Субъективные характеристики звука
Субъективные характеристики звука определяются способностью органов слуха человека воспринимать звуковые колебания. Восприятие индивидуально.
Уровень силы звука и разность уровней силы звука
Замечено, что ухо человека регистрирует изменение силы звука по логарифмическому закону. Это означает, что важно не абсолютное значение силы звука, а её логарифмическое значение. Величину lg(I), равную десятичному логарифму силы звука (интенсивности), называют логарифмическим уровнем силы звука.
Величину L, равную разности логарифмических уровней, называют разностью уровней силы звука
,
или
. (53)
Единица измерения уровня силы звука и разности уровней – бел:
, .
Один бел – это разность уровней силы звука по шкале десятичных логарифмов, если сила звука увеличилась десятикратно:
.
Стократное увеличение силы звука соответствует двум белам
.
Тысячекратное увеличение равно трём белам
.
Минимальная разница уровней интенсивности звука, которую способно воспринять наше ухо, равна одному децибелу:
.
Поэтому на практике вместо формулы (53) применяют формулу:
. (54)
Замечание:
Если уровень звука определять не десятичным, а натуральным логарифмом
,
то единицей измерения служит непер:
.
Один непер – это разность уровней силы звука по шкале натуральных логарифмов, если отношение силы звука равно 10 :
.
Связь между белом и непером:
Воспринимаемый звук имеет нижний и верхний пределы, т. е. минимальную и максимальную интенсивность:
.
Минимальное значение интенсивности звука (силы звука), воспринимаемого ухом человека, называют порогом слышимости:.
Сила звука ниже порога слышимости
человеком не воспринимается.
Относительно порога слышимости разность уровней силы звука определяют по формулам:
, (55)
или (56)
Если сила звука равна порогу слышимости, то
Эту величину L0 называют нулевым (или пороговым) уровнем громкости.
Пример: смысл выражения "уровень звука в колонках равен ста децибелам".
Означает: Относительно порога слышимости разность уровней силы звука равна .
Сравним с формулой (56): .
Следовательно,
С другой стороны, .
Поэтому ,
В результате, абсолютное значение силы звука равно:
.
Максимальное значение интенсивности звука, который воспринимает ухо человека, называют болевым порогом:
Сила звука выше болевого порога
человеком не воспринимается, но вызывает боль ушах.
.
Разница между уровнями болевого порога и порога слышимости называется динамическим диапазоном слуха и равна
. (57)
Если звук издаётся двумя и более источниками звука с уровнями силы звука L1 , L2 , … , Li , …, L N , то их суммарный уровень звука определяется по формуле:
(58)
Уровень громкости и разность уровней громкости
В соответствии с выражением (51) сила звука пропорциональна квадрату амплитуды звукового давления:
.
Величину lg (pзв,max2 ), равную десятичному логарифму от квадрата амплитуды звукового давления, называют уровнем громкости.
Разностью уровней громкости называют величину Lp , равную разности
,
или
. (59)
Единица измерения уровня громкости и разности уровней громкости – бел, а также дБ:
, .
Следовательно,
. (61)
(62)
Минимальное звуковое давление (p0) называют пороговым давлением. Относительно порогового давления разность уровней громкости (на стандартной частоте 1000 Гц) равна
(63)
(64)