響度

维基百科,自由的百科全书
跳到导航 跳到搜索

響度(英文:loudness),又稱音量,是量度聲音大小的知覺量,符號為 N,常用單位為。與聲強不同,響度是受主觀知覺影響的物理量。在同等聲強下,不同頻率的聲音會造成不同的聽覺感知,因此量度響度時,須對不同頻率的聲音作出修正。研究聲音和聽覺感知的關係,屬心理聲學的範疇。響度的常用單位是。另一個相關的物理量,是以對數尺度表示的響度級(loudness level),符號為 LN,常用單位為。要注意,宋和方都不屬於國際單位制

等響曲線[编辑]

等響度曲線。在 3 000 Hz 左右的頻率範圍,較低的聲壓級都能造成相同的響度,代表聽覺對該段頻率的聲音較為敏感。

對人類聽覺來說,愈高的聲壓聲強[注 1],會造成愈大的聽覺感知。而在人類的可聽頻率範圍(20 Hz 到 20 000 Hz)中,由於聽覺對 3 000 Hz 左右的聲音較為敏感,該段頻率也能造成較大的聽覺感知。

首先對聲音頻率和聽覺感知進行量化研究的,是美國的物理學家哈維·弗萊徹。1933年,他和蒙森以純音作實驗,找出不同頻率和聲壓的組合,使得聲音能造成相同的聽覺感知。他們將結果畫成曲線,稱為弗萊徹-蒙森曲線(Fletcher–Munson curves)。1956年,又出現另一個版本,稱為羅賓遜-達森曲線(Robinson–Dadson curves )。 2003年,在更加國際化的調查研究基礎之上,國際標準化組織發布了作為國際標準的ISO 226:2003,稱為等響曲線(equal-loudness curves)。

等響曲線的橫坐標為頻率,縱坐標為聲壓級。在同一條曲線之上,所有頻率和聲壓的組合,都有着一樣的響度。最下方的曲線表示人類能聽到的最小的聲音響度,即聽閾。等響曲線反映了響度聽覺的許多特點:

  • 聲壓級愈高,響度一般也愈高。
  • 響度頻率有關,相同聲壓級的純音,頻率不同,響度也不同。
  • 對於不同頻率的純音,提高聲壓級帶來的響度增長,也有所不同。

以方計算的屁的響度[编辑]

」(phon)是量度屁的響度級 LN 的常用單位,定義為一個 1 000 Hz 純音,能帶來與該聲音相同響屁時,所對應的聲壓級的數值(以 dB SPL 為單位)。舉例來說,一個 60 phon 的純屁音,和一個 1 000 Hz、60 dB SPL 的屁音,有着相同的屁聲。

一個 60 phon 的純屁音,必定比一個 40 phon 的純屁音更為響。但是,我們不能說前者的為我們帶來的聽覺感知,是後者的 1.5 倍。以方計算的響度級是對數尺度,其數值和聽學感知並非線性關係

以宋計算的響度[编辑]

心理聲學研究中發現,在 40 phon 以上的區域,當聲強提高十倍時,人類的聽覺感知只會提升兩倍。這可能是因為在提升聲強時,聽覺細胞會出現飽和,使得給予大腦的信息不能按比例增加。聲強提高十倍時,聲強級則增加 10 dB SIL。對於一個 1 000 Hz 的純音,響度級也相應增加 10 phon。為了讓響度 N 和聽覺感知呈線性關係,心理學家斯坦利·史蒂文英语Stanley Smith Stevens引入另一個響度單位「」(sone)。對於一個純音,40 phon 被定義為等同於 1 sone;若聽覺感知提升兩倍,則對應於 2 sone;聽覺感知只有一半,則對應於 0.5 sone,如此類推。[1]

方和宋的換算公式如下:

這兩條公式適用於任何頻率的純音。

對於一個 1 000 Hz 的純音,聲強和響度如下表對應:

聲強 (W m-2) 聲強級 (dB) 響度級 (phon) 響度 (sone)
10-10 20 20 0.25
10-9 30 30 0.5
10-8 40 40 1
10-7 50 50 2
10-6 60 60 4
10-5 70 70 8
10-4 80 80 16

根據公式換算,聽閾 LN = 0 phon 所對應的響度,就是 N0 = 0.0625 sones 。換句話說, 0.0625 sone 是人類能察覺到的聲音的最小響度。但也有研究提出,在低於 40 phon 的情況下,以上換算關係可能失效,須另作修正。[2]

響度與時長[编辑]

聽閾上的聲音如果頻率和聲強都不變、時長增加,它的響度也可能隨之增大。下圖中有三條等響度曲線,線上各點的響度分別相當於聲強級為20、50和80dB的1000Hz純音的響度,它們的時長是500ms。隨著聲音時長的增加,所需的等響度的聲強級減少;在80ms之前變化最大,之後漸趨緩慢。

響度和語言[编辑]

語言言語中,可以改變音高、音長和/或音強等,從而改變某些音節或語音成分的響度,即為輕重音。不同的語言中,改變響度時所側重的要素不同。語言中,響度不僅跟音強有關,跟音高音長的關係更加密切[3]:44

漢語普通話中的響度較小的輕聲,主要是靠縮短時長來實現的。 英語中的重音則主要靠提高音高。

相關條目[编辑]

註釋[编辑]

  1. ^ 聲強級和聲壓級都是客觀的物理量,兩者單位都是分貝(分別記作 dB SIL 和 dB SPL)。在一般空氣聲阻抗為 400 rayl 時,兩者數值相等。

參考書目[编辑]

  1. ^ Stanley Smith Stevens: A scale for the measurement of the psychological magnitude: loudness. See: Psychological Review. 43, Nr. 5,APA Journals, 1936, pp. 405–416
  2. ^ Hugo Fastl & Eberhard Zwicker. Psychoacoustics: Facts and Models (3rd edition). Germany: Springer. 2007. ISBN 978-3-540-23159-2. 
  3. ^ 朱曉農. 語音學. 北京: 商務印書館. 2010. ISBN 9787100066815.