3. Физические и психофизиологические характеристики

Как известно, волна обладает интенсивностью, выражающаяся в Вт\м². Подсчитать эту интенсивность можно по уравнению Умова:

I = ^^



Отсюда  - акустическое сопротивление среды, выражающееся в кг\м²с

 - объёмная плотность энергии (Дж/м³)

 - колебательная скорость (м/с)

Если ввести величину p - избыточное акустическое давление в Па,

-тогда связь между акустическим сопротивлением и избыточным давлением выразится формулой:

I = p²

2

Таким образом, мы имеем следующие физические характеристики звука:

-интенсивность (Вт\м²)

-частота (Гц)

-гармонический спектр

Данные параметры измеряются соответствующими приборами

Но поскольку звук воспринимается не только измерительными приборами, но и слухом, поэтому существуют ещё и психофизиологические характеристики звука, Они определяются по слуховым ощущениям.

К ним относятся:

-высота тона

-громкость

-тембр

Следует подчеркнуть, что физическими характеристиками оперируют в большинстве случаев физики, а психофизиологическими характеристиками оперируют музыканты. В данной таблице приведены соотношения между этими характеристиками:

№	Физические характеристики	Психофизиологические характеристики
1	Интенсивность (Вт/м2)	Громкость (piano, forte, mezzo forte и др.)
2	Частота колебаний	Высота тона (название ноты)
3	Гармонический спектр	Тембр (название музыкального инструмента)

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. Ниже приводится таблица кривых одинаковой громкости. Для удобства, децибельная и фоновая шкалы разбиты на 13 уровней: