Честотен диапазон на човешкото ухо. Човешки слух: интересни факти

Аудио теми, за които си струва да се говори човешки слухмалко повече подробности. Колко субективно е нашето възприятие? Възможно ли е да тествате слуха си? Днес ще научите как най-лесно можете да разберете дали слухът ви напълно отговаря на стойностите в таблицата.

Известно е, че обикновеният човек е в състояние да възприема с органите на слуха акустични вълни в диапазона от 16 до 20 000 Hz (в зависимост от източника - 16 000 Hz). Този диапазон се нарича звуков диапазон.

20 Hz	Бръмчене, което само се усеща, но не се чува. Възпроизвежда се предимно от аудио системи от най-висок клас, така че в случай на мълчание виновен е той
30 Hz	Ако не чувате, най-вероятно отново има проблеми с възпроизвеждането
40 Hz	Ще се чува в бюджетни и средни високоговорители. Но е много тихо
50 Hz	Бръмчене на електрически ток. Трябва да се чува
60 Hz	Чуваем (както всичко до 100 Hz, доста осезаем поради отражение от слуховия канал) дори през най-евтините слушалки и високоговорители
100 Hz	Краят на ниските честоти. Начало на обхвата на директна чуваемост
200 Hz	Средни честоти
500 Hz
1 kHz
2 kHz
5 kHz	Начало на високочестотен диапазон
10 kHz	Ако тази честота не се чува, вероятно е сериозни проблемисъс слух. Необходима консултация с лекар
12 kHz	Невъзможността да чуете тази честота може да означава ранен стадий на загуба на слуха.
15 kHz	Звук, който някои хора над 60 не могат да чуят
16 kHz	За разлика от предишната, тази честота не се чува от почти всички хора след 60 години
17 kHz	Честотата е проблематична за мнозина вече на средна възраст
18 kHz	Проблеми със слуха на тази честота - началото промени, свързани с възрасттаслух Сега си възрастен. :)
19 kHz	Гранична честота на среден слух
20 kHz	Само децата могат да чуят тази честота. Вярно ли е

»
Този тест е достатъчен, за да ви даде груба оценка, но ако не чувате звуци над 15 kHz, трябва да посетите лекар.

Моля, обърнете внимание, че проблемът с нискочестотната чуваемост най-вероятно е свързан с .

Най-често надписът върху кутията в стила на „Възпроизводим диапазон: 1–25 000 Hz“ дори не е маркетинг, а откровена лъжа от страна на производителя.

За съжаление, компаниите не са задължени да сертифицират всички аудио системи, така че е почти невъзможно да се докаже, че това е лъжа. Може колони или слушалки да възпроизвеждат гранични честоти... Въпросът е как и с каква сила на звука.

Проблемите със спектъра над 15 kHz са доста често срещано явление, свързано с възрастта, с което потребителите вероятно ще се сблъскат. Но 20 kHz (същите, за които аудиофилите се борят толкова много) обикновено се чуват само от деца под 8-10 години.

Достатъчно е да слушате всички файлове последователно. За още подробни изследванияМожете да възпроизвеждате семпли, като започнете с минимална сила на звука и постепенно я увеличавате. Това ще ви позволи да получите повече правилен резултатв случай, че слухът вече е леко увреден (не забравяйте, че за да се възприемат някои честоти, е необходимо да се надвиши определена прагова стойност, която като че ли се отваря и помага на слуховия апарат да го чуе).

И чуваш всичко честотен диапазонкой е способен?

Загубата на слуха е патологично състояние, характеризиращо се с намален слух и затруднено разбиране на говоримия език. Среща се доста често, особено при възрастни хора. В днешно време обаче има тенденция към по-ранно развитие на загубата на слуха, включително сред младите хора и децата. В зависимост от това колко е отслабен слухът, загубата на слуха се разделя на различни степени.

Какво са децибели и херци

Всеки звук или шум може да се характеризира с два параметъра: височина и интензитет на звука.

Стъпка

Височината на звука се определя от броя на осцилациите на звуковата вълна и се изразява в херци (Hz): колкото по-висок е херцът, толкова по-висока е височината. Например, най-първият бял клавиш отляво на обикновено пиано ("A" от подконтрактава) произвежда нисък звук при 27 500 Hz, а последният бял клавиш отдясно ("C" от петата октава ) произвежда нисък звук от 4186,0 Hz.

Човешкото ухо е в състояние да различи звуци в диапазона 16–20 000 Hz. Всичко под 16 Hz се нарича инфразвук, а над 20 000 се нарича ултразвук. И ултразвукът, и инфразвукът не се възприемат от човешкото ухо, но могат да повлияят на тялото и психиката.

Всичко по честота звукови звуцимогат да бъдат разделени на високо-, средно- и нискочестотни. Нискочестотните звуци включват звуци до 500 Hz, средночестотните звуци в диапазона 500-10 000 Hz, високочестотните звуци всички звуци с честота над 10 000 Hz. Човешкото ухо със същата сила на удара чува по-добре средночестотните звуци, които се възприемат като по-силни. Съответно, ниско- и високочестотните честоти се „чуват“ по-тихо или дори „спират да звучат“ напълно. Като цяло, след 40-50 години, горната граница на чуваемост на звуците намалява от 20 000 до 16 000 Hz.

Сила на звука

Ако ухото е изложено на много силен звук, тъпанчето може да се спука. На снимката по-долу има нормална мембрана, отгоре има мембрана с дефект.

Всеки звук може да повлияе на слуховия орган по различни начини. Това зависи от неговия интензитет на звука или силата на звука, която се измерва в децибели (dB).

Нормалният слух е в състояние да различи звуци от 0 dB и повече. При излагане на силен звук над 120 dB.

Човешкото ухо се чувства най-удобно в диапазона до 80–85 dB.

