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(duì)應(yīng)聲壓的三個(gè)物理量：頻率、相位、幅度。

音調(diào)：人耳對(duì)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(jí)和聲音的持續(xù)時(shí)間有關(guān)。音調(diào)會(huì)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(jí)，以及聲音的持續(xù)時(shí)間。低頻的純音，聲壓級(jí)高的時(shí)候，要比聲壓級(jí)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(jí)無關(guān)；頻率再高的純音，聲壓級(jí)升高時(shí)，會(huì)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(jí)高低對(duì)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(huì)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(zhǎng)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(duì)應(yīng)的頻率范圍如下表所示：

響度：人耳對(duì)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(duì)于不同頻率聲音的響度感覺是不同的。也就是說，對(duì)于頻率不同，而強(qiáng)度相同的聲音，人耳會(huì)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(jí)。響度級(jí)用來表示響度的大小，其單位為“方”（phon），符號(hào)為L(zhǎng)N。定義一個(gè)聲音的響度級(jí)在數(shù)值上等于和它同樣響的1KHz純音的聲壓級(jí)。

由此，人們通常通過等響曲線來表示具有相同響度級(jí)的純音聲壓級(jí)隨頻率變化的特性�？梢钥吹�，在不同的頻率條件下，響度相同的時(shí)候，需要的聲壓級(jí)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(jí)、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(cè)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(cè)試響度級(jí)隨著持續(xù)時(shí)間的變化特性，可以得到響度級(jí)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(jí)基本保持在60方；當(dāng)持續(xù)時(shí)間小于100ms時(shí)，響度級(jí)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(jí)大約從60方下降到50方。

其他頻率信號(hào)測(cè)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(zhǎng)度由1ms變?yōu)?ms，則聽起來不是聲音的長(zhǎng)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(jí)的關(guān)系

由于響度級(jí)“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(jí)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(jí)之間的關(guān)系大致滿足下式：

LN=40+33lgN

需要注意的是：響度級(jí)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(jí)是70方。