預加重與頻率響應【轉發】

2017-05-03  by:CAE仿真在線  來源:互聯網

有次出差的路上,跟同事開玩笑,人大聲喊叫的時候應該采用了預加重技術。我們應該只會提升聲音的高頻部分能量,對低頻部分應該保持不變。原因是因為低頻信號在空氣中衰減的比較少,人類會逐漸發現增大低頻成分能量沒有多少幫助,為了省能量以及保持戰斗力,低頻成分能量因而會基本保持不變,跟平常說話差不多。前段時間時斷時續的搜索了一些文章。發現一些有意思的東西,給大家消遣一下。

預加重

關于不同發聲狀態下聲音的信號頻譜,早在1977就有人做了很系統的研究,這篇文章Average SpeechLevels and Spectra in Various Speaking/Listening Conditions做了一個整理。這里選了其眾多數據中的兩張圖。圖一和圖二分別是在正常說話和大聲喊叫情況下,聲音信號的頻譜。

圖一

圖二

對比兩張圖片,可以看到幾個有意思的東西,在大叫的情況下,

1)<200 HZ的信號成分(人耳的聽力范圍大概是20 HZ~20 KHZ),基本上能量沒有很明顯的變化。>200HZ的信號成分,聲壓級(SPL)明顯都增大,從也就是加了預加重。這個跟開頭的預計是保持一致的。

2)說吵架的時候,男生吵不過女生,這個是不科學的。明顯男生在大叫的情況下,各個頻點的能量都要比女生高。

3)但是中心頻率明顯往移了,而且在很寬的頻率范圍內(800 HZ ~ 8 KHZ),高頻成分相對于正常講話情況下,能量加了20dB,也就是10倍。這個原因可能跟下面這個強相關。

頻率響應

聽力和說話的信號與系統,很淺顯易懂的介紹,有空可以點鏈接去看看。這里隆重介紹一下耳道的頻率響應,來自于這個講義。

圖三

成人,注意成人耳道的的長度大概是2.3 cm。小朋友的耳道當然要短一些啦。成人耳道的諧振頻率大概是,頻率=聲音在空氣傳播速度/波長=3.7 KHZ。這里是諧振頻率波長的1/4是2.3 cm。這樣波長是2.3cm x 4= 9.2 cm ;聲音在空氣傳播速度是340 m/s。

下圖就是耳道的頻率響應,

圖四

這或者可以解釋為什么人大聲喊叫的時候,信號的中心頻率往高頻方向移動,目的是讓信號讓落到別人耳道的諧振區去。這些高頻信號到別人的耳道里就自動會被放大,最大可以放10dB以上。

我們聰明的小朋友們也注意到了這個,他們哭的時候信號頻譜大部分在2 KHZ到5 KHZ之間,中心頻率剛好落在成人的耳道諧振頻率上,小朋友一哭,馬上諧振,想不聽到還真難。而小朋友仗著他們耳道比較短,諧振頻率高,兩個或多個小朋友可以可勁的哭,相互不受影響。

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