等响曲线（Equal Loudness Contours）的概念及其重要性

撰文：Philip Mantione
编译：Yu From iKnowMusic
校对：Arabel From iKnowMusic
原文：https://theproaudiofiles.com/equal-loudness-contours/

任何音频制作或声学基础课程均会论述“福莱柴尔-芒森等响曲线”（Fletcher-Munson Equal Loudness Contours）的知识点。而且对于音频工程师来说，以一种图形化的呈现方式去理解混音、母带处理中的意义，及如何让听众更好地感知音乐作品。

福莱柴尔与芒森使用过的音频发生器

响度是富有主观性的概念

当两个人去聆听同一个声源时，他们所感知到的“响度”（Loudness）会是不同的。这个响度也因物种的不同而产生不同的变化，关于这点任何养猫或养狗的朋友均可证明，而且也高度依赖听者的听觉感知频率范围及是否有特殊欠缺（例如耳聋等）。另一方面，除了响度之外，“振幅”（Amplitude）也可以用声压计这样的仪器精确测量，总所周知，压强的单位为“帕斯卡”（Pascal）简称为“帕”（Pa），那人类的听觉阈值换算成声压级为两千万分之一帕（20 x 10-6 Pa 或0.00002 Pa），这种压强级别还是挺小的。所以在音频制作领域中，使用诸如帕之类绝对度量单位去度量振幅的话显得既繁琐又没啥必要，所以不如使用“分贝”（Decibels）更为合适。作为一名职业音频工程师，您应该很习惯于感受3dB、6dB、12dB等音量增减效果。当增减变化量达到10到12 dB时，振幅通常会加倍亦或减半。多数人可以在2到3dB的声压级变化中感受到明显的响度差异。重要的是，我们所认识到的“分贝”（dB）是个相对单位，这意味着它们需要一个参考值或起始值才能有意义。这也就意味着假如“-3 dBFS” （FS =数字音频系统中的‘Full Scale’全刻度）是无参考点的独立参数的话，它是没有意义的，除非您把它与0 dBFS或单位增益感知的响度进行对比。用“SPL”（声压级）作为测量响度的度量衡的话，可以得到相对于人类听力阈值或0 dBSPL的分贝单位参考点。从这个角度上延伸的话，在房间内正常的谈话声音可以达到65 dBSPL，在“Buffalo Bills”队的橄榄球比赛现场您所感受到的响度会达到房间内的两倍（约77 dBSPL）。

是否会与频率产生关联？

当您理解了这类相对的数值，比如分贝及带有主观性的响度，当将“频率”（Frequency）纳入度量单位时又会增加另一层复杂性。人类对响度的感知因频谱的不同而出现差异。这就是“哈维·福莱柴尔”（Harvey Fletcher）和“W.A.芒森”（W. A. Munson）于1933年在“贝尔实验室”（Bell Labs）中研究的课题核心。因为每个人的听觉感知能力略有不同，需要有一个平均值，以在整个可听频谱中测得对人类听觉具有参考意义的数据。他们在一项研究中首次测试了人类听力敏感度，这项研究包括了大量的受试对象，以得到具有统计学意义的平均结果。他们在题为《Loudness, Its Definition, Measurement and Calculation》（响度，它的定义，测量与计算）的论文中发表了他们的测试结果。从最初的研究经过了一些改进和修订后，现在的ISO 226（国际标准化组织）如下所示。这幅图表现在通常被称为“等响曲线”（ Equal Loudness Contours）。

这些数值意味着什么？

X轴表示的是频率，Y轴表示的不同的振幅量。“Phon”（方）是一个响度单位，被感知为等于1000Hz调的分贝强度。所以可理解为一个1000Hz的正弦波在40dBSPL下播放的响度相当于40Phon。在实际应用中，我们可以把“Phon”的相对变化与“dBSPL”在响度方面的相对变化等同起来。

如何解读曲线？

沿形状或曲线的每一点都代表一个特定振幅的频率。需要注意的是，这张图的重点在于，在同一形状或曲线上的每一个点，都会被定义为与人类平均感受能力具有相同的响度。例如，在上面的图像中，在50 dBSPL左右与200Hz交叉的蓝色线条。现在沿着这条线向左看，直到它与100Hz交叉。注意，此时相应的振幅大约是59 dBSPL。这意味着，为了让一个人感受到在200Hz的以50dBSPL播放相同的响度，必须提升9dB。换句话说，在这个音量水平上，人类对200Hz的音调比对100Hz的音调更加敏感。

