Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Частота звуковых колебаний

Частотазвуковых гармонических колебаний (физическая характеристика) определяет физиологическую характеристику звукового ощущения, которую называют высотой звука.

Возможность оценки высоты тона слуховым аппаратом человека связана с продолжительностью звучания. Ухо не способно оценить высоту тона, если время звукового воздействия меньше 1/20 секунды.

Близкие по частоте звуковые колебания при одновременном звучании воспринимаются как звуки различной высоты в том случае, если относительная разница частот превышает 2-3%. При меньшей разности частот возникает ощущение слитного звука средней высоты.

Спектральный состав звуковых колебаний

Спектральный состав звуковых колебаний, то есть число гармонических составляющих и соотношение их амплитуд (физическая характеристика), определяет тембр звука. Тембр, как физиологическая характеристика слухового ощущения, в некоторой степени зависит также от скорости нарастания и изменчивости звука.

Порог слышимости и порог болевого ощущения.

Область слышимости

Чтобы сформировалось слуховое ощущение, интенсивность звуковых волн должна превысить некоторое минимальное значение, называемое порогом слышимост., Оно имеет различные значения для различных частот звукового диапазона(нижняя кривая на рисунке 1). Это означает, что слуховой аппарат обладает неодинаковой чувствительностью к звуковым воздействиям на разных частотах. Максимальной чувствительностью ухо обладает в области частот 1000-3000 Гц. Здесь пороговое значение интенсивности звука минимально и составляет 10^-12 Вт/м².

С увеличением интенсивности звука возрастает и ощущение громкости. Однако, звуковые волны с интенсивностью порядка 1-10 Вт/м² вызывают уже ощущение боли. Максимальное значение интенсивности, при превышении которого возникает боль, называется порогом болевого ощущения. Он также зависит от частоты звука (верхняя кривая на рисунке 1), но в меньшей степени, чем порог слышимости.

Область частот и интенсивностей звука, ограниченная верхней и нижней кривыми рисунка 1, называется областью слышимости.

20 50 100 200 500 1000 2000 5000 10000 20000 Частота в Гц Рис. 1. Диаграмма слышимости

Закон Вебера-Фехнера. Уровни интенсивности и уровни громкости звука

Уже отмечалось, что объективная физическая характеристика звуковой волны - интенсивность определяет субъективную физиологическую характеристику - громкость. Количественная связь между ними устанавливается на основе закона Вебера-Фехнера, связывающего степень ощущения и интенсивность вызвавшего его раздражителя: ощущение растет в арифметической прогрессии, если интенсивность раздражителя увеличивается в геометрической прогрессии.

Закон Вебера-Фехнера можно пересказать другими словами: физиологическая реакция (в рассматриваемом случае громкость) на раздражитель (интенсивность звука) пропорциональна логарифму интенсивности раздражителя. (Рис. 2).

Рис. 2

Это означает, что при малой интенсивности звука небольшое её увеличение (на величину Δ I) приводит к значительному увеличению громкости (на величину Δ L ₁ (Δ y ₁на рисунке 2); как только интенсивность звука немного превысила пороговое значение, уже возникает слуховое ощущение. Если же интенсивность звука велика, то ее дальнейшее увеличение на ту же величину Δ I дает малый прирост громкости (на величину Δ L ₂ (Δ y ₂на рисунке 2) - при большой интенсивности звук хорошо слышен и дальнейшее увеличение интенсивности звука на возрастание ощущения громкости сказывается существенно слабее.

Для установления количественной связи между интенсивностью и громкостью звука введем уровень интенсивности звука (L) - величину, пропорциональную десятичному логарифму отношения интенсивности звука (I) к интенсивности на пороге слышимости I₀ = 10^-12 Вт/м²:

(1)

Коэффициент n в формуле (1) определяет единицу измерения уровня интенсивности звука L. Если n =1, то единица измерения L называется Белл(Б). На практике обычно принимают n =10, тогда величина L измеряется в децибеллах (дБ) (1 дБ = 0,1 Б). На пороге слышимости (I = I₀) уровень интенсивности звука L=0, а на пороге болевого ощущения (I = 10 Вт/м²)- L = 130 дБ. Если, например, интенсивность звука составляет 10^-7 Вт/м² (что соответствует нормальному разговору), то из формулы (1) следует, что уровень его интенсивности составляет 50 дБ.

Уровень громкости звука (часто его называют просто громкостью) Е

связан с уровнем интенсивности L соотношением:

Е = kL, (2)

где k - некоторый коэффициент пропорциональности, зависящий от частоты и интенсивности звука.

Если бы коэффициент k в формуле (2) был постоянным, то уровень громкости совпадал бы с уровнем интенсивности и мог бы измеряться в децибелах.

Например, звук с уровнем интенсивности 20 дБ и частотой 1000 Гц будет восприниматься существенно более громким, чем звук с тем же уровнем интенсивности, но частотой 100 Гц. Одинаковый уровень громкости на этих частотах будет достигнут, если для 1000 Гц уровень интенсивности составляет 20 дБ, а для 100 Гц - 50 дБ. По этим причинам для измерения уровня громкости вводится особая единица, называемая фоном.

Постановили, что на частоте 1000 Гц (её называют частотой наилучшей слышимости) 1 фон = 1 дБ, т.е. уровень интенсивности в децибелах и уровень громкости в фонах совпадают (в формуле (2) коэффициент k = 1 на частоте 1000 Гц). На других частотах для перехода от децибел к фонам необходимо вводить соответствующие поправки, которые можно получить с помощью кривых равной громкости (см. рис.1).

Пример: Для частоты 200 Гц уровень интенсивности звука составляет 40 дБ. Чему равен уровень громкости этого звука? На рисунке 1 находим точку с координатами 200 Гц и 40 дБ. Она лежит на кривой, соответствующей уровню громкости 20 фон, следовательно, для данной частоты 20 фон соответствует 40 дБ.

Определение порога слышимости на разных частотах составляет основу методов измерения остроты слуха. Полученная кривая называется спектральной характеристикой уха на пороге слышимости или аудиограммой. Сравнивая порог слышимости пациента с усредненной нормой, можно судить о степени развития нарушений слухового аппарата.

⇐ Предыдущая 123 Следующая ⇒