За сравнение:

• зимна гора при тихо време - около 0 dB,
• шумолене на листа в гората, парка – 20–30 dB,
• нормална разговорна реч, офис работа – 40–60 dB,
• шум от двигателя в салона на автомобила – 70–80 dB,
• силни писъци - 85-90 dB,
• гръмотевици - 100 dB,
• ударен чук на разстояние 1 метър от него - около 120 dB.

Степени на загуба на слуха спрямо нивата на звука

Обикновено се разграничават следните степени на загуба на слуха:

• Нормален слух - човек чува звуци в диапазона от 0 до 25 dB и повече. Той може да чуе шумоленето на листата, пеенето на птиците в гората, тиктакането стенен часовники така нататък.
• Загуба на слуха:

1. I степен (лека) - човек започва да чува звуци от 26–40 dB.
2. II степен (умерена) - прагът за възприемане на звуци започва от 40–55 dB.
3. III степен (тежка) - чува звуци от 56–70 dB.
4. IV степен (дълбока) – от 71–90 dB.

• Глухотата е състояние, при което човек не може да чуе звук, по-силен от 90 dB.

Съкратена версия на степените на загуба на слуха:

1. Лека степен - способността да се възприемат звуци под 50 dB. Човекът разбира разговорна речпочти напълно на разстояние повече от 1 m.
2. Средна степен - прагът за възприемане на звуци започва при обем от 50–70 dB. Комуникацията помежду си е трудна, тъй като в този случай човек чува добре речта на разстояние до 1 m.
3. Тежка степен - над 70 dB. Речта с нормална интензивност вече не се чува или е неразбираема за ухото. Трябва да крещите или да използвате специален слухов апарат.

В ежедневието практически животСпециалистите могат да използват друга класификация на загубата на слуха:

1. Нормален слух. Човек чува устна реч и шепот на разстояние повече от 6 m.
2. Лека загуба на слуха. Човек разбира устната реч от разстояние над 6 м, но чува шепот на не повече от 3–6 метра. Пациентът може да различи речта дори във фонов шум.
3. Умерена загуба на слуха. Шепотът може да се различи на разстояние не повече от 1–3 м, а обикновената устна реч – до 4–6 м. Възприемането на речта може да бъде нарушено от външен шум.
4. Значителна степен на загуба на слуха. Разговорната реч се чува на разстояние не повече от 2–4 м, а шепотът – до 0,5–1 м. Възприемането на думите е нечетливо, някои отделни фрази или думи трябва да се повтарят няколко пъти.
5. Тежка степен. Шепотът е почти неразличим дори близо до ухото, устната реч трудно може да се различи дори при викане на разстояние по-малко от 2 м. Той чете повече по устните.

Степени на загуба на слуха спрямо височината на звуците

• I група. Пациентите могат да възприемат само ниски честоти в диапазона 125–150 Hz. Те реагират само на ниски и силни гласове.
• II група. В този случай стават достъпни за възприемане по-високи честоти, които варират от 150 до 500 Hz. Обикновено простите изговорени гласни „o“ и „u“ стават доловими.
• III група. Добро възприемане на ниски и средни честоти (до 1000 Hz). Такива пациенти вече слушат музика, различават звънеца на вратата, чуват почти всички гласни и разбират смисъла прости фразии отделни думи.
• IV група. Честотите до 2000 Hz стават достъпни за възприемане. Пациентите различават почти всички звуци, както и отделни фрази и думи. Те разбират речта.

Тази класификация на загубата на слуха е важна не само за правилен изборслухов апарат, но и настаняване на деца в редовно или специализирано училище за.

Диагностика на загуба на слуха

Аудиометрията ще помогне да се определи степента на загуба на слуха на пациента.

Най-точният и надежден начин за идентифициране и определяне на степента на загуба на слуха е аудиометрията. За тази цел пациентът носи специални слушалки, в които се подава сигнал с подходяща честота и сила. Ако субектът чуе сигнала, той го уведомява, като натиска бутона на устройството или кима с глава. Въз основа на резултатите от аудиометрията се изгражда съответна крива на слухово възприятие (аудиограма), чийто анализ позволява не само да се идентифицира степента на загуба на слуха, но и в някои ситуации да се получи по-задълбочено разбиране на природата на загуба на слуха.
Понякога, когато провеждат аудиометрия, те не носят слушалки, а използват камертон или просто произнасят определени думи на известно разстояние от пациента.

Кога да посетите лекар

Необходимо е да се свържете с УНГ лекар, ако:

1. Започнахте да обръщате глава към говорещия и в същото време се напрягахте да го чуете.
2. Роднини, които живеят с вас, или приятели, които идват на гости, коментират факта, че сте включили телевизора, радиото или плейъра твърде силно.
3. Звънецът на вратата не звъни толкова ясно, колкото преди, или може вече изобщо да не го чувате.
4. Когато говорите по телефона, вие молите другия човек да говори по-силно и по-ясно.
5. Започнаха да ви молят да повторите това, което ви казаха отново.
6. Ако около вас има шум, тогава става много по-трудно да чуете събеседника си и да разберете какво казва.

Въпреки факта, че по принцип колкото по-рано се постави правилната диагноза и започне лечението, толкова по-добри резултатии така по-вероятноче слухът ще продължи много години.

Честоти
​

Честота - физическо количество, характеристика на периодичен процес, е равна на броя на повторенията или появата на събития (процеси) за единица време.

Както знаем, човешкото ухо чува честоти от 16 Hz до 20 000 kHz. Но това е много средно.

