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试重写音响系统XX要 [复制链接]

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频段跟踪和音色分离功能的基础是先天性的,例如一个刚生下两个月的婴儿,就能够从许多人的说话声中听出母亲的声音。但是人们后天的经验训练,会使这种功能得到更高水平的发展。举例说,一个经过严格训练、并长期从事音乐专业的乐队指挥,在交响乐队演奏时,能够分辨出上百件乐器的不同声音,能够发现乐手演奏中的细微错误。同样地,一个经常欣赏音乐的人,可以将交响乐演奏的复杂音响分离出旋律、和声、对位、节奏音型等各个不同的组织体。而一个极少接触音乐的人,显然缺少这种音响的层次分辨力。
当然,听觉的频段跟踪与音色分离能力不是无限度的,它受声场一定条件的制约。一般地说,当信号噪音比(在此处是指所跟踪的信号同背景信号的比例) 不低于3 dB时,所跟踪的信号清晰可辨,信噪比为0时,信号跟踪显得有点费力;信噪比为20 dB时,信号跟踪变得模糊不清;信噪比为4 dB以上时,频段跟踪将失去目标。
4人耳的掩蔽效应
    
一个较弱的声音(被掩蔽音)的听觉感受被另一个较强的声音(掩蔽音)影响的现象称为人耳的“掩蔽效应”。被掩蔽音单独存在时的听阈分贝值,或者说在安静环境中能被人耳听到的纯音的最小值称为绝对闻阈。实验表明,3kHz—5kHz绝对闻阈值最小,即人耳对它的微弱声音最敏感;而在低频和高频区绝对闻阈值要大得多。在800Hz--1500Hz范围内闻阈随频率变化最不显着,即在这个范围内语言可储度最高。在掩蔽情况下,提高被掩蔽弱音的强度,使人耳能够听见时的闻阈称为掩蔽闻阈(或称掩蔽门限),被掩蔽弱音必须提高的分贝值称为掩蔽量(或称阈移)。

a掩蔽效应
      
已有实验表明,纯音对纯音、噪音对纯音的掩蔽效应结论如下:
     A.纯音间的掩蔽
              ①对处于中等强度时的纯音最有效的掩蔽是出现在它的频率附近。
              ②低频的纯音可以有效地掩蔽高频的纯音,而反过来则作用很小。
     B.噪音对纯音的掩蔽噪音是由多种纯音组成,具有无限宽的频谱
    
若掩蔽声为宽带噪声,被掩蔽声为纯音,则它产生的掩蔽门限在低频段一般高于噪声功率谱密度17dB,且较平坦;超过500Hz时大约每十倍频程增大10dB。若掩蔽声为窄带噪声,被掩蔽声为纯音,则情况较复杂。其中位于被掩蔽音附近的由纯音分量组成的窄带噪声即临界频带的掩蔽作用最明显。所谓临界频带是指当某个纯音被以它为中心频率,且具有一定带宽的连续噪声所掩蔽时,如果该纯音刚好能被听到时的功率等于这一频带内噪声的功率,那么这一带宽称为临界频带宽度。临界频带的单位叫巴克(Bark),1Bark=一个临界频带宽度。频率小于500Hz时,1Bark约等于freq/100;频率大于500Hz时,1Bark约等于9+41og(freq/1000),即约为某个纯音中心频率的20%。 通常认为,20Hz--16kHz范围内有24个子临界频带。而当某个纯音位于掩蔽声的临界频带之外时,掩蔽效应仍然存在。

b 掩蔽类型

(1)频域掩蔽
   
所谓频域掩蔽是指掩蔽声与被掩蔽声同时作用时发生掩蔽效应,又称同时掩蔽。这时,掩蔽声在掩蔽效应发生期间一直起作用,是一种较强的掩蔽效应。通常,频域中的一个强音会掩蔽与之同时发声的附近的弱音,弱音离强音越近,一般越容易被掩蔽;反之,离强音较远的弱音不容易被掩蔽。例如,—个1000Hz的音比另一个900Hz的音高18dB,则900Hz的音将被1000Hz的音掩蔽。而若1000Hz的音比离它较远的另一个1800Hz的音高18dB,则这两个音将同时被人耳听到。若要让1800Hz的音听不到,则1000Hz的音要比1800Hz的音高45dB。一般来说,低频的音容易掩蔽高频的音;在距离强音较远处,绝对闻阈比该强音所引起的掩蔽阈值高,这时,噪声的掩蔽阈值应取绝对闻阈。
(2)时域掩蔽
   
