Абсолютный слуховой порог по интенсивности очень сильно зависит от частоты звуковых колебаний, поэтому для его определения пользуются графиком, который наглядно показывает, как изменяется минимальное значение звукового давления, воспринимаемого человеческими органами слуха как звук, в зависимости от частоты акустических колебаний. Такой график называется кривой абсолютного порога слышимости (рис. 1). Определяется он в полосе частот от 20 до 20000 Гц – именно в этом диапазоне человеческий слух способен воспринимать акустические колебания как звук. Однако следует иметь в виду, что такая широкая полоса слышимых частот скорее физиологический предел возможностей человеческого слуха – в действительности подавляющее большинство людей даже в молодом возрасте (18-25 лет), когда острота слуха наивысшая, способно слышать звуки только в диапазоне 30-35…16000-18000 Гц. Тем не менее, есть данные, что отдельные люди способны слышать звуки даже с частотой 22000 Гц.
Абсолютный порог слышимостипо интенсивности – это минимальное значение звукового давления, при котором еще наблюдается слуховое ощущение. Он характеризует чувствительность слуха к интенсивности звуковой энергии.
Абсолютный порог слышимости принято выражать в децибелах по отношению к некоторой стандартной величине звукового давления р1 = 2×10-5 Па (10-12 Вт/м2), которая условно принята за точку отсчета (0 дБ) при таких оценках. Как видно из рис. 1, наибольшей чувствительностью человеческий слух обладает на средних частотах - в диапазоне от 2000 до 5000 Гц. Здесь абсолютный порог слышимости даже меньше 2×10-5 Па (~ 1×10-5 Па). Такая форма характеристики чувствительности слуха с уменьшением ее на краях диапазона слышимых частот определяется резонансными свойствами наружного и среднего уха. Резонансная частота слухового прохода находится в области частот от 3000 до 4000 Гц, барабанной перепонки – на частотах от 1200 до 1400 Гц, а системы слуховых косточек – в области частот от 2500 до 3000 Гц.
Для наглядной иллюстрации возможностей человеческого слуха можно заметить, что звуковое давление, возникающее вследствие броуновского движения молекул при температуре 250С, составляет 5×10-6 Па. Т.е. если бы чувствительность слуха была бы еще вдвое выше, мы бы слышали непрерывный шум флуктуаций молекул воздуха и шум тока крови в сосудах головы, что нагружало бы наше сознание ненужной информацией. Таким образом, чувствительность слуха находится на пределе биологической целесообразности. Разумные пороги слышимости сформировались, вероятно, в процессе эволюции.
| Рис. 1. Кривая абсолютного порога слышимости, построенная по результатам измерений в условиях свободного поля |
С другой стороны человек способен ощущать как звук акустические колебания с уровнем 120 дБ (звуковое давление р2 = 20 Па). Таким образом, легко оценить динамический диапазон слуха: он составляет величину р2/р1 = 106 (т.е. самый громкий звук, воспринимаемый слухом, в 1 млн. раз больше самого слабого). Другими словами, динамический диапазон слуховой системы человека составляет 120 дБ.
Следует отметить, что кривая абсолютного порога слышимости (в том числе и на рис. 1) является достаточно приблизительной, поскольку ее значения зависят от условий прослушивания, характера испытательного сигнала и других причин. Кроме того, чувствительность слуха у разных людей даже одного возраста имеет достаточно большой разброс – примерно ±10%, а с возрастом слуховые пороги возрастают – особенно в области высоких частот. Обычно на частоте 10 кГц чувствительность слуха у 60-летнего человека на 20 дБ ниже, чем у 20-летнего.
Для определения абсолютного порога слышимости обычно используют результаты измерений, полученные на синусоидальном сигнале в условиях свободного поля (т.е. в заглушенной камере). В качестве испытуемых приглашают людей со здоровым слухом в возрасте 18-25 лет – как тренированных, так и обычных, не имеющих специальной подготовки. В качестве источника сигнала используют громкоговоритель, который размещают прямо перед слушателем. Испытания проводятся индивидуально с каждым экспертом. Испытуемый имеет возможность регулировать громкость звукового сигнала – то уменьшая ее до тех пор, пока звук перестает быть слышимым, то увеличивая до величины, когда звук вновь начинает ощущаться на слух. Такие испытания проводятся на различных частотах в пределах диапазона слышимости, и на каждой из частот отмечается граничный уровень. По результатам, полученным для каждого из испытуемых, затем рассчитываются среднестатистические величины.
Для того чтобы избавиться от неоднозначности, связанной с тем, что слуховые пороги у разных людей сугубо индивидуальны, их усредненные значения для некоторых частот были зафиксированы в международном стандарте ISOR-226-85 (табл. 1). Эти значения соответствуют результатам испытаний, проведенных в свободном поле при прослушивании звуковых сигналов через громкоговоритель, размещенный прямо перед слушателем на равном расстоянии от обоих его ушей. Следует отметить, что при перемещении источника звуковых сигналов по азимуту относительно центральной линии головы, абсолютные слуховые пороги будут изменяться за счет изменения характера резонансных явлений в ушных раковинах и дифракции звуковых волн вокруг головы. Возраст испытуемых 18-25 лет.
Таблица 1.
