Какую наибольшую частоту звуковых колебаний воспринимает человек. Как расшифровать аудиограмму — подробное руководство от врача

Тугоухость – это патологическое состояние, характеризующееся снижением слуха и затрудненным восприятием разговорной речи. Встречается достаточно часто, особенно у пожилых. Однако в наши дни намечается тенденция к более раннему развитию тугоухости, в том числе среди молодежи и детей. В зависимости от того, насколько ослаблен слух, тугоухость делится на различные степени.

Что такое децибелы и герцы

Любой звук или шум можно охарактеризовать двумя параметрами: высотой и силой звучания.

Высота звука

Высота звука определяется количеством колебаний звуковой волны и выражается в герцах (Гц): чем больше герц, тем выше тон. Например, самая первая белая клавиша слева на обычном фортепиано («ля» субконтроктавы) издает низкий звук с частотой 27,500 Гц, а самая последняя белая клавиша справа («до» пятой октавы) выдает 4186,0 Гц.

Ухо человека способно различать звуки в пределах 16–20 000 Гц. Все, что меньше 16 Гц, называют инфразвуком, а свыше 20 000 – ультразвуком. Как ультразвук, так и инфразвук человеческим ухом не воспринимаются, но могут влиять на организм и психику.

По частоте все слышимые звуки можно разделить на высоко-, средне- и низкочастотные. К низкочастотным относятся звуки до 500 Гц, к среднечастотным – в пределах 500–10 000 Гц, к высокочастотным – все звуки с частотой более 10 000 Гц. Человеческое ухо при одинаковой силе воздействия лучше слышит именно среднечастотные звуки, которые воспринимаются более громкими. Соответственно низко- и высокочастотные «слышатся» более тихими, а то и вовсе «перестают звучать». В целом после 40–50 лет верхняя граница слышимости звуков снижается с 20 000 до 16 000 Гц.

Сила звучания

Любой звук может воздействовать на орган слуха по-разному. Это зависит от его силы звучания, или громкости, которая измеряется в децибелах (дБ).

Нормальный слух способен различать звуки начиная от 0 дБ и выше. При воздействии громкого звука силой более 120 дБ .

Наиболее комфортно ухо человека чувствует себя в диапазоне до 80–85 дБ.

Для сравнения:

• зимний лес в безветренную погоду – около 0 дБ,
• шелест листьев в лесу, парке – 20–30 дБ,
• обычная разговорная речь, работа в офисе – 40–60 дБ,
• шум от двигателя в салоне автомобиля – 70–80 дБ,
• громкие крики – 85–90 дБ,
• раскаты грома – 100 дБ,
• отбойный молоток на расстоянии в 1 метр от него – около 120 дБ.

Степени тугоухости относительно силы громкости

Обычно различают следующие степени потери слуха:

• Нормальный слух – человек слышит звуки в интервале от 0 до 25 дБ и выше. Он различает шелест листвы, пение птиц в лесу, тиканье настенных часов и т. п.
• Тугоухость:

1. I степень (легкая) – человек начинает слышать звуки от 26–40 дБ.
2. II степень (умеренная) - порог восприятия звуков начинается от 40–55 дБ.
3. III степень (тяжелая) – слышит звуки от 56–70 дБ.
4. IV степень (глубокая) – от 71–90 дБ.

• Глухота – это состояние, когда человек не слышит звук громкостью более 90 дБ.

Сокращенный вариант степеней тугоухости:

1. Легкая степень – способность воспринимать звуки менее 50 дБ. Человек понимает разговорную речь практически в полном объеме на расстоянии более 1 м.
2. Средняя степень – порог восприятия звуков начинается при громкости от 50–70 дБ. Общение друг с другом затруднено, т. к. в этом случае человек слышит хорошо речь на расстоянии до 1 м.
3. Тяжелая степень – более 70 дБ. Речь обычной интенсивности уже не слышна или неразборчива у самого уха. Приходится кричать или пользоваться специальным слуховым аппаратом.

