1.11. ВОСПРИЯТИЕ ВЫСОТЫ ТОНА. ШКАЛА ЧАСТОТ

Чистые тоны и периодические звуковые колебания сложной формы воспринимаются на слух как музыкальные звуки, имеющие определенную «высоту». Чем больше основная частота звука, тем выше кажется нам звук. Ухо очень чувствительно к небольшим изменениям частоты и может различать синусоидальные тоны, разнящиеся по частоте всего на 0,2%, на частотах от 500 до 4000 Гц. На более низких, а также на более высоких частотах едва различимое на слух изменение частоты растет. На рис. 1.6 изображены кривые едва различимого на слух изменения частоты, называемого дифференциальным порогом ощущения частоты. Такая большая точность слуха по частоте влечет за собой, например, очень жесткие требования к точности хода лентопротяжных механизмов, радиовещательных аппаратов записи звука и к постоянству скорости ращения граммофонных пластинок.

Ощущение высоты тона, связанное с частотой звука, оказывается так же логарифмично, как и ощущение громкости. На слух расстояния по высоте тона между двумя звуками кажутся нам одинаковыми, если отношение частот этих звуков одинаково. Расстояния по высоте тона называются интервалами или

музыкальными интервалами. Интервал, соответствующий отношению частот называется октавой. Простейшие для слуха интервалы следующие: унисон — 1 : 1 (два звука одинаковой частоты), октава квинта кварта большая терция малая терция — или большая секунда (или тон) — или малая секунда (или полутон) —

Рис. 1.6 Кривые дифференциального порога ощущения изменения частоты в зависимости от частоты. Надписи на кривых соответствуют уровням громкости, для которых проведены испытания

Музыкальные свойства интервалов составляют основу, на которой строится теория музыки. В технике используются понятия интервала октавы полуоктавы третьоктавы

Музыкальный интервал для двух звуковых частот можно выразить как

В этом случае единичный интервал будет иметь отношение частот , что соответствует с хорошей точностью полутону. В октаве будет 12 полутонов, в полуоктаве 6, в третьоктаве 4. Если равенство (1.11) сравнить с (1.5), то видно, что для оценки слухового восприятия следует пользоваться логарифмическим масштабом как по интенсивности звука, так и по частоте. Поэтому везде, где электроакустик встречается с аппаратом, предназначенным для приема—передачи и последующего восприятия каких-либо звуковых сигналов человеком, удобно изображать

характеристики таких аппаратов на графиках в двойном логарифмическом масштабе, например: зависимость мощности сигнала, создаваемого аппаратом, от частоты; зависимость напряжения, отдаваемого в линию каким-либо микрофоном, от частоты; падение напряжения в линии, передающей звуковой сигнал, от частоты и т. п. Поэтому шкала частот дается в октавах или полутонах или в десятичных логарифмах частоты (декадах).

Описанные выше свойства восприятия высоты тона относятся к гармонической высоте — ощущению, связанному с одновременным звучанием нескольких музыкальных тонов. Человек также способен оценивать на слух разницу по высоте между следующими друг за другом звуками. Если такая последовательность не подкрепляется гармоническим аккомпанементом (сопровождающими мелодию аккордами), оценка оказывается отличной от гармонической высоты: два звука низких частот (например, 100 и 150 Гц) кажутся отстоящими дальше друг от друга по высоте, чем два звука высоких частот (например, 2000 и 3000 Гц), хотя отношения частот и в том и в другом случае одинаковы (в данном случае квинта).

Рис. 1.7. Сравнительные шкалы 1) расстояние вдоль кортиева органа, отсчитанное от геликотермы, 2) число волосковых клеток вдоль кортиева органа, считая от геликотермы, 3) число градаций едва различимого на слух изменения высоты тона, 4) шкала частот в кГц, соответствующая местам максимального возбуждения основной мембраны; 5) шкала гармонической высоты тона, в гармонических октавах, 6) шкала мелодической высоты тона, в мелодических октавах

Ощущение расстояния по высоте, вызываемое последовательными тонами, называется мелодической высотой звука. До частоты 500 Гц мелодические и гармонические октавы совпадают. Однако в интервале частот от 500 до 8000 Гц укладывается 4 гармонических октавы а мелодических — только немного больше двух. На рис. 1.7 приведены для сравнения шкалы: частот, гармонической и мелодической высот. Там же приведен масштаб длины кортиева органа на базилярной мембране (31 мм) и шкала ступеней едва заметного на слух изменения частоты. Таких ступеней в диапазоне слышимости частот приблизительно 850.