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響度,是指聲音的強弱叫做響度。響度是感覺判斷的聲音強弱,即聲音響亮的程度,根據它可以把聲音排成由輕到響的序列。響度的大小主要依賴於聲強,也與聲音的頻率有關。

響度響度
(一)聲音的強弱稱為「響度」,通常以「分貝」(dB)來表示響度的大小。

(二)聲波振幅愈大則響度愈大。用力敲打音叉,音叉兩股振動幅度愈大, 便可產生較大振幅的聲波。 反之小力敲打則聲波振幅小。

(三)響度大小可用「噪音計」測得分貝值。 振幅大小之比較可由「示波器」之螢幕直接觀察。

(四)以下為幾種環境中的約略響度:

聲音  響度 
人耳聽覺的下限  0 
樹葉的沙沙聲  10 
耳語(相距1公尺)  20 
清早時的街道  30 
辦公室  40 
平常的交談聲音(相距1公尺處) 50 
繁忙的街道  60 
上下班時的台北巿火車站  70 
氣壓鑽孔機(相距3公尺處)80 
10瓦特立體音響唱機(相距3公尺處)  90 
人耳開始感到痛楚  100 
噴射機引擎聲(相距50公尺處) 110 
太空火箭的引擎聲(相距50公尺處)  120 

1 響度 -概述

響度國家標準標誌
聲音的強弱叫做響度。響度是感覺判斷的聲音強弱,即聲音響亮的程度,根據它可以把聲音排成由輕到響的序列。

響度的大小主要依賴於聲強,也與聲音的頻率有關。

聲波所到達的空間某一點的聲強,是指該點垂直於聲波傳播方向的單位面積上,在單位時間內通過的聲能。聲強的單位是瓦/米2。對於2000赫茲的聲音,其聲強為2×10-12瓦/米2就可以聽到,但對於50赫茲的聲音,需5×10-6瓦/米2才能聽到,感覺這兩個聲音的響度相同,但它們的聲強差2.5×106倍。對於同一頻率的聲音,響度隨聲強的增加不是呈線性關係,聲強增大到10倍,響度才增大為2倍,聲強增大到100倍,響度才增大為3倍。

2 響度 -響度與人的感覺

響度由氣壓迅速變化的振幅(聲壓)大小決定。但人耳對強度的主觀感覺與客觀的實際強度並不一致,人們把對於強弱的主觀感覺稱為響度,其計量單位也為分貝(Db),它是根據1000Hz的聲音在不同強度下的聲壓比值,取其常用對數值的l/10而定的。取對數值的原因是由於強度與響度的增加不是成正比關係,而是真數與對數的關係!例如聲音強度大到10倍時,聽起來才響了一級(10dB),強度大到100倍時聽起來才響了兩級(20dB)。對於1000Hz的聲音信號,人耳能感覺到的最低聲壓為2x 10E-5Pa,把這一聲壓級定為0dB,當聲壓超過130dB時人耳將無法忍受,故人耳聽覺的動態範圍為0~130dB。人對強度相等、頻率不同聲音感覺是不同的;聲壓級越高,人的聽覺頻率特性越平直;聲壓級越低,人的聽覺頻率範圍越小;頻率f<16~20Hz以及f>18~20KHz的聲音,不論聲級多高,人耳都是聽不到的。故人耳的聽覺頻率為20Hz~20KHz,這個頻帶叫音頻或聲頻;不論聲壓高低,人耳對3KHz~5KHz頻率的聲音最為敏感。

大多數人對信號聲級突變3dB以下時是感覺不出來的,因此對音響系統常以3dB作為允許的頻率響應曲線變化範圍。

人耳對聲音的感覺,不僅和聲壓有關,還和頻率有關。聲壓級相同,頻率不同的聲音,聽起來響亮程度也不同。如空壓機與電鋸,同是 100分貝聲壓級的雜訊.聽起來電鋸聲要響得多。按人耳對聲音的感覺特性,依據聲壓和頻率定出人對聲音的主觀音響感覺量,稱為響度級,單位為方。

