縮技術(shù) 人耳的掩蔽效應(yīng)和音頻的有關(guān)定律表明，若將一些人耳不敏感的信號進(jìn)行壓縮是可行的。針對不同的應(yīng)用，可以采用不同的壓縮技術(shù)。 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 音頻信號的壓縮技術(shù) 脈沖編碼調(diào)制（ pulse code modulation,PCM）是概念上最簡單、理論上最完善的編碼系統(tǒng)，是最早研制成功在語音信號中、后來使用最為廣泛的編碼系統(tǒng)，但也是數(shù)據(jù)量最大的編碼系統(tǒng)。 PCM主要包括抽樣、量化、編碼三個過程，原理如圖 ： 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 音頻信號的壓縮技術(shù) ： 一般來說，數(shù)據(jù)壓縮有兩種方法。一種方法是利用信號的統(tǒng)計性質(zhì)，完全不丟失信息的高效率編碼法，稱為平均信息量編碼或熵編碼。第二種方法是利用接收信號的人的感覺特性，省略不必要的信息，壓縮信息量，這種方法稱為感知編碼。 感知編碼是利用人耳聽覺的心理聲學(xué)特性（頻譜掩蔽特性和時間掩蔽特性）、人耳對信號幅度、頻率、時間的有限分辨能力，凡是人耳感覺不到的成分不編碼，不傳送。簡單的說感知編碼是建立在人類聽覺系統(tǒng)的心理聲學(xué)原理為基礎(chǔ)，只記錄那些能被人的聽覺所感知的聲音信號，從而達(dá)到減少數(shù)據(jù)量而又不降低音質(zhì)的目的。 多媒體技術(shù)基礎(chǔ)與應(yīng)用 音頻信號的壓縮技術(shù) ： （ 1）盡管這個方法是有損的，但人耳卻感覺不到編碼信號質(zhì)量的下降 ； （ 2）感知編碼器的有效性部分源自采用了自適應(yīng)的量化方法 ； （ 3）一般感知編碼采用兩種比特分配方案 ：前向自適應(yīng)分配方案 、后向自適應(yīng)分配方案 ； （ 4）感知編碼有一定的抗噪性 ； （ 5）由于感知編碼器根據(jù)人耳的靈敏度來編碼，它也可以輸出放音系統(tǒng)所要求的響度 ； （ 6）感知編碼技術(shù)的實(shí)現(xiàn)全靠