Додаткові теоретичні відомості. Розрізняють об’єктивні та суб’єктивні характеристики звуку

Розрізняють об’єктивні та суб’єктивні характеристики звуку. Об’єктивними характеристиками звуку, як механічної хвилі, є інтен­сив­ність або сила звуку, частота та частотний спектр. Об’єктивні характеристики звуку можуть бути виміряні відповід­ни­ми приладами незалежно від людини. Зважаючи на те, що звук є об’єктом слухового сприйняття, він оцінюється людиною суб’єктив­но. Суб’єктивними харак­те­ристиками звуку є: гучність звуку, висота, тембр.

Інтенсивність звуку (I) є його енергетичною характеристикою. Вона визначається кількістю енергії (W), яка переноситься звуковою хвилею за одиницю часу через одиницю площі поверхні, розміще­ної перпендикулярно до напряму роз­пов­сюдження хвилі:

I = W/ (S×t). (3.73)

У системі СI сила звуку I, відповідно до формули (3.73), вимірюється в [ Вт/м ²].

Нормальне людське вухо сприймає достатньо широкий діа­па­зон інтенсивностей звуку: при частоті n = 1000 Гц від I _min = 10^–12 Вт/м ² (поріг чутності) до I _max = 10 Вт/м ² (поріг больового відчуття), тобто відношення інтенсивностей зву­ків для цих порогів становить величину 10¹³. У зв’язку з цим для порівняння інтенсивностей звуку зручно ввести логариф­мічну шкалу рівнів інтенсивності, тобто порівнювати не інтен­сивності звуку, а їх логарифми. Рівень інтен­сив­ності зву­ку, який відповідає порогу чутності, приймають за нульовий рівень шкали. Рівень іншої інтенсивності L іншого звуку виражають через десятковий логарифм відношення I/I ₀:

L = lg (I/I ₀). (3.74)

Рівень інтенсивності звуку вимірюють в Белах (Б) або децибелах (дБ). (Один Бел дорівнює десяти децибелам: 1 Б = = 10 дБ).

Перехід від шкали рівнів інтенсивності звуку до абсолют­них значень інтенсивності звуку може бути виконаний че­рез значення нульового рівня I ₀. Так, наприклад, якщо рі­вень інтенсивності звуку дорівнює 4 Бели, тобто L = lg(I/I ₀) = 4 Бел або (I/I ₀) = 10⁴, то значення інтенсивності звуку I дорівнює: I = I ₀×10⁴ Вт/м ². Підставляючи зна­чен­ня I ₀, одержимозначення I, яке дорівнює I = 10^–8 Вт/м ².

Суб’єктивна характеристика звуку – гучність Е, яка від­по­відає об’єктивній характеристиці – інтенсивності I, не під­даєть­ся точному кількісному виміру. Але на основі психофізичного закону Вебера–Фехнера можна дати кількісну оцінку гучності шляхом порівняння слухової чутності від двох джерел звуку (або двох різних слухових подразнень). Згідно з законом Вебера–Фехнера, рівень гучності даного звуку прямо пропорційний логарифму відношення його ін­тен­­сив­ності I до значення інтенсивності звуку I ₀, який відповідає поро­гу чутності (при однакових частотах звукових коливань), тобто:

E = k×;lg (I/I ₀), (3.75)

де k – коефіцієнт пропорційності, який залежить від частоти n та інтенсивності звуку I.

Якщо б коефіцієнт k був сталою величиною, то з формул (3.74) і (3.75) виходило б, що логарифмічна шкала рів­нів інтенсив­нос­ті звуку відповідає шкалі гучності. Але сильна залежність k від частоти звуку та інтенсивності не дозволяє вимір гучності звуку звести до простого використання формули (3.75).

Умовно вважають, що на частоті n = 1 кГц шкали гучності та рівнів інтенсивності звуку збігаються, тобто k = 1 або

Е = L = lg I/I ₀. (3.76)

Одиницею шкали гучності також є Бел (Б) або децибел (дБ). Один Бел гучності відповідає зміні гучності тону частотою 1000 Гц при зміні інтенсивності звуку в 10 разів. Децибел в шкалі гучності називають також фоном. Таким чином, рівень інтенсив­ності звуку частотою 1 кГц в децибелах, який виміряний за допомогою приладу, чисельно дорівнює гучності цього звуку в фонах. Гучність звуку на інших частотах можна виміряти, порівнюючи слухове відчуття дослід­жу­ваного звуку зі слуховим відчуттям звуку частотою 1 кГц. Отримані в результаті таких вимірів графіки залежності інтенсивності звуку (I) від частоти (n) при сталій гучності (E = const) називаються кривими однакової гучності (мал. 3.33). На мал. 3.33 приведені чотири таких кривих, що відповідають кривим однакової гучності для нульової гучності (0 фон), для 40, 80 фон і для больового порогу.

Особливе значення має крива нульової гучності, тобто залеж­ність порогу чутності від частоти звуку. Ця крива називається аудіограмою. Метод дослідження гостроти слуху називається аудіомет­рією (аудіо – звук, метрія – вимір). Гострота слуху визначається мінімальною інтенсивністю звуку (або порогом чутності), яка сприймається вухом людини. Виміри гостроти слуху показали, що у людини пороги чутності значно відрізняються на різних частотах. Так, порогові значення інтенсивності на частотах 1000 та 50 Гц відрізняються між собою майже в мільйон разів. Це свід­чить про значну спектральну чутливість вуха на порозі чутності. Отже, аудіо­грама являє собою сукупність порогових значень інтенсивності звуку на різних частотах. Методи клінічної аудіометрії дозволяють визначити послаблення слуху у пацієнта та порівняти гостроту його слуху з нормою. Різниця між виміряним порогом і середньостатистичним порогом нормального слуху, виражена в дБ, характеризує втрату (послаблення) слуху.

Аудіометрія проводиться за допомогою спеціальних апаратів – аудіометрів. По характеру сигнала, за допомогою якого вимірюєть­ся гострота слуху, аудіометри поділяються на тональні та мовні, найкращі зразки аудіометрів об’єдну­ють функції цих двох типів аудіометрів. При використанні тонального аудіометра гострота слуху оцінюється порогом чутності чистих тонів. При мовній аудіо­метрії гострота слуху визначається або порогом чутності мовного сигналу, або порогом розбірливості мовних звуків. Блок-схема аудіометра має такий вигляд (мал. 3.38):