以頻率為1000赫茲的純音作為基準音,其他頻率的聲音聽起來與基準音一樣響,該聲音的響度級就等於基準音的聲壓級。例如,某雜訊的頻率為100赫茲,強度為50分貝,其響度與頻率為1000赫茲,強度為20分貝的聲音響度相同,則該雜訊的響度級為20方。人耳對於高頻雜訊是 1000~5000赫茲的聲音敏感,對低頻聲音不敏感。例如,同是是40方的響度級,對1000赫茲聲音來說,聲壓級是40分貝;4000赫茲的聲音,聲壓級是37分貝;100赫茲的聲音,聲壓級52分貝;30赫茲的聲音,聲壓級是78分貝。也就是說,低頻的80分貝的聲音,聽起來和高頻的37分貝的聲音感覺是一樣的。但是聲壓級在80分貝以上時,各個頻率的聲壓級與響度級的數值就比較接近了,這表明當聲壓級較高時,人耳對各個頻率的聲音的感覺基本是一樣的。

3 響度 -響度與振幅

(1)取一個連接音響或收錄音機的喇叭(功率愈高愈好),開口朝上平放在桌上。 (1)取一個連接音響或收錄音機的喇叭(功率愈高愈好),開口朝上平放在桌上。

(2)撒一些保麗龍屑在喇叭上(最好能直接撒在喇叭的鼓膜上) (2)撒一些保麗龍屑在喇叭上(最好能直接撒在喇叭的鼓膜上)

(3)打開音響使喇叭發出聲音,注意保麗龍屑有沒有跳動。 (3)打開音響使喇叭發出聲音,注意保麗龍屑有沒有跳動。

(4)調整音量大小,並比較保麗龍屑跳動的情形。 (4)調整音量大小,並比較保麗龍屑跳動的情形。

4 響度 -人耳的響度感

對微小的聲音,只要響度稍有增加人耳即可感覺到,但是當聲音響度增大到某一值后,即使再有較大的增加,人耳的感覺卻無明顯變化。我們把人耳對聲音響度的這種聽覺特性稱為「對數式」特性。另外人耳對不同頻率的聲音,聽覺響度也不相同。例如我們播放一個從20Hz逐步遞增到20kHz增益相同的正弦交流信號,就會發現雖然各頻段增益一樣,但我們聽覺所感受到的聲音響度卻不相同。在20Hz~20kHz整個可聽聲頻率範圍內,上下限頻率共10個倍頻程。如表所示:

倍頻程的頻率範圍

頻程      頻率範圍(Hz)

1   20~40
2        40~80
3        80~160
4        160~320
5        320~640
6        640~1280
7        1280~2500
8        2500~5000
9        5000~10000
10        10000~20000

我們把可聽聲按倍頻關係分為3份,確定低、中、高音頻段。

即:

低音頻段20Hz~160Hz(3倍頻)
中音頻段160Hz~2500Hz(4倍頻)
高音頻段2500Hz~20000Hz(3倍頻)

人耳對中音頻段感受到的聲音響度較大,且較平坦。高音頻段感受到的聲音響度隨頻率的升高逐漸減弱,為一斜線。低音頻段在80Hz以下急劇減弱,斜線陡率較大。我們把低音頻段的急劇減弱稱為低頻「遲鈍」現象。

圖1 人耳聽覺特性曲線

響度響度

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

如果我們在某聲強級倒置這些等響曲線,就會得出人耳在此曲線上整個頻率範圍內全部聲音的相對頻響圖。較低曲線倒置,說明在低聲強,人耳頻響缺乏。相反,倒置較高聲強的上部曲線,可達到更平坦的頻響。通常把1000Hz曲線作為參考點,對高頻和低頻而言,人耳的聽覺響應在低聲強時始終不足。但是人耳對300~6000Hz左右的頻段特別敏感。這恰巧是包含大部分人講話模式的聲音以及嬰兒啼哭的音調的頻率範圍。

圖2 頻響曲線

響度響度

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

每條等響曲線被確認為以響度單位「方」表示的聲級。在與等響標準音符進行比較時,由於響度等於以分貝表示的聲壓級,因此「方」是一個響度單位。標準音符是一個1000Hz純音或中心頻率在1000Hz的窄帶雜訊。要指出的是,只有在圖上1000Hz的標準參考點,用「方」表示的聲級與以分貝表示的聲壓級才一致。因此40方等響曲線表示1000Hz處的40dB SPL,但在其它大部分頻率上,SPL是不同的。基本上,每個「方」等響曲線代表一個10dB音級,測量值增加3dB,表示聲音功率增加2倍。

