4. Спектральная чувствительность уха

Спектр означает набор частот, поэтому спектральная чувствительность означает, что звуки одной и тоже интенсивности (силы) I, но разной частоты ухо человека воспринимает по-разному. Для каждой частоты существует свой порог слышимости I₀ и свой болевой порог.

Характеристики для стандартной частоты

Частота звука

,

в физиологической акустике принимается как стандартная частота.

Порог слышимости на стандартной частоте называют стандартным порогом слышимости. Он равен

.

Пример: Для выражения "уровень звука в колонках равен ста децибелам" определим абсолютное значение силы звука частотой 1000 Гц. Поскольку кратность увеличения силы звука равна 10 (см. выше)

,

то

Для звуков со стандартной частотой порог болевого ощущения равен

.

Стандартным значениям порога слышимости и болевого порога минимальное и максимальное звуковые давления:

,

.

Динамическим диапазоном слуха для стандартной частоты составляет

.

Для некоторых объектов примеры разности уровней силы звука стандартной частоты приведены в табл. 7.

Таблица 7.

Звуковой объект	Разность уровней звука, дБ
Слуховой порог	0 (=L0* )
Шепот на расстоянии 1 м	20
Шум в квартире	40
Шепот на расстоянии 10 см	50
Тихий разговор на расстоянии 1 м	50
Аплодисменты	60
Обычный разговор	60-70
Игра на акустической гитаре пальцами; звук на расстоянии 40 см	70
Тихая игра на фортепиано	70
Игра на акустической гитаре медиатором; звук на расстоянии 40 см	80
Шум в метро во время движения	90
Громкий голос на расстоянии 15 см	100
Фортиссимо (максимально энергичный пассаж) оркестра	100
Реактивный самолет на расстоянии 5 м	120 (=LД* )
Барабанный бой на расстоянии 3 см	140 (>LД*, I > IБ )

При 140 дБ ощущается сильная боль, при 150 дБ наступает повреждение ушей.

Равным интервалам уровня громкости соответствуют разные интенсивности. Поэтому для характеристики уровней громкости вводится единица – фон. Фон – разность уровней громкости двух звуков данной частоты, равногромкие которым звуки с частотой 1000 Гц отличаются по интенсивности на 10 дБ.

Фоны отсчитываются от нуля, равного интенсивности порога слышимости. Для звуковых волн с частотой 1000 Гц уровень громкости звука совпадает с уровнем его интенсивности.

Кривые чувствительности

Чувствительность человеческих органов слуха неодинакова для различных частотных диапазонов (рис. 13, по данным Л. А. Сены).

Кривые чувствительности – это графики зависимости I(),L_I (), p() . Значения частоты, силы звука и звукового давления указаны в логарифмическом масштабе. Верхняя кривая соответствует механическим воздействиям на слух человека, граничащим с болевым восприятием интенсивности звуков соответствующей частоты. Нижняя кривая соответствует порогу слышимости при указанных частотах. Видно, что чувствительность селективно меняется в зависимости от частоты звука в пределах от порога слышимости до порога болевого ощущения звука.

Примеры:

1) для звука частотой 100 Гц порог слышимости, его уровень и минимальное звуковое давление составляют

, , ,

а болевой порог, его уровень и максимальное звуковое давление –

, , ;

2) чтобы услышать звук частотой 10 кГц потребуется источник звука, обеспечивающий порог слышимости, его уровень и минимальное звуковое давление не менее

, , ,

уши на этой частоте звука начнут болеть при значениях болевого порога, его уровня и максимальном звуковом давлении

, , .

В целом желательно, чтобы рабочий диапазон уровня громкости, охватывающий все частоты, не превышал 100-110 дБ.

Более подробно кривые чувствительности изображены на рис. 14.