響度是一個主觀量，所以無法直接測量。這里大家都有一個疑問，我們通常所說的鬧市街道上的噪音是85dB(A), 兩個人面對面說話是70dB, 難道不是表征的響度？通常來說，這些所謂的dB值越高，響度越大，但也不全是，請看下面詳細(xì)解釋。

 

首先，我們對不同頻率聲音的感知是不一樣的。下圖是等響曲線，是Suzuki和Takeshima在2002年根據(jù)ISO226繪制的，測試環(huán)境是自由場，測試的聲音來之測試者的前方。當(dāng)然，不同測試方法得到的等響曲線也不相同，混響場中測得的等響曲線就和自由場中的等響曲線不同。

等響曲線的意思是，同一條曲線上，不同頻率的純音聽起來的主觀響度是相等的，舉例來說，1000Hz處的80dB純音和100Hz處的92dB純音聽起來一樣響，這條曲線的響度級就用1000Hz的聲壓級來表示，這兩個聲音的響度級都是80方(phon)。

圖1. 等響曲線，包含MAF（自由場雙耳可聽閾）

這樣就導(dǎo)致一個問題，現(xiàn)場錄制的音樂，重放時除非重現(xiàn)原始現(xiàn)場的聲壓級，不然音調(diào)就有稍許變化。很直觀的一個例子，當(dāng)音量調(diào)小時，最先感知不到的是低頻的聲音。比如1000Hz和100Hz的純音都從80dB下降到60dB，1000Hz的響度級從80方降到60方，下降20方，而100Hz的響度級則從60方下降到34方，下降了26方，所以小的便攜音箱往往將低頻稍微加重，聽起來聲音才會均衡一點(diǎn)。很多功放里面也集成響度控制，隨著音量提高低音，當(dāng)然，這樣的響度控制還是有其局限性，沒有考慮聽音者的距離和房間的影響。

為了更準(zhǔn)確的評估復(fù)雜聲音的強(qiáng)度，聲級計里面都加入了計權(quán)網(wǎng)絡(luò)，對各頻段聲音加權(quán)后求和。使用等響曲線近似形狀，比如“A”計權(quán)就是使用40方等響曲線的近似形狀，低頻聲對總體響度貢獻(xiàn)度小，計權(quán)系數(shù)較低。“B”計權(quán)則是使用70方的等響曲線，“C”計權(quán)則是使用100方的等響曲線來來加權(quán)計算。目前B計權(quán)幾乎不用，使用最多的是A計權(quán)方式的測量，單位為dBA或dB(A)。下圖是A，C計權(quán)曲線。

圖2. 計權(quán)網(wǎng)絡(luò)

本來A計算用于低聲強(qiáng)測量的，40dB(A)附近的測量值最為符合人耳的主觀感受，面對一個85dB(A)的值，我們需要有一個概念，這個測量值背后的低頻能量是被低估的。同時，這些測量值的對穩(wěn)態(tài)聲音是有效的，對時間很短的瞬態(tài)聲，測量值和主觀之間不相符。當(dāng)聲音分布在一個很寬的頻帶內(nèi)的時候，還無法提供一個令人滿意的響度疊加方法。最后，不能認(rèn)為一個讀數(shù)80dB(A)的聲音就比一個讀數(shù)為40dB(A)的聲音響一倍，實(shí)際上是16倍。

    根據(jù)大量的試驗(yàn)，聲強(qiáng)增加10倍(聲壓級上約升10dB)，響度加倍。Stevens提出用宋(Sone)作為響度的單位，在自由場中，正面雙耳接受，1000Hz純音信號的聲壓級為40dB時，人感覺到的響度定義為1宋。而聲壓級為50dB時的響度是40dB時的兩倍并定義為2宋。

