聲環(huán)境設(shè)計(jì)的目的是滿足人們對(duì)聲音的主觀要求，即想聽(tīng)的聲音能聽(tīng)得清楚、聲音優(yōu)美，而不必要的聲音應(yīng)減少到最低程度的干擾。 而且，人們對(duì)聲音的主觀要求非常復(fù)雜。 要了解人的觸覺(jué)的主觀要求，首先要了解影響觸覺(jué)的觸覺(jué)機(jī)制和聲音的一些主觀誘因。
1.聽(tīng)覺(jué)機(jī)構(gòu)
在噪聲控制和廳堂音響設(shè)計(jì)中，人耳是聲波的最終接收器。 人耳可分為三個(gè)主要部分：額骨、中耳和鼓膜。 聲波被人耳轉(zhuǎn)化為觸覺(jué)神經(jīng)纖維中的神經(jīng)沖動(dòng)信號(hào)，傳輸?shù)饺四X的觸覺(jué)中樞，產(chǎn)生觸覺(jué)。
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(gè)倒置的喇叭口，具有聚集聲音的功能。 如果我們身上沒(méi)有耳廓，我們周圍的大部分聲音都不會(huì)被聽(tīng)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(jìn)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(zhǎng)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(shí)際上，喉部放大了這個(gè)范圍內(nèi)的聲音。 這既有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)。 優(yōu)點(diǎn)是2000~頻率范圍是人類語(yǔ)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(diǎn)是，隨著年齡的增長(zhǎng)，這個(gè)頻率范圍往往會(huì)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(dòng)耳膜振動(dòng)，進(jìn)入內(nèi)耳。 鼓膜的振動(dòng)通過(guò)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(dòng)傳遞到卵圓窗，這三塊腿骨的功能是調(diào)節(jié)音量以適應(yīng)內(nèi)臟器官。 也就是說(shuō)，如果聲壓級(jí)非常高，連接這些腿骨的胸部肌肉會(huì)導(dǎo)致它們分開(kāi)，從而降低進(jìn)入耳蝸的聲音的硬度。
內(nèi)耳的功能是通過(guò)小骨的運(yùn)動(dòng)，有效地耦合鼻子中的空氣振動(dòng)和耳蝸中的流體運(yùn)動(dòng)。 據(jù)悉，聽(tīng)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(guò)度運(yùn)動(dòng)，起到一定的保護(hù)作用。
(3)中耳
中耳的主要組成部分是內(nèi)耳。 聲音通過(guò)小骨傳播并到達(dá)卵圓窗，引起卵圓窗振動(dòng)。 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(xì)胞，在液體中波動(dòng)。 這種毛細(xì)胞的波動(dòng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，并將這種通信信號(hào)傳輸?shù)接|覺(jué)神經(jīng)。 觸覺(jué)神經(jīng)將信號(hào)從所有毛細(xì)胞傳輸?shù)酱竽X，在大腦中這些信號(hào)被處理并解釋為聲音。 整個(gè)觸覺(jué)過(guò)程只需幾微秒即可完成。
(4)骨傳導(dǎo)
聲音不僅從泄殖腔和內(nèi)耳傳遞到耳蝸外部，而且還通過(guò)枕骨的振動(dòng)來(lái)移動(dòng)鼓膜液體。 這種傳導(dǎo)途徑稱為骨傳導(dǎo)。
也正是這個(gè)原因，你說(shuō)話時(shí)看到的聲音和你說(shuō)話時(shí)別人看到的聲音是有區(qū)別的。 當(dāng)你從自己的嘴里發(fā)出聲音后，一些低頻成分通過(guò)骨傳導(dǎo)直接進(jìn)入觸覺(jué)系統(tǒng)，所以你看到的聲音變得越來(lái)越粗，這就是為什么當(dāng)我聽(tīng)錄音機(jī)上錄制的聲音時(shí)，我似乎變成了另外一個(gè)人。
2. 聽(tīng)覺(jué)范圍和觸覺(jué)特征
(1)最高和最低可聽(tīng)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(tīng)極限與聽(tīng)到聲音的音高有關(guān)。 通常年輕人能看到聲音，但中年人只能看到。 可聽(tīng)頻率的下限一般為20Hz。 但隨著人年齡的增長(zhǎng)，可聽(tīng)頻率的下限也在降低，以致中老年人對(duì)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(jué)范圍
(2) 最小和最大可聽(tīng)聲壓級(jí)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(tīng)極限大致相當(dāng)于零分貝，參考浮力為2×10-5N/m2。 ——個(gè)人最低聽(tīng)覺(jué)極限的提高意味著觸覺(jué)靈敏度的提高。
在強(qiáng)聲壓的影響下，人的耳朵會(huì)感到不舒服、腫脹。 每個(gè)人能忍受的聲壓級(jí)上限與他或她的噪聲暴露經(jīng)歷有關(guān)。 沒(méi)有經(jīng)歷過(guò)強(qiáng)聲壓的人，極限是125dB； 有時(shí)經(jīng)常經(jīng)歷強(qiáng)噪聲環(huán)境的人可達(dá)135~140dB； 一般情況下，聲壓級(jí)在120dB左右時(shí)，人們會(huì)感到不舒服； 會(huì)有癢的感覺(jué)； 當(dāng)聲壓級(jí)達(dá)到140dB時(shí)，耳朵會(huì)感覺(jué)更腫； 當(dāng)聲壓級(jí)繼續(xù)降低時(shí)，會(huì)導(dǎo)致耳朵出血，甚至損害觸覺(jué)機(jī)制。
