Уровень интенсивности может быть вычислен и через звуковое давление

Здесь р и р₀— эффективные значения давлений звуков с интенсивностями I и Iсоответственно.

С правой стороны рис. 1.3 отмечены уровни в децибелах, соответствующие тем значениям звуковых давлений, которые нанесены на тех же горизонталях по оси ординат.

Уровень громкости. Кривые равной громкости

Рассмотренный логарифмический уровень N хотя и удобен для расчетов, однако не является той величиной, которую можно было бы использовать для нормирования уровней звуков, например, допустимых шумов в помещениях и т. п. Поясним это на примере. Выберем два звука, имеющих одинаковые уровни интенсивности 40 дБ каждый и отличающихся по частоте, например, f = 30 Гц и ₂=300Гц.

Уровню 40 дБ соответствует звуковое давление р = 2−10~³ Па. Обратившись к рис. 1.3, можем видеть, что на частоте 30 Гц это давление находится значительно ниже, а на частоте 300 Гц — значительно выше порога слышимости. Следовательно, величина уровня интенсивности звука не дает представления о его громкостных особенностях, так как не учитывает частотной зависимости слухового восприятия.

Этот недостаток устраняется, если использовать для сопоставления звуков другую величину, называемую уровнем громкости.

Под уровнем громкости L данного звука понимают уровень интенсивности эталонного звука с частотой 1000 Гц, имеющего равную с данным звуком громкость.

Уровень громкости измеряется в единицах, которым присвоено наименование «фон». Число фонов, измеряющее уровень громкости какого-либо звука, по определению совпадает с числом децибелов, измеряющих уровень интенсивности равногромкого эталонного звука.

Для определения уровня громкости синусоидальных звуков пользуются семейством кривых равной громкости, или изофон, изображенных на рис. 1.4. Каждая кривая этого семейства получена путем субъективного сравнения громкости синусоидального звука какой-либо произвольной частоты с громкостью эталонного звука 1000 Гц, уровень интенсивности которого в пределах одной кривой остается неизменным. При снятии кривой испытуемый регулирует звуковое давление произвольной частоты, делая его то тише, то громче эталонного, и добивается такой громкости, которая не отличалась бы от громкости эталонного звука. После этого производится измерение уровня звукового давления регулируемого звука и опыт повторяется для другой частоты. Пройдя таким способом весь звуковой диапазон, получают одну изофону, вид которой в значительной мере зависит от индивидуальных особенностей испытуемого слуха. Поэтому описанная процедура производится для группы слушателей с последующей статистической обработкой результатов измерений. Так как при получении каждой изофоны уровень интенсивности эталонного звука (тона сравнения 1000 Гц) остается неизменным, то он и является параметром кривой. Другими словами, в пределах каждой кривой уровень громкости звуков имеет одну и ту же величину, численно равную уровню интенсивности на частоте 1000 Гц.

Кривые равной громкости синусоидальных звуков Описанная процедура снятия кривой равной громкости называется способом уравнивания. Кривая может быть получена также и другими способами, например, методом балансного регулирования. В этом случае испытуемый производит переключения в те моменты, когда сравниваемый звук становится заметно громче или заметно тише стандартного.

Семейство кривых, изображенных на рис. 1.4, получено для синусоидальных звуков. Пользуясь этими кривыми, можно определить уровень громкости любого синусоидального звука, если известны уровень его интенсивности и частота. Поясним это на примере. Пусть синусоидальный звук с частотой 100 Гц имеет уровень интенсивности 50 дБ. Проведя прямые /=100 Гц и N = 50 дБ, найдем на их пересечении изофону и, переместившись по ней к частоте 1000 Гц, находим, что равногромкий эталонный звук должен иметь уровень интенсивности 40 дБ. Это и есть искомый уровень громкости L=40 фон.

Для всех изофон характерно небольшое снижение в области частот 3000—4000 Гц и равномерный подъем при понижении частоты (ниже 500 Гц). Величина подъема на разных уровнях неодинакова: при повышении уровня громкости изофоны несколько спрямляются и подъем становится менее крутым. Иначе говоря, частотная характеристика слухового восприятия при больших уровнях более равномерна, чем при малых. Это обстоятельство означает, что сохранение естественности звучания (с тембральной точки зрения) возможно лишь в том случае, если уровень воспроизведения звукового сигнала соответствует его естественному уровню. В противном случае нарушается соотношение между его частотными составляющими: при уровнях воспроизведения, превышающих естественный, происходит субъективное усиление низкочастотных составляющих; напротив, при малых уровнях возникает субъективное подавление их. Для сохранения тембра звука при возможных изменениях уровня воспроизведения в практике применяют так называемые компенсированные регуляторы усиления, в которых одновременно с изменением усиления происходит регулировка вида частотной характеристики: при уменьшении усиления характеристика приобретает подъем в области низших частот, а при увеличении этот подъем устраняется.