Глава 6.

Слух и речь.

Область слухового восприятия.

Существуют определенные границы слухового ощущения, как по величине звукового давления, так и по его частоте (Рис.17). Границы по частоте 16-20000 Гц. Границы по давлению - это порог слышимости и порог болевого ощущения.

Порог слышимости, это величина звукового давления при котором звуковые колебания начинают восприниматься ухом как звук. Для звуков с частотами от 2 до 4 кГц звуковое давление порога чувствительности составляет 1·10^-5 Па.

Порог болевого ощущения, это давление звуковой волны, вызывающее у слушателя начало ощущения боли в ушах. Для звуков с частотами от 2 до 4 кГц звуковое давление болевого порога составляет 20 Па.

Понятно, что эти значения субъективны и поэтому усреднены по данным множества экспертов. Реальный слушатель может иметь другие значения болевого порога и порога слышимости.

Порог слышимости в сторону НЧ резко повышается, т.е. для появления слухового ощущения на НЧ необходимо большее звуковое давление, чем на СЧ. Наибольшая чувствительность уха в области частот 2 - 4 кГц, Р_min = 10^-5Па, P_max = 20 Па.

Физиологические характеристики звуков. Воспринимая звуковые сигналы, человек различает их по:

Громкости,

Высоте тона,

Тембру.

Громкость, это субъективное слуховое ощущение средней интенсивности звука, которое зависит в основном от логарифма изменения интенсивности звука (звукового давления).

Задача №9.

Интенсивность звука была I₁=0,001 Вт/ м², затем стала I₂=1 Вт/ м². Во сколько раз источник стал звучать громче?

Решение.

ΔI = I₂ - I₁ = 1 - 0,001 = 0,999 ≈ 1 Вт/ м²,

Lg (I₂/I₁) = Lg (1/0,001) = Lg 10³ = 3 Lg 10 = 3·1 = 3.

Ответ: громкость увеличится в 3 раза.

Высота тона, это слуховое ощущение, связанное с изменением частоты. Увеличение частоты от 16 до 20000 Гц вызывает у человека ощущение повышения высоты от самого низкого (басового) тона до наиболее высокого тона.

Исследования показали, что ухо человека ощущает изменение частоты в логарифмической зависимости. Изменение частоты в 2 раза вызывает ощущение повышения высоты тона на одну и ту же величину, называемую в музыке и акустике октавой (Рис.18).

Следовательно, октава, это звуковысотный интервал между двумя частотами, отличающимися в два раза.

• ƒ₁= 2ƒ₀; - одна октава.

• ƒ₂= 2ƒ₁=2·2ƒ₀=2²ƒ₀; - две октавы.

• ƒ₃= 2ƒ₂=2·2·2ƒ₀=2³ƒ₀; - три октавы.

• ƒ_i= 2ⁱƒ₀; - i октав,

• где i - количество октав.

Используя последнее выражение, можно определить количество октав Разделяющих две частоты. Для этого последнее полученное выражение решим относительно переменной i:

; ; ; ;

; ; ;

.

Из полученного выражения следует, что число октав в заданном диапазоне частот пропорционально логарифму отношения крайних частот диапазона.

В соответствии с теорией музыки октава содержит 12 полутонов. Следовательно, частота звука, на полтона большего, чем указанная, равна:

,

а частота звука на полтона меньшего, чем указанная, равна

.

Частота звука высотой, на а полутонов большей чем высота звука указанной частоты, равна:

.

Частота звука высотой, на а полутонов меньшей чем высота звука указанной частоты, равна:

.

Государственным стандартом установлена частота звука «ля» первой октавы. Она равна 440 Гц.

Пример. Определить частоту звука «до» первой октавы.

Решение. Звук «до» на девять полутонов ниже звука «ля» первой октавы. Поэтому а = 9. Можно записать:

Гц.

Пример. Определить частоту звука «си» первой октавы.

Решение. Звук «си» на два полутона выше звука «ля» первой октавы. Поэтому а = 2. Можно записать:

Гц.

Октавы часто делят на полуоктавы. Полуоктава состоит из 6 полутонов, то есть для звуков на полуоктаву выше указанной справедливо уравнение:

.

Для звуков полуоктавой ниже указанной, частота определяется уравнением:

.

Частота на полоктавы большая частоты 20 Гц будет равна:

Гц.

Частота на полоктавы меньшая частоты 20 Гц будет равна:

Гц.

Также часто октавы делятся на третьоктавы. Третьоктавы содержит 4 полутона, поэтому для звуков на третьоктавы выше указанной частота равна:

.

Частота на третьоктавы большая частоты 20 Гц будет равна:

Гц.

Для звуков на третьоктавы ниже указанной частота равна:

.

Частота на третьоктавы меньшая частоты 20 Гц будет равна:

Гц.

Государственным стандартом для акустических и звукотехническаих измерений установлен третьоктавный ряд измерительных частот (таблица)

Таблица. Стандартные ряды частот (Гц) для акустических измерений.

Отавный	31,5			63			125			250
полуоктавный	22		31,5	44		63	88		125	175		250
третьоктавный	20	25	31,5	40	50	63	80	100	125	160	200	250
Отавный	500			1000			2000			4000
полуоктавный	350		500	700		1000	1400		2000	2800		4000
третьоктавный	315	400	500	630	800	1000	1250	1600	2000	2500	3150	4000
Отавный	8000			16000
полуоктавный	5600		8000	11200		16000
третьоктавный	5000	6300	8000	10000	12500	16000	20000

Если по оси абсцисс на равных расстояниях расположить эти частоты, то получим логарифмический масштаб частот.

Тембр, это субъективно воспринимаемая звуковая «окраска», которая определяется составом, мощностью, временем и характером существования, возникновения и затухания частотных составляющих, характерных для данного звука.

Ощущение тембра определяется усредненным восприятием человеком совокупности всех составляющих звука, воспроизведенного сознанием, из частотного спектра данного звука с учетом всех особенностей частей составляющих этот звук.