预加重与频率响应【转发】

2017-05-03  by:CAE仿真在线  来源:互联网

有次出差的路上,跟同事开玩笑,人大声喊叫的时候应该采用了预加重技术。我们应该只会提升声音的高频部分能量,对低频部分应该保持不变。原因是因为低频信号在空气中衰减的比较少,人类会逐渐发现增大低频成分能量没有多少帮助,为了省能量以及保持战斗力,低频成分能量因而会基本保持不变,跟平常说话差不多。前段时间时断时续的搜索了一些文章。发现一些有意思的东西,给大家消遣一下。

预加重

关于不同发声状态下声音的信号频谱,早在1977就有人做了很系统的研究,这篇文章Average SpeechLevels and Spectra in Various Speaking/Listening Conditions做了一个整理。这里选了其众多数据中的两张图。图一和图二分别是在正常说话和大声喊叫情况下,声音信号的频谱。

图一

图二

对比两张图片,可以看到几个有意思的东西,在大叫的情况下,

1)<200 HZ的信号成分(人耳的听力范围大概是20 HZ~20 KHZ),基本上能量没有很明显的变化。>200HZ的信号成分,声压级(SPL)明显都增大,从也就是加了预加重。这个跟开头的预计是保持一致的。

2)说吵架的时候,男生吵不过女生,这个是不科学的。明显男生在大叫的情况下,各个频点的能量都要比女生高。

3)但是中心频率明显往移了,而且在很宽的频率范围内(800 HZ ~ 8 KHZ),高频成分相对于正常讲话情况下,能量加了20dB,也就是10倍。这个原因可能跟下面这个强相关。

频率响应

听力和说话的信号与系统,很浅显易懂的介绍,有空可以点链接去看看。这里隆重介绍一下耳道的频率响应,来自于这个讲义。

图三

成人,注意成人耳道的的长度大概是2.3 cm。小朋友的耳道当然要短一些啦。成人耳道的谐振频率大概是,频率=声音在空气传播速度/波长=3.7 KHZ。这里是谐振频率波长的1/4是2.3 cm。这样波长是2.3cm x 4= 9.2 cm ;声音在空气传播速度是340 m/s。

下图就是耳道的频率响应,

图四

这或者可以解释为什么人大声喊叫的时候,信号的中心频率往高频方向移动,目的是让信号让落到别人耳道的谐振区去。这些高频信号到别人的耳道里就自动会被放大,最大可以放10dB以上。

我们聪明的小朋友们也注意到了这个,他们哭的时候信号频谱大部分在2 KHZ到5 KHZ之间,中心频率刚好落在成人的耳道谐振频率上,小朋友一哭,马上谐振,想不听到还真难。而小朋友仗着他们耳道比较短,谐振频率高,两个或多个小朋友可以可劲的哭,相互不受影响。

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