Діапазон сили звуків, що сприймаються нашим вухом, дуже великий. Так, ледь вловимі звуки, які ще здатне розчути саме гостре вухо, мають інтенсивність в мільйонні частки мкВт / м2. Це так званий мінімальний поріг слухового відчуття (табл. 1). Якби наше вухо було здатне чути слабші звуки, то це було б для нас великим нещастям: ми постійно чули б у вухах шум броунівського руху молекул повітря. Але наше вухо здатне чути і дуже сильні звуки, що перевершують мінімальний поріг інтенсивності більш ніж в 100 000 000 000 000 раз. Жоден прилад в техніці не володіє таким величезним діапазоном зміни чутливості.
Таблиця 1. Діапазон інтенсивності звуків при вимірюванні різними одиницями
Інтенсивність звуку, мкВт / м2
Звуковий тиск, н / м2
Рівень звукового тиску, дб
У скільки разів даний звуковий тиск перевищує нульовий рівень
Приклади джерел звуку (при вимірюванні на відстані 1 м)
Шум надпотужних ракетних двигунів і сирен. Руйнівна сила звуку.
Шум реактивного літака. Больовий поріг слухового відчуття.
Максимальна сила звуку у співаків з голосами виключно великої сили.
Звичайна сила голосу співаків forte.
Гучний мова. Тихий спів.
Цокання наручних годинників.
Трохи тихіше порога чутності найгострішого слуху.
Примітка. Звуковий тиск в н / м2 першої значущої цифри.
Це дивно корисна властивість нашого вуха забезпечується, як з'ясували фізіологи, явищами адаптації слуху, т. Е. Його пристосуванням до сприйняття звуків різної сили. Адаптація слуху проявляється в тому, що слух як би автоматично змінює свою чутливість в залежності від того, який гучності звуки йому належить слухати. Адаптація - це складне фізіологічне явище, що виявляється пру участю вищих відділів нервової системи (Гершуні, 1949).
Подібним властивістю адаптації володіє не тільки слух, але і всі інші наші органи чуття. Наприклад, всім добре відомо, що, увійшовши з освітленій сонцем вулиці в темну кімнату, ми спочатку нічого не бачимо, але через деякий час, як кажуть, придивившись, починаємо добре бачити все предмету. Це і є адаптація до темряви. Вийшовши на сонці, ми знову погано бачимо, навіть жмуримося, але через деякий час очей пристосовується, т. Е. Адаптується і до сильного світла. Подібна адаптація відбувається і зі слухом при дії на нього сильних і слабких звуків.
Досвідчені співаки і музиканти прекрасно використовують цю властивість слуху в своїх цілях: якщо вони хочуть справити велике враження силою голосу або звуком музичних інструментів, то найгучнішу і сильну ноту вони беруть обов'язково після ряду попередніх слабких, тихих звуків досвідчені ж композитори, з огляду на цю ж особливість слуху до адаптації, нерідко застосовують в музиці метод звукового контрасту, завжди виробляє сильне враження на слухачів. Так, наприклад, побудований «Марш Чорномора»
М. І. Глінки і багато інших творів. Величезний діапазон інтенсивностей існуючих звуків і змусив вчених застосувати для їх вимірювання відносні логарифмічні одиниці - децибели.
Дуже слабкі звуки, що не можег розчути навіть найгостріший вухо, акустики вирішили прийняти за нуль звуку, т. Е. За нуль децибел. За спільною згодою, за такий нульовий рівень звуку умовно був прийнятий звук інтенсивністю 10-6 мкВт / м2, що виробляє тиск в 0.0000204 ньютона на 1 м2. Всі ж інші, більш сильні звуки стали вже характеризуватися тим, у скільки разів вони перевищують цей умовний нульовий рівень (табл. 1).
Щоб, однак, скоротити число одиниць виміру, а також з деяких інших практичних міркувань (зокрема, що випливають із закону зміни чутливості самого слуху), вирішили для вимірювання інтенсивності звуку користуватися не самим ставленням інтенсивності даного звуку до умовного нульового рівня, а десятковим логарифмом цього відносини, т. е. lg Wx / W0. де W0 - інтенсивність звуку умовного нульового рівня (10-6мквт / м2); Wx - інтенсивність вимірюваного звуку, За одиницю вимірювання інтенсивності при подібному методі відліку було прийнято таке зміна звуку по відношенню до умовного нуля, при якому lg Wx / W0 = 1.
Виходячи з цієї формули, за 1 децибел приймається такий рівень звукового тиску, двадцять десяткових логарифмів відносини якого до умовного нульового рівня дорівнює одиниці. Якщо ж оцінювати децибел па слух, то це ледь-ледь помітна градація сили звуку, Різниця в силі звуку на 3 дб вже цілком чітко зазначається слухом, а збільшення на 10 дб сприймається приблизно як подвоєння гучності звуку.
Приклади реєстрації рівня сили голосу на різних голосних за допомогою самописця Н-110. 1 - неоднакові за силою голосні недосвідченого співака; 11 - рівні вокальні голосні кваліфікованого співака.
Рівень середнього розмовного голосу дорівнює приблизно 70 дб (табл. 1). Як видно з цієї ж формули, децибели не мають розмірності, т. Е. Вони, як і всі відносні одиниці, показують, що не скільки, а у скільки разів. Так, наприклад заходів, якщо ми в просторіччі говоримо «звук силою 80 дб», то це означає: «звук, що виробляє такий тиск, двадцять десяткових логарифмів відносини якого до умовного нульового тиску дорівнює 80».
Співвідношення децибел з одиницями звукового тиску і інтенсивності звуку показані в табл. 1. Тут же наведені приклади джерел звуку відповідних рівнів (при вимірюванні на відстані 1м).
Як видно з таблиці, для вимірювання всього величезного по силі діапазону звуків, з якими людині доводиться мати справу, децибели найбільш зручні вже хоча б тому, що при їх застосуванні для позначення інтенсивності звуку потрібно найменшу кількість цифр.
А це вже чимала перевага, особливо при необхідності швидкого запису при акустичних вимірюваннях, виробництві всіляких розрахунків і т. Д. Крім того, виявилося, що наш слух вимірює гучність звуку за шкалою, певною мірою подібною до шкали децибел, підкоряючись так званого психофізіологічного закону Вебера-Фехнера. Всі ці міркування і роблять шкалу децибел дуже зручною для застосування.
Вимірювання показали, що рівень сили голосу більшості професійних співаків коливається в межах 90-110 дБ. «Мікрофонні» співаки мають силу звуку всього 80-90 дб, але зате деякі сверхмогучіе голоси оперних співаків - сучасних «Громобоя» розвивають звук неймовірної сили - більше 120 дб! Такий голос, мабуть, був і у знаменитого Таманьо.
Отже, застосовуючи «звукові ваги» (шумоміри, самописці, вимірювальні мікрофони і т. Д.), Ми можемо «зважити» будь-яку ноту голосу співака. Подивимося, однак, що дає нам це «зважування» для розуміння деяких секретів вокальної майстерності.