Звукът идва от различни причини. Звукът е вълнообразно въздушно налягане. Ако нямаше въздух, нямаше да чуваме никакъв звук. В космоса няма звук.
Ние чуваме звук, защото ушите ни са чувствителни към промените във въздушното налягане - звукови вълни. Най-простата звукова вълна е кратък звуков сигнал - така:

Звуковите вълни, влизащи в ушния канал, вибрират тъпанче. Чрез веригата от осикули на средното ухо осцилаторното движение на мембраната се предава на течността на кохлеята. Вълнообразното движение на тази течност от своя страна се предава на основната мембрана. Движението на последното води до дразнене на окончанията на слуховия нерв. Ето как Основен начинзвук от неговия източник до нашето съзнание. TYTS
​

Когато пляскате с ръце, въздухът между дланите ви се изтласква и се създава звукова вълна. Високо кръвно наляганекара молекулите на въздуха да се разпространяват във всички посоки със скоростта на звука, която е 340 m/s. Когато вълната достигне до ухото, тя вибрира в тъпанчето, от което сигналът се предава към мозъка и се чува пукане.
Пукането е кратко, единично трептене, което бързо изчезва. График звукови вибрациитипичният памук изглежда така:

Друг типичен пример за проста звукова вълна е периодично трептене. Например, когато звъни камбана, въздухът се разклаща от периодични вибрации на стените на камбаната.

И така, на каква честота обикновеното човешко ухо започва да чува? Той няма да чуе честота от 1 Hz, но може да го види само като използва примера на осцилаторна система. Човешкото ухо чува точно, започвайки от честоти от 16 Hz. Тоест, когато въздушните вибрации се възприемат от ухото ни като определен звук.

Колко звука чува човек?

Не всички хора с нормален слух чуват еднакво. Някои са в състояние да различават звуци, които са близки по височина и сила, и да откриват отделни тонове в музиката или шума. Други не могат да направят това. За човек с тънък слух има повече звуци, отколкото за човек с неразвит слух.

Но колко различни трябва да бъдат честотите на два звука, за да бъдат чути като два различни тона? Възможно ли е например да се различат тоновете един от друг, ако разликата в честотите е равна на една вибрация в секунда? Оказва се, че за някои тонове това е възможно, но за други не. Така тон с честота 435 може да се различи по височина от тонове с честоти 434 и 436. Но ако вземем по-високи тонове, разликата вече е очевидна при по-голяма честотна разлика. Ухото възприема тонове с брой вибрации 1000 и 1001 като идентични и долавя разликата в звука само между честоти 1000 и 1003. При по-високите тонове тази разлика в честотите е още по-голяма. Например за честоти около 3000 е равно на 9 трептения.

По същия начин способността ни да различаваме звуци, които са сходни по сила на звука, не е същата. При честота 32 могат да се чуят само 3 звука с различна сила на звука; при честота 125 вече има 94 звука с различна сила, при 1000 вибрации - 374, при 8000 - отново по-малко и накрая при честота 16 000 чуваме само 16 звука. Общо ухото ни може да улови повече от половин милион звуци, различни по височина и сила! Това са само половин милион прости звуци. Добавете към това безбройните комбинации от два или повече тона – съзвучие, и ще добиете представа за многообразието на звуковия свят, в който живеем и в който ухото ни е толкова свободно да се ориентира. Ето защо ухото се смята, наред с окото, за най-чувствителния сетивен орган.

Ето защо, за удобство на разбирането на звука, използваме необичайна скала с деления от 1 kHz

И логаритмичен. С разширено честотно представяне от 0 Hz до 1000 Hz. Следователно честотният спектър може да бъде представен под формата на диаграма като тази от 16 до 20 000 Hz.

Но не всички хора, дори и с нормален слух, са еднакво чувствителни към звуци с различна честота. По този начин децата обикновено възприемат звуци с честота до 22 хиляди без напрежение. При повечето възрастни чувствителността на ухото към високи звуци вече е намалена до 16-18 хиляди вибрации в секунда. Чувствителността на ухото при възрастни хора е ограничена до звуци с честота 10-12 хиляди. Те често изобщо не чуват пеенето на комар, цвърченето на скакалец, щурец или дори цвърченето на врабче. Така от идеалния звук (фиг. по-горе), с възрастта човек вече чува звуци от по-тясна перспектива

Нека ви дам пример за честотния диапазон музикални инструменти

Сега във връзка с нашата тема. Динамиката, като осцилаторна система, поради редица свои характеристики не може да възпроизведе целия спектър от честоти с постоянни линейни характеристики. В идеалния случай това би бил високоговорител с пълен обхват, който възпроизвежда честотен спектър от 16 Hz до 20 kHz при едно ниво на звука. Ето защо в автомобилното аудио се използват няколко вида високоговорители за възпроизвеждане на определени честоти.

Засега изглежда така (за трилентова система + субуфер).

Субуфер 16 Hz до 60 Hz
Мидбас 60 Hz до 600 Hz
Среден диапазон от 600 Hz до 3000 Hz
Високочестотен говорител от 3000 Hz до 20 000 Hz

Видеото, направено от канала AsapSCIENCE, е своеобразен тест за възрастова загуба на слуха, който ще ви помогне да разберете границите на слуха си.

Във видеото се възпроизвеждат различни звуци, започвайки от 8000 Hz, което означава, че слухът ви не е увреден.

След това честотата се увеличава и това показва възрастта на слуха ви въз основа на това кога сте спрели да чувате определен звук.

Така че, ако чуете честота:

12 000 Hz – сте под 50 години

15 000 Hz – сте под 40 години

16 000 Hz – сте под 30 години

17 000 – 18 000 – сте под 24 години

19 000 – сте под 20 години

Ако искате тестът да бъде по-точен, трябва да зададете качеството на видеото на 720p или още по-добре 1080p и да слушате със слушалки.

Тест за слуха (видео)

Загуба на слуха

Ако сте чули всички звуци, най-вероятно сте под 20 години. Резултатите зависят от сетивните рецептори в ухото ви, наречени космени клеткикоито се увреждат и дегенерират с времето.

Този вид загуба на слуха се нарича сензорна загуба на слуха. Разнообразие от инфекции, лекарства и автоимунни заболявания могат да причинят това разстройство. Външните космени клетки, които са настроени да откриват по-високи честоти, обикновено са първите, които умират, причинявайки ефектите на свързаната с възрастта загуба на слуха, както е показано в това видео.

Човешки слух: интересни факти

1. Сред здрави хора честотен диапазон, който човешкото ухо може да разпознаеварира от 20 (по-ниска от най-ниската нота на пиано) до 20 000 херца (по-висока от най-високата нота на малка флейта). Въпреки това, горната граница на този диапазон намалява стабилно с възрастта.

