Il nostro orecchio rivela la presenza di onde sonore solo se la loro frequenza e la loro intensità risultano comprese entro determinati limiti di gamma e di soglia. Questi limiti di udibilità sono in certa misura soggettivi in quanto variano da individuo a individuo; inoltre risentono dell’influenza di fattori quali le malattie e la vecchiaia. Ricerche condotte negli anni trenta da due studiosi, di nome Fletcher e Wegel, su individui diversi per sesso ed età hanno permesso di ottenere una scala di intensità della sensazione che prende il nome di audiogramma normale medio; essa rappresenta la media statistica delle sensazioni sonore provate da un campione di individui nell’ascoltare suoni puri sinusoidali.

Come si può osservare, perché avvenga da parte dell’organo dell’udito la percezione del suono è necessario che l’intensità della vibrazione sonora (valore SPL) superi un livello minimo, variabile in funzione della frequenza, chiamato soglia di udibilità. Invece quei suoni che hanno intensità molto elevata provocano nell’orecchio una sensazione di fastidio doloroso e la percezione diventa confusa. I valori dell’intensità limite superiore di udibilità sono espressi dalla curva soglia del dolore. Dal diagramma si nota che la massima sensibilità dell’orecchio è compresa tra 2000 e 4000 Hz. La gamma delle frequenze percepite può estendersi da 16 Hz sino a 18.000 Hz, nel caso di  individui sani e giovani. Con il progredire dell’età la capacità uditiva si attenua: nella vecchiaia, infatti, la gamma delle frequenze udite di solito si restringe e anche la sensibilità può scadere notevolmente. Il diagramma che segue è uguale a quello proposto qui sopra, solo che sono delimitate, in modo approssimativo, le regioni di sensibilità rispettivamente per i segnali musicali e per il parlato.

La sensazione uditiva non è però legata all’intensità da una relazione lineare ma da una relazione logaritmica. Infatti la risposta dell’orecchio all’intensità del suono segue approssimativamente una legge generale conosciuta con il nome di legge di Weber-Fechner. Secondo questa legge la risposta di un qualunque organo sensoriale ad uno stimolo é proporzionale al logaritmo della grandezza dello stimolo stesso. Se i valori di intensità energetica crescono con i rapporti pari a 10, 100, 1000 rispetto ad una intensità di
riferimento, la sensazione aumenterà invece solamente con grandezze pari alla progressione dei numeri naturali. Si comprende allora perché sia stata adottata la relazione che segue:

in cui P₀ è la soglia minima di udibilità che vale 20 μPascal di pressione sonora. Esaminando l’audiogramma normale medio si nota che la soglia di
udibilità non é uguale per tutta la gamma di frequenze udibili. Ricerche ulteriori compiute da Fletcher e Munson sono sintetizzate nel diagramma seguente. In esso sono tracciate particolari curve di sensibilità dell’orecchio dette isofone, cioè di uguale sensazione sonora.

Le curve isofone ci dicono che due suoni di frequenza diversa, pur non avendo lo stesso valore di intensità acustica, vengono giudicati equivalenti quando producono nell’orecchio la stessa sensazione uditiva. Le curve infatti rappresentano la scala dei livelli dei suoni che equivalgono alla sensazione di un suono puro a 1000 Hz, preso come riferimento. Per fare un esempio, un suono puro di 50 Hz deve avere un livello di pressione sonora maggiore di
circa 50 dB per produrre la stessa sensazione di uno di 1000 Hz con SPL pari a 10 dB. Come si vede le curve hanno una progressione che va di 10 in 10 dB per la frequenza di 1000 Hz. Poiché ciascuna curva del diagramma corrisponde ad una sensazione sonora costante qualunque sia la frequenza del suono, l’unità che caratterizza tale sensazione costante è stata chiamata phon. Il numero costante dei phon di una curva viene indicato sul diagramma in corrispondenza della frequenza di 1000 Hz.