Коллоквиум по слуховому восприятию

Звук - результат преобразования определенной формы механической энергии, представляющий собой паттерны последовательных возмущений давления, происходящих в разных средах (жидких, твердых, газообразных).

Большинство воспринимаемых человеком звуков передается по воздуху.

Компрессии - сжатия, декомпрессии - разрежения окружающего воздуха, вызванные вибрацией и порождающие звук.

Примеры: камертон, репродуктор стереосистемы или радио (конусообразный, вытесняет воздух - компрессия, втягивает - вакуум, декомпрессия).

Звуковая волна - паттерн изменений давления воздуха, представленный в виде серий пиков и подошв; от ее физических характеристик напрямую зависит воспринимаемый звук.

Звуковая волна простейшего типа синусоидальна, имеет неизменный паттерн, вызывает последовательные изменения давления воздуха во времени.

Цикл - единица звука, представляющая собой полное изменение давления: сжатие, разрежение и повторное сжатие.

Звуковая волна не вызывает вибрации или перемещения среды, молекулы располагаются вдоль волны (аналогия: брошенный в воду камень).

Звуки возникают только в определенной среде, способной передавать колебания давления (в вакууме звук невозможен, т.к. нечего подвергать компрессии).

Скорость распространения звука зависит от физических свойств среды: чем выше плотность и температура, тем звук быстрее (в твердых телах она выше, чем в жидкостях или газе; повышение температуры на 1 градус увеличивает скорость распространения звука на 61 см/сек).

1. Основные физические характеристики звука и соответствующие им сенсорные качества.

Основные физические характеристики звуковых волн: частота, амплитуда (интенсивность) и сложность.

Частота:

- число циклов изменения давления на 1 секунду (f, Гц)

- ниже 20 и выше 20 000 Гц - за порогами слухового восприятия человека

- длина звуковой волны - линейное расстояние между двумя последовательными компрессиями (λ; обратно пропорциональна частоте, т.е. λ=v/f; низкочастотные звуки имеют большую длину волны, высокочастотные - короткую)

- абсолютная высота тона - психологический параметр аудиального стимула; звуки разной высоты вызывают разные ощущения

Амплитуда:

- количество изменения звукового давления, т.е. степень смещения (компрессии/декомпрессии) относительно положения покоя

- при низком давлении амплитуда мала и звук слабый, при высоком давлении амплитуда велика и звук интенсивыный

- зависит от давления или силы, воздействующих на источник звука (сила на единицу площади; дин/см², микробар, Ньютон/м² или микропаскаль)

- шкала децибел - логарифмическая шкала давлений (прибл. от 0 до 160); число децибел (N) =20 log звуковое давление(P^e)/эталонное давление (P^r=0,0002 дин/см²); эталонное давление близко к среднему слуховому порогу человека

- уровень звукового давления - децибельная шкала, построенная относительно эталонного давления

- громкость - слуховое ощущение, или психологический параметр, определяемый величиной амплитуды (чем больше амплитуда и чем больше меняется давление, тем громче звук)

- между громкостью и амплитудой нет линейной зависимости

- громкость также может зависеть от частоты

Сложность:

- простую синусоиду с постоянной частотой и амплитудой можно получить только в лабораторных условиях

- привычные людям звуки - суммарная, сложная синусоида

- фундаментальная частота (первая гармоника) - низкие частоты, определяющие высоту сложного звука

- гармоники (обертона) - дополнительные колебания с частотами, кратными фундаментальной

- анализ Фурье - разложение сложной волны любой формы на синусоидальные компоненты

- синтез Фурье - наоборот

- акустический закон Ома: когда на нас воздействует относительно сложный звук, мы способны воспринимать индивидуальные частотные компоненты этого звука

- тембр - результат числа и интенсивности обертонов, производящих этот звук

- высота звука зависит в первую очередь от фундаментальной частоты, а тембр - от обертонов

2. Явление резонанса.

Естественная, или резонансная частота - частота, с которой колеблется приведенный в движение объект. Зависит от массы и упругости объекта.

Резонанс - резкое возрастание амплитуды колебаний объекта при воздействии на него источника звука, частота которого соответствует его собственной естественной, или резонансной частоте.

Изменение резонансной частоты: 3 одинаковых пустых стакана издают примерно одинаковые звуки при ударе, эти звуки соответствуют резонансной частоте стекла; 1 стакан оставим пустым, 2 наполним водой наполовину, 3 - на ⅔, звуки изменятся, чем больше воды - тем ниже звук и частота колебаний молекул вследствие понижения резонансных частот.