Частотазвукових гармонійних коливань (фізична характеристика) визначає фізіологічну характери-стику зву-кового відчуття, яку називають висотою звуку.
Можливість оцінки висоти тону слуховим апаратом людино пов'язана з тривалістю звучання. Вухо не здатне оцінити висоту тону, якщо час звукового воздей-наслідком менше 1/20 секунди.
Близькі за частотою звукові коливання при одночасному звучанні сприймаються як звуки різної висоти в тому випадку, якщо відносна різниця частот перевищує 2-3%. При меншій різниці частот виникає відчуття злитого звуку середньої висоти.
Спектральний склад звукових коливань
Спектральний склад звукових коливань. тобто число гармонійних складових і співвідношення їх амплітуд (фізична характеристика), визначає тембр звуку. Тембр, як фізіологічна характеристика слухового відчуття, в не-якої мірою залежить також від швидкості наростання і мінливості звуку.
Поріг чутності і поріг больового відчуття.
Щоб сформувалося слухове відчуття, інтенсив-ність звукових хвиль повинна перевищити деяке мінімальне значення, зване порогом чутності., Воно має різні значення для різних частот звукового діапазону (нижня крива на малюнку 1). Це означає, що слуховий апарат має неоднаковою чутливістю до звукових впливів на різних частотах. Максимальним відгуком вухо володіє в області частот 1000-3000 Гц. Тут граничне значення інтенсивності звуку мінімально і становить 10 -12 Вт / м 2.
Зі збільшенням інтенсивності звуку зростає і Відчуваючи-ня гучності. Однак, звукові хвилі з інтенсивністю близько 1-10 Вт / м 2 викликають вже відчуття болю. Максимальне значення інтенсив-ності, при перевищенні якого виникає біль, називається порогом больового-го відчуття. Він також залежить від частоти звуку (верхня крива на малюнку 1), але в меншій мірі, ніж поріг чутності.
Область частот і інтенсивностей звуку, обмежена верхньою і нижньою кривими рисунка 1. називає-ся областю чутності.
Закон Вебера-Фехнера. Рівні інтенсивності і рівні голосно-сти звуку
Вже зазначалося, що об'єктивна фізична характеристика звукової хвилі - інтенсивність визначає суб'єктивну фізіологічну характери-стику - гучність. Кількісна зв'язок між ними встановлюється на ос-нове закону Вебера-Фехнера. зв'язує ступінь відчуття і інтенсивність викликав його подразника: відчуття зростає в арифметичній прогресії, якщо інтенсивність подразника збільшується в геометричній прогресії.
Закон Вебера-Фехнера можна переказати іншими словами: фізіологічна реакція (в даному слу-чаї гучність) на подразник (інтенсивність звуку) пропорційна логарифму інтенсивності раздра-жителя. (Рис. 2).
Це означає, що при малій інтенсивності звуку невелике її збільшення (на величину # 916; I) призводить до значного збільшення гучності (на величину # 916; L1 (# 916; y1 на малюнку 2); як тільки інтенсивність звуку трохи перевищила порогове значення, вже виникає слухове відчуття. Якщо ж інтенсивність звуку велика, то її далекої -шее збільшення на ту ж величину # 916; I дає малий приріст гучності (на ве-личину # 916; L2 (# 916; y2 на малюнку 2) - при великій інтенсивності звук добре чути і подальше збільшення інтенсивності звуку на зростання відчуття гучності позначаючись-ється значно слабше.
Для встановлення кількісного зв'язку між інтенсивністю і грім-кісткою звуку введемо рівень інтенсивності звуку (L) - величину, пропор-нальних десятковому логарифму відношення інтенсивності звуку (I) до інтенсивності на порозі чутності I0 = 10 -12 Вт / м 2:
Коефіцієнт n у формулі (1) визначає одиницю виміру рівня інтенсивності звуку L. Якщо n = 1, то одиниця вимірювання L називається Белл (Б). На практиці зазвичай беруть n = 10, тоді величина L вимірюється в децибелах (дБ) (1 дБ = 0,1 Б). На порозі чутності (I = I0) рівень інтенсивності звуку L = 0, а на порозі больового відчуття (I = 10 Вт / м 2) - L = 130 дБ. Якщо, на-приклад, інтенсивність звуку становить 10 -7 Вт / м 2 (що відповідає нормаль-ному розмови), то з формули (1) випливає, що рівень його інтенсивності становить 50 дБ.
Рівень гучності звуку (часто його називають просто гучністю) Е
пов'язаний з рівнем інтенсивності L співвідношенням:
де k- деякий коефіцієнт пропорційності, що залежить від частоти та інтенсивності звуку.
Якби коефіцієнт k у формулі (2) був постійним, то рівень грім-кістки збігався б з рівнем інтенсивності і міг би вимірюватися в децибелах.
Наприклад, звук з рівнем інтенсивності 20 дБ і частотою 1000 Гц буде сприйматися істотно більш гучним, ніж звук з тим же рівнем інтенсивності, але частотою 100 Гц. Однаковий рівень гучності на цих частотах буде досягнутий, якщо для 1000 Гц рівень інтенсивності становить 20 дБ, а для 100 Гц - 50 дБ. З цих причин для вимірювання рівня гучності вводиться особлива одиниця, називає-травня фоном.
Постановили, що на частоті 1000 Гц (її називають частотою найкращою чутності) 1 фон = 1 дБ, тобто рівень інтенсивності в децибелах і рівень гучності в фонах збігаються (у формулі (2) коефіцієнт k = 1 на частоті 1000 Гц). На інших частотах для переходу від децибел до фонам НЕ-обходимо вводити відповідні поправки, які можна отримати за допомогою кривих рівної гучності (див. Рис.1).
Приклад: Для частоти 200 Гц рівень інтенсивності звуку становить 40 дБ. Чому дорівнює рівень гучності цього звуку? На малюнку 1 знаходимо точку з координатами 200 Гц і 40 дБ. Вона ле-жит на кривій, яка відповідає рівню гучності 20 фон, отже, для даної частоти 20 фон відповідає 40 дБ.
Визначення порога чутності на різних частотах складає основу методів вимірювання гостроти слуху. Отримана крива називається спектральної характеристикою вуха на порозі почуй-мости або аудіограмі. Порівнюючи поріг чутності пацієнта з усередненою нормою, можна судити про ступінь розвитку нару-шений слухового апарату.