2. Хора говорят помежду си на честота от 200 до 8000 Hz, а човешкото ухо е най-чувствително към честота от 1000 – 3500 Hz

3. Звуците, които са над границата на човешката чуваемост, се наричат ултразвук, а тези по-долу - инфразвук.

4. Нашите ушите ми не спират да работят дори на сън, продължавайки да чувате звуци. Нашият мозък обаче ги игнорира.

5. Звукът се разпространява със скорост 344 метра в секунда. Звуков бум възниква, когато даден обект превиши скоростта на звука. Звуковите вълни пред и зад обекта се сблъскват и създават удар.

6. Уши - самопочистващ се орган. Порите в ушния канал отделят секрет ушна кал, а малките косъмчета, наречени реснички, избутват кал от ухото

7. Звукът на бебешки плач е приблизително 115 dBи е по-силен от клаксон на кола.

8. В Африка има племе маабан, което живее в такава тишина, че дори и в напреднала възраст те чуйте шепот на разстояние до 300 метра.

9. Ниво звук на булдозерна празен ход е около 85 dB (децибела), което може да причини увреждане на слуха само след един 8-часов работен ден.

10. Седнал отпред оратори на рок концерт, вие се излагате на 120 dB, което започва да уврежда слуха ви само след 7,5 минути.

Психоакустиката, научна област, граничеща между физиката и психологията, изучава данни за слуховото усещане на човек, когато физически стимул - звук - се приложи към ухото. Натрупано е голямо количество данни за човешките реакции към слухови стимули. Без тези данни е трудно да се получи правилно разбиране за работата на системите за аудио предаване. Нека разгледаме най-важните характеристики на човешкото възприятие на звука.
Човек усеща промени в звуковото налягане, възникващи при честота 20-20 000 Hz. Звуци с честоти под 40 Hz са относително редки в музиката и не съществуват в говоримия език. При много високи честоти музикалното възприятие изчезва и се появява известно неясно звуково усещане, в зависимост от индивидуалността на слушателя и неговата възраст. С напредването на възрастта слуховата чувствителност на човек намалява, предимно в горните честоти на звуковия диапазон.
Но би било погрешно да се заключи на тази основа, че предаването на широка честотна лента от звуковъзпроизвеждаща инсталация не е важно за възрастните хора. Експериментите показват, че хората, дори ако едва възприемат сигнали над 12 kHz, много лесно разпознават липсата на високи честоти в музикално предаване.

Честотни характеристики на слуховите усещания

Обхватът на звуците, чуваеми от хората в диапазона 20-20000 Hz, е ограничен по интензитет от прагове: по-долу - чуваемост и над - болка.
Прагът на слуха се определя от минималното налягане или по-точно минималното увеличение на налягането спрямо границата е чувствително към честоти от 1000-5000 Hz - тук прагът на слуха е най-нисък (звуково налягане около 2-10 Pa). Към по-ниските и по-високите честоти на звука чувствителността на слуха рязко спада.
Прагът на болка определя горната граница на възприемане на звукова енергия и съответства приблизително на интензитет на звука от 10 W/m или 130 dB (за еталонен сигнал с честота 1000 Hz).
С увеличаването на звуковото налягане интензитетът на звука също се увеличава и слуховото усещане се увеличава на скокове, наречено праг на разграничаване на интензитета. Броят на тези скокове при средни честоти е приблизително 250, при ниски и високи честоти той намалява и средно в честотния диапазон е около 150.

Тъй като обхватът на промените в интензитета е 130 dB, елементарният скок в усещанията средно в амплитудния диапазон е 0,8 dB, което съответства на промяна в интензитета на звука с 1,2 пъти. При ниски ниваслуха тези скокове достигат 2-3 dB, при високи нива намаляват до 0,5 dB (1,1 пъти). Увеличаването на мощността на пътя на усилване с по-малко от 1,44 пъти практически не се открива от човешкото ухо. При по-ниско звуково налягане, развивано от високоговорителя, дори удвояването на мощността на изходното стъпало може да не доведе до забележим резултат.

Субективни звукови характеристики

Качеството на предаване на звука се оценява въз основа на слуховото възприятие. Следователно е възможно правилно да се определят техническите изисквания за пътя на предаване на звука или неговите отделни връзки само чрез изучаване на моделите, свързващи субективно възприеманото усещане за звук и обективните характеристики на звука са височина, обем и тембър.
Концепцията за височина предполага субективна оценка на възприемането на звука в целия честотен диапазон. Звукът обикновено се характеризира не с честота, а с височина.
Тонът е сигнал с определена височина, който има дискретен спектър (музикални звуци, гласни звуци на речта). Сигнал, който има широк непрекъснат спектър, всички честотни компоненти на който имат еднаква средна мощност, се нарича бял шум.

