原创 声音的频率计权

当声波传到人耳时，人们在主观感觉上会形成听觉上的“声音强弱”的概念。人耳对声音的响度感觉近似与其强度的对数成正比，即近似与声压级成正比。同时进一步的研究表明，在可听声范围内，人耳对不同频率的响应是不同的，这也就是说，人耳对声音的响应不仅与强度有关，还与频率有关。例如同是60dB的声音，频率在100Hz与频率在1000Hz时，人耳听起来1000Hz的声音要更响一些。对于普通人而言，要使100Hz的声音听起来与频率1000Hz、声压级为60dB的声音一样响，需要将其声压级增加到67dB。

因此，人对声音的强度的“响”与“不响”可以用响度级这一参数来定量描述。即以1000Hz声音为基准，当其它频率的纯音与1000Hz的纯音听起来同样响时，这时1000Hz纯音的声压级就等于该待定纯音的响度级。这样，对各个频率下的纯音做这样的试听比较，从而得出达到同样响度级时频率与声压级的关系曲线，称为等响曲线。图1为根据18~25周岁的正常人平均判断下的为在自由场条件下测得的等响曲线。即在等响曲线上，虽然各个频率的声压级不同，但它们听起来都一样响。例如图中对于80phon的等响曲线表明，109.6dB的31.5Hz的纯音、90.1dB的125Hz的纯音、78.3dB的4000Hz的纯音与80dB的1000Hz的纯音听起来都是一样响。

图1 纯音标准等响曲线

等响曲线是目前声品质参量中最成熟的研究结果。但需要注意的是，该曲线的试验对象并未包含我国人群。进一步的研究表明，我国人群的等响曲线在1kHz低频范围的修正量要小于ISO标准。

由等响曲线可以看出，人耳对于中高频声音，特别是对于1~5kHz的声音比较敏感，而对低频声音，特别是对100Hz以下的可听声不敏感，且频率越低越不敏感。因此为了使声音的客观量度和人耳听觉主观感受近似取得一致，在测量声音的仪器（如声级计）上一般都装置了对频率的计权网络。计权网络本质上是一个滤波器，它对所接受到的声音按频带设一定的衰减来模拟人耳的听觉特性。目前主要的计权网络有A、B、C、D四种，用计权网络测得的结果叫计权声级，这时在单位dB的后面写出所用的计权网络的标称，如dB(A)、dB(B)、dB(C)等，上述计权对声强级和声功率级也是类似的。

图2为现有四种计权网络的频率特性。其中A计权网络相当于40phon等响曲线的倒置，B计权网络相当于70phon等响曲线的倒置，C计权网络相当于100phon等响曲线的倒置，D计权网络通常应用于航空噪声的测量。由于A计权网络的频率响应与人耳度宽频带声音的灵敏度接近，因此目前主要使用的是A计权网络。

图2 计权网络频率特性

同时需要特别注意的是声频频率计权在各个频率点都是不同的，目前常见的工具书给出了1/3倍频程或倍频程对应频率点的计权系数，该计权系数仅为对应频率点的计权系数，而不是整个1/3倍频程或倍频程的频率计权系数。因此实际中不能将声级计采集到的1/3倍频程或倍频程声压级直接计权得到1/3倍频程或倍频程计权声压级。具体我们将在“声信号分析和处理”中进行具体阐述。

表1 声音的三种频率计权

本文介绍了声音的频率计权，实际上人体以及各个部位作为一个弹性体，对不同频率的振动感受也是不同的，因此振动也存在频率计权，我们将在振动频率计权中进行分享。