问题

声音的距离感是是如何产生的?

回答
声音的距离感,也就是我们感知到声音的远近程度,是一个复杂而精妙的听觉现象。它并非由单一因素决定,而是多种声音线索共同作用的结果。这些线索可以分为两大类:声学线索(或称物理线索)和非声学线索(或称非物理线索)。

下面我们将详细阐述这些线索是如何产生距离感的:

一、 声学线索 (Acoustic Cues)

声学线索是直接由声音在空气中传播时发生物理变化而产生的。它们是距离感最主要的来源。

1. 声强 (Sound Intensity/Loudness)

原理: 声波在传播过程中会随着距离的增加而衰减。这遵循平方反比定律(Inverse Square Law),即声强与距离的平方成反比。简而言之,距离增加一倍,声强会减弱四倍(衰减约6分贝)。
大脑感知: 大脑将更弱的声强解读为更远的声音来源。
举例: 听一个近处的人说话,声音洪亮;听远处的人说话,声音就会显得微弱。
局限性: 这个线索并非绝对准确,因为声音的初始强度(音源本身的响度)以及环境中是否存在吸声或反射的物体也会影响声强。例如,一个非常响亮但很远的声音,可能比一个微弱但很近的声音更响。

2. 频谱变化 (Spectral Changes/Spectral Content)

原理: 空气对高频声波的吸收比对低频声波更明显。随着声音传播距离的增加,高频成分会比低频成分衰减得更快,导致声音的频谱(频率成分的分布)发生变化。声音会显得“闷”、“模糊”或“柔和”。
大脑感知: 大脑通过分析声音频谱中高频成分的相对衰减程度,来推断声音的距离。高频成分损失越多,声音就越远。
举例: 想象一下,你在一个房间里听一个扬声器传出的音乐。近处听,高音清晰明亮;远处听,高音会减弱,中低音听起来更突出,整体感觉会“暖”一些。
局限性: 这个线索在开阔的空旷地带更为明显。在有许多反射的室内环境中,高频反射声可能部分抵消空气吸收的影响。

3. 混响 (Reverberation) / 回声 (Echoes)

原理:
混响 (Reverberation): 在封闭空间中,声音直接到达听者耳朵的直达声(Direct Sound)与声音在墙壁、天花板等表面多次反射后到达听者耳朵的反射声(Reverberant Sound)混合在一起。混响是大量密集、快速的反射声的总称。
回声 (Echoes): 指的是声音在较大的障碍物(如山壁)上发生反射后,延迟足够长的时间再次被听到,与直达声有明显的分离。
大脑感知:
混响: 在近距离,直达声通常比反射声强得多,听到的混响感较弱。随着声音来源远离,直达声的声强减弱,而反射声的相对比例增加,听者会感受到更强的混响感。混响时间(混响声衰减到一定程度所需的时间)和混响强度(反射声与直达声的比例)都可以提供距离信息。一个充满混响的声音通常被认为是更远的。
回声: 如果有明显的回声,其延迟时间(反射声到达的时间与直达声到达的时间之差)可以提供关于距离的更直接线索。回声越早,音源越近;回声越晚,音源越远。
举例: 在空旷的操场上大喊一声,你能听到清晰的回声,这会让你感觉声音很远。在音乐厅里听音乐,你能听到丰富的混响,这能让你感知到空间的大小和声音的远近。
局限性: 混响和回声的产生与环境的声学特性(空间大小、表面材质等)高度相关。在一个回声少或混响很弱的环境(如开阔地带),这些线索的作用会减弱。

4. 声音的包络 (Envelope of Sound)

原理: 声音的“包络”是指声音随着时间推移的响度变化曲线,包括起始(Attack)、持续(Sustain)和衰减(Decay)部分。声源的初始包络(尤其是Attack阶段的清晰度)在近距离时更清晰。随着距离增加,声音的包络会变得模糊,尤其是在包络的快速变化部分(如打击乐的瞬间爆发)。
大脑感知: 大脑对近距离声音包络的快速、清晰变化更敏感。远距离声音的包络变化会因为大气衰减和反射而变得更加平缓和模糊。
举例: 敲击木鱼的声音,近处听起来“当”的一声非常清脆利落;远处听,这个“当”会变得更柔和,甚至有些模糊。

二、 非声学线索 (Nonacoustic Cues)

非声学线索并非直接来自声音本身的物理属性,而是依赖于我们对声音及其出现环境的理解和已有知识。

1. 视觉线索 (Visual Cues)

