Высота звука в значительно меньшей степени зависит от его интенсивности: звук большей интенсивности воспринимается ухом как более низкий тон

Для оценки высоты звука весь диапазон тонов делится на октавы. Октава – это интервал высот тона, в котором отношение крайних частот равно двум:

Октава
Преде-лы час-тот, Гц

Тембр. Сложные тоны одинаковой основной частоты могут отличаться по форме и соответственно по гармоническому спектру. Это различие воспринимается ухом как тембр звука. Иначе можно сказать, что тембр – это окраска звука. Например, одна и та же нота, звучащая на кларнете и рояле воспринимается ухом по разному:

Рис. 3.3

Таким образом, тембр характеризует звуки одинаковой основной частоты, но зависит от формы и гармонического спектра звука.

Громкость звука характеризует уровень слухового ощущения над порогом слышимости (определение порога слышимости дадим позже).

Громкость звука зависит, прежде всего, от его интенсивности.

Эта зависимость сложная, т.к. соотношение между громкостью и интенсивностью обусловлено чувствительностью уха, которая, в свою очередь, сама зависит от частоты и интенсивности.

Рис. 3.4

Даже при одинаковой интенсивности звука чувствительность уха неодинакова к колебаниям различных частот: она повышается при изменении частот от 16 до 1000 Гц, затем до 3000 Гц остается постоянной, затем до 5000Гц незначительно понижается, затем постепенно понижается вплоть до 20 000 Гц. Звуки частотой ниже 16 Гц и выше 20 000 Гц ухо не воспринимает (рис. 3.4, оценочный график).

Зависимость громкости от интенсивности связана с адаптацией к силе раздражения. Вследствие адаптации чувствительность уха при повышении интенсивности понижается, и, наоборот, при уменьшении интенсивности чувствительность увеличивается. Поэтому ухо воспринимает звуки в достаточно широком интервале интенсивностей, но между громкостью и интенсивностью нет прямой зависимости даже на одной и той же частоте.

Чувствительность уха к звукам различной интенсивности характеризуется порогом слышимости и порогом болевого ощущения (порогом боли). Порогом слышимости, ,называется наименьшая интенсивность звука, при которой возникает едва различимое слуховое ощущение. Вт/м² на частоте 1000 Гц. Порог слухового ощущения на той же частоте можно выразить через звуковое давление Па.

Порогом болевого ощущения (порогом боли), ,называется наименьшая интенсивность звука, при которой в ухе возникают болевые ощущения. Вт/м² на частоте 1000 Гц.

Звуковое давление на пороге боли на той же частоте Па, а других частотах предельные интенсивно-

Рис. 3.5

сти, воспринимаемые ухом, имеют другие значения (рис. 3.5).

Закон Вебера-Фехнера.

Для того чтобы найти математическое соотношение между громкостью и интенсивностью звука, следует обратить внимание на психофизический закон 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).

Если применить этот закон к звуку, то если интенсивность звук принимает ряд последовательных значений: , , , и т.д. ( ), соответствующие им ощущения громкости звука будут иметь значения и т.д.

Опытным путем установлено, что вследствие адаптации наименьшее ощутимое изменение громкости , которое возникает при изменении интенсивности на величину , зависит от исходной интенсивности так, что отношение остается постоянным во всем диапазоне частот.