低音炮不同频率的体感探讨

作者：James Larson，以下为谷歌翻译。问问任何音响发烧友或家庭影院发烧友，他们都会告诉你，强劲的低音对于获得完整的声音至关重要。没有明显低频的重量和基础，听觉体验是空洞的，因为强烈的低音经常被描述为听到多少就感觉到多少。事实上，人们常说，足够低的频率只能感觉到，根本听不到。在本文中，我们将探讨低音是如何被感觉到而不是被听到的，在回顾了该领域的一些研究后，我们将在自己的实验中研究低频超越声音并成为触觉的点。

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声音是如何被感知的 转自www.laowoniu.com

为了理解身体是如何感受声音的，我们必须首先考察身体是如何感受任何东西的。人类的感觉系统通常被认为是五种感觉的集合:触觉、味觉、嗅觉、视觉和听觉。然而，事实是，这五种感官只是由许多更具体的感官组成的群体。例如，通常所说的“触觉”是四种不同类型的感觉受体的组合:机械感受器(感觉压力和振动)、温度感受器(感觉温度)、伤害感受器(检测组织损伤并引起疼痛)和本体感受器(感觉身体各部分相对于其他部分的位置)。更进一步，这四个被贴上“触觉”标签的感觉系统也是众多受体类型的复合物。就本文的目的而言，我们感兴趣的感受器属于机械感受器类，我们想知道的特定机械感受器与感知振动压力特别相关。 转自laowoniu.com

当然，任何用来感知振动的系统都必须有一个分辨周期运动的范围，换句话说，就是一个频率响应。我们的听觉也是机械接收的一种形式，通常被认为具有20 Hz到20，000 Hz的频率响应(尽管该频率响应是一种简化，可以看到正常听觉响应的更精确描述这里).同样，尽管通常测量的振动是与皮肤直接接触的物体，但遍布我们皮肤和身体内部的机械感受器也有一个频率响应范围。虽然空气与身体直接接触，但除了在移动头发时，空气的振动通常不足以触发机械感受器，除非是在高声压水平下。为了在皮肤上感觉到声压级，声压级必须大于机械感受器的机械阈值，如图1所示。

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图1:虚线代表位于手掌中的不同机械感受器的灵敏度阈值，圆点代表所有机械感受器的绝对灵敏度。阈值以1微米(微米)峰值为基准，以分贝(dB)为单位给出。(摘自博拉纳夫斯基、盖谢德、韦里略和切科斯基著，1988年)。经AIP Publishing LLC许可转载。版权1988，美国声学协会。" hdav.com.cn

注意如何，很像我们的听觉(见这张图表)，我们的触觉在低频时相对不敏感。此外，注意振动机械接收的总频带:0.4 Hz到大约800 Hz，具有比听觉更有限的频率范围。感知触摸振动频率的阈值似乎遵循最小可听度曲线的轮廓，并且已经表明在听觉阈值以上20-25 dB的水平，可以感觉到身体各个部分的振动。理论上，要“非听觉地”感知声音，声波需要足够强大，能够移动足够多的皮肤，并且高于图1中能够被感知的频率的机械灵敏度阈值。虽然对声音的非听觉感觉还没有进行足够的研究来建立“最小声压诱发的触觉”响应曲线，但是已经对声音对身体的生理影响进行了许多研究。

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声音的生理感觉研究

大多数测量声音的非听觉、物理感觉的实验是在两个研究领域进行的:噪声污染对健康的影响和耳聋研究。那些研究噪音污染对健康影响的人想知道空气压力波可能如何造成伤害，那些研究耳聋研究的人想知道身体上的声音感觉有多少可以被听力受损者用来感知他们的环境。低频声音通常是这些领域的研究对象，因为低频噪声在现代生活中非常普遍，低频长期以来一直被认为可以诱发触觉，而高频则不是这样。

关于哪些声音振幅和频率影响人体解剖结构的许多知识都是实验的结果，在这些实验中，人类受试者被简单地用非常大的噪音轰击，然后在测试噪音前后比较他们的生理状态。例如，美国国家航空航天局为阿波罗计划委托进行了一些研究，以了解在发射过程中，由于人类受试者暴露在140 dB的声压级下，高振幅噪声级是否会使人员丧失能力，从而危及飞行任务。其他实验走得更远，一些人体测试达到了155分贝的声压级，对于你的家庭影院爱好者来说，它的功率比是THX 105分贝的参考峰值的10万倍。