原理: 这是最重要的非声学线索。我们通常同时接收到视觉和听觉信息。大脑会将听觉信息与看到的画面进行匹配和融合。
大脑感知:
视觉距离信息: 我们直接看到声源的位置和距离。如果看到一个人在远处说话,我们就会知道声音来自远处。
视觉大小信息: 物体离我们越远,在视觉上显得越小。如果听到一个声音,同时看到声源是一个小小的身影,大脑就会将其与远距离联系起来。
视觉环境线索: 环境中的透视线、物体遮挡、空气清晰度(远景可能显得模糊、有雾气)等视觉信息,都能提供距离线索。
举例: 坐在电影院里,听到角色的对话,即使他们发出的声音在物理上可能与你很近,但视觉上他们出现在屏幕的远处,你就会感知到声音是来自远处。
局限性: 如果没有视觉信息(如黑暗中)或者视觉信息与听觉信息不匹配(如游戏中的声音定位错误),那么对距离的判断将完全依赖于声学线索。

2. 运动视差 (Motion Parallax)

原理: 当我们移动时,近处的物体比远处的物体在视野中移动得更快。
大脑感知: 如果我们听到声音,同时也在移动,那么声音来源相对我们移动的速度快慢,可以提供距离信息。如果声音源相对移动很快,它可能就比较近;反之,如果相对移动慢,则可能比较远。
举例: 走在路上,如果旁边一个人与你擦肩而过,你听到的他的声音变化会很快。但远处一辆车经过,你听到的声音变化就会慢很多。

3. 预期和经验 (Expectation and Prior Knowledge)

原理: 我们的大脑有一个关于世界运作方式的知识库。我们知道某些类型的声音(如人声、汽车喇叭)通常会出现在什么距离,以及它们的典型响度范围。
大脑感知: 如果我们听到一个非常响亮的人声,但周围环境(如办公室)通常是安静的,我们可能会预期这个人离得很近,或者他正在大喊。反之,一个在音乐会现场听到的微弱人声,我们会自然地认为是因为距离远,而不是这个人声音小。
举例: 在安静的图书馆里听到轻微的手机铃声,我们可能会认为手机就在附近;而在嘈杂的集市上听到同样的铃声,我们可能会认为它来自更远的地方。

4. 双耳线索 (Binaural Cues)

原理: 虽然双耳线索主要用于判断声音的方向,但在某些情况下也能间接提供距离信息。
头影效应 (Head Shadow Effect): 声波绕过头部到达另一侧耳朵时,高频成分会受到比低频成分更显著的衰减。这种衰减程度与声音的频率和声源的方向有关。
听觉提示: 当我们转头寻找声音来源时,双耳接收到的声音强度和到达时间会发生变化。大脑可以利用这些变化来校准我们对声音方向和(间接)距离的感知。
大脑感知: 尽管不是直接测量距离,但对声音传播路径的这种细微感知,可以帮助大脑建立一个更准确的三维声场模型,从而辅助距离判断。
举例: 如果声音来自侧面,我们会感觉到一侧耳朵的声音比另一侧耳朵响,且频率会有些许不同。这种差异,结合大脑对声音传播的理解,可以帮助我们定位声音,进而推断距离。

总结

声音的距离感是多种线索协同作用的结果,大脑会综合分析这些线索来构建我们对声音远近的感知。

近距离: 声强高,频谱高频成分丰富,混响弱(或无明显混响/回声),包络清晰,通常伴随清晰的视觉线索。
远距离: 声强弱,频谱高频成分衰减明显,混响强(或有明显延迟的回声),包络模糊,可能伴随模糊或小的视觉线索。

在真实世界中,这些线索往往是同时存在的,并且相互印证,使我们的听觉系统能够做出相对准确的距离判断。然而,当某些线索缺失或相互矛盾时(例如,极度响亮但视觉上很远的声音),我们的距离判断可能会变得不那么准确。

网友意见

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谢邀,这是个好问题。其实

@贝塞克

已经说得很清楚了。

更具体一点说,得弄点声学资料了。

不过原则都是一样的:通过模拟自然界情况,利用人耳对自然音的固有经验,达到欺骗耳朵的效果。毕竟最后还是从两个音箱(或耳机)的单元里发出来的不是?

