Акустический спектр

Сложный тон можно представить в виде суммы, простых тонов с кратными частотами и различными амплитудами. Такое пред­ставление называете?! разложением на составляющие тона. Тон наименьшей частоты называется основным, а остальные тона на­зывают обертонами, или гармониками. Обертоны имеют часто­ты, кратные частоте основного тона. Такое разложение однозначно описывается указанием частот всех составляющих тонов и их ам­плитуд.

Акустический спектр сложного тона — это набор частот с ука­занием их относительной интенсивности (амплитуды).

а) Высота, тембр, громкость звука. Воспринимая звуки, чело­
век различает их по высоте, тембру и громкости.

Высота тона обусловлена прежде всего частотой основного тона (чем больше частота, тем более высоким воспринимается звук). В меньшей степени высота зависит от интенсивности вол­ны (звук большей интенсивности воспринимается более низким).

Тембр звука определяется его гармоническим спектром. Раз­личные акустические спектры соответствуют разному тембру даже в том случае, когда основной тон у них одинаков.

Громкость звука — это субъективная оценка уровня его интенсивности.

б) Закон Вебера—Фехнера, шкала громкости. Использование
логарифмической шкалы для оценки уровня интенсивности звука
хорошо согласуется с психофизическим законом ВЕБЕРА—ФЕХ­
НЕРА.

Если увеличивать раздражение в геометрической прогрес­сии (т. е. в одинаковое число раз), то ощущение этого раздра­жения возрастает в арифметической прогрессии (т. е. на оди­наковую величину).

На первый взгляд кажется, что громкость звука следует изме­рять в белах или децибелах. Действительно, при таком подходе увеличение интенсивности (раздражителя) в 10 раз вызовет уве­личение громкости (ощущения звукового раздражения) на 1 Б. Од­нако субъективное восприятие интенсивности звука связано не только с уровнем интенсивности, но и с частотой звука. Так, например, ухо человека не воспринимает ультразвук даже при большом уровне интенсивности. По этой причине при построении шкалы громкости следует учитывать восприимчивость уха «сред­него» человека к различным частотам.

Поступают следующим образом.

1. Для звука с частотой 1 кГц вводят единицу уровня громко­сти — фон, которая соответствует уровню интенсивности 1 дБ.

2. Для других частот уровень громкости также выражают в фо­нах по следующему правилу.

Громкость звука — это число, которое показывает уровень интенсивности звука (дБ) с частотой 1 кГц, вызывающего у «сред­него» человека такое же ощущение громкости, какое вызывает дан­ный звук.

Уровень громкости обозначают буквой Е, например, Е = 30 фон. Ниже приводится пример зависимости уровня громкости от частоты.

Эти кривые дают зависимость уровня интенсивности / от час­тоты п звука при постоянном уровне громкости.

Верхняя кривая показывает верхний предел чувствительности уха, когда слуховое ощущение переходит в ощущение боли (Е = 130 фон).

Каждая кривая соответствует одинаковой громкости, но разной интенсивности для разных частот. По отдельной кривой равной громкости можно найти интенсивности, которые при определен­ных частотах вызывают ощущение этой громкости.

Информативной для медиков кривой является нижняя кривая, соответствующая порогу слышимости. Она дает зависимость по­роговой интенсивности /₀ от частоты: /₀ = /(v).

У человека с нормальным слухом колебания с частотой ниже 16 Гц или выше 20000 Гц слухового ощущения не вызывают. При увеличении частоты, начиная с 16 Гц, чувствительность уха растет и порог слышимости снижается, в области частот 1000—5000 Гц чувствительность наибольшая, т. е. порог минимален. При даль­нейшем увеличении частоты чувствительность падает до нуля при 20000 Гц.

Для измерения уровня громкости применяется прибор — шумо-мер. Шумомер снабжен микрофоном, который превращает акусти­ческий сигнал в электрический. Уровень громкости (дБ) регист­рируется стрелочным измерительным прибором.