根据我们的主题，让我们看看一些研究，研究低音对人体解剖的影响以及如何感知这些感觉。出于我们的目的，我们将着眼于200 Hz以下的频率，因为该频带通常被分离出来，在科学文献中被指定为“低频”，在音乐文献中被指定为“低音”。让我们从最低频率开始调查，然后一路向上。

1赫兹

虽然一项测试发现，没有一个参与者能够感觉到1和2 Hz的任何振动，即使是在144 dB的情况下可能对人类来说，这种极低频率和极高振幅的人工呼吸是可能的。美国空军的一项研究发现，在166 dB以上的声压级下，处于0.5 Hz至8 Hz频率的麻醉动物的呼吸下降，在171 dB至173 dB的声压级下，大型犬的独立呼吸停止，其胸部在1 Hz以下几乎不动。动物没有窒息;所发生的是压力波是如此之大，以至于空气分子在环境空气和狗的肺部之间进行交换，所以，从某种意义上说，声波是在为狗呼吸。

2-10赫兹

一项有25名受试者参加的实验报告称，当暴露于130 dB以上的2-10 Hz音调时，会有主观的“身体摇摆感”，这种效应在7 Hz时最为明显。还报告了垂直眼球震颤(眼睛的不自主运动)。另一项将受试者暴露在150 dB的5-10 Hz音调下的测试报告了鼻孔振动。一名测试人员让10名听力正常的参与者和10名耳聋的参与者接受20分钟115 dB的6 Hz音调，并发现听力正常的参与者的EEG模式发生变化(被描述为“觉醒减弱”),同时伴有脉搏和血压的变化。然而，在聋人中没有发现这些效应。在5-10赫兹范围内的其他测试发现呼吸减少，大脑中的血流减少，脉搏和血压变化。在这个频段测试的主观抱怨包括身体振动、耳内压力和无法集中注意力。

10-20赫兹

对四名参与者进行的测试发现，对于10-20 Hz的窄带噪声，腹壁振动在150-154 dB。另一项测试发现了132 dB及以上的4-20 Hz的胸部和腹部振动。空军进行的一项研究发现眼球的共振频率为18赫兹。已经提出，在眼睛的共振频率下足够水平的声压会引起视觉干扰，并且由于这个原因，在这个频率下具有声音发射的位置有时会被误认为是“闹鬼的”。在另一项测试中，一个17赫兹的音调被证明会引起一些人的焦虑，当它被用作音乐会表演中的低音，而对照表演中没有低音。与眼球的共振频率一样，有人推测，在这个频率发出声音的地方可能会让一些人感觉他们被“闹鬼”

20-30赫兹

一项使用1-30 Hz、振幅水平为125-144 dB的音调的测试报告了声音调制以及腹部和胸部振动。

30-50赫兹

在90-100 dB输出水平下，使用31-50 Hz的音调进行了一系列测试，通过将加速度计连接到测试对象的头部、腹部和胸部，比较了人们如何感知他们的感觉与他们身体不同区域的实际振动水平。据发现，虽然头部本身的振动没有腹部和胸部那么大，但头部振动被认为更强，这可能是由于头部的听觉结构。测量胸部振动，主观感觉比腹部振动强，在相同输出水平下，50 Hz频率比低频声音更能有效地引起振动和振动感觉。在超过140 dB的更强水平上进行的其他测试报告了呼吸节律变化、窒息、胸壁振动和可察觉的视野振动。

50-100赫兹

在对三个人进行的一项测试中，其中一名受试者报告称，由于暴露在50赫兹的音调下，输出水平达到惊人的153分贝，导致头痛。在150-153 dB输出水平的相同测试中，在60-73 Hz的较高频率下，其他受试者报告了咳嗽、胸下压力、窒息呼吸、吞咽疼痛、流涎、下咽不适，一名受试者报告了睾丸疼痛。在100 Hz、153 dB时，报告了轻度恶心、眩晕、肋下不适、皮肤潮红和刺痛。还观察到脉搏变化。由于这些令人担忧的反应，测试被中止。所有受试者都有明显的暴露后疲劳。在另一项研究中，据报道，来自飞机发动机的高水平低频噪音会导致63-100赫兹的胸部共振。

100-200赫兹

一些测试表明，胸腔中噪声引起的振动高于100 Hz。在一轮测试中，一个100+ Hz的噪音被注入到受试者的嘴里，并记录下胸部最活跃的频率。129-143 Hz被发现是在胸壁上测量的最活跃的频率，但是他们的结果也表明噪声引起的振动在150-200Hz可能更严重。

 

 

图2:作为压缩波的声波图

胸拳!