В повседневной практической жизни специалисты могут использовать и другую классификацию потери слуха:

1. Нормальный слух. Человек слышит разговорную речь и шепот на расстоянии более 6 м.
2. Легкая степень потери слуха. Разговорную речь человек понимает с расстояния более 6 м, однако шепот слышит уже не более чем в 3–6 метрах от себя. Пациент может различать речь даже при постороннем шуме.
3. Умеренная степень потери слуха. Шепот различает на расстоянии не более 1–3 м, а обычную разговорную речь – до 4–6 м. Восприятие речи может нарушаться при постороннем шуме.
4. Значительная степень потери слуха. Разговорная речь слышна не далее как на расстоянии 2–4 м, а шепот – до 0,5–1 м. Отмечается неразборчивое восприятие слов, некоторые отдельные фразы или слова приходится повторять несколько раз.
5. Тяжелая степень. Шепот практически не различает даже у самого уха, разговорную речь даже при крике различает с трудом на расстоянии менее 2 м. Больше читает по губам.

Степени потери слуха относительно высоты звуков

• I группа. Пациенты способны воспринимать только низкие частоты в пределах 125–150 Гц. Они реагируют только на низкий и громкий голос.
• II группа. В этом случае становятся доступными для восприятия более высокие частоты, которые находятся в пределах от 150 до 500 Гц. Обычно становятся различимыми для восприятия простые разговорные гласные «о», «у».
• III группа. Хорошее восприятие низких и средних частот (до 1000 Гц). Такие пациенты уже слушают музыку, различают звонок в дверь, слышат почти все гласные, улавливают смысл простых фраз и отдельных слов.
• IV группа. Становятся доступными для восприятия частоты до 2000 Гц. Пациенты различают почти все звуки, а также отдельные фразы и слова. Понимают речь.

Данная классификация потери слуха важна не только для правильного подбора слухового аппарата, но и определения детей в обычную или специализированную школу для .

Диагностика снижения слуха

Наиболее точными достоверным способом выявить и определить степень снижения слуха является аудиометрия. Для этой цели пациенту надеваются специальные наушники, в которые подается сигнал соответствующих частот и силы. Если испытуемый слышит сигнал, то он дает об этом знать нажатием кнопки прибора или кивком головы. По результатам аудиометрии строят соответствующую кривую слухового восприятия (аудиограмму), анализ которой позволяет не только выявить степень снижения слуха, но и в некоторых ситуациях получить более углубленное представление о природе тугоухости.
Иногда при проведении аудиометрии не надевают наушники, а используют камертон или просто произносят определенные слова на некотором расстоянии от пациента.

Когда следует обязательно обратиться к врачу

Обратиться к ЛОР-врачу необходимо, если :

1. Вы стали поворачивать голову в сторону того, кто говорит, и при этом напрягаетесь, чтобы услышать его.
2. Проживающие с вами родные или пришедшие в гости друзья делают замечание по поводу того, что вы слишком громко стали включать телевизор, радио, плеер.
3. Звонок в дверь звучит теперь не так отчетливо, как раньше, или вы вообще перестали его слышать.
4. При разговоре по телефону вы просите собеседника говорить более громко и четко.
5. Стали просить повторить то, что вам сказали еще раз.
6. Если вокруг шумят, то услышать собеседника и понять, о чем он говорит, становится гораздо труднее.

Несмотря на то что , в целом чем раньше установлен верный диагноз и начато лечение, тем лучше результаты и тем больше вероятности того, что слух сохранится еще на долгие годы.

Сегодня мы разбираемся, как расшифровать аудиограмму. В этом нам помогает Светлана Леонидовна Коваленко — врач высшей квалификационной категории, главный детский сурдолог-оториноларинголог Краснодара, кандидат медицинских наук .

Краткое изложение

Статья получилось большой и подробной — чтобы понять, как расшифровать аудиограмму, надо сначала познакомиться с основными терминами аудиометрии и разобрать примеры. Если у вас нет времени долго читать и разбираться в деталях, в карточке ниже — краткое изложение статьи.

