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神奇的响度控制

2006-12-21 Extron工程副总裁 Steve Somers INFOAV CHINA


 神奇的响度控制
    我拥有的首个相当不错的立体声音频系统前面板上曾有一个“响度”按钮。我按下此扭,发现音频更动听,因此使其保持在按下状态,从不改变。偶尔我会将其拔到断开状态,声音仍较动听。回想起来,我确实不在意其作用。我使其保持在“通”状态,因为它使系统的声音更好听,因此我继续埋头于我的视频事业。我的立体声系统始终“动听”。

    光阴似箭,30年过去了。我仍在此描述那个按钮。该按钮近期在Extron引起过一场轰动,由于我们的产品引入了许多音频支持,此按钮最终进入一种原型产品。产品管理部有人按了一下,它并未起到应起的作用:使系统“动听”。于是设计音频产品的几个人对响度控制功能的真实意图搞了一次调查,重新作了一次分析评估。

    我们学到了一些东西。对响度控制功能,不同的人不同的公司各有不同的设计原理。因此在按下响度按钮时,响度控制应起什么作用?让我们考察响度控制的历史渊源,了解它使音频系统“动听”的原因,着手回答此问题。

    对所有人等响度
    如图1所示,描述人类听力范围特性的研究结果绘成了一张听觉反应范围图。最小可听度曲线的形状向我们表明在低声压级时人耳的频响情况。较之中音频率,在最低听力边界,感知低频和高频需要大的声压级提升。相反,在上限感觉门限表示平坦得多的频响。这张不完整的概括图指示出了极端可变性的区域,在该区域,从人体实验者身上收集的性能数据并非完全一致。

    在20世纪30年代,贝尔实验室两位研究员Harvey Fletcher和Wilden Munson搞了一个研究项目,项目中他们要求每个参与者在某预定的参考声级,对照某个1000Hz音频调整一个声源的声级,直到感觉到两个声音响度一致为止,从而使两个纯声音的感知声级达到匹配。他们的试验结果包括人耳听觉范围内各种声压级上的许多频率上的数据。由于这是一种相当主观的研究方法,许多受试者接受了这种实验。实验结果被平均,以取得欲表示“正常”频响的等响曲线。被称作Fletchder-Munson等响曲线的实验结果,为我们理解人类如何感知相对声级提供了重要的洞察力。1956年,D.W. Robinson和R.S. Dadson在一项被指有更可靠的测量结果的类似研究中改进了这项工作。图2所示的Robinson和Dadson等响曲线现在得到最广泛的使用,但往往被称作Fletcher-Munson曲线。国际标准组织最终采用了Robinson-Dadson曲线作为“标准等响声级曲线”ISO226:1987的基础,目前它是现行标准。由于这些曲线描述的只是自由场中的纯声音,它们不一定适用于噪声频段分析或漫射的随机噪声。另一项研究在继续进行中,欲进一步表征实际音频应用中的听觉特征。

 神奇的响度控制

   如果我们在某声强级倒置这些等响曲线,现在我们会得出人耳在此特别曲线上整个频率范围内全部声音的相对频响图。较低曲线倒置,说明在低声强,人耳频响缺乏。相反,倒置较高声强的上部曲线,可达到更平坦的频响。Fletcher 和Munson发现,较用来建立这些曲线的1000Hz参考点,对高频和低频而言,人的听觉响应在低声强始终不足。但是人耳对300~6000Hz左右的频段特别敏感。这恰巧是包含大部分人讲话模式的声音以及婴儿啼哭的音调的频率范围。对于平均背景声压级,低声压下的滚降响应让我们在存在低频或高频噪声时更容易听清并理解人们讲话。

 神奇的响度控制

    达到声音的响度
    每条等响曲线被确认为以响度单位“方”表示的声级。在与等响标准音符进行比较时,由于响度等于以分贝表示的声压级,因此方是一个主观单位。标准音符是一个1000Hz纯音或中心频率在1000Hz的窄带噪声。要指出的是,只有在图上1000Hz的标准参考点,用方表示的声级与以分贝表示的声压级才一致。因此40方等响曲线表示1000Hz处的40dB SPL,但在其它大部分频率上,SPL是不同的。基本上,每个方等响曲线代表一个10dB音级,我们感觉此音级约有之前声级2倍的响度。这也许让人糊涂,因为我们知道,测量值增加3dB,表<

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