高水平低频声音的一个最突出的效果就是所谓的‘捶胸’或‘捶胸’。据报道，胸部振动的感觉存在于广泛的低频范围内，尽管它似乎在100+ Hz左右的中低音频率中更为明显，而不是在50 Hz以下的低音频率中。一名实验者解释说，这是因为肺部更容易产生振动，肺部“像气球一样组织起来，通过气道与大气相连。”另一位研究人员认为，“胸腔共振可能对频率低于大约250 Hz的声音传输有特别重要的影响，在这种情况下，实质衰减的幅度似乎很小。”腹部区域对振动更不敏感，并且推断出腹部内部器官和组织的拥挤阻碍了振动的诱发。身体脂肪也被认为可以抑制振动，阻碍振动在全身的传播。从这些发现可以看出，一个人的硬组织与软组织的比率越大，声波对他们的影响就越大。

身体的共振频率呢?

虽然已经确定了胸部和眼睛的共振频率在活生物体内(在活体受试者中)，它们似乎只对人体解剖的其他部分进行了估计，至少到目前为止对声音暴露进行了测试。由于人体受到各种软组织的严重阻尼，共振频率必然处于非常低的频率，整个身体的估计频率范围为4-8 Hz。要使这些共振变得明显，需要巨大的声压级。对于身体的大部分来说，在压力水平将使受试者粉身碎骨并发生死亡之前，这些共振的激发可能不太可能被明显地感觉到。

 

 

图3:试验箱!

去实验室!

现在，我们已经调查了低频声音的生理和主观感觉的一些结果，让我们通过自己的测试来看看它们与我们自己的体验有多匹配。我们召集了9名参与者，都是年龄在25岁至58岁之间的成年男性，让他们接受一组三种不同输出水平的低音频率，并让他们写下他们身体的哪个部位有任何感觉，同时我们记录下达到该点所需的输出水平。然后将结果制成表格，与那些只对较高输出水平做出反应的身体区域相比，需要较少输出来影响感觉的身体区域被给予较高的加权分数，因此得分较高的解剖区域比得分较低的区域受影响更大。评分系统的权重是，在最低输出水平记录感觉的身体区域计三分，而在中等输出水平记录感觉的区域计两分，在最高输出水平记录感觉的区域计一分。测试声音是⅓八度音，从10 Hz开始，到200 Hz结束。每个频率在五个连续的脉冲中回放，每个脉冲一秒钟，并以三种不同的音量级别重复，每个音量级别增加6 dB，起始响度级别平均约为95 dB (C加权)。虽然收听位置的频率响应并不完全平坦，但通过将收听位置限制在一个非常小的区域，并且一次只测试两个受试者，以确保所有受试者暴露于相同的每音调输出水平的方式进行测试(见图3)。声音回放设备由四个大型的18英寸低音扬声器组成，功率为4800瓦。这些结果可能不像它们应该的那样严格科学(至少可以这么说)，但是一些有趣的模式确实出现了。

为了使大量的频率数据易于理解，我们将其分为三个频段:从10到25赫兹的“深”频率，从31.5到80赫兹的“中低音”，以及从100到200赫兹的“上低音”。

 

 

图4:从10到25赫兹报告的感觉。得分较高的身体部位比得分较低的身体部位受到的影响更普遍或更严重.

图4是我们测试的最深频率段(10至25 Hz)的曲线图，我们看到许多参与者报告在该频带内头部有大量活动。评论包括关于头部感觉的“压力”和“脉动”。我们也看到耳朵本身被感觉到振动。如前所述，头部的听觉结构可能会增强那里的振动。也许低频对前庭系统有某种影响?同样在这个波段中，一个测试对象提到感觉到他的鼻子在振动。

 

 

图5:报告的31.5到80赫兹的感觉。得分较高的身体部位比得分较低的身体部位受到的影响更普遍或更严重。

在图5中，我们看到了31.5至80赫兹测试音的结果，这是“超重低音”的主要范围。显而易见的是，胸部对这个波段内的声音非常敏感，大多数测试对象都报告在一定音量水平上有感觉。根据先前关于声音对人体解剖学影响的研究结果，这一结果并不令人惊讶。其他值得注意的是耳朵上的持续感觉，这在以前的研究中没有报道。也许耳朵的薄结构和软骨的硬度结合在一起，使其易于在低频下以足够的音量振动。

 

 

图6:报告的100到200赫兹的感觉。得分较高的身体部位比得分较低的身体部位受到的影响更普遍或更严重。

图6似乎显示了感觉在身体上的分布更加均匀。事实上，两名参与者在这个范围内的一些音调上写下了“全身”。也许这是因为皮肤的机械感受器在这些频率下变得更加敏感(如图1所示)，因此更多的皮肤区域感觉到活动，而不仅仅是那些易于振动的身体区域。

