Характеристики звука
Физической акустике принято сопоставлять объективные (физические) и субъективные (психологические) характеристики звука.
Физические характеристики звука |
Психологические характеристики звука |
1. Гармонический спектр (характеризуется суммой всех частот ):
а) основная гармоника; б) высшие гармоники.1. Акустический спектр, характеризуется: а) основной тон (высота); измеряется в [мел] или [барк]; б) обертоны (тембр). | |
2. Интенсивность (плотность потока звуковой энергии), обозначается |
Звук, при распределении в среде представляет собой волны сгущения и разряжения ее частиц. В участках сгущения давление больше, чем в участках разряжения. Амплитуда периодических колебаний давления в среде, происходящих под действием распространяющего звука, называют звуковым давлением - р. Оно имеет размерность [Па] или [] Звуковым давлением определяется интенсивность звука, которая определяется так:
P - давление;
v - скорость распределения звука в данной среде;
- плотность среды [
].
- акустический импеданс среды.
Кроме того, I, как вектор Умова, можно рассчитать по формуле:
, если известна w - объемная плотность энергии звука, то есть, энергия, приходящаяся на единицу объема среды, в которой звук распространяется. Для установления взаимосвязи между интенсивностью и громкостью, вводятся еще две физические величины, которые характеризуют звук:
1. Уровень интенсивности - L.
2. Уровень громкости - Е.
L, или уровень звукового давления, определяется по формуле:
- эталонная интенсивность;
- любой исследуемый звук.
обычно выбирают меньше
Вт/
. Такая интенсивность чистого тона, f = 1 кГц, установлена, как средний порог слуховой чувствительности для человека. Эта интенсивность соответствует звуковому давлению, равному
Па. При к = 1, единицей уровня интенсивности L служит [Б] бел. При к = 10, единицей уровня интенсивности L служит [дБ], децибел. В медицине принято использовать децибельную шкалу. Если
, то L = 0, следовательно, 3 величины
и
, и L=0 дБ - характеризуют один и тот же звук. При
, L принимает положительно значение, при
, L < 0. Чем меньше L, тем лучше (выше) слуховая чувствительность. Человек лучше всего слышит звуковые тоны с f от 3 до 4 кГц.
Уровень громкости (Е) - это выражение различий в восприятии человеком звуков разной частоты. Уровнем громкости звука данной f называют уровень интенсивности звукового тона с f = 1 кГц, громкость которого при сравнении на слух эквивалентна громкости исследуемого звука.
Размерность физической величины Е - фон, - для звуков, частотой f = 1 кГц, значение Е и L совпадают. Так, если первая из них L составляет 0 дБ, то Е = 0 фонов (на f = 1 кГц). Средний порог слухового восприятия у человека составляет примерно 4 фонов. Болевые ощущения в ухе возникают под действием звуков, уровень громкости которых достигает примерно 130 фонов. Таким образом, все, что слышит человек, ограничивается звуковыми тонами, частота которых находится в диапазоне от 16 Гц до 20 кГц, а Е - от 4 до 130 фонов.