4、心理声学原理与应用解析

心理声学原理与应用解析

在我们的日常生活中，声音无处不在。了解声音是如何被人类感知，以及声音之间的相互作用，对于音频处理等领域有着至关重要的意义。下面将深入探讨心理声学的相关原理，包括声音感知概念、听觉掩蔽现象以及心理声学模型等内容。

声音感知概念

声音以压力波的形式在空气中传播，人类的听觉系统能够感知频率范围大约在 20 Hz 到 20 kHz 之间的声波。然而，我们周围往往存在着各种声音的混合，一种声音的感知很可能会被其他声音所掩盖，这种现象被称为听觉掩蔽，它是心理声学建模的基础。

声压级与响度

声音以随时间变化的压力波形式到达人耳。声压 (p) 在物理上定义为单位面积上的力，在 MKS 系统中的单位是帕斯卡（Pa），其中 (1 Pa = 1 N/m^2)。声强则定义为单位面积上的功率，单位是 (W/m^2)。在心理声学中，声压值从 (10^{-5} Pa)（绝对听觉阈值 ATH）到 (10^2 Pa)（痛阈）变化。为了涵盖如此广泛的范围，声压级（SPL）以对数单位（dB）定义为：
[L_{SPL}/dB = 10 \log_{10} \left(\frac{p}{p_0}\right)^2 = 10 \log_{10} \left(\frac{I}{I_0}\right)]
其中 (L_{SPL}) 是刺激的声压级，(p) 是刺激的声压（单位：Pa），(p_0 = 20 \mu Pa) 是频率约为 2 kHz 的音调的参考声压，(I) 是刺激的声强，(I_0 = 10^{-12} W/m^2) 是相应的参考声强。

与声压级相关的听觉感受是声音的响度，用方（phon）表示。需要注意的是，响度是声音的一种心理属性，