Характеристики слухового ощущения

Частота, звуковое давление, интенсивность - это объективные характеристики звука, которые могут быть измерены соответствующими приборами независимо от человека. Однако звук является источником слуховых ощущений, поэтому оценивается человеком также и субъективно. Например, различают громкие и тихие, высокие и низкие звуки.

Громкостью звука называют субъективную характеристику интенсивности или силы звука. Из опыта известно, что громкость возрастает с увеличением интенсивности звука. Однако между громкостью и интенсивностью звука нет прямой пропорциональности даже при одной и той же частоте. Причина этого явления заключается в общем для всех органов чувств свойстве адаптации к силе раздражения. Адаптацией называется снижение чувствительности органа чувств при повышении действующей на него силы раздражения, и наоборот. Здесь под чувствительностью, например, органа слуха, понимается способность различать звуки по громкости.

Согласно закону, установленному Э. Вебером (1834), отношение порогового изменения силы раздражения (минимального изменения силы раздражения, которое обнаруживается органом чувств) к исходному значению силы есть величина постоянная в широком диапазоне интенсивностей раздражения (рис. 7.6): .

 

Рис. 7.6

 

В частности, закон Вебера для слуха означает, что, если  - исходная интенсивность звука,  - соответствующее данному значению  минимальное изменение интенсивности звука, воспринимаемое как изменение уровня громкости , то справедливо следующее соотношение:

 

 

или в дифференциальной форме:

 

,

 

где k - коэффициент пропорциональности.

Проинтегрируем последнее выражение:

 

.

 

Откуда

.

 

Громкость  при , где  - интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости. Тогда из предыдущего уравнения находим:

 

,

 

т.е.

.

 

Таким образом, нами выведен закон, полученный экспериментально Г. Фехнером (1850), согласно которому уровень слухового ощущения Е (уровень громкости) прямо пропорционален логарифму отношения интенсивности звука I к значению интенсивности , соответствующему порогу слышимости (при одной и той же частоте звука).

Коэффициент пропорциональности k в законе Фехнера зависит от частоты звука. Данный коэффициент условились принять равным  с тем, чтобы на частоте
1 кГц закон Фехнера записывался бы в виде:

.

В результате на частоте 1 кГц значения уровня интенсивности и уровня громкости совпадают. Уровень громкости на других частотах можно оценить путем сравнения слухового ощущения от двух источников звука: тестируемого и эталонного. За эталон принимается звуковой тон частотой 1 кГц. С помощью потенциометра изменяют интенсивность эталонного звука то тех пор, пока он не вызовет слуховое ощущение, аналогичное ощущению громкости тестируемого звука. Тогда уровень интенсивности звука частотой 1000 Гц, измеренный по прибору, будет равен уровню громкости исследуемого звука.

 

Рис. 7.7

 

 

Уровнем громкости Е звука данной частоты называют уровень интенсивности звукового тона частотой 1 кГц, громкость которого в сравнении на слух эквивалентна громкости исследуемого звука. Единицей измерения данной величины является фон.

Графики зависимости уровня громкости от частоты представляют в виде линий равной громкости (рис. 7.7). Каждая такая линия объединяет звук одного и того же уровня громкости, измеряемого в фонах. Нижняя линия соответствует уровню громкости наименее слабо слышимых звуков - это линия порога слышимости; ему условно соответствует
0 фон. Следующая линия будет объединять звуки различных частот с уровнем громкости 10 фон и т.д. Таким образом, чем выше расположена линия, тем более громким воспринимается человеком звук, обладающей данными частотой и интенсивностью. Область интенсивности, в которой человек слышит звуки, издаваемые голосовым аппаратом, называется речевой зоной.

Аудиометрия - это метод измерения остроты слуха на пороге слышимости. С помощью специального устройства, называемого аудиометром, строят график стандартного порога слышимости 1 (рис. 7.8) и график порога слышимости обследуемого пациента 2. Затем на нескольких частотах находят разность уровней громкости , по которой строят кривую потери слуха 3. Соединяющая экспериментальные точки кривая потери слуха ближе к нулю там, где две вышеперечисленные кривые наиболее близки друг к другу, их разность минимальна. В области низких и высоких частот эта разность значительно больше, и кривая потери слуха расположена ниже, чем в области средних частот.

 

Рис. 7.8

 

Человек различает тоны по их высоте. Высота тона - это субъективная оценка частоты звукового сигнала. Чем больше частота звука, тем более высоким он воспринимается.

Тембр звука - это субъективная оценка спектрального состава звука.

 

Глава 8

Механика жидкости