Постепенното увеличаване на честотата на звуковите вибрации от 20 до 20 000 Hz се възприема като постепенна промяна на тона от най-ниския (бас) към най-високия.
Степента на точност, с която човек определя височината на звука чрез ухо, зависи от остротата, музикалността и подготовката на ухото му. Трябва да се отбележи, че височината на звука зависи до известна степен от интензитета на звука (при високи нива звуците с по-голям интензитет изглеждат по-ниски от по-слабите.
Човешкото ухо може ясно да различи два близки по височина тона. Например, в честотния диапазон от приблизително 2000 Hz, човек може да различи два тона, които се различават един от друг по честота с 3-6 Hz.
Субективната скала на звуковото възприятие по честота е близка до логаритмичния закон. Следователно удвояването на честотата на вибрациите (независимо от първоначалната честота) винаги се възприема като същата промяна на височината. Интервалът на височината, съответстващ на 2-кратна промяна на честотата, се нарича октава. Обхватът на възприеманите от хората честоти е 20-20 000 Hz, което обхваща приблизително десет октави.
Октава е доста голям интервал на промяна на височината; човек различава значително по-малки интервали. Така в десет октави, възприети от ухото, могат да се разграничат повече от хиляда градации на височината. Музиката използва по-малки интервали, наречени полутонове, които съответстват на промяна в честотата от приблизително 1,054 пъти.
Една октава е разделена на половин октава и една трета от октава. За последното е стандартизиран следният диапазон от честоти: 1; 1,25; 1.6; 2; 2,5; 3; 3,15; 4; 5; 6,3:8; 10, които са границите на една трета октави. Ако тези честоти са поставени на равни разстояния по честотната ос, получавате логаритмична скала. Въз основа на това всички честотни характеристики на устройствата за предаване на звук се изобразяват в логаритмична скала.
Силата на предаване зависи не само от интензивността на звука, но и от спектралния състав, условията на възприятие и продължителността на експозицията. И така, два звукови тона, среден и ниска честота, с еднакъв интензитет (или същото звуково налягане), не се възприемат от човек като еднакво силни. Поради това беше въведена концепцията за ниво на сила на звука във фонове, за да обозначи звуци с еднаква сила на звука. Нивото на силата на звука във фоновете се приема за нивото на звуково налягане в децибели на същия обем на чист тон с честота 1000 Hz, т.е. за честота от 1000 Hz нивата на звука във фоновете и децибелите са еднакви. При други честоти звуците може да изглеждат по-силни или по-тихи при същото звуково налягане.
Опитът на звуковите инженери при записване и редактиране на музикални произведения показва, че за по-добро откриване на звукови дефекти, които могат да възникнат по време на работа, нивото на звука по време на контролно слушане трябва да се поддържа високо, приблизително съответстващо на нивото на звука в залата.
При продължително излагане на интензивен звук, слуховата чувствителност постепенно намалява и колкото повече, толкова по-висока е силата на звука. Установеното намаляване на чувствителността е свързано с реакцията на слуха към претоварване, т.е. с естествената си адаптация.След известно прекъсване на слушането чувствителността на слуха се възстановява. Към това трябва да се добави, че слуховият апарат, когато възприема сигнали от високо ниво, въвежда свои собствени, така наречените субективни изкривявания (което показва нелинейността на слуха). Така при ниво на сигнала от 100 dB първият и вторият субективен хармоник достигат нива от 85 и 70 dB.
Значителното ниво на обем и продължителността на експозицията му причиняват необратими явления в слухов орган. Беше отбелязано, че младите хора последните годинипраговете на слуха се повишават рязко. Причината за това беше страстта към поп музиката, която е различна високи нивасила на звука.
Нивото на звука се измерва с електроакустичен уред - шумомер. Звукът, който се измерва, първо се преобразува в електрически вибрации от микрофона. След усилване от специален усилвател на напрежението, тези трептения се измерват със стрелка, настроена в децибели. За да може показанията на устройството да съответстват възможно най-точно на субективното възприемане на силата на звука, устройството е оборудвано със специални филтри, които променят чувствителността му към възприятието на звука различни честотив съответствие с характеристиките на слуховата чувствителност.
Важна характеристика на звука е тембърът. Способността на слуха да го различава ви позволява да възприемате сигнали с голямо разнообразие от нюанси. Звукът на всеки от инструментите и гласовете, благодарение на техните характерни нюанси, става многоцветен и добре разпознаваем.
Тембърът, като субективно отражение на сложността на възприемания звук, няма количествена оценка и се характеризира с качествени термини (красив, мек, сочен и др.). При предаване на сигнал по електроакустичен път, получените изкривявания засягат предимно тембъра на възпроизвеждания звук. Условието за правилно предаване на тембъра на музикалните звуци е неизкривеното предаване на спектъра на сигнала. Спектърът на сигнала е колекция от синусоидални компоненти на сложен звук.
Най-простият спектър е така нареченият чист тон, той съдържа само една честота. Звукът на музикалния инструмент е по-интересен: неговият спектър се състои от честотата на основния тон и няколко „примесни” честоти, наречени обертонове (по-високи тонове).Обертоновете са кратни на честотата на основния тон и обикновено са с по-малка амплитуда .
Тембърът на звука зависи от разпределението на интензитета върху обертонове. Звуците на различните музикални инструменти се различават по тембър.
По-сложен е спектърът от комбинации от музикални звуци, наречен акорд. В такъв спектър има няколко основни честоти заедно със съответните обертонове
Разликите в тембъра се дължат главно на ниско-средночестотните компоненти на сигнала, следователно голямо разнообразие от тембри се свързва със сигнали, разположени в долната част на честотния диапазон. Сигналите, принадлежащи към горната му част, с нарастването си все повече губят тембърното си оцветяване, което се дължи на постепенното излизане на техните хармонични компоненти извън границите звукови честоти. Това може да се обясни с факта, че до 20 или повече хармоници участват активно във формирането на тембъра на ниски звуци, средни 8 - 10, високи 2 - 3, тъй като останалите са или слаби, или попадат извън обхвата на чуваемото честоти. Следователно високите звуци, като правило, са по-бедни в тембър.
Почти всички естествени звукови източници, включително източници на музикални звуци, имат специфична зависимост на тембъра от силата на звука. Слухът също е адаптиран към такава зависимост - за него е така естествено определениеинтензитет на източника въз основа на цвета на звука. По-силните звуци обикновено са по-резки.

Източници на музикален звук

Голямо влияниевлияе върху качеството на звука на електроакустичните системи редица фактори, характеризиращи първоизточниците на звуци.
Акустичните параметри на музикалните източници зависят от състава на изпълнителите (оркестър, ансамбъл, група, солист и вид музика: симфонична, народна, естрадна и др.).