圖2底部的紅色虛線表示自由場中人耳聽覺靈敏度的最低可聞聲級。

這些曲線的使用效果說明,如果我們在校準系統或對音質進行數值評價時,想合成人耳的正常聽力表現,某種形式的濾波是需要的。聲壓級(SPL)表大多用於設置音頻系統的聽力聲級,SPL表包括修正其標度的可選濾波器,因此它可估測出在某一聲壓級範圍內人耳的響應。最常用的濾波器設置是A加權和C加權。它們是什麼?與我們的聽覺反應有何關係?

 加權概念是指濾波器響應的相對整形,因而模仿在某一響度級的人耳。A、B、C和D四種被用來簡化並加到等響曲線區域上,這些區域對描述人耳對真實世界應用的頻響最有意義。下面的討論請參照圖3。A加權規定濾波器(和人耳響應)在低聲壓級的波形,即40方等響曲線。以分貝表示的與A加權相關的聲級測量值用dB(A)單位表示。此曲線整形意味著測量設備中低頻被衰減,而語音頻率被放大。B加權描述一個約70方曲線的中等聲級。要注意的是此時人耳響應開始平坦。C加權利用100方曲線,它描述人耳對高聲級幾乎平坦的響應。對典型的家庭影院聆聽聲級及評估系統的平坦頻響特性來說,C加權響應最有用。D加權曲線是一種特例,它是為測試飛機飛行雜訊而開發的,它使高頻惡化。同樣,相對於這些加權曲線的聲級測量值被分別記錄為dB(B)、dB(C)和dB(D)。A和C加權最常用,因為前者與日常的正常聲壓級有關,後者與較高聽音音量有關(此時人耳響應幾乎平坦)。

響度響度

 

 

 

 

 

 

 

 

聲音動聽

我們已講述了某種有意義的背景,但是它們與音頻系統響度控制特性都有何關係?了解人耳如何感知與頻率相對應的聲強可直接引導我們理解響度特性。響度控制就是打算在低聲級聆聽的時候明顯地提升低頻和高頻,使人耳感知到較平坦的總聲壓級。換言之,如果在低音量級無法實施等響曲線控制,就顯得缺少低音和高音。這種效果相當於前述的A加權情況(這種情況下低和高頻都要求額外的放大,使聲音動聽)。

由於人耳的頻響在高聲級相對平坦,不需要等響曲線控制的補償效果。響度特性是一種均衡功能,理想情況下,它應該進行自身調節,以便在低聲壓級具有較大的補償效果,而隨著聲壓級增加,補償效果也越來越小。

從圖4可以看出,補償低頻所需的功率量(LA{{A為下角標}}曲線界定的綠色陰影區)很大。因此,在家庭影院音頻系統設計中,僅對低頻聲道使用相當大的分離放大,並不罕見。高頻範圍內的陰影區表明在某一較低的音量級時這部分頻譜所需的相對補償。在高響度級,人耳的反應接近平坦,補償需求幾乎降到零,如LC{{C為下角標}}曲線所示。

響度響度

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

響度控制易如反掌

 問題在於,執行響度控制功能是像那些過於簡單的設計一樣,僅使用一個固定設置提升高頻和低頻,還是動態的,能根據音量控制設置修正均衡量?

從歷史上看,大部分響度控制都是模擬實現,使用分立的電阻電容甚至電感逼近A加權函數的補償曲線(圖4中的曲線LA{{}})。大部分是圍繞著音量控制而設計的。圖5說明一種使用音量控制的簡單可行的方案,此方案採用一個旋轉半程的第四抽頭。阻容網路切入音量控制電路時,提供幅度補償。對於真正的低成本電路,可能只有低端頻率被提升,或許中音域被「切掉」使其聽起來較像低端聲級。毫無疑問,模擬實現響度功能,特點是五花入門。完全補償A加權響應需要相對複雜的補償網路。

 圖5電路的基本方案是:(1)使用C1提升高頻,當響度開關接通時C1與音量控制的上半部並聯;(2)選擇C2的電容值,使其電抗在高頻和中頻時較低;(3)選擇R使高中頻得以衰減;但隨著頻率下降,C2的電抗會升高,降低低頻衰減。這是一種徹頭徹尾的性能折衷的簡便而低成本的設計方案。