人耳正常觸覺(jué)范圍
(3) 最小可辨別閾值（差異閾值）
對(duì)于任何頻率在50~之間的純音，當(dāng)聲壓級(jí)超過(guò)可聽(tīng)閾值50dB時(shí)，人耳可以粗略分辨出聲壓級(jí)1dB的變化。 在理想的隔音室中，當(dāng)用麥克風(fēng)提供聲音時(shí)，人耳可以察覺(jué)到中頻范圍內(nèi)0.3dB的聲壓級(jí)變化。
當(dāng)頻率在100dB左右，聲壓級(jí)超過(guò)40dB時(shí)，人耳可感知的頻率變化范圍約為0.3%； 當(dāng)聲壓級(jí)相同，但頻率大于40dB時(shí)，人耳可感知3Hz的變化。
3.哈斯效應(yīng)
哈斯效應(yīng)體現(xiàn)在人耳觸覺(jué)特性的兩個(gè)方面，一是觸覺(jué)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(jué)暫留現(xiàn)象一樣，人耳也存在觸覺(jué)暫留現(xiàn)象。 聲音消失后，人對(duì)聲音的感知會(huì)停留很短的時(shí)間。 如果兩個(gè)聲音到達(dá)人耳的時(shí)間間隔大于50ms，那么聲音就不會(huì)被認(rèn)為是間歇性的。 但如果兩個(gè)聲音到達(dá)人耳的時(shí)間間隔超過(guò)50ms，就會(huì)形成“回聲”現(xiàn)象。 在劇院的聲學(xué)設(shè)計(jì)中，回聲是一個(gè)嚴(yán)重的聲學(xué)缺陷。
在多個(gè)聲源具有相同聲音內(nèi)容的情況下，人耳對(duì)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(lái)感知的，而是主要是根據(jù)“先到”來(lái)確定聲音的方向，即根據(jù)最近的聲源來(lái)確定聲音的方向。
當(dāng)單一聲源發(fā)聲時(shí)，房間內(nèi)的聲音反射可以產(chǎn)生邏輯上的多個(gè)虛擬聲源，而直達(dá)聲總是最先到達(dá)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(duì)一種聲音的觸覺(jué)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(yīng)。 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(xué)情分析，但在嘈雜的地方，比如餐館、交通要道、轟鳴的機(jī)器等聲音的特性學(xué)情分析，往往很難看到它。
掩蔽效應(yīng)
如果一種聲音比另一種聲音低10dB，則聲壓級(jí)較低的聲音對(duì)聲壓級(jí)較高的聲音的掩蔽作用很小，可以忽略不計(jì)。 一般來(lái)說(shuō)，掩蔽的特點(diǎn)是頻率相近的聲音掩蔽更明顯。 掩蔽聲的聲壓級(jí)越大，掩蔽效應(yīng)越強(qiáng)。 低頻聲音對(duì)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(lè)團(tuán)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(lái)掩蓋這些令人痛苦的聲音。 在酒店大堂，播放的悠揚(yáng)音樂(lè)可以掩蓋遠(yuǎn)處其他人的談話聲，增加看到對(duì)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(guò)設(shè)置噴泉，利用人們更習(xí)慣的溺水聲來(lái)掩蓋交通噪音。
5.聽(tīng)覺(jué)定位（雙耳聽(tīng)覺(jué)效果、方位感）
人耳的一個(gè)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(zhǔn)確性較差，但方向相當(dāng)準(zhǔn)確。 觸覺(jué)定位特征是通過(guò)雙耳聽(tīng)覺(jué)獲得的，聲源發(fā)出的聲波到達(dá)兩耳，可以形成時(shí)間差和硬度差。
一般情況下，當(dāng)頻率低于該值時(shí)，硬度差異起主要作用。 例如，冬天，當(dāng)蟲(chóng)子在人們的頭頂盤旋時(shí)，發(fā)出的高頻聲波由于距離不同，到達(dá)兩耳時(shí)硬度差異較大，所以人們很容易聽(tīng)到聲音。 當(dāng)它高于時(shí)差時(shí)，時(shí)差起主要作用。 例如，手機(jī)鈴聲通常在440Hz左右。 因?yàn)榈竭_(dá)人耳時(shí)的時(shí)間差并沒(méi)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(lái)的電話。
人耳對(duì)聲源方向的辨別能力在水平方向比在垂直方向更好。 當(dāng)聲源正前方（即水平方位角為0°）時(shí)，觸覺(jué)正常的人在安靜無(wú)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(guò) 60° 會(huì)很快變得更糟，但通過(guò)擺動(dòng)背部可以大大改善。 雙耳定位可以幫助人們?cè)诒尘霸胍糁新?tīng)到他們正在關(guān)注的聲音。
結(jié)論：
不同的人有不同的要求，這與當(dāng)時(shí)人們的文化水平、生活條件和心理狀態(tài)密切相關(guān)，甚至涉及到人們的興趣愛(ài)好等。 但最低要求是比較一致的，那就是要聽(tīng)到的聲音要聽(tīng)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(xué)習(xí)、工作和休息。
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