ГРОМКОСТЬ И УРОВЕНЬ ГРОМКОСТИ ЗВУКА.

Уровень интенсивности характеризует звук только с физической стороны. Из предыдущего следует, что зву­ки разных частот при одном и том же уровне интенсив­ности могут оказаться и слышимыми и неслышимыми. Для оценки субъективного восприятия звука по уров­ню введен ряд характеристик. Одной из таких характеристик служит уровень слухового ощущения (или просто уровень ощущения), определяемый законом Вебера-Фехнера. Согласно определению уровень ощущения

где Lпc — уровень интенсивности звука на пороге слы­шимости.

Все измерители уровня обычно градуируют по звуковому давлению, и поэтому результаты измерений выражают в величи­нах уровней звукового давления

Таким образом, уровень ощущения представляет со­бой уровень интенсивности звука, находящийся над уровнем порога слышимости на той же частоте. Он учи­тывает зависимость порога слышимости от частоты и, тем самым, более точно характеризует субъективное восприятие звука на разных частотах, чем уровень ин­тенсивности.

При уровнях гораздо выше уровня порога слыши­мости этот уровень все же неточно характеризует вос­приятие звука. Поэтому были введены понятия громко­сти и уровня громкости, с помощью которых можно получить более точную оценку субъективного восприя­тия звука.

Человек может довольно точно установить равенст­во громкостей двух звуков любого частотного состава. Это свойство слуха использовали для введения поня­тия уровня громкости. За эталон уровня громкости принимают уровень интенсивности чистого тона с ча­стотой 1000 Гц. Единица уровня громкости называется фоном. Итак уровень громкости в фонах на частоте 1000 Гц равен уровню его интенсивности в децибелах. За уровень громкости (в фонах) любого другого звука принимают уровень интенсивности в децибелах равногромкого с ним тона с частотой 1000 Гц, т. е. считают

где G — громкость звука.

Чтобы определить уровень громкости какого-либо звука, достаточно взять с частотой 1000 Гц и изме­нять его уровень до тех пор, пока его громкость не бу­дет одинаковой с громкостью определяемого звука. Уро­вень интенсивности эталонного тона при этом численно будет равен уровню громкости определяемого звука.

На рис. 2.6 приведены кривые равной громкости, полученные при сравнении тонов разных частот с эталонным. Они определены для всего диапазона слухово­го восприятия по частоте и уровню. Как видим, по ме­ре повышения уровня громкости кривые равной гром­кости спрямляются. Например, для нулевого уровня громкости (на пороге слышимости) уровень интенсив­ности тона с частотой 100 Гц равен 38 (см. рис. 2.6).

а тона с частотой 500 Гц — 7 дБ. Для получения уров­ня громкости, равного 80 фон (см. рис. 2.6, кривая 80), уровень интенсивности тех же тонов должен быть взят равным соответственно 83 и 80 дБ, т. е. оба тона будут практически одинаково громки, если они будут иметь одинаковые уровни интенсивности.

Следователь­но, на высоких уровнях громкости слух имеет частот­ную характеристику чувствительности, близкую к рав­номерной, поэтому физическая и субъективная харак­теристики будут близки друг к другу. Это обстоятель­ство привело к двум практическим рекомендациям.

Допустим, что слушание радиопередачи идет на уровне 80 фон, при этом все частотные составляющие передачи при их одинаковой интенсивности звучат поч­ти одинаково громко. Теперь уменьшим усиление (приемника) на 30 дБ, тем самым уровень интенсивно­сти звучания снизится на 30 дБ. Вследствие этого ча­стотные составляющие, находящиеся около частоты 1000 Гц, будут иметь уровень громкости 50 фон, а со­ставляющие, находящиеся около частоты 100 Гц, снизятся по уровню громкости до значения, равного 22 фон (см. крестики рис. 2.6); они будут звучать менее громко, чем средние частоты. Чтобы звучание низких частот осталось таким же, как и звучание средних, не обходимо скорректировать частотную характеристик приемника путем подъема его чувствительности на низких частотах (на 17—20 дБ на частоте 100 Гц). В хо- роших радиоприемниках при уменьшении коэффициента усиления автоматически корректируется величин усиления на низких частотах (происходит увеличение коэффициента усиления).

При измерении высоких уровней громкости шумочувствительность измерителей (шумомеров) должен быть почти не зависящей от частоты, что соответствует субъективному восприятию звука по громкости. При измерении низких уровней громкости показания шумомера будут близкими к субъективным только, если при этом будет учтено то обстоятельство, что слух слабее воспринимает низкие частоты, чем средние при низких уровнях громкости.

Для иллюстрации в табл. 2.1 приведены уровни громкости в фонах и громкости в сонах для ряда типо­вых звучаний.

Таблица 2.1

ЭФФЕКТ МАСКИРОВКИ.

Известно, что в тишине можно отлично слышать писк комара и жужжание мухи, тикание часов и т. п., а в шуме и при помехах можно не услышать даже гром­кий звонок, т. е. при шуме и помехах порог слышимо­сти для слабого звука увеличивается. Это повышение порога слышимости называют маскировкой. Величина маскировки определяется по формуле

где Lп.c.ш и Lп.с.т — уровни порогов слышимости в тиши­не и в шумах.

При увеличении порога слышимости соответственно изменяется и уровень ощущения Е. При интенсивности I в условиях приема в шумах для уровня ощущения звука имеем

где Iп.с.ш - интенсивность на пороге слышимости при наличии помех и шумов; Ет - уровень ощущения того же звука в тишине.