響度響度

 

 

 


 

 

DSP:只是有利於響度

響度均衡電路的現代實現自然而然地落入數字信號處理,即DSP的範疇。在數字處理可實現的眾多可能性之中,形成能夠模擬接近精確補償響應的濾波器不僅是可能的,而且一般都是直截了當的。基於DSP的演算法實現連續自適應函數,它們隨著聲壓級在其正常變化範圍內變化將實時補償。

    各種形式的高速數字信號處理為當今複雜的音頻系統最佳實現等響補償提供各種途徑。有了這類工具,工程師們必須回過頭來研究Fletcher 和Munson 等人開發的基礎知識,吐故納新,確保我們有最好的機會開發最接近於原始概念的基於數字的產品。但無論如何,我們大家真正關心的都應該是,在我們按下響度鈕時,系統應該「優美動聽」。


 

5 響度 -如何讓聲音響度最大

怎麼樣在不讓音軌失真的情況下讓聲響感到更大些?或者有沒什麼效果來增強音量的?

成音(final mixes)聲響最大化是個比較有爭議的話題,不同的專業工程師在這個問題上有一定的分歧。假設你的成音已經峰值達到0dBFS,再增加響度就會有點危險,因為不可避免地會在某種程度上改變所錄製的波形。這種任何特別的音頻處理所導致的折衷,和音響增加相比,哪個重要,你要好好思量一下。

最好的策略是,把你的成音放在DAW中,和你所選擇的感覺較牛X的商業成音放在一起,然後處理你的混音,直到和標準感覺一致為止。您的監聽設備越好,你的判斷力才能夠越好。(如果用普通的監聽,聲響上可能會做得過度,因為你無法精確分辨出信號品質到底降低到何地步)。

那麼該嘗試一下哪些處理呢?「毒性最小的」增加音量的方法我想應該是讓混音通過截止頻率非常低的高通濾波器。如果所錄的音軌上有直流(0Hz)信號的話,這可以偏移整體音頻波形,使其中的削波出現地比原先更早;而高通濾波器可以去除掉。你還可以用高通濾波器來截去你不想要的低頻隆聲,這樣就可以給整體音軌電平更大的余量。

我們還要用下均衡器,值得一提的是,人耳其實對高頻與低頻都不是特別敏感,但對中頻非常敏感。人們一般都會把較為明亮的聲音從心裡認為是較為響亮的聲音。如果你可以在參考的標準音軌和你自己的音軌之間檢測出音調的不同,我推薦輕微調節均衡器和參考軌的聲音更象一些。

或許你還想看一下諸如Logic的Match EQ和TC Works的Assimilator,或是獨立的工具軟體Harbal。這些都可以用來比較參考軌的頻率內容和你自己音軌的頻率內容,然後會給出建議的均衡曲線,以自動匹配兩個音軌。只要確定建議的均衡曲線可能會「加點鹽」,因為自動處理不可能十全十美。

精細的磁帶、電子管或變壓器失真處理也是增加主觀響度有意思的一種方法,但實際並沒有增加多少計量電平。如果這樣的話,這裡的軟體選項就比較多了,比如Silverspike的免費軟體Rubytube 或是內置入Cubase SX2的 Magneto插件。有些不錯的硬體如內置入TC Electronic機架處理器的DRG,或是Drawmer的DC2476 Masterflow設備里的有趣的多段電子管處理。

壓縮在聲響上的增加絕對明顯,特別是對於低比率(低於1.3:1)和低門閾(大致在-30dBFS與-50dBFS之間)設置來說。完全波段的呀在這個角色上音調更明顯,但多短類型的壓縮器則相對帶來的假聲更少。

對於搖滾與舞曲音樂風格,全波段的較高門閾及比率設置的壓縮,經過壓縮效果后響度夠勁。如果你想試驗一下的話,從2:1比率開始,1ms的起音時間,100ms的釋音時間。然後再設置門閾電平,這樣壓縮器主要減少的是鼓擊的增益,你會聽到壓縮器處理的效果,然後再調節比率及釋音時間來調整力度。

