Физиологические характеристики звука.

Физиологическими характеристиками звука называют субъективные характеристики слухового ощущения звука слуховым аппаратом человека. К физиологическим характеристикам звука относится минимальная и максимальная частоты колебаний, воспринимаемые данным человеком, порог слышимости и порог болевого ощущения, громкость, высота, тембр звука.

1. Минимальная и максимальная частоты колебаний, воспринимаемые данным человеком. Частоты звуковыхколебаний лежат в пределах 20-20000 Гц. Однако наименьшая воспринимаемая частота данным человеком обычно больше 20 Гц, а наибольшая - меньше 20000 Гц, что определяется индивидуальными особенностями строения слухового аппарата человека. Например: n_мин=32 Гц, n_макс=17900 Гц.

2. Порогом слышимости называется воспринимаемая человеческим ухом минимальная интенсивность I_o. Считается, что I_o=10^-12Вт/м² при n=1000 Гц. Однако обычно для конкретного человека порог слышимости больше I_o.

Порог слышимости зависит от частоты звукового колебания. На какой-то частоте (обычно 1000-3000 Гц) в зависимости от длины слухового канала слухового аппарата человека происходит резонансное усиление звука в человеческом ухе. При этом ощущение звука будет наилучшим, а порог слышимости будет минимальным. При уменьшении или увеличении частоты колебаний условие резонанса ухудшается (удаление по частоте от резонансной частоты) и порог слышимости соответственно повышается.

3. Порогом болевого ощущения называется испытываемое человеческим ухом болевое ощущение при интенсивностях звука выше некоторого значения I_пор (звуковая волна при этом как звук не ощущается). Порог болевого ощущения I_пор зависит от частоты (хотя и в меньшей степени, чем порог слышимости). На низких и высоких частотах порог болевого ощущения снижается, т.е. болевые ощущения наблюдаются при больших интенсивностях.

4. Громкостью звука называется уровень слухового ощущения человеком данного звука. Громкость зависит, прежде всего, от человека, воспринимающего звук. Например, при достаточной интенсивности на частоте 1000 Гц громкость может быть равна и нулю (для глухого человека).

Для данного конкретного человека, воспринимающего звук, громкость зависит от частоты, интенсивности звука. Как и для порога слышимости, громкость максимальна обычно на частоте 1-3 кГц, а с уменьшением или увеличением частоты громкость снижается.

Громкость звука зависит от интенсивности звука сложным образом. В соответствии с психофизическим законом Вебера-Фехнера громкость Е прямо пропорциональна уровню интенсивности:

E = k ^. lg(I/I₀), где k зависит от частоты и интенсивности звука.

Громкость звука измеряют в фонах. Считается, что громкость в фонах численно равна уровню интенсивности в децибелах на частоте 1000 Гц. Например, громкость звука Е=30 фон; это означает, что данный человек по уровню восприятия ощущает указанный звук так же, как и звук, частотой 1000 Гц и уровнем силы звука 30 дБ. Графически (см. учебник) строят кривые равной громкости, которые индивидуальны для каждого конкретного человека.

С целью диагностики состояния слухового аппарата человека с помощью аудиометра снимают аудиограмму - зависимость порога слышимости от частоты.

5. Высотой звука называется ощущения человеком чистого тона. С повышением частоты увеличивается и высота тона. С повышением интенсивности высота тона незначительно снижается.

6. Тембром звука называется ощущение человеком данного сложного звукового колебания. Тембр звука - это окраска звука, по которой мы различаем голос того или иного человека. Тембр зависит от акустического спектра звука. Однако один и тот же акустический спектр воспринимается различными людьми по-разному. Так, если слуховой аппарат у двух человек поменять друг другу, а мозговой анализатор звука оставить тем же, то окраска звука от знакомых ему людей будет казаться другой, т.е. он может и не узнать голос знакомого человека или голос покажется измененным.

Задание по УИРС

1. Изучить по учебникам устройство слухового аппарата, теории восприятия звука и физические основы звуковых методов исследования в клинике.

2. Найти громкость звука в фонах, если дано звуковое колебание с частотой 50 Гц и уровнем силы звука 100 дБ.

Порядок выполнения работы

Упражнение №1. Определение максимально воспринимаемой Вами частоты звука

(Минимальную воспринимаемую частоту с помощью данного звукового генератора определить не удается из-за прохождения в телефоны наушников помех в основном из сети частотой 50 Гц.)

Поставьте переключатели в следующее положение:

-тумблер сеть - в положение "Выкл";

-множитель частоты (слева внизу) в положение "100";

- "выходное сопротивление" в положение "50";

-"внутренняя нагрузка" в положение "Выкл";

-переключатели десятки и единицы децибел в положение "0".

Включите вилку сетевого шнура генератора в сеть 220 В, тумблер "сеть" поставьте в положение "Вкл": наушники подключить к выходу генератора.

Ручкой регулировки выходного напряжения "Рег. вых." поставить на вольтметре 20 В.

Поставьте частоту 20 000 Гц (лимб частоты в положение

200 Гц и множитель частоты стоит в положении "100", т.е. 200 Гц×100 = 20 000 Гц).

Плавно уменьшая частоту, определите такое ее значение, при котором услышите звук. Запишите ее значение. Это и есть воспринимаемая Вами верхняя граничная частота (_1верхн).

Для уточнения этой границы повышайте частоту от 10 000 Гц до исчезновения звука, определив второе значение верхней граничной частоты _2верхн.

Значение воспринимаемой Вами верхней граничной частоты найдите как среднее арифметическое полученных двух значений частот: _верхн = (_1верхн + _2верхн) / 2 .

Упражнение №2. Определение зависимости порога слышимости от частоты.

Провести измерения на следующих частотах: 50, 100, 200, 400, 1000, 2000, 4000 и 8000 Гц. За исходный уровень взять такую интенсивность звука на частоте 1000 Гц (при затухании 0 дБ), при которой громкость звука не вызывает у Вас неприятных ощущений.

Поставьте частоту 50 Гц, переключателем десятков децибел добиться исчезновения звука, затем уменьшить затухание на 10 дБ и ручкой единицы децибел ввести затухания до исчезновения звука. Запишите результат в таблицу 1.

Таблица 1

n (Гц)	50	100	200	400	1000	2000	4000	8000
lgn	1,7	2,0	2,3	2,6	3,0	3,3	3,6	3,9
L(дБ)

 

Аналогично измерьте ослабление интенсивности в дБ для всех частот.

Тумблер "сеть" генератора поставьте в положение "Выкл", электрическую вилку генератора осторожно отключите от сети, придерживая той же рукой розетку.

По данным таблицы 1 построить график, аналогичный рис.1.

Рис.1