Аудиограмма — график слуховых ощущений пациента. Она помогает диагностировать нарушения слуха. На аудиограмме две оси: горизонтальная — частота (количество звуковых колебаний в секунду, выражается в герцах) и вертикальная — интенсивность звука (относительная величина, выражается в децибелах). На аудиограмме отмечается костная проводимость (звук, который в виде вибраций доходит до внутреннего уха через кости черепа) и воздушная проводимость (звук, который достигает внутреннего уха обычным путём — через наружное и среднее ухо).

При аудиометрии пациенту подают сигнал разной частоты и интенсивности и отмечают точками величину минимального звука, который слышат пациент. Каждая точка показывает минимальную интенсивность звука, при которой пациент слышит на конкретной частоте. Соединив точки, получаем график, а точнее, два — один для костного звукопроведения, другой — для воздушного.

Норма слуха — когда графики лежат в диапазоне от 0 до 25 дБ. Разница между графиком костного и воздушного звукопроведения называется костно-воздушным интервалом. Если график костного звукопроведения в норме, а график воздушного лежит ниже нормы (присутстувет костно-воздушный интервал), это показатель кондуктивной тугоухости. Если график костного звукопроведения повторяет график воздушного, и оба лежат ниже нормального диапазона, это говорит о сенсоневральной тугоухости. Если чётко определяется костно-воздушный интервал, и при этом оба графика показывают нарушения, значит, тугоухость смешанная.

Основные понятия аудиометрии

Чтобы понять, как расшифровать аудиограмму, сначала остановимся на некоторых терминах и самой методике аудиометрии.

У звука две основные физические характеристики: интенсивность и частота.

Интенсивность звука определяется силой звукового давления, которое у человека весьма вариабельно. Поэтому для удобства принято пользоваться относительными величинами, такими как децибелы (дБ) — это десятичная шкала логарифмов.

Частоту тона оценивают количеством звуковых колебаний в секунду и выражают в герцах (Гц). Условно диапазон звуковых частот делят на низкие — ниже 500Гц, средние (речевые) 500−4000Гц и высокие — 4000Гц и выше.

Аудиометрия — это измерение остроты слуха. Эта методика субъективна и требует обратной связи с пациентом. Исследующий (тот, кто проводит исследование) при помощи аудиометра подаёт сигнал, а исследуемый (слух которого исследуют) даёт знать, слышит он этот звук или нет. Чаще всего для этого он нажимает на кнопку, реже — поднимает руку или кивает, а дети складывают игрушки в корзину.

Существуют различные виды аудиометрии: тональная пороговая, надпороговая и речевая. На практике наиболее часто применяется тональная пороговая аудиометрия, которая определяет минимальный порог слуха (самый тихий звук, который слышит человек, измеряемый в децибелах (дБ)) на различных частотах (как правило, в диапазоне 125Гц — 8000 Гц, реже до 12 500 и даже до 20 000 Гц). Эти данные отмечаются на специальном бланке.

Аудиограмма — график слуховых ощущений пациента. Эти ощущения могут зависеть как от самого человека, его общего состояния, артериального и внутричерепного давления, настроения и т. д. , так и от внешних факторов — атмосферных явлений, шума в помещении, отвлекающих моментов и т. д.

Как строится график аудиограммы

Для каждого уха раздельно измеряют воздушную проводимость (через наушники) и костную проводимость (через костный вибратор, который располагают позади уха).

Воздушная проводимость — это непосредственно слух пациента, а костная проводимость — слух человека, исключая звукопроводящую систему (наружное и среднее ухо), её ещё называют запасом улитки (внутреннего уха).

Костная проводимость обусловлена тем, что кости черепа улавливают звуковые вибрации, которые поступают ко внутреннему уху. Таким образом, если имеется препятствие в наружном и среднем ухе (любые патологические состояния), то звуковая волна достигает улитки благодаря костной проводимости.

