§ 4. Приемники звука

115-

§ 4. Приемники звука

Предыдущие рассуждения имели целью показать, что на точность измерений влияет форма и размеры приемников звука и наличие неже- лательных собственных шумов. Теперь мы рассмотрим некоторые типы приемников и покажем, каким образом их устройство определяет их пригодность или непригодность для тех или других целей¹).

А. Человеческое ухо. Описание приемников звука нужно начать с че- ловеческого уха. Механизм человеческого уха более сложен по сравнению

с любым микрофоном; ухо является в одно и то же время анализатором ча- стот, указателем направления звука и индикатором громкости, высоты и тембра звука. Частотный диапа- зон звуков, воспринимаемых челове- ческим ухом, превышает 10 октав. Че- ловеческое ухо может без вреда для себя воспринимать звуковые давле- ния, в миллион раз превышающие ми- нимально обнаруживаемое так на- зываемое пороговое звуковое давление.

При соответствующей высоте звука нормальное ухо может обнаружить звуковые давления, в 10¹⁰ раз мень- шие нормального атмосферного дав- ления. При таком малом звуковом давлении смещение барабанной пере- понки меньше 10“⁹ см, что составля- ет 0,00001 длины световой волны и 0,1 диаметра самого маленького ато- ма! [11]. Психологические и физиоло-

гические исследования слуха стали особенно развиваться с ростом элек- тронной техники, и в настоящее время этим вопросам посвящена обширная литература [12, 13]²). В этом параграфе мы рассмотрим те общие вопросы теории слуха, которые связаны с задачами, возникающими в практике измерений.

Устройство уха. Устройство уха изображено схематически на фиг. 93. Длина наружного слухового канала составляет около 2,5 см> диаметр его 0,7 см. Звук, попадающий в ухо, воздействует на плотную диафрагму, называемую барабанной перепонкой, и замыкающую слуховой канал. Движение барабанной перепонки передается маленькими косточками среднего уха к овальному окну, которое, колеблясь, передает звуковое давление внутрь суживающегося канала, заполненного жидкостью. Этот канал разделен по длине так называемой основной мембраной. Суживаю- щийся канал и его защитная оболочка образуют улитку, названную так по сходству с раковиной улитки. Прочность барабанной перепонки более чем достаточна для того, чтобы она не разрушалась при самых громких звуках. Простые подсчеты показывают, что отношение площадей барабан- ной перепонки и овального окна с учетом рычажной передачи, осуществ- ляемой косточками среднего уха, создает хорошие условия для передачи

Ф и г. 93. Схема устройства челове- ческого уха.

7—овальное окно; 2—основная мембрана; улитка; 4—евстахиева труба; 5 —круглое окно; 6—барабанная перепонка.

*) Здесь следует указать на классификацию микрофонов, предложенную Харкевичем [50]>~Прим. ред.

Гл. 4. Приемники звука (микрофоны и ухо)

звуковой энергии в улитку. Нервные окончания, которые воспринимают звук, распределены вдоль основной мембраны. Возбуждение, производи- мое в улитке звуком данной частоты, локализуется на малом участке основ- ной мембраны. Расположение точек максимального возбуждения в зави- симости от частоты показано на фиг. 94 [14]. Де Роза [15] полагает, что

соответствующий эффект может быть результатом интерферен- ции двух волн, распространяю- щихся с различными скоростями вдоль основной мембраны и в жидкости улитки, однако эта физическая модель не подтверж- дается физиологическими изме- рениями.

Порог слышимости. Мини- мальная величина звукового давления при определенной ча- стоте, при которой звук мо- жет быть воспринят одним или двумя ушами, является чисто индивидуальным свойством, за- висящим от слушателя и от его возраста. Порог слышимости может быть выражен его уров- нем по отношению к определен- ному эталонному уровню. Сред-

нее значение порога слышимости в зависимости от различных факторов показано на фиг. 95 [12], 96 [14] и 97 [16].

На фиг. 95 приведены кривые, соответствующие трем различным способам определения порога слышимости. Кривая 1 соответствует

50 40 NO 30

со

| 20

1 10 О

•ч