圖3. 響度級（方）和響度（宋）之間的關(guān)系

    從這個關(guān)系圖中可以看出，40方以上的響度級，基本遵循每上升10方，響度增加1倍的關(guān)系，40方以下的聲音，呈現(xiàn)一種非線性關(guān)系。這樣，在設(shè)置功放音量調(diào)節(jié)步長時，需要在低音量時需要減小步進(jìn)長度。

        同時，如果只給一只耳朵提供聲音的話，感知的響度僅是雙耳的一半。

        其次，聲音持續(xù)時間也對響度有影響。

        聲音持續(xù)的時間對聽覺的絕對閾是有影響的。對于持續(xù)時間100~200ms的恒定強(qiáng)度的聲音，持續(xù)時間越長，感知的響度就越響。持續(xù)時間大于500ms的聲音，其聲音的響度大致可以恒定。可以理解為，響度是對聲強(qiáng)在時間上在一個時間窗內(nèi)的積分，是這個時間窗里面的能量總和，而不僅僅是聲功率，當(dāng)持續(xù)時間超過這個時間窗時，能量總和不再持續(xù)增長。

“老司機(jī)”都知道，短促的鳴笛，喇叭發(fā)出的聲音就沒有那么響。聲音越短促，音量越小，也是這個道理。

 

最后，帶寬對響度的影響

假設(shè)一個固定能量噪音帶寬為W，W小于響度臨界帶寬的特定帶寬CBL，這時這聲音的響度不依賴于帶寬W，聲音的聽起來和位于W的中心頻率處的具有相等強(qiáng)度的純音信號或窄帶噪聲一樣響。然而，如果提高帶寬W超過CBL，這時噪音的響度將也會開始提升，這種結(jié)果在有一定帶寬的噪聲和由不同的純音信號組成的復(fù)音中得到了驗(yàn)證。圖4給出的是有一定帶寬的噪聲的例子，由于CBL的準(zhǔn)確值比較難于確定，圖中的CBL帶寬為250～300Hz中心頻率為1420Hz。這樣，對于一個能量給定的復(fù)音，在它的帶寬大于1CBL時聽起來要比帶寬小于1CBL時更響。

    圖4. 兩噪聲響度匹配時，帶寬恒為210Hz的噪聲的聲壓級相對于可變帶寬噪聲的帶寬的函數(shù)圖，噪聲信號的中心頻率均為1420Hz。每個曲線的標(biāo)號為用dB表示的可變帶寬噪聲的總體聲壓級。

圖5是一個正弦信號的刺激模式和比響度模式，并用了聲壓級為60dB的、帶寬不同的的噪聲，采用了Moore的模型進(jìn)行計算的。隨著帶寬的上升至CBL，“比響度”模式的尖端變低，但是變寬，頂端的減少可以用兩邊的增加來彌補(bǔ)，而整個形狀的總面積保持著幾乎是一個恒值。當(dāng)帶寬上升到超過CBL，兩邊的增加要比頂端的減少的大的多了，這時總面積增加了，所以表示的響度也提升了。既然響度的提升有賴于不同特征頻率下的“比響度”的疊加，所以通常用“響度疊加”來描述響度的增加。

    圖5. 上半部分圖顯示的聲壓級60dB時1kHz的正弦信號的刺激圖，同時給出了不同帶寬噪聲，所有的中心頻率都是1kHz聲壓級為60dB。帶寬為20，60，140，300，620和1260Hz。隨著帶寬的增加，圖的高度變低了但是變寬了。下半部分圖是根據(jù)上半部分圖的刺激圖算出的“比響度”圖，在帶寬升至140Hz時，“比響度”圖的面積是不變的，帶寬變高時，總體面積上升。

以上，人對聲音響度的主觀感知，跟頻率，持續(xù)時間，帶寬和客觀量的強(qiáng)度有一個相當(dāng)復(fù)雜的關(guān)系，某些方面的研究還存在一定的爭議。不過已知的這些信息，已經(jīng)能夠指導(dǎo)我們在音頻工作上做一些改進(jìn)。

內(nèi)容來源：精拓麗音