声音的种类有哪些

声音的种类

一,纯音

现实世界中有各种各样的声音.从听觉医学角度来分类,我们常根据声音的周期特性将其分为周期性声音和非周期性声音.周期性声音包括纯音和复合音,这是由于它们的波型都具有一定的重复性；而非周期性声音则是由许多频率、强度和相位不同的声音无规律性地组合在一起形成.比如,日常生活的噪音就是一个例子,相比之下,非周期性声音就不是那么受人欢迎了.

纯音是含单一频率,同时声压随时间按正弦函数规律变化的声波.在自然界和日常生活中很少遇到纯音,纯音可由音叉产生,也可用电子振荡电路或音响合成器产生.

音叉(tuning fork)是呈“Y”形的钢质或铝合金发声器,各种音叉可因其质量和叉臂长短、粗细不同而在振动时发出不同频率的纯音.在临床耳科中应用广泛而简便的听力检查方法之一就是音叉试验,这个试验就是利用音叉发出的不同频率的纯音测试患者的听力状况.临床听力检查多用C调倍频程的一组音叉,即C=64Hz、c=128Hz、c1=256Hz、c2=512Hz、c3=1024Hz、c4=2048Hz、c5=4096Hz,其中以C1和C2最为常用.

二,复合音

在自然界和日常生活中很少遇到纯音,绝大部分都是复合音.复合音是由频率不同、振幅不同和相位不同的正弦波叠加形成的,它也是—种周期性的振动波.常用的科学波形分析方法是 Fourier分析法,纯音和复音可以互相之间合成和分解.

在复合音波中频率最低的成分(分音)称基音.频率与基音成整倍数的分音称谐音(谐波),2倍或3倍基音的分音分别称二次或三次谐音.复合波之振幅是由基音的振幅和各组谐音的振幅重叠而成.若振幅方向相同则可相加；若振幅方向相反则须要相减.

复合音是多个物理参数不同的正弦波规律性叠加形成的.任何复杂的周期性振动都可以分解为许多谐波,这称为傅里叶定律.把复杂的振动分解成各种频率成分的过程称傅里叶分析,也称频谱分析.声音通过频谱分析仪后分解成许多振幅和频率不同的信号,将这些振幅不同的成分按频率顺序排列所描绘的图形称频谱图.

三,噪音

噪音又称噪声,一般是指不恰当或者不舒服的听觉刺激.噪音由许多频率、强度和相位不同的声音无规律性地组合在一起形成,其特点为非周期性的振动,它的音波波形不规则,听起来感到刺耳.一般来说,凡是妨碍人们学习、工作和休息并使人产生不舒适感觉的声音,都叫噪音,如流水声、敲打声、沙沙声,机器轰鸣声等.噪声又分为白噪声、粉红噪声和褐色噪声等.它的测量单位是分贝.

白噪声（white noise）是指一段声音中的频率分量的功率在整个可听范围（20Hz～20kHz）内都是均匀的.由于人耳对高频敏感一些,这种声音听上去是很躁耳的沙沙声.白噪声具有连续的噪声谱,包含有各种频率成分的噪声.它的功率谱密度与频率无关.白噪声广泛用于环境声学测量.

粉红噪声（pink noise）是自然界最常见的噪音,简单说来,粉红噪声的频率分量功率主要分布在中低频段.粉红噪声在人耳中听到的是平直的频率响应——“非常悦耳的一种噪声”,最常用于声学测试.从波形角度看,粉红噪声是分形的,在一定的范围内音频数据具有相同或类似的能量.粉红噪声的电平从低频向高频不断衰减,其幅度与频率成反比(1／f).其幅度每倍频程(一个8度)下降3dB.利用粉红噪音可以模拟出瀑布或者下雨的声音.

褐色噪声（brown noise）的频率分量功率主要集中在低频段.其能量下降曲线为1／f2,其波形是非常自相似的.总体来说,褐色噪声有点和工厂里面的“轰轰隆隆”的背景声相似.

声音听觉理论

由于人耳听觉系统非常复杂，迄今为止人类对它的生理结构和听觉特性还不能从生理解剖角度完全解释清楚。所以，对人耳听觉特性的研究目前仅限于在心理声学和语言声学。

人耳对不同强度、不同频率声音的听觉范围称为声域。在人耳的声域范围内，声音听觉心理的主观感受主要有响度、音高、音色等特征和掩蔽效应、高频定位等特性。其中响度、音高、音色可以在主观上用来描述具有振幅、频率和相位三个物理量的任何复杂的声音，故又称为声音“三要素”；而在多种音源场合，人耳掩蔽效应等特性更重要，它是心理声学的基础。下面简单介绍一下以上问题。

声音三要素

1．响度

响度，又称声强或音量，它表示的是声音能量的强弱程度，主要取决于声波振幅的大小。声音的响度一般用声压(达因／平方厘米)或声强(瓦特／平方厘米)来计量，声压的单位为帕(Pa)，它与基准声压比值的对数值称为声压级，单位是分贝(dB)。对于响度的心理感受，一般用单位宋(Sone)来度量，并定义lkHz、40dB的纯音的响度为1宋。响度的相对量称为响度级，它表示的是某响度与基准响度比值的对数值，单位为口方(phon)，即当人耳感到某声音与1kHz单一频率的纯音同样响时，该声音声压级的分贝数即为其响度级。可见，无论在客观和主观上，这两个单位的概念是完全不同的，除1kHz纯音外，声压级的值一般不等于响度级的值，使用中要注意。

