5. Закон Вебера – Фехнера

Исследованиями установлено, что самый тихий звук – предел слышимости имеет интенсивность

I = 10 ^-12 Вт\м²

Самый громкий звук, который начинает сопровождаться болью,

I = 10 Вт\м²

Эти звуки различаются по интенсивности в 10¹³ раз!

Производить математические операции с такими большими числами неудобно.

Учёные Вебер и Фехнер установили, что ухо человека обладает логарифмической кривой чувствительности. Они установили закон, который носит их имя:

Если интенсивность звука изменяется в геометрической прогрессии, то ощущения его на слух изменяются в арифметической прогрессии.

Это можно выразить формулой:

L = k lg I/Io

Бел (Б) относительная единица, при отношении интенсивностей в 10 раз.

Но практика показывает, что бел – слишком крупная единица и пользоваться ей неудобно. Решили за единицу принять 0,1 бела, т.е. децибел (дБ). Итак, закон Вебера - Фехнера для децибельной шкалы запишется так:

L = 10 lg I/Io

Опыты показывают, что ухо человека неодинаково чувствительно ко всем частотам. Наиболее оно чувствительно к средним частотам 2000 – 4000 Гц. Иными словами, если мы будем давать человеку слушать различные частоты строго одинаковой интенсивности, то слушатель их будет воспринимать с различным уровнем громкости. Звуки с частотами 2000-4000 Гц ему будут казаться наиболее громкими, а звуки на краях диапазона будут ему казаться тихими. Это – особенность нашего органа слуха. Следовательно, шкала интенсивностей и шкала громкостей совпадать не будут. В связи с этим, наряду с децибелом, ввели ещё одну единицу и назвали её фоном. Фон – это относительная единица громкости, наряду с относительной единицей интенсивности децибелом. На частоте 1000 Гц фоны и децибелы численно совпадают и поэтому эта частота в аудиометрии принята за основную. Говоря житейским языком, фоны – это те же децибелы, только измеренные не по прибору, а на слух.

6. Орган слуха

Орган слуха человека состоит из трёх отделов: наружного уха, среднего уха и внутреннего уха. Наружное ухо состоит из ушной раковины и слухового прохода. Его функция – улавливать звуки и проводить их к среднему уху. Среднее ухо состоит из барабанной перепонки и трёх очень маленьких косточек: молоточка, наковальни и стремечка. Барабанная перепонка улавливает звуковые колебания воздуха и свои колебания передаёт системе косточек. Эти косточки, говоря техническим языком, представляют собой автоматический регулятор чувствительности уха. Ведь ухо должно улавливать и слабые звуки и не повредиться от громких звуков. Когда звук тихий – они занимают такое положение, при котором во внутреннее ухо передаётся полная амплитуда колебаний. Когда звук громкий – они занимают положение, при котором амплитуда колебаний значительно уменьшается. Внутреннее ухо преобразует звуковые колебания в нервные импульсы, которые по слуховому нерву передаются в слуховую область головного мозга.

Внутреннее ухо состоит из улитки, заполненной особой жидкостью. Вдоль улитки проходит особая мембрана, содержащая волосковые клетки, расположенные в поперечном направлении. Чем дальше внутрь улитки – тем волосковые клетки короче.

Венгерский учёный Бекеши установил, что низкие частоты проникают до конца улитки и возбуждают все волосковые клетки. Чем выше частота – тем сильнее затухание звуковой волны в улитке и тем меньше она туда проникает. Его теория получила название теория бегущей волны. Следует отметить, что механизм восприятия звуков ещё до конца не изучен.