【频率】

这一块应该是高中物理就有的内容,低频振动慢,波长长;所以绕过障碍物的能力强。反之高频则弱。自然界中的远处声音传播到人耳中时,往往高频成分会削减很多,不刺耳。

因此要表现距离近,提升高频,反之衰减。但低频并不是反过来的情况,这个后面讲。


【响度】

很简单的事情,隔得近就大声,越远声音越小。这里十分简单不多说。

然而重点是等响曲线。

人耳在自然界进化出了一套保护措施,对自然界遍布的低频噪音并不敏感(不然一天到晚耳鸣谁受得了),所以那些安静的旅游区山上河边,虽然用专业声压计一般测出来有40-50db的噪音(a计权),但人耳是几乎没有感觉的。

物理声压和人耳实际听到的响度对应关系如下图。

可以看到20hz低频对应的点上,物理声压在70db时,人的感觉只有10db不到。这个差距远远大于声波衍射的衰减。

所以要表现距离远,应该是衰减而不是提升低频。如果只根据高中物理来判断,得出来的结论就完全相反了。

【混响】

这里内容较复杂,是讲同一首歌中不同乐器距离感的塑造,非音乐生产者可以跳过。


这里先以主流的hall room plate分类来讲,其余分法暂不讨论;若有纰漏和错误请多指教。

pre-delay(预延迟),即直达声和第一次反射声到达人耳的时间差。好比在山谷喊话,回音到达的时间很长,所以显得山谷很大一样;这个值越大,越显得整体声场庞大。通常配合中低频足的hall类混响使用。

early-reflection(早反射),从字面理解,是反射次数较少,最早到达人耳的第一批混响声,通常在50ms以内。早反射的量越大,声源越靠后。room类混响比较强调这个。

plate类混响不产生声场,对距离感并没有直接影响,不过Plate偏中高频,以上文频率部分来看,影响就很容易理解了。

最后当然就是干湿比例了,混响越小,通常说来越近;贴耳的效果几乎只加一点点的plate,比如方大同很多歌曲的人声。



最后回到题主的问题;酷我音乐盒的“美音”并不是把距离拉近了,而是用image类效果器把声场左右宽度拉宽了,相对比之下,纵向(前后)的声场就变窄了。

具体原理牵涉到相位,在此不细讲,又是另一个领域了。总之,不建议这种无视创作者(混音师)混缩结果,用音频效果器进行二次修改的行为;不仅会带来更多的失真(那听无损还有什么意义),也违背创作者的表达初衷。

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这个问题跟很多事情都有关系,从比较广义的角度,我们需要考虑声音的定位问题,不仅仅是距离,还有方向。影响人们对声音位置判断的因素从显现特性来看有振幅强度、相位偏差、频率响应曲线、回声和混响等等,这些最终可以用头相关传输函数(HRTF,Head Related Transfer Function)来概括和建模。

通过对原始音频数据应用HRTF相关的算法,就可以调整人耳对声音的感受。这个技术好多人都在玩,我比较喜欢一个Dolby耳机的插件,可以挂在foobar里面,在使用耳机听歌的时候,可以有一定的音箱感(缓解头中效应)。

说回这个问题里面举的例子。我基本没有用过酷我音乐(可能帮家里人装过),听说声音被拉近了,我也很好奇,开始猜测也是是频响曲线上做了调整,突出了人声部分(不同的耳机频响曲线不一样,听同一首音乐,人声的距离感会略有区别)。

怀着强烈的好奇心,我下载并安装了酷我音乐(版本号V8.0.3.1_BDS12,更新日期是10月30日)。

安装过程很危险,差点被赠全家桶。以至于我差点儿有了跑题的冲动。

安装完成后,我用这个软件听了一首朗嘎拉姆的《爱人》,耳机使用拜亚动力的DT880。打开美音效果后立刻有了感受。

声音这个东西的奇怪就在于每个人的HRTF是不一样的,所以我没有觉得人声变得更近了。

我的感受是声场完全乱了,从听觉上仔细体会,感觉是左声道先出声,右声道随后跟上(是的,用耳机仔细听就能体会出来),频率响应曲线没有明显可闻的变化。

这样的处理手法使用音箱聆听的时候,可能不会有这么细致的体会,因为左边音箱的声音会很容易进入右耳朵。当然,使用音箱聆听与使用耳机的感受又会不一样了。

为了验证这个想法,我使用Audition软件模拟了这个效果,把右声道延迟30ms后播出效果基本一样。参见下图:

这种美音处理方式是简单的,效果是有的。但我不觉得这是“美”的,当然也许大部分人已经觉得足够“美”了,这个软件的目的基本达到。

当然,也希望这个行业的大侠们能进一步钻研,不断的进步,把更美的声音带给每一位听众。

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