Возможности восприятия звуков человеческим ухом. Громкость звука
Если принять тон в 16 гц за С2 (субконтра-октава), то следующие октавы будут отвечать частотам в 32 гц — С1 (контра-октава): 64 гц — С (большая октава), 128 гц — с (малая октава) и т. д. Таким образом, диапазон нашего уха охватывает свыше 10 октав. Звуки от С1 до с5 (от 32 до 4096 гц) принадлежат к музыкальной области, причем звуки до с2 (512 гц) относятся к басовой зоне, а от с8 до с5 (512—4096 гц) — к дискантовой зоне. Выше музыкальной области расположена ультрамузыкальная область.
С возрастом слух меняется, особенно это выражается на верхней границе. Следует отметить, что диапазон воспринимаемых ухом частот занимает относительно малый участок среди всех физических звуков, учитывая, что ультразвуки могут достигать многих сотен тысяч и миллионов колебаний в секунду. Однако наибольшее биологическое значение для различения происходящих вокруг нас явлений имеют те звуки, которые воспринимаются нашим ухом. Именно для этих звуков выработалась наибольшая чувствительность.
Трудно представить себе эту изумительную чувствительность звукового анализатора: при пороговой силе звука амплитуда движения барабанной перепонки составляет величину меньшую, чем диаметр водородной молекулы, а энергия, доходящая до кортиева органа, не превышает световую энергию, получаемую сетчаткой глаза при рассматривании еле видимых звезд.
В области нижней, а особенно верхней границы (после 15 000 гц) чувствительность быстро падает и достигает миллионных частей оптимальной зоны.
Физическая интенсивность звука, выраженная в децибелах, не определяет еще громкости звука как особого качества нашего ощущения, т. е. явления физиологического.
Известно, что чувствительность к звуку в сильной степени зависит от его высоты, по обе стороны от оптимальной зоны (звуков в 2000—3000 гц) быстро падает и для очень низких и высоких тонов составляет миллионные доли.
Звуковое поле. На ординате — интенсивность звука в ваттах, эргах, барах, децибелах. В — кривая чувствительности (порогов слуха); Д — кривая порога осязания и боли; Б — кривая равной громкости при силе звука в 40 дб над нормальным порогом (в 0,0002 микробар); Л — кривая равной громкости при силе в 100 дб
Уровень ощущения, естественно, тоже определяется в децибелах, т. е. отношением двух интенсивностей, но эти децибелы будут обозначать другие величины интенсивностей, как те децибелы, которые определяют уровень силы звука над нормальным порогом. Они будут совпадать только для звуков частотой 1000—3000 гц, так как нормальный уровень отсчета как раз соответствует пороговой силе в этой зоне звуков. Уровнем ощущений в настоящее время пользуются редко, так как он все же не дает возможности сравнивать громкость звуков разных частот. Это объясняется тем, что громкость звуков над порогом для разных частот растет с различной быстротой. Ввиду этого надпороговые звуки для различных частот будут иметь разную громкость, несмотря на одинаковый уровень ощущения.
Уровень громкости определенного звука равен уровню силы равпогромкого с исследуемым звуком в 1000 гц (исчисленного над нормальным порогом отчета в 0,0002ub).
Оказалось, что большинство людей довольно точно могут определить двойную громкость звука, и результаты у больших групп исследуемых получаются однородными. Исследование этой способности может быть использовано для характеристики анализаторной способности органа слуха.
Тембр, или окраска, звуков зависит от количества и величины составных обертонов. Одинаковый по силе и высоте звук рояля или скрипки легко различается ухом благодаря различному спектру входящих гармоник.
При этом натренированное ухо может произвести анализ сложного звука, назвав его составные гармоники. В этом отношении орган слуха превосходит глаз, который не может разложить белый свет (смесь электромагнитных волн разной частоты) на его составные компоненты.
Следует отметить еще одну особенность звукового анализатора: сложные звуки с однородными гармониками будут звучать для уха одинаково, даже если эти гармоники находятся в разной фазе в отношении основного тона. Ухо, таким образом, отличает высоту и громкость обертонов, но не чувствительно к их фазам, хотя вид звуковой кривой резко изменяется при сдвиге фаз любого обертона. Ом (Ohm) отметил эту особенность органа слуха и считал, что ухо производит разложение сложных звуков на отдельные составные синусоиды и чувствительно только к этим простым колебаниям. Поэтому любая теория слуха должна объяснить способность уха к анализу сложных звуков. Вполне понятен интерес к резонансным теориям слуха, так как именно при помощи резонаторов легче всего произвести анализ (разложение на компоненты) сложного звука.
Кроме основных свойств органа слуха (способности различать звуки по высоте, громкости и тембру), он обладает целым рядом качеств, способствующих более полному использованию звуковых сигналов.
