聲環(huán)境設計的目的是滿足人們對聲音的主觀要求，即想聽的聲音能聽得清楚、聲音優(yōu)美，而不必要的聲音應減少到最低程度的干擾。 而且，人們對聲音的主觀要求非常復雜。 要了解人的觸覺的主觀要求，首先要了解影響觸覺的觸覺機制和聲音的一些主觀誘因。
1.聽覺機構(gòu)
在噪聲控制和廳堂音響設計中，人耳是聲波的最終接收器。 人耳可分為三個主要部分：額骨、中耳和鼓膜。 聲波被人耳轉(zhuǎn)化為觸覺神經(jīng)纖維中的神經(jīng)沖動信號，傳輸?shù)饺四X的觸覺中樞，產(chǎn)生觸覺。
人耳橫截面示意圖
(1) 上頜
內(nèi)耳由耳罩和通向鼓膜的耳道組成。 內(nèi)耳就像一個倒置的喇叭口，具有聚集聲音的功能。 如果我們身上沒有耳廓，我們周圍的大部分聲音都不會被聽到。
耳罩的作用是匹配耳道與聲音之間的阻抗，讓更多的聲音進入耳道。 這些匹配效果在左右兩側(cè)效果最好，在高頻下也有效。 高于400Hz以上匹配效果較差。
耳道長約25~30mm，半徑5~7mm，共振頻率約2000~。 因此，這是我們最敏感的頻率范圍。 實際上，喉部放大了這個范圍內(nèi)的聲音。 這既有優(yōu)點也有缺點。 優(yōu)點是2000~頻率范圍是人類語言頻率的上限，它支配著我們發(fā)出的音節(jié)，有助于我們互相交流。 缺點是，隨著年齡的增長，這個頻率范圍往往會首先失去觸摸靈敏度，從而使溝通變得更加困難。
(2)內(nèi)耳
聲波繼續(xù)向前傳播，推動耳膜振動，進入內(nèi)耳。 鼓膜的振動通過內(nèi)耳腔中的三塊小骨頭（稱為小骨）傳遞。 錘骨、砧骨和鐙骨將鼓膜的振動傳遞到卵圓窗，這三塊腿骨的功能是調(diào)節(jié)音量以適應內(nèi)臟器官。 也就是說，如果聲壓級非常高，連接這些腿骨的胸部肌肉會導致它們分開，從而降低進入耳蝸的聲音的硬度。
內(nèi)耳的功能是通過小骨的運動，有效地耦合鼻子中的空氣振動和耳蝸中的流體運動。 據(jù)悉，聽小骨一方面起到傳遞聲能的作用，另一方面可以限制卵圓窗過度運動，起到一定的保護作用。
(3)中耳
中耳的主要組成部分是內(nèi)耳。 聲音通過小骨傳播并到達卵圓窗，引起卵圓窗振動。 然后，充滿液體的螺旋內(nèi)耳形成波浪，類似于海洋的波浪。 內(nèi)耳布滿微小的毛發(fā)狀細胞，在液體中波動。 這種毛細胞的波動將機械能轉(zhuǎn)化為電能，并將這種通信信號傳輸?shù)接|覺神經(jīng)。 觸覺神經(jīng)將信號從所有毛細胞傳輸?shù)酱竽X，在大腦中這些信號被處理并解釋為聲音。 整個觸覺過程只需幾微秒即可完成。
(4)骨傳導
聲音不僅從泄殖腔和內(nèi)耳傳遞到耳蝸外部，而且還通過枕骨的振動來移動鼓膜液體。 這種傳導途徑稱為骨傳導。
也正是這個原因，你說話時看到的聲音和你說話時別人看到的聲音是有區(qū)別的。 當你從自己的嘴里發(fā)出聲音后，一些低頻成分通過骨傳導直接進入觸覺系統(tǒng)，所以你看到的聲音變得越來越粗，這就是為什么當我聽錄音機上錄制的聲音時，我似乎變成了另外一個人。
2. 聽覺范圍和觸覺特征
(1)最高和最低可聽頻率限值
不同的人所能看到的最高頻率范圍差異很大。 人類的最大可聽極限與聽到聲音的音高有關。 通常年輕人能看到聲音，但中年人只能看到。 可聽頻率的下限一般為20Hz。 但隨著人年齡的增長，可聽頻率的下限也在降低，以致中老年人對低頻聲音不敏感。 頭發(fā)容易沉迷于高音享受的原因之一。
人耳的觸覺范圍
(2) 最小和最大可聽聲壓級限值
人耳可以接收到的音調(diào)變化范圍非常大。 通常正常青少年在中頻附近的最低可聽極限大致相當于零分貝，參考浮力為2×10-5N/m2。 ——個人最低聽覺極限的提高意味著觸覺靈敏度的提高。
在強聲壓的影響下，人的耳朵會感到不舒服、腫脹。 每個人能忍受的聲壓級上限與他或她的噪聲暴露經(jīng)歷有關。 沒有經(jīng)歷過強聲壓的人，極限是125dB； 有時經(jīng)常經(jīng)歷強噪聲環(huán)境的人可達135~140dB； 一般情況下，聲壓級在120dB左右時，人們會感到不舒服； 會有癢的感覺； 當聲壓級達到140dB時，耳朵會感覺更腫； 當聲壓級繼續(xù)降低時，會導致耳朵出血，甚至損害觸覺機制。