所谓时域掩蔽是指掩蔽效应发生在掩蔽声与被掩蔽声不同时出现时,又称异时掩蔽。异时掩蔽又分为导前掩蔽和滞后掩蔽。若掩蔽声音出现之前的一段时间内发生掩蔽效应,则称为导前掩蔽;否则称为滞后掩蔽。产生时域掩蔽的主要原因是人的大脑处理信息需要花费一定的时间,异时掩蔽也随着时间的推移很快会衰减,是一种弱掩蔽效应。一般情况下,导前掩蔽只有3ms—20ms,而滞后掩蔽却可以持续50ms—100ms。

有關聲音、聲學物理的問題,請查閱下列網站:

http://www2.sfu.ca/sonic-studio/handbook/Sound.html

http://www2.sfu.ca/sonic-studio/handbook/Sound.html


5音乐

音乐是通过有组织的声音(主要是乐音)所形成的艺术形象,表现人们的思想感情,反映社会现实生活的艺术。乐曲的创作、演奏(演唱)和欣赏,是音乐艺术实践的三个方面。

我们欣赏音乐是一种审美活动。美的标准是由一定时代、一定民族、一定社会阶级和阶层的审美趣味所决定的。音乐形式上的美,只是艺术美的一个方面,更重要的是艺术作品的内涵的美。音乐语言的表现功能,作曲家创作乐曲,也象文学家写诗歌、小说一样,有一套表情达意的体系,那就是音乐语言。

欣赏音乐包容了有三个层次,它首先从宫能上剌激聆听者的听觉,今聆听者对这种声音产生喜爱的感情,然后这种喜爱的感情渐渐炽热化起来,令聆听者发展成为发烧友。发烧友除了对音乐的追逐和热爱之外,还会额外的对音响器材能再生录音的音色的追逐和热爱。于是发烧友进入了一个理智的欣赏音乐层次。

要想理智的全面地欣赏一个音乐作品,就要具备以下几方面的知识:

1.官能的欣赏:官能的欣赏主要满足于悦耳,旋律非常好听,这是音乐吸引人的诱惑力,纯粹这样去聆听音乐,仅是官能的欣赏上的剌激,可以说是比较肤浅的欣赏。
2.感情的欣赏:要对一个音乐作品进行全面的领略,从而获得完美的艺术享受,除了官能的欣赏以外,还必须进入感情的欣赏。
3.理智的欣赏:音乐语言包括很多要素:旋律、节奏、节拍、速度、力度、音区、音色、和声、复调、调式、调性等。一首音乐作品的思想内容和艺术美,要通过各种要素才能表现出来。
    
旋律又叫曲调,是按照一定的高低、长短和强弱关系而组成的音的线条。它是塑造音乐形象最主要的手段,是音乐的灵魂。这是声音令人产生官能的和感情的感觉并喜爱上音乐的主要要素。我对莫扎特的旋律信手拈来的天才,真是由衷的钦佩,旋律彷佛取之不遏,创作之多是历史之冠!
    
节奏是各音谐在进行时的长短关系和强弱关系。由于不同高低的音同时也是不同长短和不同强弱的音,因此旋律中必然包含节奏这一要素。                              

节拍是强拍和弱拍的均匀的交替。节拍有多种不同的组合方式,叫做“拍子”。正常的节奏是按照一定的拍子而进行的。          
    
速度是快慢的程度。为使音乐准确地表达出所要表现的思想感情,必须使作品按—1定的速度演唱或演奏。
  
力度是强弱的程度。音的强弱变化对音乐形象的塑造,也起着很重要的作用。
    
节奏、节拍、速度、力度等都是音乐感情表露的最主要的手段。

音区是音的高低的范围。不同音区的音在表达思想感情时各有不同的功能和特点。            
    
音色是不同人声;不同乐器及其不同组合的音响上的特色。通过音色的对比和变化,可以丰富和加强音乐的表现力。
    
和声是两个以上的音按一定规律同时结合。和弦进行的强和弱、稳定与不稳定、协和与不协和,以及不稳定、不协和和弦对稳定、协和和弦的倾向性,构成了和声的功能体系。和声的功能作用,直接影响到力度的强弱、节奏的松紧和动力的大小。此外,和声的音响效果还有明暗的区别和疏密浓谈之分,从而使和声具有渲染色彩的作用。
    
复调是两个或几个旋律的同时结合。不同旋律的同时结合叫做对比复调,同一旋律隔开一定时问的先后模仿称为模仿复调。运用复调手法,可以丰富音乐形象,加强音乐发展的气势和声部的独立性,造成前呼后应、此起彼落的效果。
    
