При составлении кривых равной громкости брали чистый тон частотой 1000 Гц с необходимым уровнем громкости. Затем сравнивали этот сигнал со звуком другой частоты, доводя громкость последнего до громкости, такой же, как у 1000 Гц. В результате измерений получали искомые значения звукового давления и интенсивности звука.
Кривые равной громкости принято называть изофонами, а уровень громкости измерять в фонах (phone в переводе с греческого — звук). По предложению Баркгаузена уровень громкости LN тона частотой кГц в фонах приравнивают к уровню звукового давления в децибелах. Так, например, давлению 50 дБ на кГц соответствует громкость 50 фон, 80 дБ — 80 фон и так далее для других значений. По этой причине тон частотой кГц принято считать опорным или стандартным тоном. Для других частот уровень громкости рассчитывается по формуле:
Из формулы (2.9) следует, что вычисление уровня громкости основано на субъективной оценке.
Кривые равной громкости наглядно иллюстрируют частотную нелинейность слуха. Как видно из рис. 2.1, для профессионального прослушивания предпочтительны уровни громкости, равные 85...95 фон. С повышением громкости слух значительно быстрее устает. При более тихом прослушивании проявляется эффект сужения воспринимаемого диапазона частот, причем тем значительнее, чем ниже громкость. Это особенно характерно для низких частот.
Тем не менее, даже очередное уточнение — учет кривых равной громкости — не дает полной картины для объективного моделирования ощущения громкости. Для описания характера субъективной оценки громкости звука с достаточной степенью точности можно применить описанную ниже модель.
Весь спектр слышимого звука разбивается на 24 частотные полосы, получившие название «критических». Наличие критических полос слуха отражает фундаментальную способность слуховой системы к частотному анализу, который выполняется во внутреннем ухе. Базилярная мембрана в улитке действует как линейка полосовых фильтров, ширина полосы которых зависит от частоты: выше 500 Гц она равна примерно 1/3 октавы, ниже 500 Гц она составляет примерно 100 Гц. Внутри критической полосы слух производит интегрирование поступившей звуковой информации. Несмотря на то что существует специальная единица измерения Барк, равная ширине критической полосы, строго фиксированных границ у этих полос не существует. Для музыки и речи будут справедливы одни значения. Если сигнал приобретает периодический, тональный или импульсный характер, ширина полос может несколько изменяться. То же самое происходит, когда сигналы в соседних полосах маскируют друг друга.