Бланк аудиограммы

На бланке аудиограммы чаще всего правое и левое ухо изображены раздельно и подписаны (чаще всего правое ухо слева, а левое ухо справа), как на рисунках 2 и 3. Иногда оба уха отмечаются на одном бланке, их различают либо цветом (правое ухо всегда красным, а левое — синим), либо символами (правое кругом или квадратом (0---0---0), а левое — крестом (х---х---х)). Воздушную проводимость всегда отмечают сплошной линией, а костную — прерывистой.

По вертикали отмечают уровень слуха (интенсивность стимула) в децибелах (дБ) с шагом в 5 или 10 дБ, сверху вниз, начиная от −5 или −10, а заканчивая 100 дБ, реже 110 дБ, 120 дБ. По горизонтали отмечаются частоты, слева направо, начиная от 125 Гц, далее 250 Гц, 500Гц, 1000Гц (1кГц), 2000Гц (2кГц), 4000Гц (4кГц), 6000Гц (6кГц), 8000Гц (8кГц) и т. д. , могут быть некоторые вариации. На каждой частоте отмечается уровень слуха в децибелах, потом точки соединяют, получается график. Чем выше график, тем лучше слух.

Как расшифровать аудиограмму

При обследовании больного в первую очередь необходимо определить топику (уровень) поражения и степень слуховых нарушений. Правильно выполненная аудиометрия даёт ответ на оба этих вопроса.

Патология слуха может быть на уровне проведения звуковой волны (за этот механизм отвечает наружное и среднее ухо), такую тугоухость называют проводниковой или кондуктивной; на уровне внутреннего уха (рецепторный аппарат улитки), данная тугоухость является сенсоневральной (нейросенсорной), иногда бывает сочетанное поражение, такую тугоухость называют смешанной. Крайне редко встречаются нарушения на уровне слуховых проводящих путей и коры головного мозга, тогда говорят о ретрокохлеарной тугоухости.

Аудиограммы (графики) могут быть восходящими (чаще всего при кондуктивной тугоухости), нисходящими (чаще при сенсоневральной тугоухости), горизонтальными (плоскими), а также иной конфигурации. Пространство между графиком костной проводимости и графиком воздушной — это костно-воздушный интервал. По нему определяют, с каким видом тугоухости мы имеем дело: нейросенсорной, кондуктивной или смешанной.

Если график аудиограммы лежит в диапазоне от 0 до 25 дБ по всем исследуемым частотам, то считается, что у человека нормальный слух. Если график аудиограммы спускается ниже, то это патология. Тяжесть патологии определяется степенью тугоухости. Существуют различные расчёты степени тугоухости. Однако наиболее широкое распространение получила международная классификация тугоухости, по которой рассчитывается среднеарифметическая потеря слуха на 4 основных частотах (наиболее важных для восприятия речи): 500 Гц, 1000 Гц, 2000 Гц и 4000 Гц.

1 степень тугоухости — нарушение в пределах 26−40 дБ,
2 степень — нарушение в диапазоне 41−55 дБ,
3 степень — нарушение 56−70 дБ,
4 степень — 71−90 дБ и свыше 91 дБ — зона глухоты.

1 степень определяется как лёгкая, 2 — среднетяжёлая, 3 и 4 — тяжёлая, а глухота — крайне тяжёлая.

Если костное звукопроведение в норме (0−25дБ), а воздушное проведение нарушено, это показатель кондуктивной тугоухости . В случаях, когда нарушено и костное, и воздушное звукопроведение, но есть костно-воздушный интервал, у пациента смешанный тип тугоухости (нарушения и в среднем и во внутреннем ухе). Если костное звукопроведение повторяет воздушное, то это сенсоневральная тугоухость . Однако при определении костной звукопроводимости необходимо помнить, что низкие частоты (125Гц, 250Гц) дают эффект вибрации и исследуемый может принимать это ощущение за слуховое. Поэтому нужно критически относиться к костно-воздушному интервалу на данных частотах, особенно при тяжёлых степенях тугоухости (3−4 степени и глухоте).

