Биофизические основы восприятия звука. Закон Вебера-Фехнера

Биофизические основы восприятия звука. Закон Вебера-Фехнера.

 

Наружное ухо  состоит из ушной раковины и наружного  слухового прохода. Ушная раковина у человека не играет существенной роли для слуха. Звуковая волна проходит через слуховой проход и частично отражается от барабанной перепонки. В результате интерференции падающей и отраженной волн может возникнуть акустический резонанс. Наиболее существенной частью среднего уха являются барабанная перепонка и слуховые косточки: молоточек, наковальня и стремечко. Косточки осуществляют передачу механических колебаний от воздушной среды наружного уха к жидкой среде внутреннего. Жидкая среда внутреннего уха имеет волновое сопротивление, приблизительно равное волновому сопротивлению воды. При прямом переходе звуковой волны из воздуха в воду передается лишь 0,123% падающей интенсивности. Поэтому основное назначение среднего уха — способствовать передаче внутреннему уху большей интенсивности звука. Еще одна из функций среднего уха — ослабление передачи колебаний в случае звука большой интенсивности. Это осуществляется рефлекторным расслаблением мышц косточек среднего уха. Наружное и среднее ухо относятся к звукопроводящей системе. Звуковоспринимающей системой является внутреннее ухо. Главной частью внутреннего уха является улитка, преобразующая механические колебания в электрический сигнал.

 

Звук является объектом слуховых ощущений, поэтому  оценивается человеком субъективно.

 

Высота  тона — субъективная характеристика, обусловленная, прежде всего частотой основного тона.

 

Тембр звука почти исключительно определяется спектральным составом.

 

Громкость —  еще одна субъективная оценка звука, которая характеризует уровень  слухового ощущения.

 

Несмотря на субъективность, громкость может  быть оценена количественно путем  сравнения слухового ощущения от двух источников. В основе создания шкалы уровней громкости лежит важный психофизический закон Вебера—Фехнера: если раздражение увеличивается в геометрической прогрессии (т. е. в одинаковое число раз), то ощущение этого раздражения возрастает в арифметической прогрессии (т. е. на одинаковую величину).

 

Математически это означает, что громкость звука  пропорциональна логарифму интенсивности  звука. Если действуют два звуковых раздражения с интенсивностями I и I0, причем I0 — порог слышимости, то на основании закона Вебера—Фехнера громкость относительно I0 связана с интенсивностью следующим образом:

 

где K— некоторый  коэффициент пропорциональности, зависящий от частоты и интенсивности.

 

 

 

 

 

Децебельная шкала громкости.

 

 

Физическая  характеристика громкости звука - уровень  звукового давления, в децибелах (дБ). «Шум» - это беспорядочное смешение звуков.

Человек, в дневное время суток, может слышать звуки громкостью от 10-15 дБ и выше.

У спящего  человека, основным источником сенсорной  информации об окружающей обстановке - становятся уши ("чуткий сон"). Чувствительность слуха, ночью и при закрытых глазах - увеличивается на 10-14 дБ (до первых децибел, по шкале дБА), по сравнению с дневным временем суток, поэтому - громкий, резкий шум с большими скачками громкости, может разбудить спящих людей.

В случае отсутствия на стенах помещений звукопоглощающих материалов (ковров, специальных покрытий), звук будет громче из-за многократного отражения (реверберации, то есть - эха от стен, потолка и мебели), что увеличит уровень шума на несколько децибел.

 
Шкала шумов (уровни звука, децибел), в таблице

Децибел,   дБА	Характеристика	Источники звука
0	Ничего не слышно
5	Почти не слышно
10	Почти не слышно	тихий шелест листьев
15	Едва слышно	шелест листвы
20	Едва слышно	шепот человека (на расстоянии 1 метр).
25	Тихо	шепот человека (1м)
30	Тихо	шепот, тиканье настенных  часов.   Допустимый максимум по нормам для жилых помещений ночью, с 23 до 7 ч.
35	Довольно  слышно	приглушенный разговор
40	Довольно  слышно	обычная речь.   Норма для жилых помещений днём, с 7 до 23 ч.   Подробнее читать в "Российской газете"
45	Довольно  слышно	обычный разговор
50	Отчётливо слышно	разговор, пишущая машинка
55	Отчётливо слышно	Верхняя норма для офисных помещений класса А (по европейским нормам)
60	Шумно	Норма для контор
65	Шумно	громкий разговор (1м)
70	Шумно	громкие разговоры (1м)
75	Шумно	крик, смех (1м)
80	Очень шумно	крик, мотоцикл с глушителем.
85	Очень шумно	громкий крик, мотоцикл с  глушителем
90	Очень шумно	громкие крики, грузовой железнодорожный вагон (в семи метрах)
95	Очень шумно	вагон метро (в 7 метрах снаружи или внутри вагона)
100	Крайне шумно	оркестр, вагон метро (прерывисто), раскаты грома Максимально допустимое звуковое давление для наушников плеера (по европейским нормам)
105	Крайне шумно	в самолёте (до 80-х годов  ХХ столетия)
110	Крайне шумно	вертолёт
115	Крайне шумно	пескоструйный аппарат (1м)
120	Почти невыносимо	отбойный молоток (1м)
125	Почти невыносимо
130	Болевой порог	самолёт на старте
135	Контузия
140	Контузия	звук взлетающего реактивного  самолета
145	Контузия	старт ракеты
150	Контузия, травмы
155	Контузия, травмы
160	Шок, травмы	ударная волна от сверхзвукового самолёта
При уровнях  звука свыше 160 децибел - возможен разрыв барабанных перепонок и лёгких,   больше 200 - смерть (шумовое оружие)