Характеристики слухового ощущения, звуковые измерения

Звук является объектом слухового ощущения и оценивается человеком субъективно. Однако субъективные характеристики слухового ощущения связаны с объективными характеристиками звуковой волны.

а) Высота, тембр, громкость звука. Воспринимая звуки, человек 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—ФЕХНЕРА.

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 фонахпо 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.

Зависимость громкости от частоты звука при уровне интенсивности 60 дБ

Частота, Гц
Громкость, фон

в) Кривые равной громкости. Зависимость громкости от частоты колебаний в системе звуковых измерений определяется на основании экспериментальных данных при помощи графиков, которые называются кривыми равной громкости (рис. 12.9).

Рис. 12.9.Кривые равной громкости

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 I₀ от частоты: I₀ = f(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 20000Гц.

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

Вибрация

При соприкосновении с колеблющимся (сотрясающимся) объектом весь организм включается в общую систему сотрясений. Костная система, нервные структуры, вся сосудистая система являются хорошими проводниками и резонаторами вибрации (от лат. vibratio — колебание).

Вибрация может оказывать на организм различное действие. В некоторых случаях это влияние может быть благотворным — стимулирующее действие на функции различных органов и систем, но, в основном, это вредный фактор. Ниже перечислены основные отрицательные воздействия вибрации на организм

1. Вибрация влияет на вестибулярный аппарат.

2. Вибрирующие системы не дают «правильных» колебаний, к которым организм может приспособиться, а дают колебания с постоянно меняющейся частотой, амплитудой, ускорением.

3. Биологическая реакция организма зависит в основном от частоты: чем выше частота, тем больше повреждающее действие. Особенно вредны частоты 35—250 Гц.

4. Степень чувствительности человека к воздействию вибрации зависит от положения тела в пространстве. В положении стоя очень вредное влияние на организм оказывает вертикально направленная вибрация.

5. Повреждающее действие зависит от силы обратного удара, например, на ладонь, удерживающую вибрирующий элемент. Чем больше амплитуда, чем тяжелее элемент, тем сильнее травмати-ация.

6. Неблагоприятное воздействие вибрации на организм в значительной степени зависит от внешних условий. Особенно отрицательное действие оказывают низкая температура и высокая влажность.

7. Вибрация может передаваться на тело человека через нижние конечности, через все тело одновременно (сидя), через верхние конечности.

8. Колебательные движения в тканях приводят к перемещению тканевых структур относительно друг друга, что является мощным раздражителем для воспринимающих рецепторов.

9. Вибрации сказываются и на костном аппарате. Даже при незначительных, но длительных вибрациях рентгенологически подтверждаются изменения в мелких костях, например, кисти.

10. Смещение тканей при вибрации действует на периферические нервы, на костный аппарат и вызывает сильное раздражение, передающееся в ЦНС. Это приводит к сильному возбуждению вегетативных центров. Постоянный поток раздражений, идущих с периферии, вызывает изменения в функциональном состоянии не только периферических нервных рецепторов, но и центров спинного и головного мозга. Степень чувствительности организма к вибрации зависит от функционального состояния коры больших полушарий.