调式是从音乐作品的旋律与和声中所用的高低不同的音归纳出来的音列,这些音互相联系并保持着一定的倾向性。而调性则是调式的中心音(主音)的音高。在许多音乐作品中,调式和调性的转换和对比,是体现气氛、色彩、情绪和形象变化的重要手法。          ’
    
音乐语言的各种要素互相配合,具有千变万化的表现力。旋律尽管是音乐的灵魂,但其它要素起了变化,音乐形象就会有不同程度的改变。在一定条件下,其它要素甚至可起主要作用。想要进一步的了解,那就牵绊到音乐的理论专业的课程了,脱离了我们欣赏音乐的原始目的,故此点到即止。
简单的说:欣赏音乐进入另一阶段是:从音响系统和聆听空间里,捕捉音响系统回放出来的声音的「贵气」。「贵气」仅仅是声音的一种高雅气质,一种令人聆听起来身心很愉快、心仪仰慕、很舒畅欣慰,并且是一种铭记于心,很难忘记的经验。应该说是一种官能和感情混为一体的欣赏,但是如果缺乏了理智的分析,就很难品味出「贵气」而变做盲目的崇尚了。
音乐可以说是诸艺术中最深奥的一种,它深潜于诸艺术之底,音乐可以表达出人类最复杂最深刻的情感。一套音响系统,它的效果如何,决定于它是否表达出了音乐艺术的内涵。

我在這一節裡沒有附上英文,有關音樂詞彙的網站請參閱:

http://www.essentialsofmusic.com/
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询众要求:补充一些有关阐述声音听觉系统(Sound Auditory System ) 和声音音准的认知 (Pitch Perception )概念的数据:

笔者注:
1.       此文是笔者撮摘并加修改,
2.       原文的英文本来就没有译成中文,我觉得这样更方便读,只要将英文看图识义便行。
3.       大概科学家的文笔有时写得比较干涩、难懂,我难以实时就懂的词句,经推敲了解后,我擅自将自己的体会写上去了。
4.       看来要很细心去参详才能懂,只好训练一下大家的毅力了。
  
听觉除了可以提供各种讯息之外,还有两个独特的功能:人与人之间语言的沟通交流,及以听觉上的享受─音乐。
 
听觉刺激
 
我们首先要界定「声音」。在物理上,只要物体震动,使空气产生一个疏密波,就有「声音」;在心理上,除了有物理刺激之外,还必须有人「听到」,成为一个知觉经验。
    
声波的传递需要介质,一般而言是空气。因此在真空容器中振动的物体,没有空气作为介质,我们是无法知觉到它的声音的。空气以疏密波的方式传导振动,这种波动在空气中速率每秒约340公尺,称为声波(sound wave)。
    
以纯音(pure tone)为例,纯音的声波以数学的方程式来看,是十分有规律的正弦波,如图10.1。图中波的amplitude称为振幅;周期(cycle)是指一个完整的波长;频率(frequency)是每秒传送的声波数目,而一般称为"赫"(Hertz,Hz)。1000Hz就是指每秒传送1000个声波。人类听觉约可听到20-20480 Hz的声波。

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图.1纵坐标是压力,横坐标是时间,显示出一个正弦音波的正负振幅、周期
 
听觉刺激的三个向度

音量(loudness):音量就是声音的大小,与振幅有关。如果以可以听到的最小声音作为1,根据振幅的比例,那么我们可听到的最大声响则约为10,000,000,范围太大了。因此声音改以分贝(decibels)表示大小。db=20 log(刺激的振幅/标准的振幅)当采用标准振幅为20 micropascals时,则称为声压水平(sound pressure level,SPL)。音量每增加10分贝,我们会觉得音量增大了2倍。
 
1.    音高(pitch):音调就是声音的高低,与频率有关。以钢琴的声音为例,如图2,可再区分声音高度(tone height)与声音色品(tone chroma的认知感觉是实时的新鲜体验、现卖生活般水灵,可以说是一种气质),如A5(440 Hz)与A6(880 Hz)具有相同的tone chroma,但为不同的tone height,相差了一个octave八度。



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图 2
 
音色(timbre):音色对应的是声波的波形,我们听到的声音都不是纯音,而是结合了好几个不同频率的波,可以利用Fourier analysis 加以分析成数个正弦波的元素。而这些正弦波中最低频的正弦波称为基频(fundamental frequency);其余的称为谐音harmonics,为基频的整数倍。以图3为例,是一个complex sound复合声音的波形,可以分析成图4的三个正弦波,为频率440、880及1320Hz。

