Влияние физических характеристик звука на слуховые ощущения.

Слуховые ощущения, которые у нас вызывают различные звуки, во многом зависят от амплитуды звуковой волны и её частоты. Амплитуда и частота являются физическими характеристиками звуковой волны. Этим физическим характеристикам соответствуют определённые физиологические характеристики, связанные с нашим субъективным восприятием звука. Такими физиологическими характеристиками являются громкость и высота звука.

Громкость звука определяется его амплитудой: чем больше амплитуда колебаний в звуковой волне, тем громче звук. Так, когда колебания звучащего камертона затухают, вместе с амплитудой уменьшается и громкость звука. И наоборот, ударив по камертону сильнее и тем самым увеличив амплитуду его колебаний, мы вызовем и более громкий звук.

Громкость звука зависит также от того, насколько чувствительно наше ухо к данному звуку. Наибольшей чувствительностью человеческое ухо обладает к звуковым волнам с частотой 1-5кГц.

Высота звука определяется его частотой: чем больше частота колебаний в звуковой волне, тем выше звук; колебаниям небольшой частоты соответствуют низкие звуки.

Так, например, шмель машет в полёте своими крылышками с меньшей частотой, чем комар. Поэтому полёт шмеля сопровождается низким звуком (жужжанием), а полёт комара – высоким (писком).

Звуковую волну определённой частоты иначе называют тоном. Поэтому о высоте звука часто говорят как о высоте тона. Если этот процесс гармонический, то тон называется простым или чистым, а соответствующая плоская звуковая волна описывается уравнением плоской волны (). Основной характеристикой чистого тона является частота.

Основной тон с «примесью» нескольких колебаний других частот образует музыкальный звук или сложный тон, который соответствует ангармоническому колебанию. Простой тон издаёт, например, камертон, сложный тон создаётся музыкальными инструментами, аппаратом речи (гласные звуки) и т.п. Сложный тон, как и сложное колебание, можжет быть разложен на простые. Наименьшая частота ν₀ такого разложения соответствует основному тону, остальные гармоники (обертоны) имеют частоты, равные 2ν₀, 3ν₀ и т.д. Набор частот с указанием их относительной интенсивности (амплитуды) называется акустическим спектром.

При обычной речи в мужском голосе встречаются колебания частотой от 100 до 7000Гц, а в женском – от 200 до 9000Гц. Наиболее высокочастотные колебания входят в состав звука согласной «с». Чтобы обеспечить понятность речи, достаточно воспроизвести область частот от300 до 2000Гц. Такую область частот воспроизводит телефон.

Шумом называют звук, отличающийся, неповторяющейся временной зависимостью. К шуму относятся звуки от вибрации машин, аплодисменты, шум пламени горелки, шорох, скрип, согласные звуки речи и т.п. Шум можно рассматривать как сочетание беспорядочно изменяющихся сложных тонов.

Звуковой удар – это кратковременное звуковое воздействие: хлопок, взрыв и т.п.

Особое физиологическое воздействие способны оказывать на человека звуки низкой частоты, приближающиеся к инфразвуку. Влияние этих звуков объясняется явлением резонанса. Внутренние органы нашего тела имеют частоту свободных колебаний, лежащую в области инфразвука. Поэтому звуковые волны близкие к нему низких частот заставляют эти органы вибрировать, что при достаточно большой силе звука может привести даже к внутренним кровоизлияниям.

Специальные опыты показали, что облучение людей достаточно интенсивным инфразвуком может вызвать потерю чувства равновесия, подташнивание, непроизвольное вращение глазных яблок и другие последствия. Резонансное влияние на человеческий организм низкочастотных звуков объясняется и возбуждающее действие современной рок-музыки, насыщенной многократно усиленными низкими частотами барабанов, бас-гитар и т.д.

Характер восприятия звука, его слышимость зависит и от планировки помещения, в котором слушается речь или музыка. Объясняется это тем, что в закрытых помещениях слушатель воспринимает, кроме прямого звука, ещё и слитный ряд быстро следующих друг за другом его повторений, вызванных многократным отражением звука от находящихся в помещении предметов, стен, потолка и пола. Увеличение длительности звука, вызванное его отражением от различных препятствий, называется реверберацией. Реверберация велика в пустых помещениях, где она приводит к гулкости. И наоборот, помещения с мягкой обивкой стен, драпировками, шторами, мягкой мебелью, коврами, а также наполненные людьми хорошо поглощают звук, и потому реверберация в них незначительна.

Отражением звука объясняется и эхо. Эхо – это звуковые волны, отражённые от какого-либо препятствия (зданий, холмов, леса и т.п.) и возвратившиеся снова к источнику. Если до нас доходят звуковые волны, последовательно отразившиеся от нескольких препятствий и разделённые интервалом времени t≥50-60мс, то возникает многократное эхо. Некоторые из таких эхо приобрели всемирную известность. Так, например, скалы, раскинутые в форме круга возле Адерсбаха в Чехословакии, в опредёлённом месте троекратно повторяют семь слогов. А в замке Вудсток в Англии эхо отчётливо повторяет 17 слогов.