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[音響綿羊講堂] 音響綿羊講堂43, 等響度曲線影響你的聽感

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劉漢盛 發表於 2023-9-16 10:30:42 |已閱:11070|評論:0| 只看該作者 |只看大圖 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式 來自 台灣台北
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音響迷大多對頻率響應曲線(Frequency Response Curve)朗朗上口,但是對於等響度曲線(Equal- Loudness Contours)所知卻比較少,而且往往會把這二種名詞以及其所代表的意義混淆。頻率響應曲線顯示的是音響器材、空間的測試訊號輸入/輸出關係;而等響度曲線則跟我們聆聽音樂時對高、中、低頻段的敏感度有關。

音響綿羊講堂43, 等響度曲線影響你的聽感 SO-2262003-Equal-loudness-Contours-from-ref-6.png 音響綿羊講堂 等響度曲線 影響聽感 頻率響應曲線

理想的音響器材、聆聽空間,輸入、輸出的測試訊號應該是一樣的,顯示的是平直的頻率響應曲線。事實上這是不可能的,頻率響應曲線或多或少在某些頻率或頻域(尤其是高低二端)會變動,我們可以據此來判斷音響器材、聆聽空間原始輸入訊號在輸出時被扭曲的程度。

音響迷經常說的「頻率響應曲線平直並不好聽」,這句話指的就是喇叭與空間所造成的頻率響應曲線。這句話只對了一半,「頻率響應曲線平直並不好聽」是可能的,因為要讓音響好聽的要素還有其他,頻率響應曲線只是其中之一。但是,如果聆聽空間頻率響應曲線扭曲得厲害,音響保證不會好聽。

接下來說等響度曲線。1933年,Fletcher與Munson( Harvey Fletcher、 Wilden A. Munson)這二位物理學家率先研究人耳聆聽不同頻率時聽覺感受到的響度(Loudness)大小變化。以純音1kHz為標準,與更高、更低的頻域做比較,並據此畫出Contour曲線。這種跟1kHz純音做比較的曲線是以Phon(響度)為單位,而非SPL分貝為單位。也因為是以1kHz的響度做標準所畫出來的不同頻率相同響度比較曲線,所以稱為「等響度曲線」。

Fletcher與Munson當時使用的方法是找來許多人,讓他們以耳機聆聽1kHz純音跟其他頻率的音量大小比較,所以是統計結果,並非儀器測試結果。1956年,Robinson與Dadson (D. W. Robinson、R. S. Dadson)不再利用耳機,而是讓受測者在無響室中聽純音,他們的統計結果成為ISO 226((International Organization for Standardization)標準,即使後來被發現低頻的曲線有誤,也被使用了好幾年。

1961年,Stevens以穩定狀態的Fractional-Octave Bands為基礎,在反射的空間中量測複雜的聲音響度,再度修正了等響度曲線。後來等響度曲線一直有被修正,到了2003年,ISO發布ISO 226(2003),等響度曲線才算確定,也就是現在我們所看到者。
等響度曲線圖要怎麼看呢?以1kHz為標準,中央那列數字20、40、60、80、100 Phon就是人耳感受的聽感響度大小,也就是俗稱的「音量大小感受」。左邊那排垂直軸數字顯示的是音壓Sound Pressure Level(SPL dB)。水平軸表示的是頻率。

從等響度曲線圖中,我們可以發現,人耳對於2-4kHz這段頻域最敏感,喇叭發出小於1kHz所發出的音壓,我們就會覺得跟1kHz一樣大聲。換句話說,假設以麥克風所測得的頻率響應曲線是平直的,那麼人耳會覺得在2-4kHz這段頻域的量感多了些,過於突出。與此同時,我們也會覺得125Hz處的低頻量感不夠,這就是人耳實際的聽感。

說得比較「技術」些,請看圖中60 Phon那條等響度曲線,這條曲線代表從20Hz到16kHz都是60 Phon,這60 Phon就是我們人耳感受到的音量大小。這條曲線越往低頻翹得越高,對照左邊的SPL dB,1kHz處60 Phon對比的是左邊的60dB音壓;但是到了125Hz處,60 Phon對比的卻是將近80dB音壓。

這也就是說,我們人耳如果想要感受到125Hz跟1kHz是一樣的60 Phon大小聽感,喇叭在125Hz處就要發出比1kHz多將近20dB音壓才行。同理,還是看60 Phon這條等響度曲線,在2-4kHz處是往下凹的,請將凹處對照左邊的SPL dB,就會發現不到60dB就能跟1kHz一樣大聲了。

從等響度曲線中,我們可以發現1kHz以下頻率越低時,我們的耳朵「越鈍」,需要愈大的音壓;4kHz以上時,我們的耳朵也會越來越鈍,需要比較大的音壓。這也就是為何許多人不解:「我以等化器將頻率響應曲線調到平直,但為何聽起來覺得低頻不夠」?

再次提醒你,空間的頻率響應曲線量測平直,代表的是喇叭發聲後,這個空間幾乎沒有扭曲原本的聲音,還原度很高。不過這是麥克風所量測到的還原度,並不代表你的「聽感」。你的耳朵需要的是「以1kHz為基準,頻率越低,喇叭發出的量感要越多;頻率越高,喇叭所發出的量感也要越多,但不需要跟低頻一樣多」,這才是我們的「聽感」。

所以,請不要再拿空間頻率響應曲線跟你的聽感畫上等號。但,空間頻率響應曲線越平直(相對的),音樂原本的平衡性相對的被破壞得越小,音樂聽起來當然會更好聽。




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