Таким образом, при изменении уровня помех даже при неизменном уровне интенсивности звука уровень ощущения изменяется.

Это явление объясняется тем, что при действии поме­хи, имеющей частотные составлющие в той же области, что и принимаемый звук, а по уровню интенсивности значительно превышающей уровень принимаемого зву­ка, нервные окончания уже возбуждены и посылают импульсы в слуховой центр, соответствующие помехе. Из-за дискретности восприятия слабый принимаемый звук ничего не может добавить к этому восприятию, и поэтому мы его не слышим. Если бы помеха была убрана, то он смог бы возбудить нервные окончания соответст­венно своему уровню и частотным составляющим. Не­ясное ощущение принимаемого звука получается тогда, когда интенсивность слабого звука, добавляясь к ин­тенсивности помехи в этой же критической полоске слуха, создает суммарную интенсивность, достаточную для скачка на следующую градацию уровня ,т. е. при увеличении интенсивности в среднем на 20%. Четкое же ощущение принимаемого звука по­лучается только тогда, когда уровень принимаемого звука превышает уровень составляющих помехи, нахо­дящихся в той же критической полоске слуха, что и принимаемый звук.

Низкочастотные тоны сильнее маскируют высоко­частотные. Объясняется это тем, что волокна улитки, резонирующие на низких частотах, находятся далеко от овального окна (см. рис. 2.1), поэтому лимфа, ко­леблющаяся в каналах улитки в той или иной степени, возбуждает все волокна, находящиеся ближе их к овальному окну, т. е. высокочастотные волокна. На вы­соких частотах резонирующие волокна находятся близ­ко от овального окна и колебания лимфы замыкаются, не доходя до более удаленных низкочастотных волокон. Если помеха широкополосная, то даже при боль­шом превышении общего ее уровня над уровнем при­нимаемого тона последний может быть услышан, по­скольку уровень помех, находящихся в пределах крити­ческой полоски (в которой находится и принимаемый тон), может быть довольно малым. Для равномерной помехи в диапазоне частот 100—5000 Гц это превыше­ние достигает 15 дБ.

Для низких уровней частотный диапазон маскиров­ки мал, для высоких — он простирается на широкую область частот, лежащих выше частоты маскирующего тона. При этом можно отметить повышение маскиров­ки на частотах, кратных частоте маскирующего тона (см. рис. 2.7а, на частотах 2000 Гц). Снижение маскировки

(провалы) при небольшой разности частот маскирующе­го и маскируемого тонов (см. рис. 2.7а, на частотах 1000 и 2000 Гц) объясняются попаданием их в одну и ту же критическую полоску слуха (появляются слыши­мые биения частот).

Шумовая маскировка имеет плавный спад к высо­ким частотам и крутой к низким (рис. 2.76).

На рис. 2.7а и б приведены кривые маскировки, иллюстрирующие сказанное.

Кроме маскировки, шумы и помехи при их значительном уров­не и длительном воздействии вызывают необратимые явления в слуховом органе: наиболее чувствительные клетки органа Корти изнашиваются, и порог слышимости повышается (человек глохнет). Это наблюдается у клепальщиков, машинисток и людей профессий, связанных с пребыванием в шумах. По той же причине городские жители имеют пороги [слышимости выше, чем сельские Порог слышимости повышается и у детей, которых регулярно «убаюкивает» громкая радиопередача. Отмечено, что у молодежи за последние годы резко возросли пороги слышимости. Причиной этого явилось увлечение поп-музыкой, отличающейся высокими уров­нями громкости звучания.

ГРОМКОСТЬ СЛОЖНЫХ ЗВУКОВ.

Два тона или узкополосных шума с небольшим уровнем громкости, отстоящие по частоте не менее чем на две октавы, не маскируют друг друга. В этом случае суммарная громкость будет равна сум­ме громкостей обоих звуков. Если их громкости равны, то суммар­ная громкость удвоится, что соответствует увеличению уровня

громкости на 10 фон (см. § ,2.6). С другой стороны, если оба звука попадают в одну критическую полоску слуха, то складываются их интенсивности. Когда оба звука имеют высокий уровень интенсив­ности или когда их частоты находятся в диапазоне 500—4000 Гц .Уровень суммарной интенсивности (если они имеют одинаковый Уровень) увеличится на 3 дБ, на столько же увеличится и уровень громкости (в фонах). Это два крайних случая суммирования гром­костей.

Если оба звука (тона или узкополосных шума) отстоят друг от друга по частоте ,а интервал менее двух октав или низкочас­тотный звук имеет высокий уровень, то появляется (маскировка од­ного звука другим, вследствие чего суммарная громкость будет меньше суммы громкостей обоих звуков. И чем ближе звуки по частоте, тем значительнее это уменьшение. Вычислить громкость дискретных спектров очень сложно. Громкость шумов с широко­полосным спектром можно вычислить по специальным номограм­мам. На рис. 2.8 приведены зависимости громкости и уровня гром­кости от уровня интенсивности для тона с частотой 1000 Гц, для широкополосных шумов белого типа и с одинаковой интенсивно­стью в критических полосках (так называемый равномерно воздей­ствующий шум — РВШ). Как видно из этих графиков, для тона, согласно определению, уровни интенсивности и уровни громкости численно равны друг другу, а для РВШ уровень громкости на 20 фон выше уровня интенсивности. Поэтому для намерения гром­кости шума необходимо применять специальные измерители, учиты­вающие маскировку звука. В обычных шумомерах это не преду­смотрено, по этим измерениям определяют только уровень интен­сивности с поправкой на изменение кривой равной громкости.