1. Звук и тон – физическое явление колебания воздуха, улавливается слухом.

Тон – субъективное состояние по поводу услышанного.

Тон происходит от греческого - натяжение, напряжение, отсюда латинское in tono и «интонация».

Звук – сочетание различных колебаний, слух их суммирует в тон.

В звуке различаются основной тон и его обертоны (гармоники).
Особо усиленные обертоны называются формантой.

В звуке субъективно выделяются:
громкость (физически соответствует амплитуде волны)
высота (физически соответствует частоте)
тембр (характерная совокупность обертонов)

2. Главные акустические закономерности

Скорость звука в воздухе прямо пропорциональна квадратному корню из абсолютной температуры воздуха:
,
где Т – температура в кельвинах, 1К=273^оС. При температуре воздуха 20^оС скорость звука равна 342 м/с.

Длина волны прямо пропорциональна скорости звука и обратно пропорциональна его частоте:
,
где С – скорость звука, f – его частота (Гц, циклов в 1 сек).

При скорости звука 342 м/с длина волны звука 50 Гц равна 6,8 м, для звука 1 кГц длина волны составит 34 см.

В звуке различают: атаку (вспышка всех обертонов), развитие, угасание (рис.1)

рис.1
1 – атака, 2 – начальное затухание, 3 – постоянный уровень (sustain), 4 – концевое угасание (release).

Зависимость уменьшения звукового давления от расстояния:
на 0 Дб при1 м
на 5 Дб при 1,8 м
на 10 дБ при 3 м
на 15 дБ при 5,5 м
на 20 дБ при 10 м
на 25 дБ при 18 м
на 30 дБ при 35 м
на 35 дБ при 60 м
на 40 дБ при 110 м.

3. Психоакустические факторы

Главные резонаторы у человека:
грудная клетка
пазухи черепа

Во внутреннем ухе – улитка, 2,75 витка. Высокие частоты берут наружные волосковые клетки (ок 20 тыс штук), низкие – близкие к вершине.

Громкость – она же называется «уровнем звукового давления» или «интенсивностью звучания». Для измерения используется логарифмическая шкала Белла; 1 белл (1Б, 1B) соответствует десятикратному изменению интенсивности звучания.
0 Б соответствует слуховому порогу (10^-12 Вт/м², давление 2*10^-5 Па, шепот с расстояния 10 м), 1Б = 100дБ (децибелл) – приблизительно очень громкому голосу на расстоянии 15 см.

Минимальное различение интенсивностей в среднем 3 дБ.
При нормальном слухе в звуке интенсивностью 60 дБ в пределах одного тона распознается до 1800 разных по высоте звуков.

Структура слышимости - на рисунке 2

рис.2; пунктиром внизу рисунка обозначено изменение порога тишины для людей, часто слушающих громкую музыку.

Пределы слышимости человеком – от 10 Гц до 30 кГц; звуки ниже 20 Гц – инфразвуки, выше 20 кГц – ультразвуки.
Высокие частоты кажутся чуть громче, эффект «желтого пятна слуха» на 1 – 4 кГц.
Оптимум звуковосприятия 2 –5 кГц<

Некоторые «бытовые» шумы – в табл.2.

дБ	тип звука, расстояние до источника
0	слуховой порог
10	шум внутри звуконепроницаемой комнаты
40	стандарт шума в городской квартире, шепот (30 см)
50	шепот (10 см), тихий разговор (1м)
60	разговор (1м), пылесос (2м)
70	акустическая гитара, пальцы (40 см), громкий разговор (1м)
80	акустическая гитара (40 см), крик
90	тихая игра на саксофоне (40 см), звук в механическом цехе
100	между станками в цехе, пневматическая дрель (5 шагов)
110	колокольчик (10 см)
120	поршневой авиадвигатель (3м)
130	камертон (3 см)
140	барабанный бой (3 см), реактивный двигатель (3м)

табл.2: соответствия некоторых «бытовых шумов» и шкалы (дБ)

4. Некоторые слуховые феномены. Механизмы восприятия, одновременно: сенсорный (слух) моторный (мышечный ответ) Сенсорные поля (со-ощущения), «тональная иррадиация», «цветовой слух».

Некоторые признаки «абсолютного слуха»: у каждого звука индивидуальная окраска

б) по сенсорным полям в) тонкое звукоразличение

г) настройка по шкале, интонация встраивается в шкалу

д) узнавание звука в среднем около 0,7 сек (у неабсолютников от секунд до суток)

е) выключение моторного компонента (в узнавании звука не участвуют мышцы).

По расчетам Р.Вуда, 50 тыс. болельщиков за полтора часа шума на стадионе вырабатывают тепла, достаточного, чтобы согреть чашку кофе.

Через кости черепа человек способен воспринимать и различать ультразвуки до 200 кГц.

В зависимости от локализации восприятие звуков избирательно, рис.3:

(адаптация рисунка из: H.Fastl, E.Zwicker, Psychoacoustics: Facts and Models. Springer Berlin,2007:310)

Также восприятие звуков разных частот зависит от возраста, рис. 4:

рис.4.

5. Медицинские эффекты

При 3 кГц на 150 дБ энергия начинает в теле переводиться в тепло. 9 минут в таких условиях смертельны.

Если 4 мес по 5 часов ежедневно пребывать в условиях шума 96 дБ – 2 кГц, нарушается свертываемость крови

Низкочастотные резонансы 10-45 Гц при высокой интенсивности могут спровоцировать кровоизлияние в легкие.

Сильное воздействие вибрации по телесному резонансу способно ослабить дейцствие радиации в первые сутки после облучения.

Кратковременная низкочастотная вибрация резко повышает потребление кислорода.

Резонанс зрительной системы 20 – 24 Гц (вплоть до невозможности видеть).

Copyright © А.Крамер, 2007