Диапазон звуковых частот

Интенсивность звука (Вт/м²) определяется количеством энергии, переносимой волной за единицу времени через единицу площади поверхности, перпендикулярной к направлению распространения волны. Ухо человека воспринимает звук в весьма широком интервале интенсивности: от самых слабых слышимых звуков до самых громких, например создаваемых двигателем реактивного самолета.

Минимальная интенсивность звука, при которой возникает слуховое ощущение, называется порогом слухового восприятия. Он зависит от частоты звука (рис. 124). Наибольшей чувствительностью к звуку человеческое ухо обладает в диапазоне частот от 1 до 4 кГц, соответственно и порог слухового восприятия здесь имеет наименьшее значение 10^–12 Вт/м². Эта величина принята за нулевой уровень слышимости. При действии шумов и других звуковых раздражений порог слышимости для данного звука повышается (маскировка звука – физиологический феномен, заключающийся в том, что при одновременном восприятии двух или нескольких звуков разной громкости более тихие звуки перестают быть слышимыми), причем повышенное значение сохраняется некоторое время после прекращения действия отвлекающего фактора, а затем постепенно возвращается к исходному уровню. Порог слышимости может изменяться в зависимости от возраста, физиологического состояния, тренированности слушателя.

З вуки высокой интенсивности вызывают ощущение давящей боли в ушах. Минимальная интенсивность звука, при которой возникает ощущение давящей боли в ушах, называется порогом болевого ощущения. Так же, как и порог слухового восприятия, порог болевого ощущения зависит от частоты звуковых колебаний (рис. 124). Звуки, интенсивность которых приближается к болевому порогу, оказывают вредное воздействие на слух.

Нормальное восприятие звука возможно, если интенсивность звука находится между порогом слышимости и болевым порогом.

Слуховой анализатор человека способен к восприятию огромного динамического диапазона. Изменения в давлении воздуха, вызываемые самыми тихими из воспринимаемых на слух звуков, составляют порядка 210^–5 Па. В то же время звуковое давление с уровнем, приближающимся к порогу болевых ощущений для наших ушей, составляет порядка 20 Па. В итоге динамический диапазон (соотношение между самыми тихими и самыми громкими звуками, которые может воспринимать наш слуховой аппарат) – 1:1000000. Измерять такие разные по уровню сигналы в линейной шкале неудобно.

С целью сжатия такого широкого динамического диапазона было введено понятие «бел». Бел – это простой логарифм отношения двух степеней, а децибел равен 0,1 бела.

Чтобы выразить акустическое давление в децибелах, необходимо возвести давление (в паскалях) в квадрат и разделить его на квадрат эталонного давления. Для удобства возведение в квадрат двух давлений выполняется вне логарифма (свойство логарифмов).

Для преобразования акустического давления в децибелы применяется формула:

где P – интересующее нас акустическое давление, P₀ – исходное давление.

Оценку звука удобно проводить по уровню (L) интенсивности (звукового давления), рассчитываемому по формуле:

(дБ),

где J₀ – порог слухового восприятия, J – интенсивность звука (табл. 10).

Таблица 10