响度及其与声压级的关系及计算方法

响度是人耳对声音总体响亮程度的心理声学指标。心理学研究表明，人的听觉系统有几个特征：对声音频率的灵敏度是非线性的，对不同频率的声音具备掩蔽效益，对不同时间的声音具备掩蔽效应。传统的声压级、声功率级等参数是从声音的大小和能量的大小上来衡量声音的特征，它们与人的听觉感受是有差异的。因此，采用具备心理学特征的响度能更好地反映人的主观听力感受。

图7-5 等响曲线

响度级定义为1000Hz纯音的声压级，单位为Phon（方）。响度级与频率和声压级紧密相关，绘制成等响曲线，如图7-5所示。每条曲线表示每个频率下的响度级相同。该图显示人耳对中频声音的敏感度高于低频和高频，而且对4000Hz频率的声音最敏感。

响度是人对声音大小的感觉指标。表7-2给出了响度与声压级变化的关系。当声压级改变3dB时，人只能刚刚感觉响度的变化；当声压级变化5dB时，人感觉到响度变化明显；当声压级增加了10dB时，响度增加一倍。

表7-2 响度与声压级变化的关系

响度与人的感觉成正比。响度的单位是Sone（宋）。1Sone是指1纯音，其响度级为40Phon（或声压级为40dB）声音的大小。响度（N）和响度级（L_N）之间的关系可以表达为

图7-6给出了Sone和dB之间的关系。响度从1Sone增加到2Sone，在1000Hz时，声压级增加了10dB；而在50Hz时，声压级仅增加5dB。从图中可以看到，响度增加同样的数量，声压级在高频时增加的比低频时多，因此可以说响度对低频更加敏感些，即响度更多地反映了声音的低频特性。响度级每增加10Phon，响度增加一倍。

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图7-6 响度和声压级之间的关系

计算响度的方法有几种，如Stevens方法（ISO532A）、Zwicker方法（ISO532B）、Zwicker的Aures改进方法、ISO532B扩展的时变响度。其中，Zwicker方法用得最广。Zwicker是德国声学家，开创了电子声学，对响度的研究贡献非常大。

对稳态的声音，Zwicker考虑了三个影响因素：听觉系统对声音的非线性灵敏度（如等响曲线）；临界频带下的掩蔽效应；声场（自由场和扩散场）对响度的影响，即在自由场和混响场中相同声压级的声音，主观听起来，混响场的声音更响些。对于非稳态声音，除了考虑稳态声音对听觉的三个影响外，还要考虑响度随时间变化的特征，即响度的时间效应和掩蔽效应。

响度是随着临界频带变化的，这种变化的特征曲线就是特征响度（Specific Loudness）。响度是各个临界频带上的特征响度之和，表达为

式中，N为总响度；n′（z）为特征响度；z为临界频带。

图7-7所示为一个声音的声压级曲线和特征响度曲线。因为响度考虑了声音的掩蔽效应，所以响度和声压级不是等同的。从图中可以看到，低频时的响度远远高于中频和高频，这是因为响度更多地考虑到了低频效应。

图7-7 声压级曲线和特征响度曲线