当我们提高整体信号强度时，情况会发生变化。在120 dBSPL处看200Hz频率线，并沿着曲线到100Hz交叉点。我们可以看到，达到同样响度的100Hz音调所需的增益只比原来高2db，即122dBSPL。因此，尽管我们仍然对200Hz的音调更加敏感，这两种频率的响度之间的差异已经明显变小了。随着整体信号强度的增加，曲线变得平坦，特别是在1千赫以下的频谱范围。这意味着当我们增加整体音量时，我们将感知到更多的低音频率。

看图表的右方，我们可以看到在4000Hz左右的衰减。同样，这意味着我们对这个频率范围比其他任何频率范围都要敏感一些。但当整体信号强度与低频相比有所增加时又会不同。

例如，找到4000Hz和35dBSPL的交叉点，然后沿着曲线向左到1000Hz交叉点。我们看到此时约为40 dBSPL，有着5 dB的差异。再看4000 Hz响度为120 dBSPL时的等响曲线，我们看到相同的响度在1000 Hz交叉点处有惊人的20 dBSPL的差异。这意味着4000Hz的音量在感知上比1000Hz的音量大20 dBSPL ！

那导致的结果会是如何？

在混音和母带制作方面，这些曲线的影响是巨大的。我想，所有人都会有个共识，就是理想的混音结果是要在任何音量下都很好听。这也意味着跨频谱的响度平衡应该被混音工程师所考虑到，并且必须调节好。但由于诸如听众的播放系统，房间的声学环境和耳机/音箱的保真度等诸多因素影响，其挑战性可想而知。因为这些因素均是不可知，也是不可控的。不过我们可以利用本文提到的心理声学知识，使用等响曲线表示这种感知差异。我们先可以尝试建立相对无染色（纯声波）的中等响度的声音，作为不同聆听环境的相对参考标准。

假如在高于平均响度的工作环境混音的话，会导致音频工程师过度衰减低频以实现低频补偿，以便与他所主观感知到的更高频率的响度相互平衡。所以，当这种混音作品以较低的音量播放时，低频听起来会很单薄。

假如在非常柔和的响度环境下混音的话，将会产生相反的效果，因为音频工程师将过度提升听起来较弱的低频。所以当混音以较高的音量播放时，低频就会变得很强烈。

这个问题的解决方案是找到一个舒适的中间地带，大多数工程师将其定义为70到最高85 dBSPL之间。无论是对于准确感知频谱平衡或是听众的听觉疲劳度，这都是一个相对安全的范围，听觉疲劳这个问题需要引起我们的重视。长时间的聆听，尤其是在大音量环境中的聆听，会影响您作出正确的判断。

随机在极低或极高响度的混音环境下进行抽样检查也是比较很实用的方法，可以了解它在极端情况下的效果。凡事都有妥协的余地。也许听众的反应也足够灵活，能够根据他们的播放系统做出合适的调整方案，以弥补这类状况的发生。目前，我手头上还有一台在80年代中期购置的“Denon”信号接收器（这是少数几台经得起时间考验的设备之一），它有一个叫做“可变响度”（Variable loudness）的参数控制选项。控制选项的原理是基于总体音量的呈现状态以做出对低频音量的调整，从而达到听感平衡的目的。这与均衡效果器上直给的低频控制选项有着较大的区别。

结论

在混音的时候，一定要注意监听音量，这不仅仅是为了频谱平衡，同时也是为了您的听觉健康。我们的目标是找到一个适宜的响度中间点，以便混音的最终呈现状态可以适应不同聆听环境。在对这些音频素材做出大幅调整之前，应该先尝试试一下它们在其他监听音量下的呈现状态。同时，也要考虑到我们人类听觉感知的局限性。

作者简介

Philip Mantione是一位活跃在洛杉矶实验音乐界的作曲人、合成器手、吉他手、教育者和声音设计师。他的音乐曾在世界各地的节日、博物馆和画廊中出现。他目前的项目是
“TriAngular Bent”，这是一个由Don Preston （Frank Zappa 的 Mothers of Invention乐队的创始成员）和电路修改大师Jeff Boynton组成的电声三人乐队。

本文出自《midifan月刊》2021年09月第186期