人耳正常觸覺范圍
(3) 最小可辨別閾值（差異閾值）
對于任何頻率在50~之間的純音，當聲壓級超過可聽閾值50dB時，人耳可以粗略分辨出聲壓級1dB的變化。 在理想的隔音室中，當用麥克風提供聲音時，人耳可以察覺到中頻范圍內(nèi)0.3dB的聲壓級變化。
當頻率在100dB左右，聲壓級超過40dB時，人耳可感知的頻率變化范圍約為0.3%； 當聲壓級相同，但頻率大于40dB時，人耳可感知3Hz的變化。
3.哈斯效應
哈斯效應體現(xiàn)在人耳觸覺特性的兩個方面，一是觸覺暫留，二是聲像定位。
正如觀看電影、電視中的連續(xù)圖像依賴于人眼的視覺暫留現(xiàn)象一樣，人耳也存在觸覺暫留現(xiàn)象。 聲音消失后，人對聲音的感知會停留很短的時間。 如果兩個聲音到達人耳的時間間隔大于50ms，那么聲音就不會被認為是間歇性的。 但如果兩個聲音到達人耳的時間間隔超過50ms，就會形成“回聲”現(xiàn)象。 在劇院的聲學設計中，回聲是一個嚴重的聲學缺陷。
在多個聲源具有相同聲音內(nèi)容的情況下，人耳對聲像定位，即聲源方向的判斷，并不是完全根據(jù)聲源形成的聲音的大小來感知的，而是主要是根據(jù)“先到”來確定聲音的方向，即根據(jù)最近的聲源來確定聲音的方向。
當單一聲源發(fā)聲時，房間內(nèi)的聲音反射可以產(chǎn)生邏輯上的多個虛擬聲源，而直達聲總是最先到達的，所以人們看到的聲源總是與聲源同一方向。
4.遮罩效果
人耳對一種聲音的觸覺敏感性因另一種聲音的存在而降低的現(xiàn)象稱為掩蔽效應。 你身邊最明顯的現(xiàn)象就是在安靜的環(huán)境下掛鐘發(fā)出的“滴答”聲聲音的特性學情分析，但在嘈雜的地方，比如餐館、交通要道、轟鳴的機器等聲音的特性學情分析，往往很難看到它。
掩蔽效應
如果一種聲音比另一種聲音低10dB，則聲壓級較低的聲音對聲壓級較高的聲音的掩蔽作用很小，可以忽略不計。 一般來說，掩蔽的特點是頻率相近的聲音掩蔽更明顯。 掩蔽聲的聲壓級越大，掩蔽效應越強。 低頻聲音對高頻聲音有很大的掩蔽作用，高頻聲音很難完全覆蓋低頻聲音。 例如，在交響樂團中，具有高頻特性的小吉他更容易被具有較大低頻分量的管鋼琴所掩蓋。
我們還可以用可接受的聲音來掩蓋這些令人痛苦的聲音。 在酒店大堂，播放的悠揚音樂可以掩蓋遠處其他人的談話聲，增加看到對方談話造成的相互干擾； 某住宅區(qū)毗鄰繁忙的交通要道，通過設置噴泉，利用人們更習慣的溺水聲來掩蓋交通噪音。
5.聽覺定位（雙耳聽覺效果、方位感）
人耳的一個重要特性是能否判斷聲源的方向和距離。 人耳判斷聲源距離的準確性較差，但方向相當準確。 觸覺定位特征是通過雙耳聽覺獲得的，聲源發(fā)出的聲波到達兩耳，可以形成時間差和硬度差。
一般情況下，當頻率低于該值時，硬度差異起主要作用。 例如，冬天，當蟲子在人們的頭頂盤旋時，發(fā)出的高頻聲波由于距離不同，到達兩耳時硬度差異較大，所以人們很容易聽到聲音。 當它高于時差時，時差起主要作用。 例如，手機鈴聲通常在440Hz左右。 因為到達人耳時的時間差并沒有太大的差別，所以我們經(jīng)常在電視里看到電話鈴聲，誤以為是從家里打來的電話。
人耳對聲源方向的辨別能力在水平方向比在垂直方向更好。 當聲源正前方（即水平方位角為0°）時，觸覺正常的人在安靜無回聲的環(huán)境下可以辨別出1°~3°的方位變化； 水平方向0°~60°范圍內(nèi)； 超過 60° 會很快變得更糟，但通過擺動背部可以大大改善。 雙耳定位可以幫助人們在背景噪音中聽到他們正在關注的聲音。
結(jié)論：
不同的人有不同的要求，這與當時人們的文化水平、生活條件和心理狀態(tài)密切相關，甚至涉及到人們的興趣愛好等。 但最低要求是比較一致的，那就是要聽到的聲音要聽得清楚、足夠響亮，但要優(yōu)美，不好的聲音至少不能干擾自己的學習、工作和休息。
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