Кондуктивная тугоухость редко бывает тяжелой степени, чаще 1−2 степень тугоухости. Исключения составляют хронические воспалительные заболевания среднего уха, после хирургических вмешательствах на среднем ухе и т. д. , врожденные аномалии развития наружного и среднего уха (микроотии, атрезии наружных слуховых проходов и т. д.), а также при отосклерозе.

Рисунок 1 — пример нормальной аудиограммы: воздушная и костная проводимость в пределах 25 дБ во всём диапазоне исследуемых частот с обеих сторон .

На рисунках 2 и 3 представлены типичные примеры кондуктивной тугоухости: костное звукопроведение в пределах нормы (0−25дБ), а воздушное нарушено, имеется костно-воздушный интервал.

Рис. 2. Аудиограмма пациента с двусторонней кондуктивной тугоухостью .

Чтобы рассчитать степень тугоухости, складываем 4 величины — интенсивность звука на 500, 1000, 2000 и 4000 Гц и делим на 4, чтобы получить среднее арифметическое. Получаем справа: на 500Гц — 40дБ, 1000Гц — 40 дБ, 2000Гц — 40 дБ, 4000Гц — 45дБ, в сумме — 165 дБ. Делим на 4, равно 41,25 дБ. Согласно международной классификации, это 2 степень тугоухости. Определяем тугоухость слева: 500Гц — 40дБ, 1000Гц —— 40 дБ, 2000Гц — 40 дБ, 4000Гц — 30дБ = 150, разделив на 4, получаем 37,5 дБ, что соответствует 1 степени тугоухости. По данной аудиограмме можно сделать следующее заключение: двусторонняя кондуктивная тугоухость справа 2 степени, слева 1 степени.

Рис. 3. Аудиограмма пациента с двусторонней кондуктивной тугоухостью .

Аналогичную операцию выполняем для рисунка 3. Степень тугоухости справа: 40+40+30+20=130; 130:4=32,5, т. е. 1 степень тугоухости. Слева соответственно: 45+45+40+20=150; 150:4=37,5, что также является 1 степенью. Таким образом, можно сделать следующее заключение: двусторонняя кондуктивная тугоухость 1 степени.

Примерами сенсоневральной тугоухости являются рисунки 4 и 5. На них видно, что костная проводимость повторяет воздушную. При этом на рисунке 4 слух на правом ухе в норме (в пределах 25 дБ), а слева имеется сенсоневральная тугоухость, с преимущественным поражением высоких частот.

Рис. 4. Аудиограмма пациента с сенсоневральной тугоухостью слева, правое ухо в норме .

Степень тугоухости рассчитываем для левого уха: 20+30+40+55=145; 145:4=36,25, что соответствует 1 степени тугоухости. Заключение: левосторонняя сенсоневральная тугоухость 1 степени.

Рис. 5. Аудиограмма пациента с двусторонней сенсоневральной тугоухостью .

Для данной аудиограммы показательным является отсутствие костного проведения слева. Это объясняется ограниченностью приборов (максимальная интенсивность костного вибратора 45−70 дБ). Рассчитываем степень тугоухости: справа: 20+25+40+50=135; 135:4=33,75, что соответствует 1 степени тугоухости; слева — 90+90+95+100=375; 375:4=93,75, что соответствует глухоте. Заключение: двусторонняя сенсоневральная тугоухость справа 1 степени, слева глухота.

Аудиограмма при смешанной тугоухости отображена на рисунке 6.

Рисунок 6. Имеются нарушения как воздушного, так и костного звукопроведения. Чётко определяется костно-воздушный интервал .

Степень тугоухости рассчитываем согласно международной классификации, которая составляет для правого уха среднеарифметическое значение 31,25дБ, а для левого — 36,25дБ, что соответствует 1 степени тугоухости. Заключение: двусторонняя тугоухость 1 степени по смешанному типу.

Сделали аудиограмму. Что потом?

