Субъективное восприятие звука

Физиологическое восприятие звука является отражением соответствующих его физических характеристик.

Гармоническое колебание определенной частоты воспринимаются нами как музыкальный тон.

Физической характеристике – частоте колебаний – соответствует физиологическое понятие – высота звука. С ростом частоты и, следовательно, уменьшением периода колебаний, высота звука увеличивается, или звук становится «выше».

Малые частоты колебаний вызывают ощущение низкого тона (бас, баритон). Большие частоты вызывают ощущение высокого тона (сопрано, дискант).

Субъективной характеристикой звука, связанной с его интенсивностью, является громкость звука, зависящая от частоты.

По закону Вебера–Фехнера, с ростом интенсивности звука громкость возрастает по логарифмическому закону. На этом основании вводят объективную оценку громкости звука по измеренному значению его интенсивности – уровень интенсивности:

(5.10)

где I₀ = 10^-12 Вт/м² – пороговая интенсивность звука; I – текущее значение интенсивности, Вт/м².

С учетом формулы (5.2) введена аналогичная величина для давления – уровень звукового давления:

, (5.11)

где р и р₀ – соответственно текущее и пороговое значение звукового давления, Па; р₀ = 2·10^-5 Па.

Уровни интенсивности и звукового давления измеряются в децибелах (дБ).

Физиологической характеристикой звука является уровень громкости, измеренный в фонах. Громкость звука в 1000 Гц (частота стандартного чистого тона) равна 1 фон, если его уровень интенсивности равен 1 дБ.

Фон – единица, которая определяется как разность уравнений громкости двух звуков данной частоты, равногромкие которым звуки с частотой в 1000 Гц отличаются по интенсивности на 10 дБ.

Звукам одинаковой громкости разных частот соответствуют разные уровни интенсивности. Наблюдается как бы взаимная компенсация интенсивности и частоты.

Звуковое ощущение характеризуется помимо высоты и громкости еще и тембром. Если колебание не является гармоническим, на слух оно имеет специфический оттенок – тембр.

Согласно теореме Фурье всякое периодическое колебание периода Т может быть представлено в виде суммы гармонических колебаний с периодами, равными Т, Т/2, Т/3, T/4 и т. д., т. е. с частотами ν=1/T; 2ν; 3ν и т. д.

Наиболее низкая частота ν называется основной частотой. Колебания с основной частотой называют первой гармоникой, или основным тоном, а колебания с частотами 2ν, 3ν и т. д. – высшими гармониками, или обертонами.

В совместном звучании основной тон и обертоны создают тембр звука. Любому музыкальному инструменту, любому человеческому голосу присущ свой тембр.

Классификация шумов

Шум – совокупность апериодических звуков разной интенсивности и частоты.

По характеру спектра шумы делятся на широкополосные и тональные.

Спектр представляет собой зависимость между частотой и уровнем звукового давления (интенсивности). Различают сплошные (непрерывные) спектры (рис. 5.3, а), линейчатые (дискретные) спектры (рис. 5.3, б) и смешанные спектры (рис. 5.3, в).

L L L

f f f

а) б) в)

Рис. 5.3

Виды спектров шума

Широкополосными называются шумы, имеющие непрерывный спектр шириной более октавы. Октава – диапазон, в котором верхняя граничная частота в два раза больше нижней граничной частоты:

. (5.12)

Октава характеризуется среднегеометрической частотой

(5.13)

Тональный шум характеризуется тем, что в спектре присутствуют отдельные слышимые дискретные тона.

По временным характеристикам шумы делятся на постоянные и непостоянные.

Постоянные не изменяют уровень сигнала в течение 8 часов более чем на 5 дБА.

Непостоянные шумы делятся:

– на импульсные – состоящие из одного или нескольких звуковых сигналов, длительностью до 1 с и с уровнями звука, отличающимися более чем на 7 дБА (удар молота);

– прерывистые – уровень звука изменяется на 5 дБА и более несколько раз за время измерения, причем длительность импульса больше 1 с и в момент действия импульса амплитуда остается постоянной, превышающей фон (сброс сжатого воздуха).

– колеблющиеся во времени – уровень меняется со временем (шум транспорта).

В технике измерений шумов в зависимости от среды распространения различают воздушный и структурный шумы. Воздушный распространяется по воздуху от источника до точки измерения. Структурный возникает из–за колебаний упругой среды (стены зданий, перекрытие, трубопроводы) с последующим излучением с колеблющихся поверхностей.