聲學(xué)三要素是指：音調(diào)、音色、響度。任何復(fù)雜的聲音都可以用此三個(gè)屬性來描述，其分別對應(yīng)聲壓的三個(gè)物理量：頻率、相位、幅度。

音調(diào)：人耳對于聲音高低的感覺，稱為音調(diào)。

音調(diào)主要與聲音的頻率有關(guān)，同時(shí)業(yè)余聲壓級和聲音的持續(xù)時(shí)間有關(guān)。音調(diào)會隨著頻率的增大耳提高，但不是與頻率成完全的線性關(guān)系。

音調(diào)的單位為“美”（Mel），定義40dB@1KHz純音的音調(diào)為1000美。
需要注意的是，影響音調(diào)的因素還有聲音的聲壓級，以及聲音的持續(xù)時(shí)間。低頻的純音，聲壓級高的時(shí)候，要比聲壓級低的時(shí)候搞到音調(diào)變低；頻率在1KHz~5KHz之間的純音，音調(diào)幾乎與聲壓級無關(guān)；頻率再高的純音，聲壓級升高時(shí)，會感到音調(diào)變高。

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

當(dāng)聲音持續(xù)時(shí)間在0.5s以下的時(shí)候，要比1s以上感到音調(diào)比較低。持續(xù)時(shí)間再短，為10ms左右的時(shí)候，會使得聽音人感覺不出它的音調(diào)，只能聽到“咔咔”的聲音。

要想使人耳能夠明確感覺出音調(diào)所必須的聲音持續(xù)時(shí)間，隨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(shí)間。

純音的音調(diào)和頻率的關(guān)系曲線圖

音色：音色是指人們區(qū)別具有相同響度和音調(diào)的兩個(gè)聲音的主管感覺。

每個(gè)人都有自己的獨(dú)有音色，不同的樂器進(jìn)行演奏的時(shí)候，人們也能區(qū)分出它們各自的音色。

人在講話的時(shí)候，樂器在演奏的時(shí)候，都是復(fù)音，是由基頻與諧頻組成的聲音。兩個(gè)音調(diào)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。但是需要特別注意的是，音色還與聲音的強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間以及時(shí)間過程有關(guān)。

中西方不同樂器對應(yīng)的頻率范圍如下表所示：

響度：人耳對于聲音強(qiáng)弱的感覺，稱為響度。

聲音的響度主要與聲壓有關(guān)，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(guān)系，而是大致與聲壓的指數(shù)成比例關(guān)系，這個(gè)指數(shù)大約為0.23。響度的這一聽覺特性被稱為“史蒂文指數(shù)定律”。

除此之外，響度還與頻率、波形、聲音的持續(xù)時(shí)間相關(guān)。

1、響度的頻率特性。

需要特別注意，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(qiáng)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），符號為LN。定義一個(gè)聲音的響度級在數(shù)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隨頻率變化的特性。可以看到，在不同的頻率條件下，響度相同的時(shí)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(xù)時(shí)間的關(guān)系

響度除了與聲壓級、頻率等相關(guān)因素有關(guān)以外，還與聲音的持續(xù)時(shí)間有關(guān)。大量的測試結(jié)果表明：在100ms~200模式的持續(xù)時(shí)間以內(nèi)，聲音的響度隨持續(xù)時(shí)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(gè)57dB、2KHz的純音測試響度級隨著持續(xù)時(shí)間的變化特性，可以得到響度級和持續(xù)時(shí)間的關(guān)系，如下圖所示。

當(dāng)持續(xù)時(shí)間大于100ms的時(shí)候，響度級基本保持在60方；當(dāng)持續(xù)時(shí)間小于100ms時(shí)，響度級隨著持續(xù)時(shí)間以大約每10倍時(shí)間10方的斜率下降：當(dāng)持續(xù)時(shí)間從100ms下降到10ms的時(shí)候，響度級大約從60方下降到50方。

其他頻率信號測試結(jié)果也類似。

所以，當(dāng)人耳聽到一個(gè)短促的脈沖聲時(shí)，如果強(qiáng)度不變，長度由1ms變?yōu)?ms，則聽起來不是聲音的長度變了，而是更響了。因此，當(dāng)人耳傾聽頻度超過一定值的一系列脈沖聲時(shí)，并不能感覺到響度的不連續(xù)。這一現(xiàn)象類似于視覺的停留現(xiàn)象。

3、響度與聲壓級的關(guān)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(guān)系，為了計(jì)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(guī)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(guān)系大致滿足下式：

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(gè)不同頻率而都具有60方的聲音，合成后的響度級是70方。