Наличие звука и субъективное слуховое ощущение

Повседневный опыт показывает, что наши слуховые способности ограничены. Иными словами, для того чтобы человеческое ухо могло воспринять звук, звуковое давление должно превысить определенный уровень. Звуковое давление, при котором тон едва слышен, называется слуховым порогом. Его давление, зависит от частоты тестируемого тона. Нижняя кривая на рис. 5-6 показывает, как меняется слуховой порог в зависимости от частоты; видно, что ухо наиболее чувствительно в пределах от 2000 до 4000 Гц. На этих частотах порог оказывается превышенным при очень низких звуковых давлениях. При более высоких и более низких частотах требуются большие звуковые давления.

По мере возрастания звукового давления над порогом тон слышится все громче независимо от его частоты. Отношение между (физическим) звуковым давлением и (субъективно воспринимаемой) громкостью описывается количественно. Испытуемый может не только сказать, когда тон стал слышимым (превысил порог слышимости), но и сообщить, когда два тона одинаковой частоты различаются по громкости. В пределах низких интенсивностей такие тоны звучат по-разному, если их звуковые давления различаются всего лишь на 1 дБ. При больших интенсивностях этот дифференциальный порог еще меньше.

Два тона разной частоты обычно воспринимаются с различной громкостью даже при равных звуковых давлениях. Это свойство слуховой системы можно определить количественно в разного вида опытах. Например, испытуемому предъявляют в качестве эталона тон в 1000 Гц и для сравнения с ним тестируемый тон, частоту которого изменяют в последующих применениях. При каждой паре тонов испытуемый устанавливает новое положение потенциометра, меняя тем самым звуковое давление эталонного тона, пока не услышит оба тона равногромкими. Звуковое давление эталонного тона при такой процедуре, выраженное в децибелах УЗД, дает уровень громкости тестируемого звука в фонах (например, если эталон установлен на 70 дБ УЗД, то уровень громкости тестируемого тона равен 70 фонам). Поскольку тон в 1000 Гц используется как эталон, он естественно имеет одинаковое число децибелов и фонов. При нанесении на график этих значений для тестируемых частот во всем диапазоне слышимости получается контур равных громкостей (или изофон). Изофон дает также порог слышимости: все тоны на этой кривой равной громкости едва слышны. Средний слуховой порог у здоровых людей равен 4 фонам.

В опытах другого типа испытуемый должен говорить, когда тестируемый тон звучит в п раз (например, в три или в четыре раза) громче эталонного тона в 1000 Гц при 40 дБ УЗД. При такого рода измерениях громкость тона выражается в сонах. Громкость тона, который слышится в четыре раза громче эталонного тона в 1000 Гц при 40 дБ, равна 4 сонам; громкость тестируемого тона, вдвое меньшая, чем громкость эталонного тона, равна 0,5 сона и т.д. Таким образом, при создании

шкалы сонов испытуемый должен производить различение на более высоком уровне, чем для шкалы фонов, для которой нужно определять только равноценность. Тем не менее найдено воспроизводимое отношение между двумя шкалами. Выше 40 фонов ощущение громкости следует простой степенной функции звукового давления с показателем степени 0,3; усиление на 10 фонов удваивает воспринимаемую громкость. Ниже 40 фонов это отношение не сохраняется: громкость удваивается при меньшем усилении звукового давления.

При значительном повышении звукового давления человек ощущает боль в ухе. Это происходит приблизительно при 130 фонах - болевой порог. Такие высокие звуковые давления могут даже повредить ухо, если долго подвергать его подобному воздействию. Собственно говоря, очень долгие звуки могут вызвать травму при звуковых давлениях даже ниже болевого порога.

Шкала сонов очень важна для оценки степени нарушений, вызываемых шумом. Но из-за того, что она может быть получена только по показаниям испытуемых, оценка громкости таким способом очень трудоемкая и обычно не осуществима. Шкала фонов тоже устанавливается по показаниями испытуемых и не может быть получена непосредственно. Однако можно создать такой измеритель звукового давления, который не отвечает одинаково на всех частотах, а оценивает их так же, как человеческое ухо. Такой измерительный прибор максимально чувствителен в среднем диапазоне частот и менее чувствителен на высоких и низких частотах. Так, шум мотора, работающего вхолостую, составляет около 75 дБ. Следует указать, что длительное (например, на протяжении восьмичасового рабочего дня) воздействие шумом выше 90 дБ приводит с годами к поражению слуха.

Взрослый человек слышит звуки с частотами в диапазоне от 20 до 16000Гц (16 кГц). Частоты выше 16 кГц называются ультразвуковыми, а ниже 20 Гц-инфразвуковыми. Таким образом, все, что мы слышим, связано со звуками между 20 Гц и 16 кГц и между 4 и 130 фонами. У "тугоухих" людей слуховые пороги повышены; иными словами, для восприятия звука им требуется более высокое звуковое давление, для людей с нормальным слухом.