聲學三要素是指：音調、音色、響度。任何複雜的聲音都可以用此三個屬性來描述，其分别對應聲壓的三個物理量：頻率、相位、幅度。

音調：人耳對于聲音高低的感覺，稱為音調。

音調主要與聲音的頻率有關，同時業餘聲壓級和聲音的持續時間有關。音調會随着頻率的增大耳提高，但不是與頻率成完全的線性關系。

音調的單位為“美”（Mel），定義40dB@1KHz純音的音調為1000美。

需要注意的是，影響音調的因素還有聲音的聲壓級，以及聲音的持續時間。低頻的純音，聲壓級高的時候，要比聲壓級低的時候搞到音調變低；頻率在1KHz~5KHz之間的純音，音調幾乎與聲壓級無關；頻率再高的純音，聲壓級升高時，會感到音調變高。

複音（是指由許多純音組成的聲音）的音調由複音中頻率最低的聲音決定，即由基音決定。複音的聲壓級高低對于音調的影響要比純音小很多。

當聲音持續時間在0.5s以下的時候，要比1s以上感到音調比較低。持續時間再短，為10ms左右的時候，會使得聽音人感覺不出它的音調，隻能聽到“咔咔”的聲音。

要想使人耳能夠明确感覺出音調所必須的聲音持續時間，随聲音的頻率不同而不同。頻率低的聲音要比頻率高的聲音需要更長的時間。

純音的音調和頻率的關系曲線圖

音色：音色是指人們區别具有相同響度和音調的兩個聲音的主管感覺。

每個人都有自己的獨有音色，不同的樂器進行演奏的時候，人們也能區分出它們各自的音色。

人在講話的時候，樂器在演奏的時候，都是複音，是由基頻與諧頻組成的聲音。兩個音調相同的聲音，它們的基頻是相同的， 但是諧頻的成分與大小可能不同，從而使人們感到其音色不同。

所以，音色主要是由聲音的頻譜決定的。但是需要特别注意的是，音色還與聲音的強度、持續時間以及時間過程有關。

中西方不同樂器對應的頻率範圍如下表所示：

響度：人耳對于聲音強弱的感覺，稱為響度。

聲音的響度主要與聲壓有關，聲壓越大，響度也就越大。但是，響度與聲壓并不是成線性比例關系，而是大緻與聲壓的指數成比例關系，這個指數大約為0.23。響度的這一聽覺特性被稱為“史蒂文指數定律”。

除此之外，響度還與頻率、波形、聲音的持續時間相關。

1、響度的頻率特性。

需要特别注意，人耳對于不同頻率聲音的響度感覺是不同的。也就是說，對于頻率不同，而強度相同的聲音，人耳會感覺到不同的響度。為了說明人耳的響度感覺，定義了響度級。響度級用來表示響度的大小，其單位為“方”（phon），符号為LN。定義一個聲音的響度級在數值上等于和它同樣響的1KHz純音的聲壓級。

由此，人們通常通過等響曲線來表示具有相同響度級的純音聲壓級随頻率變化的特性。可以看到，在不同的頻率條件下，響度相同的時候，需要的聲壓級是不一樣的。

人耳聽覺的頻率特性曲線

等響曲線

2、響度持續時間的關系

響度除了與聲壓級、頻率等相關因素有關以外，還與聲音的持續時間有關。大量的測試結果表明：在100ms~200模式的持續時間以内，聲音的響度随持續時間的增大而增大。所以，從某種程度上說，聽覺是由記憶功能的。

以一個57dB、2KHz的純音測試響度級随着持續時間的變化特性，可以得到響度級和持續時間的關系，如下圖所示。

當持續時間大于100ms的時候，響度級基本保持在60方；當持續時間小于100ms時，響度級随着持續時間以大約每10倍時間10方的斜率下降：當持續時間從100ms下降到10ms的時候，響度級大約從60方下降到50方。

其他頻率信号測試結果也類似。

所以，當人耳聽到一個短促的脈沖聲時，如果強度不變，長度由1ms變為2ms，則聽起來不是聲音的長度變了，而是更響了。因此，當人耳傾聽頻度超過一定值的一系列脈沖聲時，并不能感覺到響度的不連續。這一現象類似于視覺的停留現象。

3、響度與聲壓級的關系

由于響度級“方”值并不是與人耳的感覺到的響度成正比例關系，為了計算方便，人們又定義了與人耳感覺成正比的響度單位“宋”（sone），符合為N。其規定為：聲壓級為40dB的1KHz純音的響度為1宋，比它高一倍則為2宋，比它小一半的響度定位0.5宋。

響度與響度級之間的關系大緻滿足下式：

LN=40 33lgN

需要注意的是：響度級的合成不能直接相加，而響度可以相加。

例如：兩個不同頻率而都具有60方的聲音，合成後的響度級是70方。

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