Лабораторная работа «Снятие спектральной характеристики уха на по­роге слы­шимости»

Акустические волны представляют собой процесс распространения ме­ханических колебаний отмеченного диапазона в упругой среде. Звук представляет собой распространяющиеся в упругой среде колебания с частотой от 16 Гц до 20000 Гц. Акустические волны этого диапазона называют звуковыми, потому что воздействие акустических волн на слуховой аппарат человека именно в диапазоне частот от 16 Гц до 20 кГц приводит к формированию слухового ощу­щения. При частотах, превышающих 20 кГц, слуховое ощущение не формируется - это область ультразвука. На частотах ниже 16 Гц ощущение звука так же не возникает - волны этих частот представляют инфразвук. Следует отметить, что частотный диапа­зон ощущения звука у разных организмов различен - например, дельфины и летучие мыши воспринимают звуки существенно большей частоты, чем чело­век. Кроме того, частотная граница воспринимаемых звуков зависит от воз­раста. В процессе старения человека инерционность его слухового аппарата увеличивается и в пожилом возрасте верхняя граница звукового диапазона становится существенно меньшей 20 кГц.

Скорость звука в воздухе составляет около 340 м/с и зависит от физических свойств среды и температуры (с изменением температуры изменяется плотность воздуха). В жидких средах и в мягких тканях организма эта скорость составляет около 1500 м/с, в твердых телах - 3000-6000 м/с.

Звуки делятся на тоны, шумы и звуковые удары. Различают простые и сложные тоны. Простой тон — это звуковое колебание, происходящее по гармоническому закону. Основной его харак­теристикой является частота. Если тон представляет собой негармоническое колебание, то он называется сложным. Простой тон дает камертон, сложный — музыкальные инструменты или голосовой аппарат. Сложный тон может быть разложен в ряд Фурье на простые тоны, при этом тон наименьшей частоты называется основным, а остальные — обертонами, частоты которых кратны частоте основного тона. Набор всех частот с указанием их интенсив­ности называется акустическим спектром сложного тона. Спектр сложного тона — линейчатый.

Шум — звук, отличающийся сложной временной зависимо­стью. Шум можно рассматривать как сочетание беспорядочно меняющихся сложных тонов. Спектр шума сплошной. Звуковой удар — это кратковременное звуковое воздействие большой интенсивности, например, хлопок, взрыв и т. п.

Физические и физиологические характеристики звуковых волн и слухового ощущения

Физические характеристики звуковых волн имеют объективный характер и могут быть измерены соответствующими приборами в стандартных единицах. Возникающее под действием звуковых волн слуховое ощущение субъективно, однако, его особенности во многом опреде­ляются параметрами физического воздействия.

Интенсивность звука

Энергетической характеристикой звука является интен­сивность.

Интенсивность звука представляет собой энергию звуковой волны, попадающей на поверхность единичной площади за единицу времени, и измеряется в Вт/м². Эта физическая характеристика оп­ределяет уровень слухового ощущения, который называется громкостью, являющейся физиологическим параметром. Связь между интен­сивностью и громкостью не является прямо пропорциональной, но ощущение громкости возрастает с увеличением интенсивности .

Частота звуковых колебаний

Частота звуковых гармонических колебаний (физическая характеристика) определяет физиологическую характери­стику зву­кового ощущения, которую называют высотой звука.

Возможность оценки высоты тона слуховым аппаратом че­ловека связана с продолжительностью звучания. Ухо не способно оценить высоту тона, если время звукового воздей­ствия меньше 1/20 секунды.

Близкие по частоте звуковые колебания при одновременном звучании воспринимаются как звуки различной высоты в том случае, если относительная разница частот превышает 2-3%. При меньшей разности частот возникает ощущение слитного звука средней высоты.

Спектральный состав звуковых колебаний

Спектральный состав звуковых колебаний, то есть число гармонических составляющих и соотношение их амплитуд (физическая характеристика), определяет тембр звука. Тембр, как физиологическая характеристика слухового ощущения, в не­которой степени зависит также от скорости нарастания и изменчивости звука.