讨论我们的结果

首先，应该强调的是，这些结果不是在严格的实验室环境中获得的。如上所述，一些音调比其他音调有更多的输出，在31.5 Hz和80 Hz时有10 dB的零点。此外，所用的SPL计在31赫兹以下会失去精度，因此那里记录的输出不可靠。此外，许多测试对象在测试开始时已经喝了几杯啤酒，因此很难确定多少振动触觉是由测试音调引起的，多少是由酒精引起的。尽管如此，还是出现了一些趋势。头部看起来对低音振动更敏感，胸部对中低音更敏感，尤其是50赫兹和63赫兹的音调。如前所述，身体更多地感受到上低音的振动，这一区域高于大多数超重低音扬声器正常播放声音的区域，因此任何对高度触觉音响系统感兴趣的人都应该确保他们的主扬声器能够胜任高SPL低音和超重低音的任务。

另外要注意的是，与上面引用的表明胸部共振远远高于100 Hz的研究不同，我们的发现将胸部振动感觉置于该点以下。原因可能是在之前的研究中，声音是通过张开的嘴传到肺部的。可能在我们的测试中，以及在发现最大胸部振动低于100 Hz的其他测试中，测试对象没有张开嘴，因此通向肺部的空气波更加急剧地衰减。在较高的低音频率下，张开的嘴能允许更多的“胸部撞击”吗?这方面还需要进一步研究!

增强音响系统触感的方法

 

 

增强音响系统触感的最可靠方法就是提高音量，尤其是在低音区。当然，这是从系统中获得更多物理存在的强力方法，还有其他更精确的解决方案。一种解决方案是触觉传感器，这是一种附着在座位上的设备，连接到接收器的低音炮预输出。触觉传感器根据接收到的信号频率进行物理振动，从而振动座位，进而振动听众。一些触觉传感器品牌有五颜六色的名字，如“低音振动器”、“Buttkicker”和“地震”。它们可以产生令人印象深刻的效果;然而，它们不能完全替代高气压波的影响。引用一篇关于低频噪声及其影响的已发表研究综述，”身体对声音刺激的振动反应不同于通过脚或座位对机械振动的反应。低频声刺激作用于整个体表.”

可能有其他的技巧来增加低音的触感。如前所述，可能仅仅是张开嘴就能改变你对声音的感受。保持房间温暖也可能有所帮助，因为一项实验发现，皮肤对86华氏度的振动比对59华氏度的振动更敏感。身体脂肪也被证明可以抑制振动并阻碍振动在全身的传播，所以去除一些身体脂肪可能有助于从您的声音系统中获得更真实的感觉。一个容易提升低音“感觉”的精确方法是提升低音区域的某些窄带，而不是整个频率范围。正如我们在测试中注意到的，50-63赫兹似乎对胸部有很强的影响，所以提高这个频率范围可能会给你的系统带来额外的刺激。

给那些想探索高低音效果的人一个警告

在音频爱好者中似乎有一个广泛持有的假设，即响亮的低音频率不会导致听力损伤，只有响亮的中音和高音必须加以防范。然而，最近的研究表明，低频对听力的影响可能比以前认为的更大。在一项实验中，21名志愿者接受了90秒30赫兹、120分贝SPL的音调，发现对耳蜗的持续影响比刺激本身持续的时间更长。虽然研究结果没有明确地得出低频会导致听力损失的结论，但它为这种可能性打开了大门。或者，作为这篇文章“这些变化并不直接表明听力损失，但它们确实意味着耳朵在暴露于低频声音后可能暂时更容易受损。”喜欢冒险的读者在用强有力的低音敲打自己之前，可能要记住这一点。我们Audioholics仅对我们自己的噪音导致的听力损失负责，而不是你们的。

结束语

当人们考虑到触觉除了刺激体感皮层外，还刺激听觉皮层时，触摸与听觉的密切联系就不足为奇了。事实上，这一过程在聋人中进行得更深入，他们通过一种被称为交叉模态可塑性的现象来处理大脑中通常用于听觉的区域的触摸振动。正如前面提到的，我们在空气中听到声音振动的毛细胞是机械感受器，就像覆盖我们身体的感觉压力和振动的毛细胞一样。由此推测，耳朵和听觉是由皮肤上的压力感应逐渐进化而来的。触摸和听觉之间的关系是深刻而复杂的，下次你读到有人评论“感受”一段音乐时，也许这个评论并不像他们意识到的那样具有隐喻性。

非常感谢我们的测试参与者，特别感谢Mike Masunas协调了实验并提供了测试环境。