响度是听觉的基础。正常人听觉的强度范围为0dB—140dB(也有人认为是-5dB—130dB)。固然，超出人耳的可听频率范围(即频域)的声音，即使响度再大，人耳也听不出来(即响度为零)。但在人耳的可听频域内，若声音弱到或强到一定程度，人耳同样是听不到的。当声音减弱到人耳刚刚可以听见时，此时的声音强度称为“听阈”。一般以1kHz纯音为准进行测量，人耳刚能听到的声压为0dB(通常大于0．3dB即有感受)、声强为10-16Wcm2 时的响度级定为0口方。而当声音增强到使人耳感到疼痛时，这个阈值称为“痛阈”。仍以1kHz纯音为准来进行测量，使人耳感到疼痛时的声压级约达到140dB左右。

实验表明，闻阈和痛阈是随声压、频率变化的。闻阈和痛阈随频率变化的等响度曲线(弗莱彻—芒森曲线)之间的区域就是人耳的听觉范围。通常认为，对于1kHz纯音，0dB—20dB为宁静声，30dB--40dB为微弱声，50dB—70dB为正常声，80dB—100dB为响音声，110dB—130dB为极响声。而对于1kHz以外的可听声，在同一级等响度曲线上有无数个等效的声压—频率值，例如，200Hz的30dB的声音和1kHz的10dB的声音在人耳听起来具有相同的响度，这就是所谓的“等响”。小于0dB闻阈和大于140dB痛阈时为不可听声，即使是人耳最敏感频率范围的声音，人耳也觉察不到。人耳对不同频率的声音闻阈和痛阈不一样，灵敏度也不一样。人耳的痛阈受频率的影响不大，而闻阈随频率变化相当剧烈。人耳对3kHz—5kHz声音最敏感，幅度很小的声音信号都能被人耳听到，而在低频区(如小于800Hz)和高频区(如大于5kHz)人耳对声音的灵敏度要低得多。响度级较小时，高、低频声音灵敏度降低较明显，而低频段比高频段灵敏度降低更加剧烈，一般应特别重视加强低频音量。通常200Hz--3kHz语音声压级以60dB—70dB为宜，频率范围较宽的音乐声压以80dB—90dB最佳。

2．音高

音高也称音调，表示人耳对声音调子高低的主观感受。客观上音高大小主要取决于声波基频的高低，频率高则音调高，反之则低，单位用赫兹(Hz)表示。主观感觉的音高单位是“美”，通常定义响度为40方的1kHz纯音的音高为1000美。赫兹与“美”同样是表示音高的两个不同概念而又有联系的单位。

人耳对响度的感觉有一个从闻阈到痛阈的范围。人耳对频率的感觉同样有一个从最低可听频率20Hz到最高可听频率别20kHz的范围。响度的测量是以1kHz纯音为基准，同样，音高的测量是以40dB声强的纯音为基准。实验证明，音高与频率之间的变化并非线性关系，除了频率之外，音高还与声音的响度及波形有关。音高的变化与两个频率相对变化的对数成正比。不管原来频率多少，只要两个40dB的纯音频率都增加1个倍频程(即1倍)，人耳感受到的音高变化则相同。在音乐声学中，音高的连续变化称为滑音，1个倍频程相当于乐音提高了一个八度音阶。根据人耳对音高的实际感受，人的语音频率范围可放宽到80Hz--12kHz，乐音较宽，效果音则更宽。

3．音色

音色又称音品，由声音波形的谐波频谱和包络决定。声音波形的基频所产生的听得最清楚的音称为基音，各次谐波的微小振动所产生的声音称泛音。单一频率的音称为纯音，具有谐波的音称为复音。每个基音都有固有的频率和不同响度的泛音，借此可以区别其它具有相同响度和音调的声音。声音波形各次谐波的比例和随时间的衰减大小决定了各种声源的音色特征，其包络是每个周期波峰间的连线，包络的陡缓影响声音强度的瞬态特性。声音的音色色彩纷呈，变化万千，高保真(Hi—Fi)音响的目标就是要尽可能准确地传输、还原重建原始声场的一切特征，使人们其实地感受到诸如声源定位感、空间包围感、层次厚度感等各种临场听感的立体环绕声效果。

另外，表征声音的其它物理特性还有：音值，又称音长，是由振动持续时间的长短决定的。持续的时间长，音则长；反之则短。从以上主观描述声音的三个主要特征看，人耳的听觉特性并非完全线性。声音传到人的耳内经处理后，除了基音外，还会产生各种谐音及它们的和音和差音，并不是所有这些成分都能被感觉。人耳对声音具有接收、选择、分析、判断响度、音高和音品的功能，例如，人耳对高频声音信号只能感受到对声音定位有决定性影响的时域波形的包络(特别是变化快的包络在内耳的延时)，而感觉不出单个周期的波形和判断不出频率非常接近的高频信号的方向；以及对声音幅度分辨率低，对相位失真不敏感等。这些涉及心理声学和生理声学方面的复杂问题。

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