Акустика. Слух и его свойства

1. А. Г. САМОЙЛОВ, С.А. САМОЙЛОВ ОСНОВЫ АКУСТИКИ И ЭЛЕКТРОАКУСТИКИ

Учебное пособие предназначено для
студентов специальности
210405 – Радиосвязь, радиовещание и
телевидение, а также для магистров
направления 210300 – Радиотехника.

2. Лекция 1. Слух и его свойства

Основные свойства слуха:
частотный анализатор,
дискретизатор по частоте,
дискретизатор по динамическому
диапазону колебаний,
бинауральный эффект (на частотах выше
150 Гц ).
память к звукам продолжительностью
более 250 мкс

3. Слуховой аппарат человека

I, II, III – наружное, среднее и внутреннее ухо соответственно; 1 – ушная
раковина; 2 – слуховой проход; 3 – воронковидная барабанная перепонка;
4 – мышцы, поддерживающие слуховые косточки 5, 6, 7; 5 – молоточек; 6 –
наковальня; 7 – стремячко; 8 – овальное окно, соеди-няющее среднее и
внутреннее ухо; 9 – евстахиева труба, соединяю-щая среднее ухо с
носоглоткой для выравнивания атмосферного давления по обе стороны
барабанной перепонки; 10 – канал вести-булярного ап-парата; 11 –
спиралеобразная улитка, разделенная на три канала, заполненные
лимфой; 12 – мембрана Рейснера; 13 – основная мембрана с кортиевым
органом из 22 тысяч волосковых клеток, чувствительных к давлению и
деформациям самой мембраны; 14 – пучок нервных волокон,
называемый слуховым нервом.

4.

Общепризнанной электрической модели слуха пока нет.
Обычно наружное ухо уподобляют антенне, среднее ухо
транс-форматору тока и напряжения, внутреннее ухо
многоканальному анализатору спектра.
Рычажное устройство преобразовывает акустические
колебания с высокой колебательной скоростью и
небольшим давлением в колебания лимфы с малой
скоростью и высоким давлением.
Основная мембрана является анализатором частоты.
Резонансная
частота
каждого
нервного
волокна
определяется расстоянием от овального окна и массой
лимфы, а также параметрами волокна как натянутой
струны
Улитка с помощью множества волоконцев, дифференцированно реагирующих на частоту и силу давления,
формирует цифровой поток импульсов по первичным
волокнам передающихся к полушариям мозга, где и
формируется звуковая картина сообщения.

5.

Процесс передачи нервных
раздражений имеет электрохимический характер и изучен пока недостаточно. Из левого уха большая часть
информации поступает в правое
полушарие головного мозга, отвечающее за эстетическое восприятие,
а из правого уха в левое полушарие
головного мозга, отвечающее за
смысловую обработку информации.

6.

P0 2 10 5 Па ,
I 0 10 12 Вт/м 2
Наименьшее звуковое давление чистого
тона, воспринимаемое ухом, называют
порогом слышимости - o
_____________________________________
Порог слышимости таков, что значение
звукового давления всего на порядок
больше давления, соответствующего
тепловому движению молекул воздуха.
При более чувствительном слухе человек
слышал бы шум от движения молекул.
Наибольшее звуковое давление до появления болевого ощущения называется боле-

7.

Слуховой
аппарат
обладает
дифференциальной чувствительностью – способностью различать изменения частоты и
изменения силы звука I.
Люди с острым слухом различают звуки до
10 октав по частоте (16 – 20000 Гц), отличающиеся по давлению в 106-107 раз (120140 дБ).
Нижняя граница слышимых звуков около
16 Гц, а верхняя около 20 кГц. Верхняя
граница неустойчива и у многих людей
старше 50 лет слуховое восприятие на
частотах выше 12 кГц пропадает.

8.

Акустические колебания с частотой менее 16 Гц ( инфразвуки )
человек не воспринимает слухом,
но они негативны для его организма, так как на низких частотах
находятся собственные резонансы
некоторых внутренних органов (27
Гц – желудок, 17 и 23 Гц – сердце,
10 Гц – корпус человека и т.д.).

9. Область слухового восприятия человека

10.

Слуховой аппарат превращает
сплошной спектр звуковых частот в
дискретный.
На основании экспериментальных
данных установлено, что ухо на
частоте 1000 Гц может различать 370
градаций по уровню, а в диапазоне
частот от 31 Гц до 1000 Гц 1400
градаций чистого тона.
Общее число градаций различимых ухом тонов превышает 300000.
Порог различения слуха по частоте
составляет 4 %, что близко к дифференциальному порогу различения
яркости света (5 %).

11.

Воздействие на слух посторонних
не информационных звуков
мешает звуковому восприятию.
Это называют маскировкой звука,
которая эквивалентна изменению
порога слышимости.
Сигналы длительностью менее 250
мкс в слуховом аппарате человека
обрабатываются плохо и становятся незаметными на слух.

12.

Меру частоты колебаний звука называют высотой звука. На частотах до
1000 Гц высота тона почти пропорциональна его частоте, на высоких
частотах эта зависимость близка к
логарифмической.
Условились частоту тона с частотой
1000 Гц и с уровнем ощущения 40 дБ
считать равной 1000 мел или 1 сону
= 10 барк (1 барк = 100 мел).

13. Высота тона в зависимости от частоты

14.

Широко применяется музыкальная
шкала высот тона. Октава (изменение
частоты в два раза) делится на 12
полутонов. Каждый полутон
соответствует изменению частоты в
раза.
Полутона делятся на 100 частей,
называемых центами.
Октавы имеют названия от нижних
частот – субконтроктава, контроктава,
большая, малая, первая, вторая,
третья, четвертая.

15.

Условились за уровень громкости
принимать равногромкий со звуком
чистый тон 1000 Гц. За единицу уровня
громкости принят фон –уровень
интенсивности звука на частоте 1000 Гц.
L=10lgI+120 [фон], для f=1000Гц.
Для определения громкости звука берут
сигнал частотой 1000 Гц и увеличивают
его до равной громкости с измеряемым
звуком и искомая громкость будет равна
уровню эталонного тона.

16.

Уровень громкости хотя и характеризует
восприятие звука по уровню, но масштаб
не соответствует ощущениям.
Например, увеличение уровня громкости
на 10 фон в диапазоне выше 40 фон
соответствует субъективному ощущению
увеличения громкости только вдвое.
Фон как единица неудобен тем, что нельзя простым сложением громкости разных
звуков найти суммарную громкость.
Поэтому ввели сложную шкалу новых
единиц - сон. Уровень громкости в 40 фон
назвали 1 сон.

17. График пересчета громкости звуков

18.

Так как шум это не чистые тона, то
измеряют шум не в фонах, а в дБ по
шкале А (шкала для уровней
громкости 35 - 40 фон, где измерения
и субъективные восприятия близки),
то есть в единицах дБ/A - единицах
шкалы шумомеров.
Шумы пересчитывают в октавные
уровни, отнесенные к средней
частоте октавы, дБ/А.

19. Шум, дБ/ A

Реактивный самолет, находящийся
рядом
– 120 - 150
Болевой порог
– 120
Сирена воздушной тревоги – 110
Громовая музыка
– 100
Шум в метро
– 90
Улица с транспортом
– 70- 80
Обычный разговор
– 60
Тихая улица
– 40
Больница
– 20

20. Санитарные нормы, дБ/A

Для сна
Для лабораторий и
конструкторских бюро
Для производственных
помещений (цехов)
– 40
– 45
– 85