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聲學(xué)基礎(chǔ)---聽覺的主觀感受之響度
發(fā)布日期：2018-10-09 瀏覽量：2564次
聽覺是人們對(duì)聲音的主觀反映，想要評(píng)價(jià)音響系統(tǒng)所放聲音效果的好壞，通常需要定量測定頻率響應(yīng)、聲壓級(jí)、失真度和混響時(shí)間等技術(shù)參數(shù)來精確客觀的表現(xiàn)系統(tǒng)的特性，但是客觀的測試還是不夠的，如聲音的豐滿度，圓潤度及柔和度等還無法用儀器來測定，聲音需要靠人耳來做最后的評(píng)價(jià)，任何聲音都可以用頻率、相位和幅度3個(gè)客觀的物理量來表示，聲音的主觀量最基本的有響度，音調(diào)和音色，了解這些參數(shù)，并根據(jù)人耳的聽覺特性，采取相應(yīng)的技術(shù)措施，才能獲得最佳的聲音效果。
響度
響度是人耳對(duì)聲音強(qiáng)弱的主觀感受，人們聽到的聲音響度主要取決于聲音的強(qiáng)度，對(duì)于同一強(qiáng)度的聲波，不同的人聽到的效果并不一致，因而對(duì)響度的描述有很大的主觀性，在客觀的度量中，聲音的強(qiáng)弱是由聲波的振幅決定的，但是響度與振幅并不完全一致，響度不僅決定于振幅的大小，還決定于頻率的高低，振幅越大，說明聲壓級(jí)越大，聲音具有的能量也越大，而響度則說明對(duì)聽覺神經(jīng)刺激的程度，事實(shí)上，很強(qiáng)的聲音不一定就很響，因?yàn)槿硕苈牭降念l率范圍為20Hz-20kHz，即使在可聽聲的頻率范圍內(nèi)，聲壓級(jí)相同而頻率不同的聲音，人們聽起來也會(huì)感覺不一樣響，而頻率和聲壓級(jí)不同的兩個(gè)聲音聽起來可能會(huì)一樣響，為了對(duì)響度進(jìn)行計(jì)量，定義響度的單位為“宋”（sone），并定義聲壓級(jí)為40dB的1kHz標(biāo)準(zhǔn)音的主觀感受規(guī)定為響度等于1sone。為了把聲音強(qiáng)弱的客觀尺度與在此聲音刺激下的主觀感受的強(qiáng)弱聯(lián)系起來，引入響度級(jí)概念。
響度級(jí)
任何聲音的響度級(jí)，在數(shù)值上等于與標(biāo)準(zhǔn)音（1kHz）一樣響時(shí)所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)音的聲壓級(jí)值，用符號(hào)p表示，響度級(jí)的單位為“方”（phon）。人耳的響度感覺不僅與聲壓級(jí)有關(guān)，還與聲音的頻率有關(guān)，相同聲壓級(jí)的聲音在不同頻率時(shí)的響度感覺也完全相同。
根據(jù)定義，人耳判斷與1kHz純音的1dB聲壓級(jí)的響度級(jí)為1phon，只在1kHz時(shí)，響度級(jí)與聲壓級(jí)相同，若某一聲音（純音或復(fù)合音）聽起來和聲壓級(jí)為70db的1kHz純音同樣響，則該聲音的響級(jí)度就是70phon，由此可知：
（1）響度級(jí)是以主觀試聽方法確定的，是以1kHz的標(biāo)準(zhǔn)音為基準(zhǔn)相互比較得出的。
（2）1kHz聲音的響度級(jí)（方值）就是它的聲壓級(jí)值（分貝值）。
根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的推薦標(biāo)準(zhǔn)，響度與響度級(jí)之間的關(guān)系可用下式表示
lgS=0.03P-1.2
這一規(guī)律可在20~120phon內(nèi)成立。
由式可知，40phon為1sone，2sone比1sone響1倍，3sone比1sone響2倍，以此類推。由于響度級(jí)是由標(biāo)準(zhǔn)音（1kHz）的聲壓級(jí)定義而得的，因此，它與聲壓級(jí)一樣是對(duì)數(shù)值，從而存在2個(gè)明顯的缺點(diǎn)：
（1）只能間接地反應(yīng)人對(duì)聲音的主觀感受;
（2）數(shù)值不能直接加減。
響度是一個(gè)主觀心里量，通常以一定的聲壓級(jí)的1kHz純音為標(biāo)準(zhǔn)，用其他頻率的純音為比較聲音，經(jīng)實(shí)驗(yàn)，測試了不同頻率的聲音在響度相等的情況下與標(biāo)準(zhǔn)音對(duì)應(yīng)的聲壓級(jí)值，得出了著名的弗萊徹-芒噴等響應(yīng)曲線。圖2-2所示為國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）推薦的等響度曲線。
由圖2-2中可以看到，以方為單位的1kHz純音的響度級(jí)與聲壓級(jí)的db數(shù)相等，在同一條等響度曲線上的不同頻率，不同聲壓級(jí)的純音信號(hào)，給人的響度感覺是一樣的，例如，50Hz，70dB的聲音和200Hz，50db聲壓級(jí)的聲音等響，因?yàn)槎咴谕粭l等響度曲線上，即使兩個(gè)聲音的聲壓級(jí)相差20db，但是人耳聽到的響度感覺是一樣的。
從等響度曲線，可以看出響度級(jí)與聲壓級(jí)有關(guān)，聲壓級(jí)提高，響度級(jí)也相應(yīng)增大，但是聲壓級(jí)并不是制約響度的唯一因素，頻率不同時(shí)響度級(jí)也不同。
表2-1中列舉了聲壓級(jí)變化對(duì)響度的影響。
對(duì)于復(fù)合聲，不能直接使用純音等響度曲線，其響度級(jí)需通過計(jì)算求得，目前在測量聲音響度級(jí)與聲壓級(jí)時(shí)所使用的儀器，稱為聲壓級(jí)計(jì)，為了使聲壓級(jí)的測試結(jié)果更接近于人耳的響度曲線，在聲壓級(jí)計(jì)中設(shè)有A、B、C三個(gè)計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)（有的還有D計(jì)權(quán)），這三類計(jì)權(quán)都是在考慮等響度曲線基礎(chǔ)上制定的，如圖2-3所示，a計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)是參考40phon等響度曲線，對(duì)500Hz以下的聲音有較大的衰減，以模擬人耳對(duì)敵低頻不敏感的特性，c計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)具有接近線性的較平坦的特性，在整個(gè)可聽范圍內(nèi)幾乎不衰減，以模擬人耳對(duì)85phon以上的聽覺響應(yīng)，因此他可以代表總聲壓級(jí)，B計(jì)權(quán)網(wǎng)絡(luò)介于二者之間，對(duì)低頻有一定的衰減，它模擬人耳對(duì)70phon純音的響度，40dB以下的聲壓級(jí)測量一般用A計(jì)權(quán)刻度，70phon范圍的測量可用b計(jì)權(quán)，100db以上的測量一般用c計(jì)權(quán)，因?yàn)锽計(jì)權(quán)以前很少使用，在一些儀器上已經(jīng)取消，有些儀器上還有D計(jì)權(quán)，用于測量航空噪聲。
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