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响度量级：我听到的这个声音是多少sone？

2021-09-17 23:47:05·  来源：海德声科 HEAD acoustics  
　
对于声压级，规定人耳在各个频率上能听到的最低声压级为0dB，各频率0dB组成的线即为人耳的听域下限。大于0dB的声音可被人耳听到，小于0dB的声音人耳无法听到。声
对于声压级，规定人耳在各个频率上能听到的最低声压级为0dB，各频率0dB组成的线即为人耳的听域下限。大于0dB的声音可被人耳听到，小于0dB的声音人耳无法听到。声压级大小与相对应的声音环境大致如下：
  • 0-20dB(A)：非常安静，比如半消音室本底噪音普遍为；10dB(A)-20dB(A)，风吹动树叶的声音约为 14 dB（A）；
  • 30-40 dB(A)：比较安静，比如图书馆、起居室；
  • 40-70dB(A)：日常生活的环境噪声，比如办公室、正常音量交谈下的声音环境；
  • 70-90 dB(A)：吵杂，比如在车间、繁忙的街道，或大声交谈等环境下；
  • 90 (A)以上：引起不安，比如电钻的声音；
  • 110dB(A)以上：难以忍受，比如柴油机的声音、摇滚乐队现场演奏、爆竹的声音等。


现在我们已经对特定声压级范围内的声音所对应的人类感受有了一定的概念，但是这并不意味着声压级相同的声音，带给人的实际听觉感受是一样的。比如同样是70dB的两个声音，可能听起来刺耳，也可能听起来就像生活中普通的环境噪音。这是因为声音的响度、尖锐度、粗糙度、音调等心理声学参数的量级不同造成的。那么这些心理声学参数的量级是如何评价人的感知程度的呢？在安静和吵闹的环境下，分别会是多少sone（响度单位）？多少acum（尖锐度单位）？响度和尖锐度量级达到多少时，人会无法忍受？或者量级变化了多少时，人才能够感知得到声音这些特征的变化？具体到汽车产品上，高级版的轿车和入门级的轿车，心理声学量级分别会是多少？究竟要对这些参量做多大改变，才能感受到声音改进的效果？
对于心理声学参数的定义和算法，我们在之前的公众号中已经做了详细的介绍（可到公众号菜单-技术汇-热文-NVH中查看更多心理声学系列文章），在此就不赘述了。本文以“响度”为例，通过一些测试数据来展示和对比不同的声音在不同环境下的心理声学参数的量级，以便我们在主观感受和客观数据上能更直接地对应起来。

测试产品和环境的声压级从低到高，包括消声室、家电行业的空调、车内、电机、高铁站、柴油机等。





数据采集大都使用HEAD acoustics的双耳采集系统完成。采集的位置基本都是人在实际环境中听到该对象声音的位置，比如坐在汽车驾驶座、坐在高铁座椅、站在高铁站台面向高铁、站在空调的旁边、手拿电吹风吹头发等。其中个别声音样本采集时使用了普通麦克风，测试点和实际听到声音的位置有可能不完全一致，因此分析结果仅做参考。由于声音样本的选取没有指定品牌、型号、尺寸、功率等，可能和各行业的实际产品的噪声水平存在差异，所以数据仅做各种声音大类的分类和评价。部分声音的分析结果如下：
（点击图片中央可播放声音）
·
声音1：吹风机-飞科_2G_右侧.wav 音频： 进度条 00:00 / 00:10
声音1：飞科吹风机_2G_右侧
（点击图片中央可播放声音）
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声音2：地铁-关门警示音.wav 音频： 进度条 00:00 / 00:06
声音2：地铁-关门警示音
（点击图片中央可播放声音）
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声音3：地铁-两个站点间.wav 音频： 进度条 00:00 / 00:17
声音3：地铁-两个站点间
（点击图片中央可播放声音）
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声音4：高铁-站台-通过噪声.wav 音频： 进度条 00:00 / 00:13
声音4：高铁站台-通过噪声
数据均使用ArtemiS SUITE最新版本软件进行计算，响度的计算标准选用了最新的标准ISO 532-1，使用Loudness vs. time计算出响度的N5值，并使用该值进行统计，同时也列出时间上瞬时最大的响度值Max作为参考。
得到各种声音响度的排序如下：



以上数据统计表明，最安静的声音是消声室的背景噪声，基本在0.5sone以下，最低的为0.0001sone；家电行业的立式风盘、风机盘管、硬盘等都在1sone以下；笔记本风扇、座椅电机、部分汽车怠速工况等都在1-2sone；大部分车怠速工况下的车内噪声、机器人舵机、空调室外机等都在2-5sone区间；小电风扇、小电机、轿车天窗等在5-10sone区间；汽车高速行驶时车内噪声、高铁低速行驶车厢内噪声、制氧机等在10-20sone，还算比较安静；高铁高速行驶时车厢内噪声、机场噪声、吹风机低速档噪声，在20-30sone区间，这些声音已经有些吵闹了，但是也还是可以接受；高铁过隧道时车厢内噪声、地铁车内噪声、吹风机高速档噪声在30-40sone区间，这些已经非常吵闹了，但是可以忍受；破壁机工作时响度竟然达到了50多到60多sone，这些声音只能短时间忍受；地铁在隧道过弯时，响度达到了60多sone，瞬间最大值达到了91.4sone；空调挖掘机、剪草机、台架上测试的汽油机的响度都超过100sone；高铁站候车时，在中间过站轨道风一般过站的高铁，其通过噪声达到了158sone；最大的是柴油机在台架上的测试，达到了208sone。我们可以将声音响度所对应的人的感受总结如下：
  • 10sone以下：非常安静；
  • 10-20sone：比较安静；
  • 20-30sone：有些吵闹，在日常生活中也可以接受；
  • 30-40sone：非常吵杂，但可以忍受；
  • 40sone以上：只能短时间忍受。
为了更加直观地显示，我们简单做了个响度的刻度图：


现在你也许对响度量级已经有了更加直观的印象了。平时在NVH工作中，大家也可以尝试分析其它的心理声学参数，这样听到某个声音，我们大概就知道它的各种心理声学量级是多少。主观上，我们很容易对听到的声音做出描述，我们会说某个声音“咔咔响”，“刺耳”，“沙沙声”。客观上，我们可以把主观感受尽可能地量化，让看不见摸不着的声音用实实在在的参数来体现。
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