Глава 2. Громкость

ШШ^;г:^^:::.. ,.#и динамика

;

Глава 2. Громкость и динамика звука

■

Как были те выходы в тишь хороши! Безбрежная степь, как марина, Вздыхает койыль, шуршат мураши И плавает плач комариный.

Борис Пастернак. «Степь»

Понятие звукового давления

По мере движения в каждой конкретной точке пространства звуковая волна создает изменяющееся давление. Оно попеременно то выше, то ниже атмо­сферного давления. Звуковое давление, как и атмосферное, измеряется в Пас­калях:

1Па=1Н/м²=1,02х 10^s атм.= 1,02 х 10"'кг/см². (2.1)

Самый слабый звук, который способен услышать человек со здоровым слухом, соответствует давлению 20 мкПа. В связи с этим любопытно отме­тить, что звуковое давление, возникающее вследствие флюктуации плотно­сти воздуха, имеет при температуре 25°С величину порядка 5 мкПа. Если бы слух был чуть более восприимчив к звуковым раздражениям, человек слышал бы непрерывные молекулярные шумы воздуха и тока крови. Таким образом, чувствительность слуха находится на пределе биологической целесообразно­сти. Еще интереснее оказываются результаты измерений верхнего предела громкости, начинающего вызывать болевые ощущения — для частоты 1 кГц он равен 1 Вт/м^! или 20 Па.То есть динамический диапазон слуха простирает­ся от 20 х КГ* до 20 Па!

Понятие интенсивности звука

Еще одним важным параметром звукового поля является интенсивность зву­ка. Под этим параметром понимают «поток звуковой энергии, переносимый средой в направлении распространения через единицу поверхности, ему пер­пендикулярной, за единицу времени». Противодействие, оказываемое ука­занной площадкой среды распространению этой энергии, называется аку­стическим сопротивлением.

Электрические аналоги понятий давления и интенсивности

•

Для упрощения понимания сложных формулировок звуковое давление Р можно сравнить с переменным электрическим напряжением, а колебатель­ную скорость V частиц среды (не путать со скоростью звука) с переменным

Глава 2, Громкость и динамика звука

током, то есть с колебательным процессом электрических частиц. По данной аналогии интенсивность звука /соответствует электрической мощности. Для плоской звуковой волны она будет иметь чисто активный характер; для сфе­рической волны (расходящейся в разные направления) мощность приобретет реактивную составляющую.

Минимально заметная разница громкостей

Вернемся к динамическому диапазону человеческого слуха. При измерении в Паскалях крайние значения звукового давления — порог слышимости и бо­левой порог — отличаются в миллион раз. Но человек не ощущает того, что звук максимальной громкости на миллион единичных шагов громче мини­мально слышимого звука. Экспериментально найденная цифра единичных шагов лишь немного превышает одну сотню. В чем кроется решение загадки?

Логарифмический характер шкалы ощущений человека

По закону, открытому немецким анатомом и физиологом Э. Вебером (1795—1878) и сформулированному немецким же физиком и психологом Г. Фехнером (1801—1887), величина ощущения человека Л и амплитуда вы­звавшего его раздражения P_paw связаны формулой:

A = ^log "тг¹ L (2.2)

зе д — некая постоянная;

Р_о — порог чувствительности.

То есть ощущение пропорционально не собственно амплитуде раздраже-w, а логарифму отношения P_pitm к Р_о.

Данный закон справедлив для всех видов ощущений человека: слуха, зре-!я.. обоняния, осязания.

Нерукотворный памятник Беллу

В честь американского изобретателя телефона А. Г. Белла единица логарифма отношения двух одноименных физических величин называется белом. Бел применяется не только в акустике, но и в электротехнике, радиотехнике, раз-_L личных отраслях физики.

27

I