Произходът и формирането на звука на всеки музикален инструмент има своя специфика, свързана с акустичните характеристики на звукопроизводството на даден музикален инструмент.
Важен елементмузикалният звук е атаката. Това е специфичен преходен процес, по време на който се установяват стабилни звукови характеристики: обем, тембър, височина. Всеки музикален звук преминава през три етапа - начало, среда и край, като както началният, така и крайният етап имат определена продължителност. начална фазанаречена атака. Продължителността му е различна: за щипкови инструменти, ударни и някои духови инструменти е с продължителност 0-20 ms, за фагот е с продължителност 20-60 ms. Атаката не е просто увеличаване на силата на звука от нула до някаква постоянна стойност; тя може да бъде придружена от същата промяна в височината на звука и неговия тембър. Освен това атакуващите характеристики на инструмента не са еднакви различни областигамата му с различни стилове на свирене: цигулката, от гледна точка на богатството от възможни изразителни методи за атака, е най-съвършеният инструмент.
Една от характеристиките на всеки музикален инструмент е неговият честотен диапазон. В допълнение към основните честоти, всеки инструмент се характеризира с допълнителни висококачествени компоненти - обертонове (или, както е прието в електроакустиката, висши хармоници), които определят специфичния му тембър.
Известно е, че звуковата енергия е неравномерно разпределена в целия спектър от звукови честоти, излъчвани от източника.
Повечето инструменти се характеризират с усилване на основни честоти, както и на отделни обертонове, в определени (една или повече) относително тесни честотни ленти (форманти), различни за всеки инструмент. Резонансните честоти (в херци) на формантната област са: за тромпет 100-200, валдхорна 200-400, тромбон 300-900, тромпет 800-1750, саксофон 350-900, обой 800-1500, фагот 300-900, кларинет 250 -600 .
Друго характерно свойство на музикалните инструменти е силата на техния звук, която се определя от по-голямата или по-малка амплитуда (размах) на звучащото им тяло или въздушен стълб (по-голямата амплитуда съответства на по-силен звук и обратно). Пиковите стойности на акустичната мощност (във ватове) са: за голям оркестър 70, бас барабан 25, тимпани 20, малък барабан 12, тромбон 6, пиано 0,4, тромпет и саксофон 0,3, тромпет 0,2, контрабас 0. ( 6, малка флейта 0,08, кларинет, валдхорна и триъгълник 0,05.
Съотношението на звуковата мощност, извлечена от инструмент, когато се свири „фортисимо“, към силата на звука, когато се свири „пианисимо“, обикновено се нарича динамичен диапазон на звука на музикални инструменти.
Динамичният обхват на източника на музикален звук зависи от вида на изпълняващата група и естеството на изпълнението.
Нека помислим динамичен диапазонотделни източници на звук. Динамичният диапазон на отделните музикални инструменти и ансамбли (оркестри и хорове с различни състави), както и гласове, се разбира като съотношение на максималното звуково налягане, създадено от даден източник, към минималното, изразено в децибели.
На практика, когато се определя динамичният обхват на източник на звук, обикновено се работи само с нивата на звуково налягане, като се изчислява или измерва съответната им разлика. Например, ако максималното ниво на звука на оркестър е 90, а минималното е 50 dB, тогава се казва, че динамичният диапазон е 90 - 50 = 40 dB. В този случай 90 и 50 dB са нива на звуково налягане спрямо нулево акустично ниво.
Динамичният диапазон за даден източник на звук не е постоянна стойност. Това зависи от естеството на извършваната работа и от акустичните условия на помещението, в което се извършва изпълнението. Реверберацията разширява динамичния диапазон, който обикновено достига своя максимум в помещения с големи обеми и минимално звукопоглъщане. Почти всички инструменти и човешки гласове имат неравномерен динамичен диапазон в звуковите регистри. Например нивото на силата на звука на най-ниския звук на форте за вокалист е равно на нивото на най-високия звук на пиано.

Динамичният диапазон на определена музикална програма се изразява по същия начин, както при отделните звукови източници, но максималното звуково налягане се отбелязва с динамичен тон ff (фортисимо), а минималното с pp (пианисимо).

Най-високата сила на звука, посочена в нотите fff (форте, фортисимо), съответства на ниво на акустично звуково налягане от приблизително 110 dB, а най-ниската сила на звука, посочена в нотите ppr (пиано-пианисимо), приблизително 40 dB.
Трябва да се отбележи, че динамичните нюанси на изпълнение в музиката са относителни и връзката им със съответните нива на звуково налягане е до известна степен условна. Динамичният обхват на определена музикална програма зависи от характера на композицията. Така динамичният обхват на класическите произведения на Хайдн, Моцарт, Вивалди рядко надвишава 30-35 dB. Динамичният диапазон на поп музиката обикновено не надвишава 40 dB, докато този на денс и джаз музиката е само около 20 dB. Повечето произведения за оркестър на руски народни инструменти също имат малък динамичен диапазон (25-30 dB). Това важи и за духовия оркестър. Въпреки това, максималното ниво на звука на духовия оркестър в помещението може да достигне доста високо ниво (до 110 dB).

