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第一章、声音质量的主观评价
包括声学的发展、声音质量的客观指标与主观评价、声音质量的主观评价的主要对象(音乐声)、声音质量主观评价的特点等
1、1声学的发展
一、物理学是研究声学的基础
力学、热学、声学、分子物理学、原子物理学、原子核物理学、光学、电磁学、固体物理学等等。
声是弹性媒质中的一种机械扰动。弹性媒质:固体、液体、气体。天然的“扰动”引起人的注意并开始研究它。
声音是人类最早研究的物理现象之一,声学是经典物理学中历史最悠久,并且当前仍处在前沿地位的唯一的物理学分支学科。
从上古起直到19世纪,人们都是把声音理解为可听声的同义语。中国先秦时就说“情发于声,声成文谓之音”,“音和乃成乐”。声、音、乐三者不同,但都指可以听到的现象。同时又说“凡响曰声”,声引起的感觉(声觉)是响,但也称为声,这与现代对声的定义相同。西方国家也是如此,英文的的词源来源于希腊文,意思就是“听觉”。
世界上最早的声学研究工作主要在音乐方面。《吕氏春秋》记载,黄帝令伶伦取竹作律,增损长短成十二律;伏羲作琴,三分损益成十三音。三分损益法就是把管(笛、箫)加长三分之一或减短三分之一,这样听起来都很和谐,这是最早的声学定律。传说在古希腊时代,毕达哥拉斯也提出了相似的自然律,只不过是用弦作基础。
古代东西方都认为声音是由物体运动产生的,在空气中以某种方式传到人耳,引起人的听觉。
很长时期内,古代人们对日常遇到的光和热就没有正确的认识,一直到牛顿的时代,人们对光的认识还有粒子说和波动说的争执,且粒子说占有优势。至于热学,“热质”说的影响时间则更长。
到十七世纪初,伽利略才作出了第一个决定性的推动。在1638年出版的《两门新科学》中伽利略指出,音调的高低是由它的振动频率决定的;振动频率的比例关系是两个音的相对高度的原因。他还认识到弦的振动频度与弦的长度、张力和质量有关。
几乎与伽利略同时,默森在他的《普通声学》中指出:弦的振动频度和弦的张力的平方根成反比,而和弦的长度以及单位长度上的质量的平方根成反比,默森第一个测定了振动的绝对频度,而伽利略认为绝对频率的测量是不可能的。默森还认识到,弦线除了产生频率为n的基音之外,还同时产生频率为3n和5n的两个与基音谐和的泛音。
默森关于基音与泛音的观察,被瓦利斯的两个学生诺布尔和皮果特所确证。他们将纸游码放在振动弦上不同的地方后发现,弦不仅作总体的振动,而且还有二分之一、三分之一等等的振动。
法国物理学家索维尔也独立地发现了弦的泛音。
默森也是测定空气中的声音传播速度的第一个人。他具体测出了在已知距离内所看到的火枪的闪光和所听到的声音之间的时间差,从而得出了空气中的声速为每秒1380英尺。
伽桑狄用火枪和***测出声速为每秒1473巴黎尺,他证明了亚里士多德学派善于声速决定于它的声源和音调的论断是错误的。
巴黎科学院的D·卡西尼、罗默、惠更斯等测定声速为每秒1172巴黎尺,比较接近于真实值。格里凯用实验证明声和光不同,它不能在抽成真空的容器内传播。
关于声音在空气中的传播速度,牛顿在他的《原理》的第二编中,进行了理论上的研究。他得出声速正比于“张力”的平方根,反比于“介质密度”的平方根。他用这个公式计算出空气中的声速为每秒979英尺,而实验测定值为每秒1142英尺。牛顿对这个偏差所作的解释没有获得成功,正确的解释是一个世纪之后由拉普拉斯给出的。拉普拉斯指出,在声振动的传播过程中,空气由于快速交替的压缩和衡疏,空气的温度也时升时降,从而增大了空气的弹性,所以空气中的声速要增大一个数值,所以牛顿的公式需要进行修正。
19世纪及以前两三百年的大量声学研究成果的最后总结者是瑞利,他在1877年出版的两卷《声学原理》中集经典声学的大成,开创了现代声学的先河。至今,特别是在理论分析工作中,还常引用这两卷巨著。他开始讨论的电话理论,目前已发展为电声学。