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感谢版主客气的褒赏,我只不过略尽棉力,回馈一下欣赏多年的音响给自己带来的、修养、乐趣、和幸福吧了。希望我能够不步别人的后尘,给音响看好者带来误导,就满足了。
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图10                                                 图11
 
整个basilar membrane中由于构造上的差异,在振动时会有一处最大位移,移动声波氛围(envelope of the traveling wave),而在此位移的波峰P处hair cell反应最激烈。如图12,因此可以最大位移的产生处代表频率。同时,可在耳蜗中找出对应频率,如图13。apex对应低频;base对应高频。

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图 5
 
在远近距离上,和视觉一样,必须依赖其它讯息来加以推断。例如,声源增加两倍距离,音量减少约6dB;高频音较易被大气吸收,所以越远的声音越多低频声音;如同视觉的movement parallax,越近的声音相对移动较快;最后,远音的非直接低频聲音indirect sound會比較直接聆聽到的低频聲音direct sound多。
   
direct sound 指的是,由声源直接进入耳朵的声音;indirect sound指的是,经由墙壁、天花板等反射之后才进入耳朵的声音。一般而言,direct sound都比indirect sound 早到达耳朵,声源位置由先到达的声音决定,称为優先效應precedence effect。但后抵达的indirect sound也不是完全没被听到,因为若少了indirect sound,音质听起来就不同了。
 
听觉定位的生理基础
    
在上一章我们谈到,大脑A1区处理不同频率的细胞是呈有规则排列性的;这些处理特定频率的细胞,同时也处理特定频率声音的定位。
    
在猴子的A1及superior olivary nucleus可以找到对不同ITD敏感的细胞;在A1也找到对空间上特定范围声源反应的细胞。
    
在猫的nonprimary auditory cortex,可以看到一组细胞,对不同声源有不同的反应型态,这些细胞被称为panoramic neurons,如图.6。另外,在猴子的nonprimary auditory cortex 找到只对离头30cm以内特定声源位置反应的细胞,不论音量大小都会有反应。

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图 6
    
   (1978)在猫头鹰的Mesencephalicus lateralus dorsalis (MLD) ,找到细胞对听觉刺激的接受域,在空间上呈中央兴奋、周围抑制,如图7;而且接受域在空间位置上相邻的细胞在MLD中位置也相邻,如图8,说明了听觉的定位也有topographic map的特性,不过这个特性必须依赖双耳的讯息才能完成。

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图12                                               图13
 
老鼠inner hair cell的frequency tuning function,如图14;猫的听神经frequency tuning curve,如图15。这两个证据都指出basilar membrane上不同位置的hair cell处理特定频率的声音。

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在心理物理取向上,也可以找到place code的证据。以masking的方法,呈现噪音(noise)视其对test声音阈值的影响。实验的操纵变因是test tone的频率和强度;控制变因是固定噪音的center frequency为410Hz,band-width 为90Hz,强度为80db,如图10.16。实验结果如图17,发现mask只影响特定范围的频率,且对高频的影响较对低频大,因其阈值提高许多。从basilar membrane的振动来看,因其振动感应形成的envelope of traveling wave是不对称的,造成mask与高频音的重迭较大,所以要听到高频的test tone需要强度更强。
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影响音色知觉的来源有两个,一个是声源本身的性质,另一个是环境的特色。

声源的性质
    
声源本身所包含的harmonics成分不同,音色听起来也不同;不同乐器音色的差异来源也是因为harmonics成分不同,如图9。另外,在时序上,某个音出现的attack与decay不同,也会造成音色上的差异。

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图 9
 
环境的特色
    
我们曾提到,同一声源会分成direct sound和indirect sound进入耳朵。indirect sound减少为原声压60分贝的时间称为殘響時間reverberation time。理想的reverberation time相当重要,太短会觉得声音干干的;太长则觉得声音黏黏的,因此reverberation time会决定一个音乐厅中声音的品质。
    
生态学的探索EcologicalApproach
    
在视觉上的ecological approach方式,也有人开始采取这样生态学的的观点應用在听觉上。将声音分乐音(musical listening)与日常生活的声音(everyday listening)。日常生活的声音指的是日常各个事件的声音,又将它们区分为:(1)vibrating solids,如脚步声、铃声等;(2)aerodynamic events,如冷气、风扇的声音;(3)liquid sound,如倒水声。这些声音复杂许多,但人也可以区分其差异,例如,可由脚步声听出其性别;倒水时听声音也知道快倒满了。
 
聆聽意識(Auditory Scene)
    