Маскиращ ефект

Субективната оценка на силата на звука зависи от условията, при които звукът се възприема от слушателя. IN реални условиязвуков сигнал не съществува при абсолютна тишина. В същото време външният шум засяга слуха, което го затруднява звуково възприятие, маскирайки до известна степен основния сигнал. Ефектът от маскирането на чиста синусоида от външен шум се измерва чрез показваната стойност. с колко децибела се повишава прагът на чуваемост на маскирания сигнал над прага на възприемането му в тишина.
Експериментите за определяне на степента на маскиране на един звуков сигнал от друг показват, че тон с всякаква честота се маскира от по-ниски тонове много по-ефективно, отколкото от по-високи. Например, ако два камертона (1200 и 440 Hz) издават звуци с еднакъв интензитет, тогава спираме да чуваме първия тон, той се маскира от втория (като изгасим вибрацията на втория камертон, ще чуем първия отново).
Ако две сложни звукови сигнали, състоящ се от определени спектри от звукови честоти, тогава възниква ефектът на взаимно маскиране. Освен това, ако основната енергия и на двата сигнала е в една и съща област на звуковия честотен диапазон, тогава ефектът на маскиране ще бъде най-силен.По този начин, когато предавате оркестрова пиеса, поради маскиране от акомпанимента, партията на солиста може да стане лоша разбираеми и нечуваеми.
Постигането на яснота или, както се казва, „прозрачност“ на звука при звукопредаване на оркестри или поп ансамбли става много трудно, ако инструмент или отделни групи оркестрови инструменти свирят в един или подобни регистри едновременно.
Директорът, когато записва оркестър, трябва да вземе предвид характеристиките на камуфлажа. На репетиции, с помощта на диригента, той установява баланс между силата на звука на инструментите от една група, както и между групите на целия оркестър. Яснотата на основните мелодични линии и отделните музикални части се постига в тези случаи чрез близкото разполагане на микрофоните до изпълнителите, съзнателния избор от звуковия инженер на най-важните инструменти в дадено място на произведението и друг специален звук. инженерни техники.
На явлението маскиране се противопоставя психофизиологичната способност на слуховите органи да отделят от общата маса звуци един или повече, които носят най-много важна информация. Например, когато свири оркестър, диригентът забелязва и най-малките неточности в изпълнението на дадена партия на който и да е инструмент.
Маскирането може значително да повлияе на качеството на предаване на сигнала. Ясното възприемане на получения звук е възможно, ако неговият интензитет значително надвишава нивото на компонентите на смущението, разположени в същата лента като приемания звук. При равномерни смущения превишението на сигнала трябва да бъде 10-15 dB. Тази особеност на слуховото възприятие е практическа употреба, например при оценка на електроакустичните характеристики на медиите. Така че, ако съотношението сигнал / шум на аналогов запис е 60 dB, тогава динамичният обхват на записаната програма може да бъде не повече от 45-48 dB.

Времеви характеристики на слуховото възприятие

Слухов апарат, като всяка друга осцилаторна система, е инерционна. Когато звукът изчезне, слуховото усещане не изчезва веднага, а постепенно, намалявайки до нула. Времето, през което нивото на шума намалява с 8-10 фона, се нарича времеконстанта на слуха. Тази константа зависи от редица обстоятелства, както и от параметрите на възприемания звук. Ако до слушателя пристигнат два къси звукови импулса, еднакви по честотен състав и ниво, но единият от тях е забавен, тогава те ще бъдат възприети заедно със закъснение, не по-голямо от 50 ms. При големи интервали на забавяне и двата импулса се възприемат отделно и се получава ехо.
Тази характеристика на слуха се взема предвид при проектирането на някои устройства за обработка на сигнали, например електронни линии за забавяне, реверберации и др.
Трябва да се отбележи, че поради специалното свойство на слуха, усещането за силата на звука на краткотраен звуков импулс зависи не само от нивото му, но и от продължителността на въздействието на импулса върху ухото. Така краткотраен звук с продължителност само 10-12 ms се възприема от ухото по-тихо от звук със същото ниво, но засягащ слуха за например 150-400 ms. Следователно, когато слушате предаване, силата на звука е резултат от осредняване на енергията на звуковата вълна за определен интервал. В допълнение, човешкият слух има инерция, по-специално, когато възприема нелинейни изкривявания, той не ги усеща, ако продължителността на звуковия импулс е по-малка от 10-20 ms. Ето защо в индикаторите за ниво на битовите аудиозаписващи устройства радиоелектронно оборудванеМоментните стойности на сигнала се осредняват за период, избран в съответствие с времевите характеристики на слуховите органи.

Пространствено представяне на звука

Една от важните човешки способности е способността да определя посоката на източника на звук. Тази способност се нарича бинаурален ефект и се обяснява с факта, че човек има две уши. Експерименталните данни показват откъде идва звукът: един за високочестотни тонове, един за нискочестотни тонове.

