Глава 7.

Слух и речь

Закон Вебера - Фехнера.

В 19 веке ученые Вебер и Фехнер сформулировали логарифмический закон психофизиологии, по которому слуховое ощущение громкости пропорционально логарифму раздражения (интенсивности звука).

Закон Вебера — Фехнера — эмпирический психофизиологический закон, заключающийся в том, что интенсивность ощущения пропорциональна логарифму интенсивности стимула.

В ряде экспериментов, начиная с 1834 года, Э. Вебер показал, что новый раздражитель, чтобы отличаться по ощущениям от предыдущего, должен отличаться от исходного на величину, пропорциональную исходному раздражителю. Так, чтобы два предмета воспринимались как различные по весу, их вес должен различаться на 1/30, а не на x грамм. Для различения двух источников света по яркости необходимо, чтобы их яркость отличалась на 1/100, а не на x люмен и т. д.

На основе этих наблюдений Г. Фехнер в 1860 году сформулировал «основной психофизический закон», по которому сила ощущения p пропорциональна логарифму интенсивности раздражителя S:

где S₀ — граничное значение интенсивности раздражителя: если S < S₀, раздражитель совсем не ощущается.

Так, люстра, в которой 8 лампочек, кажется нам настолько же ярче люстры из 4-х лампочек, насколько люстра из 4-х лампочек ярче люстры из 2-х лампочек. То есть количество лампочек должно увеличиваться в одинаковое число раз, чтобы нам казалось, что прирост яркости постоянен. И наоборот, если абсолютный прирост яркости (разница в яркости «после» и «до») постоянен, то нам будет казаться, что абсолютный прирост уменьшается по мере роста самого значения яркости. Например, если добавить одну лампочку к люстре из двух лампочек, то кажущийся прирост в яркости будет значительным. Если же добавить одну лампочку к люстре из 12 лампочек, то мы практически не заметим прироста яркости.

Можно сказать и так: отношение минимального приращения силы раздражителя, впервые вызывающего новые ощущения, к исходной величине раздражителя есть величина постоянная.

Закон Вебера — Фехнера можно объяснить тем, что константы скорости химических реакций, проходящих при рецептировании, нелинейно зависят от концентрации химических посредников физических раздражителей или собственно химических раздражителей.

Пример. Источник звука имел интенсивность I₁ = 0,01 Вт/м², затем интенсивность увеличилась в 100 раз и стала I₂ = 1 Вт/м². Тогда в соответствии с законом Вебера - Фехнера

.

Это значит, что если интенсивность I₂ увеличилась в 100 раз, то громкость увеличилась в 2 раза. Если интенсивность возрастет в 1000 раз, то громкость увеличится только в 3 раза:

.

Уровни. Единицы измерения.

Для объективной оценки слышимых звуков, восприятие интенсивности которых подчинено логарифмическому закону, введено понятие уровня интенсивности L_I, единица измерения Бел (Бел). В практических расчетах используется единица измерения Децибел (дБ), составляющая одну десятую часть Бела. 1 Бел равен 10 дБ.

Бел; дБ.

где I Вт/м² - интенсивность рассматриваемого звука, I_o = 10 ^-12 Вт/м² - интенсивность звука равная порогу слышимости на частоте 1000 Гц. В Париже в 1937г принято значение порога слышимости для частоты 1000 Гц, равное:

I_o = 10^-12 Вт/ м².

Ранее было показано, что

В уравнении - удельное акустическое сопротивление воздуха. Следовательно, можно говорить об уровнях звукового давления и колебательной скорости. Уровень звукового давления L_р определяется уравнением:

,