如果你發現壓縮器的效果,對底鼓的低頻部分有所傷害的話,那麼就增加壓縮器的起音時間,讓更多聲音在壓縮器削減前經過。另外還可以使用高通濾波器處理壓縮器的旁鏈來減少低頻增益衰減的因素。

限制器有時也用來增加響度,在正常情況下可以增加幾個分貝而無何損失。現在的全波段和多段型號都有,但有一個旁側效果這些都沒有,就是這些效果感覺讓音軌中的重擊鼓聲好象被吸到混音中一樣。如果打擊素材少的還行,這個可以作個折中,主要看限制器的釋音時間如何設置,不過也要注意限制器處理的副效果(pumping)和低音失真。

如果上面幾種方法都試了感覺還不行,那麼就該放大一下參考音軌的波形,看一下它們是否有限幅(clipping)現象。儘管很多工程師不太贊成限幅現象,但實際上的情況是,商業發行里經常存在,這是個事實。所以,你需要考慮一下限幅的立場。限幅的壞處之一是,它是一種失真,本身並不音樂化。不過許多工程師認為某種程度的限幅在某種情況下也可以被巧妙掩蓋,主要是為了獲得考究的聲響。

第一種主要的情形是,當聲音本身就模糊失真時(fuzzy),比如失真的電吉他,那麼限幅還是很容易混合的。最為典型的例子是The Darkness的《Growing On Me》,Chemical Brothers的《Block Rocking Beats》,以及Pink的《Feel Good Time》。

另外一種限幅的風格是那種鼓機非常重的音樂,比如搖滾和嘻哈,不過一般限幅的也只是鼓拍。除非你搞得很過分,一般的限幅處理人耳感覺就是鼓的音調有點變化而已,而不是失真的感覺,所以很多音樂人都樂於用這種方式來處理。舉個例子,Dr Dre在2001的專輯中就在底鼓上有超過100個連續採樣上頻繁使用限幅,而這種限幅處理方式商業音樂風格絕不是完全拒絕。

6 響度 -雜訊的響度分析及評價

可聽聲對人產生的總的效果除了聲壓、聲頻率之外,還有聲音持續時間、聽音人的主觀情況等,人的耳朵對高頻聲波敏感,對低頻聲波遲鈍。為了把客觀存在的物理量與人耳的感覺統一起來,引入一個綜合的聲音強度的量度——響度、響度級。

1.  純音的等響曲線、響度及響度級

響度響度

聽閾和痛閾的數值都是定義在1000Hz純音條件下的量,當聲音的頻率發生變化時,聽閾和痛閾的數值也將隨著變化。為使在任何頻率條件下主客觀量都能統一,就需要在各種頻率條件下對人的聽力進行試驗,即選取1000Hz純音作為基準音,其噪音聽起來與基準純音一樣響,則雜訊的響度級就等於這個純音的聲壓級(分貝數),試驗得出的曲線稱為等響曲線。經過大量實驗測得純音的等響度曲線如圖 等響曲線-聽閾曲線所示。

響度級是一個相對量,有時需要用絕對值來表示,故引出響度單位宋的概念。響度級和響度間的對應關係如圖方-宋關係

2.  寬頻雜訊的響度

對純音可以通過測量它的聲壓級和頻率,按等響曲線來確定它的響度級,然後根據方-宋關係確定它的響度。但是,絕大多數的雜訊是寬頻聲音,評價它的響度比較複雜,或者計算求得,或者通過計權網路由儀器直接測定。就聲級計而言,設立了A、B、C三種計權網路。

3.  等效連續聲級與雜訊評價標準

如果考慮雜訊對人們的危害程度,則除了要注意雜訊的強度和頻率之外,還要注意作用的時間。反映這三者作用效果的雜訊量度叫做等效連續聲級。

近年來,為了減少雜訊的危害,提出了保護聽力、保障生活和工作環境安靜的雜訊允許標準。

7 響度 -參考資料

http://ced.xxjy.cn/RESOURCE/CZ/CZWL/DGJC/SGRX/SXX/50_SR.htm

http://me.seu.edu.cn/jmp/jpkc2006/kczd/kc/chap_14/14-2-2.htm

http://www.hnsafety.gov.cn/peixun/show.aspx?id=1045&;cid=201

http://www.studiocover.com/info/2594-1.htm

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