4. Субъективные характеристики звука

Субъективные характеристики звука определяются способностью органов слуха человека воспринимать звуковые колебания. Восприятие индивидуально.

Уровень силы звука и разность уровней силы звука

Замечено, что ухо человека регистрирует изменение силы звука по логарифмическому закону. Это означает, что важно не абсолютное значение силы звука, а её логарифмическое значение. Величину lg(I), равную десятичному логарифму силы звука (интенсивности), называют логарифмическим уровнем силы звука.

Величину L, равную разности логарифмических уровней, называют разностью уровней силы звука

,

или

(53)

Единица измерения уровня силы звука и разности уровней – бел:

, .

Один бел – это разность уровней силы звука по шкале десятичных логарифмов, если сила звука увеличилась десятикратно:

.

Стократное увеличение силы звука соответствует двум белам

.

Тысячекратное увеличение равно трём белам

.

Минимальная разница уровней интенсивности звука, которую способно воспринять наше ухо, равна одному децибелу:

.

Поэтому на практике вместо формулы (53) применяют формулу:

. (54)

Замечание:

Если уровень звука определять не десятичным, а натуральным логарифмом

,

то единицей измерения служит непер:

.

Один непер – это разность уровней силы звука по шкале натуральных логарифмов, если отношение силы звука равно 10 :

.

Связь между белом и непером:

Воспринимаемый звук имеет нижний и верхний пределы, т. е. минимальную и максимальную интенсивность:

.

Минимальное значение интенсивности звука (силы звука), воспринимаемого ухом человека, называют порогом слышимости:.

Сила звука ниже порога слышимости

человеком не воспринимается.

Относительно порога слышимости разность уровней силы звука определяют по формулам:

, (55)

или (56)

Если сила звука равна порогу слышимости, то

Эту величину L₀ называют нулевым (или пороговым) уровнем громкости.

Пример: смысл выражения "уровень звука в колонках равен ста децибелам".

Означает: Относительно порога слышимости разность уровней силы звука равна .

Сравним с формулой (56): .

Следовательно,

С другой стороны, .

Поэтому ,

В результате, абсолютное значение силы звука равно:

.

Максимальное значение интенсивности звука, который воспринимает ухо человека, называют болевым порогом:

Сила звука выше болевого порога

человеком не воспринимается, но вызывает боль ушах.

.

Разница между уровнями болевого порога и порога слышимости называется динамическим диапазоном слуха и равна

. (57)

Если звук издаётся двумя и более источниками звука с уровнями силы звука L₁ , L₂ , … , L_i , …, L _N , то их суммарный уровень звука определяется по формуле:

(58)

Уровень громкости и разность уровней громкости

В соответствии с выражением (51) сила звука пропорциональна квадрату амплитуды звукового давления:

.

Величину lg (p_зв,max² ), равную десятичному логарифму от квадрата амплитуды звукового давления, называют уровнем громкости.

Разностью уровней громкости называют величину L_p , равную разности

,

или

. (59)

Единица измерения уровня громкости и разности уровней громкости – бел, а также дБ:

, .

Следовательно,

(61)

(62)

Минимальное звуковое давление (p₀) называют пороговым давлением. Относительно порогового давления разность уровней громкости (на стандартной частоте 1000 Гц) равна

(63)

(64)