ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВУКОВОГО ОЩУЩЕНИЯ

Звуковое ощущение характеризуется высотой звука, тембром и громкостью. Высота звука определяется частотой колебаний. Однако источники звука испускают не одну, а целый спектр частот, причем энергия волны как-то распределяется между различными частотами. Высота звука определяется по одной — основной частоте, если на долю этой частоты приходится значительно большее количество энергии, чем на долю других частот. Если спектр состоит из отдельных частот, то он называется линейчатым, если же из непрерывного набора частот, то сплошным. На рис. 1.66 показан акустический спектр рояля,

соответствующий основной частоте (тону) 256 Гц. Этот спектр является примером смешанного спектра; он состоит из набора отдельных частот и участка сплошного спектра (в области а — б). В этом спектре выделяется основной тон звука — частота 256 Гц; на звук этой частоты приходится относительно наибольшая интенсивность; на другие частоты приходится меньше энергии и они слабее слышны.

Акустический спектр звука в зависимости от своего характера (линейчатый, сплошной или смешанный) и от распределения энергии между частотами определяет своеобразие звукового ощущения, называемое тембром звука. Различные музыкальные инструменты, испускающие звук одного и того же тона, имеют различный акустический спектр, т. е. отличаются тембром звука.

Рис. 1.66

Рис. 1.67

При оценке звукового восприятия следует учесть, что чувствительность человеческого уха различна для различных частот. Интенсивность (сила) звука данной частоты должна быть достаточно большой, чтобы вызвать звуковое ощущение, рднако если эта интенсивность превышает некоторый предел, то звук не слышен и вызывает только болевое ощущение. Таким образом, для каждой частоты колебаний существует наименьшая (порог слышимости) и наибольшая (порог болевого ощущения) интенсивность звука, которая способна вызвать звуковое восприятие. На рис. 1.67 показана область звукового восприятия человеческого уха. Наибольшую чувствительность ухо имеет к частотам от 800 до 6000 Гц. В этом интервале наименьшая интенсивность звука (порог слышимости) равна порог болевого ощущения приблизительно равен

Установлено, что ощущение звука человеческим ухом, называемое громкостью, зависит от интенсивности этого звука но не пропорционально ей. Звуки, интенсивности которых лежат в некоторых пределах воспринимаются как имеющие одинаковую громкость; поэтому, чтобы ухо могло установить различие в громкости двух звуков, их интенсивности и должны отличаться больше чем на Таким образом, есть минимальное изменение интенсивности звука, которое может быть отмечено ухом как изменение громкости этого звука.

Согласно общефизиологическому закону Вебера — Фехнера, можно полагать, что величина пропорциональна

способность уха различать громкости звуков ослабевает с увеличением интенсивности. Отношение оказывается почти постоянной величиной (это утверждение соблюдается хорошо для частот от 100 до 4000 Гц). Поэтому с увеличением интенсивности звука увеличивается следовательно, чувствительность уха к восприятию изменения громкости уменьшается.

Допустим, что громкость звука оценивается некоторой величиной Изменение громкости было бы прямо пропорционально изменению интенсивности звука только в том случае, если бы чувствительность уха к интенсивности звука оставалась неизменной. Однако эта чувствительность ослабевает с возрастанием причем оказывается пропорциональной отношению Интегрируя равенство постоянный коэффициент пропорциональности) в пределах от I до наименьшего значения интенсивности соответствующего порогу слышимости, получим Таким образом, субъективное ощущение громкости звука оказывается пропорциональным логарифму отношения интенсивности звука к соответствующему порогу слышимости. На этом основании условились ввести объективную оценку громкости звука по измеренному значению его интенсивности I:

где для всех звуков условились полагать Величину называют уровнем интенсивности звука (обычно в децибелах). Если измеряется не интенсивность звука, а эффективное звуковое давление (см. формулу (5.26)), то

где есть звуковое давление нижнего порога восприятия звука. В формуле называют уровнем звукового давления (в децибелах).

Физиологической характеристикой звука является уровень громкости звука, который измеряется в фонах и определяется следующим образом: изменяя интенсивность стандартного звука частоты 1000 Гц, добиваются, чтобы измеряемый и стандартный звук имели одинаковую громкость (по звуковому восприятию). Громкость в фонах измеряемого звука приравнивается числу децибел уровня звукового давления стандартного звука.

Ниже приводятся уровни звукового давления интенсивности звука и эффективные звуковые давления для некоторых звуков в пределах от порога слышимости до болевого порога:

(см. скан)

Мощность, развиваемая источником звука, может быть представлена в зависимости от интенсивности звука, звукового давления, а также от громкости. При разговоре средней громкости мощность, развиваемая голосовыми связками человека, составляет около при переходе к громкой речи эта мощность увеличивается в десятки и сотни раз.

Для звукового восприятия в помещениях большое значение имеет реверберация звука, т. е. постепенное ослабление его интенсивности вследствие поглощения при многократных отражениях от стен, потолка, предметов и т. д. Каждый звук существует в помещении некоторое время, пока его интенсивность не уменьшится до порога слышимости. Слишком медленное затудание звука (в пустых помещениях) создает «гулкость» помещения. При очень быстром затухании звуки получаются приглушенными (в комнатах, обвешанных коврами). Временем реверберации называют время, в течение которого интенсивность звука в помещении ослабляется в миллион раз. Это время различно для различных частот и зависит от объема помещения и формы, размеров и акустических свойств находящихся в них тел. Для стандартной частоты 512 Гц это время должно быть для небольших помещений с (оптимум реверберации); для больших концертных залов и театров (при условии заполнения их людьми) оно приближается к 2 с.

Время реверберации концертного зала зависит от того, пустой или заполнен слушателями. В одном оперном театре восприятие музыки (акустическое качество зала) заметно ухудшилось вследствие изменения моды: женщины сменили пышную одежду на плотно облегающую и тем вызвали некоторое изменение времени реверберации в зале. Утверждают, что, измеряя время реверберации, можно установить, находятся ли в концертном зале мужчины или женщины, разумеется, если есть заметное различие в акустических свойствах их одежды и прически.