声音品质分析之响度、响度级和尖锐度

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声品质分析之响度、响度级和尖锐度

传统的声音参数，例如A计权的声级，并不能很好地反映人耳感觉到的声音品质。这里说的声音品质指的是人们听到声音后舒服或不舒服的整体感觉，或者对发出这种声音的设备的声学品质以外的质量的感觉，例如对引擎的功率、结构的稳定性的感觉等等。目前存在多种描述声品质的参数（例如：响度、尖锐度、粗糙度、波动度等等），有的已经有了明确的定义，有的则还没有。已经被标准化的是极个别的参数。究竟某个描述声品质的参数是否有用还需要看被测声音的性质。

1. 声音的响度(Loudness)和响度级(Loudness Level)

声音的响度是描述人耳所感受到的声音强度的主观指标。目前存在不同的响度计算标准，常见的为ISO 532B（DIN45631）标准。这是一个被最广泛接受的适用于稳态声音响度计算的标准。它基于声音的1/3倍频带声级数值来计算。根据声场类别（自由场或扩散场）的不同，响度计算也略有差别。响度的单位是sone，其刻度为线性。当感受到的响度翻倍时，响度数值也翻倍。响度为1 sone相当于响度级40 phons，也即40 dBSPL的1kHz的声音的响度级别。响度级的单位为phon，其刻度为对数。声音的响度级相当于1kHz的声音声级（dBSPL）让人感受到的响度。下图是等响度曲线。


响度和响度级可相互转换。当响度大于1sone时，响度级=40+10log2(响度)。当响度小于1 sone时，响度级=40×(响度+0.0005)^0.35。

2.声音的尖锐度(Sharpness)

声音的尖锐度描述的是与声音的频率成分有关但与声音的响度无关的感觉。它反映的是声音尖锐、频率高、让人不舒服的感觉程度，是声音中的高频能量与总能量之对比。声音的尖锐度也是对人们的这种感觉的线性化描述。总的来说，尖锐度随声音高频分量的增加而增加，随低频分量的增加而减小。尖锐度的单位是acum。以1kHz为中心的带宽为150Hz的60dB窄带信号产生的尖锐度为1ACUM。目前存在不同的尖锐度计算标准，但并无国际标准。常见的是DIN45692标准。

下图是个以1 kHz为主的声音的响度、响度级、尖锐度测量例子，由图可见，其声级为60dBA,响度为4.35 sone, 响度级为61.2 phon, 尖锐度为1.16 ACUM。



声音品质分析的算法较为复杂，稳态的要考虑人耳的邻近频带的掩蔽效应，非稳态的还要考虑时间上的掩蔽效应。由于白噪声和粉红噪声有固定的频谱分布，可用来作为测量的参考标准。下面是用Multi-Instrument测得的白噪声和粉红噪声的尖锐度。

1. 白噪声的尖锐度


作为对比下图为HeadAcoutics给出的结果




2. 粉红噪声的尖锐度