3.4.6 Громкость

Часто термины "громкость" и "уровень звукового давления" используют как взаимозаменяемые, но это неправильно, так как термин "громкость" имеет свое определенное значение. Уровень звукового давления в дБ определяют с помощью измерителей уровня звука.

Кривые равной громкости и Фоны

Будут ли слушатели воспринимать тестовые шумоподобные или синусоидальные сигналы с линейной АЧХ во всем диапазоне звуковых частот, направленные на усилитель мощности с линейной АЧХ, а затем на громкоговоритель с линейной АЧХ, одинаково громкими на всех частотах? Дело в том, что чувствительность слуха человека имеет нелинейный характер, и поэтому звуки равной громкости на разных частотах слушатели будут воспринимать как звуки с разным звуковым давлением.

Это явление описывается, так называемыми "кривыми равной громкости" (рис. 4.6.1), которые показывают, какое звуковое давление требуется создать на разных частотах для того, чтобы для слушателей громкость этих звуков была равна громкости звука с частотой 1 кГц. Чтобы мы воспринимали звуки более высоких и более низких частот, такими же громкими, что и звук с частотой 1кГц, они должны иметь большее звуковое давление. И чем меньше уровень звука (нижние кривые на рис. 4.6.1), тем менее чувствительно наше ухо к низким частотам.

Рис. 4.6.1 Кривые равной громкости

Для определения громкости был введен еще один термин, который назвали "Фон". Значение Фона всегда равно уровню звукового давления в дБ на частоте 1кГц, на других частотах эти значения отличаются. Рассмотрим, например, верхнюю кривую, приведенную на рис 4.6.1: на частоте 1 кГц ей соответствует уровень звукового давления 120 дБ (шкала с левой стороны графика). Эта кривая называется "120 Фон". На частоте порядка 3,5 кГц кривая, соответствующая 120 Фон, снижается до 105 дБ, в двух крайних точках этой кривой, на частотах 45 кГц и 9500 кГц, достигает 130 дБ.

На основании этих данных можно сделать следующие выводы. Ухо человека имеет максимальную чувствительность к звукам с частотой 1 кГц и менее чувствительно к звукам с крайними частотами. Чтобы мы воспринимали звуки разных частот равными по громкости звуку 120 дБ на 1 кГц, громкоговоритель должен генерировать 130 дБ на 45 Гц или 9,5 Кгц, и всего 105 дБ на 3,5 кГц.

Если внимательно посмотреть на кривые равной громкости, то можно увидеть, что пиковая чувствительность уха человека приходится на частоты, лежащие между 3 и 4 кГц. Учитывая это, производители измерителей уровня звука, предложили использовать для измерения уровня звукового давления в дБ корректирующие фильтры (рис. 4.6.2), которые описываются, так называемыми "взвешенными" характеристиками -- дБ (А), или дБ (Aвзв.). Кривая А, приведенная на этом рисунке, которой соответствует опорный уровень сигнала при 1кГц, опускается до 30 дБ на частоте 50 Гц и ниже 45 дБ на частоте 20 Гц, а затем поднимается на несколько дБ в диапазоне от 1,5 кГц до 3 кГц. На частотах выше 6 кГц кривая А опускается ниже значения, соответствующего частоте 1кГц. Это примерно соответствует инверсии кривой равной громкости (40 Фон), приведенной на рис. 4.6.1.

Рис. 4.6.2 Кривые взвешенных характеристик корректирующих фильтров

Кривая взвешенных характеристик А, учитывает особенности восприятия негромких звуков (см. рис. 4.6.2), например, шорохов в тихой аудитории на частоте 1 кГц, которым соответствует звуковое давление 40 дБ (см. рис. 4.3.1). В отношении громких звуков (например, рок-н-рольная музыка), ухо человека имеет линейную чувствительность. Это наглядно можно увидеть, сравнивая кривые равной громкости 100 Фон и 110 Фон (именно такая громкость характерна для рок-н-рольной музыки) с кривой 40 Фон. Чем линейнее АЧХ измерителя уровня звукового давления, тем в большей степени определенный с его помощью уровень звука будет соответствовать тому, который воспринимает слушатели. Именно этот фактор учитывают кривые взвешенных характеристик B и C. Однако многие государственные организации, отвечающие за технику безопасности и гигиену труда, продолжают пользоваться для оценки громкости звуков только кривыми А, поэтому в их отчетах очень часто фигурируют заниженные данные. Болевой порог уровня звука при частоте 1 кГц составляет 120 -- 130 дБ, и, как правило, женщины и дети более чувствительны к громкости звуков, чем взрослые мужчины.