Краткая теория

Механические колебания частиц в упругих средах, распространяющиеся в виде продольных волн с частотой от 16 до 20000 Гц и воспринимаемые человеческим ухом, называются  ЗВУКОМ.

Продольные механические волны с частотой ниже 16 Гц называются ИНФРАЗВУКОМ, а выше 20000 Гц - УЛЬТРАЗВУКОМ. Они не воспринимаются ухом человека.

Звук характеризуется следующими физическими характеристиками: амплитудой, частотой, интенсивностью (силой) звука и звуковым давлением.

ИНТЕНСИВНОСТЬЮ ЗВУКА  называется плотность потока энергии звуковой волны (т.е. энергия звуковой волны, проходящая через единицу площади поверхности за единицу времени). Измеряется интенсивность в системе СИ в Вт/м².

ЗВУКОВОЕ ДАВЛЕНИЕ - это значение избыточного давления (над атмосферным), которое образуется в участках сгущения частиц в звуковой волне. Звуковое давление связано с интенсивностью звука соотношением:

I=P²/2ρV

где:

I - интенсивность звука;

P - звуковое давление;

 - плотность среды;

V - скорость распространения звука в среде.

W = V - удельное акустическое сопротивление среды.

Физические характеристики звука связаны с психофизическими (субъективными) характеристиками слуха, такими как высота, громкость, тембр. АБСОЛЮТНЫМ ПОРОГОМ СЛЫШИМОСТИ называют минимальную интенсивность звука, вызывающую звуковое ощущение. Абсолютный порог слышимости зависит от частоты звука и от состояния слухового анализатора человека.

ИНТЕНСИВНОСТЬ СЛУХОВОГО ОЩУЩЕНИЯ обычно называют ГРОМКОСТЬЮ. Изменение громкости  L зависит от исходной интенсивности I, что связано с адаптацией уха. Способность уха к адаптации позволяет человеку различать и сравнивать звуки в огромном диапазоне интенсивности: от 10^-12  Вт/м²  до величины в 10000 млрд. раз большей.

Поскольку ухо способно воспринимать отличающиеся по силе от 10^-12 Вт/м² до 10 Вт/м², т.е. в 10¹³ раз, то оно нечувствительно к малым изменениям силы звука и замечает прирост громкости звука при увеличении силы последнего не менее, чем на 10-20. Поэтому в качестве характеристики интенсивности звука выбирают обычно не силу звука I, а ее десятичный логарифм, точнее величину , где I₀=10^-12Вт/м², а для построения графиков используют логарифмическую шкалу. Величина  называется уровнем силы звука и измеряется в белах. Уровень силы звука в 1 бел соответствует силе звука, равной I=10I₀. Наряду с этой единицей пользуются в 10 раз меньшей единицей, называемой децибелом (дБ).

Уровень громкости L определяется как десятичный логарифм отношения данной силы звука I к пороговой  I₀

или дБ (децибел), где Р - мощность звуковой волны в Вт/м.

Величина ощущения приближенно возрастает пропорционально логарифму силы раздражения:

,

где:

a и b - постоянные величины;

S  - величина ощущения;

R - сила раздражения. 

Эта  зависимость носит название закон Вебера-Фехнера. В технике и медицине используются единицы громкости звука, приведенные к частоте 1000 Гц и усредненному значению порога слышимости: 

I₀= 10^-12 Вт/м².

В этом случае величина громкости не носит субъективного характера и может быть измерена прибором. АУДИОМЕТРИЯ - метод исследования состояния слухового анализатора путем измерения порогов слышимости на разных частотах. Обычно применяют звуки частотой 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 6000 и 8000 Гц.

Порогу слышимости, соответствующему интенсивности звука, равному приблизительно  10^-12 Вт/м², соответствует уровень громкости звука 0 дБ. Самый громкий звук имеет уровень интенсивности 10 Вт/м². Звуки большей интенсивности вызывают болевое ощущение. Исследования слуха в клинике производится с помощью прибора, называемого  АУДИОМЕТРОМ.

Обычно определяют точки кривой абсолютных порогов слышимости на различных частотах. Потеря слуха определяется как разность между полученным значением и нормой.