等響曲線

等響曲線定義

如下圖所示。等響曲線是一個統計曲線，考慮了人群的聽覺特徵。圖示純音的標準等響曲線。

純音的標準等響曲線

在圖中，橫坐標是頻率，縱坐標是聲壓級。聲壓是大氣壓受到擾動后產生的變化，即大氣壓強的余壓，它相當於在大氣壓強上疊加一個擾動引起的壓強變化。由於聲壓的測量比較容易實現，通過聲壓的測量也可以間接求得質點速度等其它物理量，所以聲學中常用這個物理量來描述聲波。聲壓級以符號SPL表示，其定義為將待測聲壓有效值p(e)與參考聲壓p(ref)的比值取常用對數，再乘以20。圖中每條曲線所對應的不同頻率的聲壓級是不相同的，但人耳感覺到的響度卻是一樣，每條曲線上注有一個數字，單位是響度方。由等響曲線族可以得知，當響度較小時，人耳對高低音感覺不靈敏，而響度較大時，高低音感覺逐漸靈敏，而對2000Hz~5000Hz之間的聲音最為敏感。

在圖中不同響度的曲線上，2000Hz~5000Hz頻範圍內的聲壓級，均處於整個曲線相對較低聲壓級的位置，說明人耳對中頻的響應靈敏。在這個範圍之外的低頻和高頻兩邊，等響度曲線翹起，說明人耳對低頻和高頻聲音的靈敏度下降，對低於（16~20）Hz和高於（18000~20000）Hz的純音，不論聲級多高，絕大多數的人都感覺不到聲音的存在，因此將20Hz~20000Hz定為音頻。人耳能聽到聲音的最微弱強度，稱為聽覺閾（圖中虛線），產生疼痛感的最高聲音強度，稱為痛覺閾。由聽覺閾和痛覺閾所構成的兩條等響度曲線，是等響度曲線的上下限。

響度主要決定於聲強，提高聲強，響度級也相應增加。但是聲音的響度並不是單純由聲強決定的，還取決於頻率，不同頻率的純音有不同的響度增長率，其中低頻純音的響度增長率比中頻純音要快。例如，在響度60方的曲線上，從125Hz一直到16000Hz的各頻率純音的聲壓級，基本都在60dB上下，而低於125Hz的低頻的聲壓級，將隨著頻率的降低迅速地增加，在20Hz頻率時的聲壓級達到約96dB！再比如，從聽覺的聞閾到痛閾，1000Hz純音的聲壓級範圍近似0~130dB，區間寬達130dB，而20Hz純音的聲壓級已經壓縮到大約70~150dB的範圍，區間僅80dB。

概念形成過程

對於等響曲線的研究，最早可追溯到1927年Kingsbury的工作，由於他是對單耳聽覺條件下的等響曲線進行的測量，因此受到了一定限制。雖然等響曲線的測量可以在自由聲場、擴散聲場或耳機聽音情況下進行，但大多數發表的等響曲線都是在雙耳聽音或相對自由場條件下得到的。

首次雙耳聽音和相對自由場條件下的完整的等響曲線是由Fletcher和Munson於1933年獲得的，此後，陸續有學者都對等響曲線進行了研究。特別是Robinson和Dadson的研究成果更是被國際標準化組織所採納，並於1961年被制定成ISO/R266。此後，1975年針對響度的計算方法又形成了相應的標準ISO532。

自從制定ISO/R226后，等響曲線得到了廣泛的認可，直到1987年，Fastl和Zwicker發現了其中存在的問題。後來更多的研究者證實了其存在的更多差異。2003年，Suzuki和Takeshima根據新近的研究數據對標準等響曲線進行了重新修訂，公布了ISO226－2003版等響曲線。

等響曲線與計權網路

用響度級來表示人們對聲音的主觀感覺過於複雜，於是為了簡單起見，在等響曲線中選了三條曲線，一條是40方的曲線，代表低聲壓級的響度感覺；一條是70方的曲線，代表中等強度的響度感覺；一條是100方的曲線，代表高聲強時的響度感覺。按照這三條曲線的形狀設計了A、B、C三條計權網路。A計權網路特性曲線對應於倒置的40方等響曲線，B計權網路曲線對應於倒置的70方等響曲線，C計權網路曲線對應於倒置的100方等響曲線。

在ISO 推薦的標準中，對雜訊測量方法作了以下規定:(1)當線性聲級未超過60dB時，採用A特性曲線的計權網路；(2)當60dB120dB時，則須採用C特性曲線的計權網路。

實踐證明，不論雜訊強度高還是低，A聲級都能很好的反映人對雜訊響度和吵鬧的感覺；而且，A聲級同人耳的聽力損傷程度也能夠對應的很好，即A聲級越高，損傷也越嚴重。

20世紀70年代后，人們基本上都採用A聲級來作為評價標準，B聲級基本上不用了，C聲級只作為可聽聲範圍內的總聲級的讀數來使用。

在音頻信號處理的民用音響器材中，有專門利用等響度曲線的特性設計製作的響度控制電路和專用集成電路。使用帶有響度控制的音響設備，可以在放音響度較低時，對節目信號的低頻端和高頻端進行適當的提升，從而使人在低響度放音時的聽感，仍覺得頻響是均衡的，這樣就不會對別人形成干擾。