我们身处的环境中,所有的声音都同时进入耳朵,这些声音组成聆聽意識;但我们还可以清晰地一一区分:那是汽车喇叭声、那是小孩的嬉戏声、那是朋友正在跟我们说话的声音。我们如何由繁复的声音背景中区分出各个不同的声音呢?虽然声音的来源位置可以帮助我们区分不同声音,但抽掉这个讯息我们还是可以区分不同声音,如同我们听音乐时仍可区分歌声和背景音乐声。
    
我们可以藉由認知歸納(perceptual grouping)的概念来了解,类似于我們的视觉Gestalt laws。首先声源可能位于空间固定位置,或连续平滑移动,因此具有这类特质的声音就会被组织在一起。
    
當聲音呈现时间间隔(Temporal Proximity) 時,与音色的相似性(Similarity of Timbre),都会影响歸納(grouping)。如图10(a),若呈现得很快,则会组织成往上的音程,打破音色的相似性,如图10(b);若呈现得较慢,则会依音色组织,如图10(c)。

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图 10
 
相似的音调也会组织在一起,但也会受时间上快慢的影响。如图11(a),呈现得慢就会听到高-低-高-低-高-低的旋律;但若呈现得很快,如图11(b),则会听成两个一高一低的旋律。
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图 13                         图 14
 
最后,经验也会影响我们如何组织声音;我们对于熟悉的旋律会有melody schema,可以帮助我们组织声音。有人将两首大家熟悉的童谣放在一起,受试者就无法听出是什么歌;但若告诉受试者歌名,受试者就可以听出藏在其中的旋律了。

皮肤受器
    
皮肤是人体最重的器官,主要具有保暖、保护体内液体流失、防止外物入侵、并提供与触感有关的消息。
    
皮肤可分两层,表皮(epidermis)是已死的细胞,覆盖在真皮(dermis)外面。真皮内有许多受器,这些受器可由其结构与位置分为下列四种:Merkel receptor,盘状受器,位于表皮与真皮之交界。Mesissner corpuscle,由一堆扁平细胞组成,其中只有神经纤维在细胞间围绕,位于真皮层恰在表皮之下。Ruffini cylinder,呈现圆桶状,神经纤维深入并有许多分支。Pacinian corpuscle,像洋葱的构造,中有神经纤维,位在皮肤深层,而肠子和关节处也有。这些受器分别有不同的大小及接收刺激的范围,如图1、2。

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图 1

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图 2
 
    我们可以用心里物理的方法测量各种受器的最适反应,实验方式是以较低温度的刺激(部分管道对温度敏感)及振动刺激,选择性的降低某些管道的敏感度,结果发现四种受器分别对不同振动频率的刺激有最好的反应,如表1。也可以插入非常细微的电极到人的手里去测一个神经纤维的反应,可区分出 slowly adapting (SA) fibers 和 rapidly adapting (RA) fibers,如表2。
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图 22
 
而对于环境中更复杂的声音, (1995)在猴子的nonprimary auditory cortex找到负责对pure tone反应的细胞、负责对complex tone反应的细胞,甚至还找到对其它猴子特殊叫声的细胞,位置近似于人类大脑的语言区。发现人类负责处理听觉的区域可能涉及更高层的区域。 至于是否有如视觉系统的平行处理路径,以及特化的区域处理不同的刺激特性,则有待进一步的研究。

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听觉定位
    
空间上不同位置的刺激直接投影到网膜的不同位置,因此网膜上就有物体位置的讯息;但是必须藉由其它讯息的帮助来获得。
    
在空间上如何定位声源位置呢?我们以三个坐标轴来定位,这三个坐标轴也依赖不同讯息来判断。第一个轴是水平上的位置(horizontal or azimuth),指的是位于听者的左或右方;第二个轴是垂直上的位置(vertical or elevation),指的是位于听者的上或下方;第三个轴是距离远近(distance)。如图1。

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图 11
 
也由于相似音高会组织在一起的特性(similarity of Pitch),发现scale illusion (或melodic channeling)的现象:当左右耳分别呈现高-低-高-低...的音,如图12(a)时,左右耳应分别听成如图12(b)的旋律,但是却会听成左右耳都是两条圆滑的旋律,如图12(c)。

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图 12
 
声音的开始与结束不同(Onset and Offset),也会自然地被知觉为不同的来源。同时,具有良好连续性(Good Continuation)的声音也会被组织在一起。如图13,会被知觉为一条平音,一条先上升再下降的旋律。此外,如图14,若在一个声音中插入杂音,即使插入杂音时真的中断这个声音(图(b)),我们也会觉得这个声音是连续的(图(c))。

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