1.4. ПОРОГ СЛЫШИМОСТИ

Экспериментальными исследованиями удалось установить ряд основных свойств слуха человека и некоторых животных. Прежде всего было установлено, что чувствительность человеческого уха к звуковым воздействиям огромна.

Для того чтобы в полной тишине звук с частотой 1000 Гц был услышан, амплитуда давления вблизи нормального человеческого уха должна достигать всего лишь или эффективное значение его что составляет только атмосферного давления. Интенсивность соответствующей плоской волны в воздухе при этом составит Интересно заметить, что амплитуда смещения частиц воздуха при этом меньше десятой доли радиуса молекулы. Величина случайных флуктуаций силы давления на барабанную перепонку, связанная с тепловым молекулярным движением, всего в 5—10 раз меньше силы давления звука, заметного в полной тишине. Для человека с острым слухом случайные флуктуации лишь немного ниже давления, заметного на слух.

Величина звукового давления, которая едва заметна на слух при отсутствии всяких других мешающих шумов и звуков, называется пороговой величиной звукового давления, или, сокращенно, порогом слышимости. Впервые порог слышимости был определен Винном в 1903 г., однако результаты этого определения оказались ошибочными. В дальнейшем определения порога слышимости предпринимались неоднократно. Было выяснено, что пороги слышимости, определенные у ряда людей, могут сильно различаться. Различия эти имеют в общем случайный характер для группы людей одинакового возраста, имеющих нормальный здоровый слуховой орган. Порог слышимости может варьировать и у каждого данного лица в зависимости от состояния организма в данный момент: возбуждения, утомления и т. п. Поэтому надежные сведения о пороге слышимости можно получить только статистическим путем, измерив его в определенных условиях у большого числа людей.

Такие статистические определения предпринимались в США (1938—1939 гг.), Англии (1956—1957 гг.), СССР (1958 г.). На основании международного соглашения в качестве стандарта принята кривая зависимости порога слышимости от частоты для чистого синусоидального звука, приведенная на рис. 1.2 (кривая 1). Она соответствует условию, что 50% всех испытуемых имеет порог более низкий (слух более острый) и 50%-порог более высокий. При этом в качестве испытуемых используются лица в возрасте

от 18 до 23 лет с заведомо совершенно здоровыми органами слуха. Кривые 2 ограничивают область порогов для 90% и 10% испытуемых.

Как видно из рис. 1.2, порог слышимости сильно зависит от частоты. Звуки в области частот от 2000 до 4000 Гц замечаются при интенсивности даже меньшей . В то же время на частоте 50 Гц порог слышимости в раз, а на частоте 20 000 Гц — в раз выше, чем на частоте 1000 Гц. Как бы мы ни увеличивали интенсивность звука, на частоте выше 20 000 Гц ощущение звука не возникает, звуки с частотой выше 20 000 Гц лежат за пределами частот слышимых звуков большинства людей. Точно так же дело обстоит со звуками с частотой ниже 16—20 Гц. Считается, что область слышимых звуков лежит в пределах Гц.

Рис. 1.2. Кривая порога слышимости: стандартный порог, границы порогов слышимости для 10% и 90% всех испытуемых

Механические колебания и волны в газах, жидкостях и твердых телах с частотой ниже 20 Гц по аналогии с электромагнитными волнами, имеющими частоты ниже красной границы видимого света, т. е. по аналогии с инфракрасным электромагнитным излучением, называются инфразвуками, а механические колебания и волны в различных средах, имеющие частоты выше 20 000 Гц, называются ультразвуками (сравни ультрафиолетовое излучение). В последнее время в опытах с физическими средами и телами применяют механические колебания и волны с частотами Гц. Такие колебания со сверхвысокими для звуковой шкалы частотами называются гиперзвуками.

Если амплитуду давления слышимой частоты постепенно увеличивать, то на слух будет казаться, что громкость звука увеличивается. При некотором достаточно большом звуковом давлении наступает ощущение боли в ушах. Звуковое давление, при котором наступает болевое ощущение, называется порогом болевого ощущения. На границах области слышимости (около 20 000 и 20 Гц) кривые частотной зависимости порогов болевого ощущения и слышимости сходятся. Объясняется это тем, что при воздействии на ухо колебаний с частотами ниже 20 Гц или выше 20 000 Гц звука мы не слышим, однако при большой интенсивности колебаний ощущаем боль — неприятное давление в ушах. Давление на пороге болевого ощущения примерно в раза больше, чем на пороге слышимости при 1000 Гц.

В последнее время были проведены новые исследования по определению порога слышимости в связи с тем, что вблизи этой границы очень сильно проявляются индивидуальные свойства

слуха каждого отдельного лица, а также общее состояние организма испытуемого к моменту опыта.

Оказалось, что надежно установить, слышит ли данный испытуемый определенный очень слабый звук или не слышит, по его ответу очень трудно. Человеку может казаться, что он слышит звук, даже когда этого звука нет, и, наоборот, он может не сознавать, что слышит данный звук, в то время как раздражение от этого звука принято внутренним ухом — кортиевым органом — и создан соответствующий импульс в слуховом нерве.

Классическая методика определения порога слышимости состоит в том, что испытуемому предлагается слушать в полной тишине чистые тоны определенной длительности и частоты, а интенсивность этих тонов увеличивается, пока слушатель не сообщит, что он заметил тон. Но поскольку слушатель заранее знает, что тон есть, его утвердительный ответ не говорит о том, действительно ли он слышит звук или только принимает случайные внутренние шумы своего слухового органа за слышимый звук. Поэтому была предложена методика, при которой слушателю предлагалось «угадать», был ли подан звук или нет в течение известного интервала времени. Интервалы времени, в течение которых звук подавался, следуют в случайном порядке. Тогда возможны четыре ответа:

A. «Слышу», когда звук подан — правильный.

B. «Не слышу», когда звука нет — правильный.

C. «Слышу», когда звука нет — неправильный.

D. «Не слышу», когда звук есть — неправильный.

На основании большого числа таких опытов можно определить процент ответов А, В, С, D. Очевидно, что в сумме все ответы составят 100%, однако какая доля упадет, например, на ответы А, зависит от целого ряда причин. Если, например, слушателю будет предложено поощрение за правильные ответы, то наряду с увеличением ответов А может возрасти и число ответов С. То есть вмес те с правильными ответами появятся «ложные тревоги» или «кажущиеся звуки». Если же слушателя штрафовать за ответы С, то он будет склонен пропускать случаи, когда сигнал услышан, но нет уверенности в этом. Тогда возрастут ответы D. На основании анализа таких ответов удается установить объективную способность различения слуховым органом слушателя между случайным возбуждением нейронов слухового центра головного мозга, вызванным различными физиологическими процессами в его организме, и возбуждением, связанным с акустическим воздействием на слуховой нерв.

Анализ данных таких экспериментов приводит к выводу, что причиной невозможности обнаружить звук с интенсивностью, меньшей некоторой «пороговой», является, видимо, случайная активность нервных путей и коры головного мозга, связанная с различными физиологическими особенностями процессов в организме слушателя, а не порог чувствительности нервных окончаний, реагирующих на звуковой раздражитель.