Звукът преминава по-късо разстояние до ухото, обърнато към източника, отколкото до другото ухо. В резултат на това налягането на звуковите вълни в ушни каналисе различава по фаза и амплитуда. Разликите в амплитудата са значителни само при високи честоти, когато дължината на звуковата вълна стане сравнима с размера на главата. Когато разликата в амплитудата надвишава прагова стойност от 1 dB, източникът на звук изглежда е от страната, където амплитудата е по-голяма. Ъгълът на отклонение на източника на звук от централната линия (линията на симетрия) е приблизително пропорционален на логаритъма на отношението на амплитудата.
За да се определи посоката на източник на звук с честоти под 1500-2000 Hz, фазовите разлики са значителни. На човек му се струва, че звукът идва от страната, от която вълната, която е напред по фаза, достига до ухото. Ъгълът на отклонение на звука от средната линия е пропорционален на разликата във времето на достигане на звуковите вълни до двете уши. Обучен човек може да забележи фазова разлика с времева разлика от 100 ms.
Способността за определяне на посоката на звука във вертикалната равнина е много по-слабо развита (около 10 пъти). Тази физиологична особеност е свързана с ориентацията на слуховите органи в хоризонталната равнина.
Специфична характеристикапространственото възприятие на звука от човек се проявява във факта, че слуховите органи са в състояние да усетят цялостната интегрална локализация, създадена с помощта на изкуствени средства за въздействие. Например, в една стая два високоговорителя са монтирани отпред на разстояние 2-3 м един от друг. Слушателят се намира на същото разстояние от оста на свързващата система, строго в центъра. В една стая през високоговорителите се излъчват два звука с еднаква фаза, честота и интензитет. В резултат на идентичността на звуците, преминаващи в органа на слуха, човек не може да ги раздели, неговите усещания дават идеи за един, привиден (виртуален) източник на звук, който се намира строго в центъра на оста на симетрия.
Ако сега намалим силата на звука на един високоговорител, видимият източник ще се премести към по-силния високоговорител. Илюзията за движещ се източник на звук може да се получи не само чрез промяна на нивото на сигнала, но и чрез изкуствено забавяне на един звук спрямо друг; в този случай видимият източник ще се измести към високоговорителя, излъчващ сигнала предварително.
За да илюстрираме интегралната локализация, даваме пример. Разстоянието между високоговорителите е 2 м, разстоянието от предната линия до слушателя е 2 м; за да може източникът да се премести на 40 cm наляво или надясно, е необходимо да се подадат два сигнала с разлика в нивото на интензитет от 5 dB или с времезакъснение от 0,3 ms. При разлика в нивото от 10 dB или времезакъснение от 0,6 ms, източникът ще се „премести“ на 70 cm от центъра.
По този начин, ако промените звуковото налягане, създадено от високоговорителя, възниква илюзията за преместване на източника на звук. Това явление се нарича обобщена локализация. За създаване на обобщена локализация се използва двуканална стереофонична система за предаване на звук.
В основната стая са монтирани два микрофона, всеки от които работи на свой канал. Вторият има два високоговорителя. Микрофоните са разположени на определено разстояние един от друг по линия, успоредна на разположението на звуковия излъчвател. При преместване на звуковия излъчвател, различно звуково налягане ще действа върху микрофона и времето на пристигане на звуковата вълна ще бъде различно поради неравномерното разстояние между звуковия излъчвател и микрофоните. Тази разлика създава ефекта на тотална локализация във вторичната стая, в резултат на което видимият източник се локализира в определена точка в пространствоторазположен между два високоговорителя.
Трябва да се каже за бинауралната система за предаване на звук. С тази система, наречена система с изкуствена глава, два отделни микрофона се поставят в основната стая, разположени на разстояние един от друг, равно на разстоянието между ушите на човек. Всеки от микрофоните има самостоятелен канал за предаване на звук, чийто изход във второто помещение включва телефони за ляво и дясно ухо. Ако каналите за предаване на звука са идентични, такава система точно предава бинауралния ефект, създаден близо до ушите на „изкуствената глава“ в основната стая. Да имаш слушалки и да ги използваш дълго време е недостатък.
Органът на слуха определя последователно разстоянието до източника на звук косвени признации с някои грешки. В зависимост от това дали разстоянието до източника на сигнала е малко или голямо, субективната му оценка се променя под въздействието различни фактори. Установено е, че ако определените разстояния са малки (до 3 m), то субективната им оценка е почти линейно свързана с изменението на силата на звука на движещия се по дълбочина източник на звук. Допълнителен факторза сложен сигнал е неговият тембър, който става все по-"тежък" с приближаването на източника към слушателя.Това се дължи на нарастващото усилване на ниските обертонове в сравнение с обертоновете във високия регистър, причинено от произтичащото увеличение на нивото на звука.
За средни разстояния от 3-10 m, преместването на източника от слушателя ще бъде придружено от пропорционално намаляване на силата на звука и тази промяна ще се прилага еднакво за основната честота и хармоничните компоненти. В резултат на това има относително засилване на високочестотната част на спектъра и тембърът става по-ярък.
С увеличаване на разстоянието загубите на енергия във въздуха ще се увеличат пропорционално на квадрата на честотата. Повишената загуба на обертонове от висок регистър ще доведе до намалена тембрална яркост. По този начин субективната оценка на разстоянията е свързана с промени в неговия обем и тембър.
В условия на закритосигналите на първите отражения, закъснели спрямо директното отражение с 20-40 ms, се възприемат от органа на слуха като идващи от различни посоки. В същото време нарастващото им забавяне създава впечатлението за значително разстояние от точките, от които възникват тези отражения. Така по времето на забавяне може да се прецени относителното разстояние на вторичните източници или, което е същото, размерът на помещението.

Някои особености на субективното възприемане на стереофонични предавания.

Стереофоничната система за предаване на звук има редица важни характеристики в сравнение с конвенционалната монофонична.
Качеството, което отличава стереофоничния звук, силата на звука, т.е. естествената акустична перспектива може да бъде оценена с помощта на някои допълнителни индикатори, които нямат смисъл с техника за монофонично предаване на звук. Такива допълнителни показатели включват: ъгъл на слуха, т.е. ъгълът, под който слушателят възприема стереофоничната звукова картина; стерео резолюция, т.е. субективно обусловена локализация на отделни елементи от звуковия образ в определени точки от пространството в рамките на ъгъла на чуваемост; акустична атмосфера, т.е. ефектът да се даде на слушателя усещане за присъствие в основната стая, където се случва предаваното звуково събитие.

За ролята на акустиката на помещението

Цветен звук се постига не само с помощта на оборудване за възпроизвеждане на звук. Дори при сравнително добро оборудване качеството на звука може да е лошо, ако стаята за слушане няма определени свойства. Известно е, че в затворена стая възниква феномен на носов звук, наречен реверберация. Като засяга органите на слуха, реверберацията (в зависимост от нейната продължителност) може да подобри или влоши качеството на звука.

Човек в една стая възприема не само директно звукови вълни, създадени директно от източника на звук, но и вълни, отразени от тавана и стените на помещението. Отразените вълни се чуват известно време след като източникът на звук е спрял.
Понякога се смята, че отразените сигнали играят само отрицателна роля, пречейки на възприемането на основния сигнал. Тази идея обаче е неправилна. Специфична частЕнергията на първоначално отразените ехо сигнали, достигайки до ушите на човека с кратки закъснения, усилва основния сигнал и обогатява звука му. За разлика от това, по-късно отразено ехо. чието време на забавяне надвишава определена критична стойност, образуват звуков фон, който затруднява възприемането на основния сигнал.
Стаята за слушане не трябва да има дълго време на реверберация. Всекидневните като правило имат малко ехтене поради ограничения си размер и наличието на звукопоглъщащи повърхности, мека мебел, килими, завеси и др.
Препятствията с различно естество и свойства се характеризират с коефициент на звукопоглъщане, който е отношението на погълнатата енергия към обща енергияпадаща звукова вълна.

За да увеличите звукопоглъщащите свойства на килима (и да намалите шума в хола), препоръчително е да окачите килима не близо до стената, а с разстояние от 30-50 mm).