В заключении следует отметить, что аудиометрия не является единственным методом исследования слуха. Как правило, для установления окончательного диагноза необходимо комплексное аудиологическое исследование, которое помимо аудиометрии включает акустическую импедансометрию, отоакустическую эмиссию, слуховые вызванные потенциалы, исследование слуха при помощи шёпотной и разговорной речи. Также в ряде случаев аудиологическое обследование необходимо дополнять другими методами исследования, а также привлечением специалистов смежных специальностей.

После диагностики слуховых нарушений необходимо решать вопросы лечения, профилактики и реабилитации больных с тугоухостью.

Наиболее перспективно лечение при кондуктивной тугоухости. Выбор направления лечения: медикаментозного, физиотерапевтического или хирургического определяется лечащим врачом. В случае сенсоневральной тугоухости улучшение или восстановление слуха возможно только при острой её форме (при продолжительности тугоухости не более 1 месяца).

В случаях стойкой необратимой потери слуха врач определяет методы реабилитации: слухопротезирование или кохлеарную имплантацию. Такие пациенты должны не реже 2 раз в год наблюдаться у сурдолога, а с целью профилактики дальнейшего прогрессирования тугоухости получать курсы медикаментозного лечения.

Мы часто оцениваем качество звучания. При выборе микрофона, программы для обработки звука или формата записи звукового файла один из самых важных вопросов - насколько хорошо будет это звучать. Но существуют различия между характеристиками звука, которые можно измерить и теми, которые можно услышать.

Тон, тембр, октава.

Мозг воспринимает звуки определённых частот. Это связано с особенностями механизма внутреннего уха . Рецепторы, расположенные на основной мембране внутреннего уха превращают звуковые колебания в электрические потенциалы, возбуждающие волокна слухового нерва. Волокна слухового нерва обладают частотной избирательностью, обусловленной возбуждением клеток кортиева органа, находящихся в разных местах основной мембраны: высокие частоты воспринимаются вблизи овального окна, низкие – у вершины спирали.

С физической характеристикой звука, частотой, тесно связана ощущаемая нами высота тона. Частота измеряется как количество полных циклов синусоидальной волны за одну секунду (герц, Гц). Это определение частоты основано на том, что у синусоидальной волны форма колебаний волн в точности сохраняется. В реальной жизни очень немногие звуки обладают таким свойством. Однако любой звук можно представить набором синусоидальных колебаний. Такой набор мы обычно и называем тоном. То есть, тон – это сигнал определенной высоты, имеющий дискретный спектр (музыкальные звуки, гласные звуки речи), в котором выделяется частота синусоидальной волны, имеющая в этом наборе максимальную амплитуду. Сигнал, обладающий широким непрерывным спектром, все частотные составляющие которого имеют одинаковую среднюю интенсивность, называют белым шумом.

Постепенное увеличение частоты звуковых колебаний воспринимается как постепенное изменение тона от самого низкого (басового) до наиболее высокого.

Степень точности, с которой человек определяет высоту звука на слух, зависит от остроты и тренировки его слуха. Ухо человека хорошо различает два близких по высоте тона. Например, в области частот примерно 2000 Гц человек может различать два тона, которые отличаются друг от друга по частоте на 3-6 Гц или даже меньше.

Спектр частот музыкального инструмента или голоса содержит последовательность равномерно расположенных пиков - гармоник. Они соответствуют частотам, кратным некоторой базовой частоте, самой интенсивной из составляющих звук синусоидальных волн.

Особый звук (тембр) музыкального инструмента (голоса) связан с относительной амплитудой различных гармоник, а воспринимаемая человеком высота тона наиболее точно передает базовая частота. Тембр, являясь субъективным отображением воспринимаемого звука, не имеет количественной оценки и характеризуется только качественно.

В «чистом» тоне присутствует только одна частота. Обычно же воспринимаемый звук состоит из частоты основного тона и нескольких ""примесных" частот, называемых обертонами. Обертоны кратны частоте основного тона и меньше его по амплитуде. От распределения интенсивности по обертонам зависит тембр звука. Более сложным оказывается спектр сочетания музыкальных звуков, называемый аккордом. В таком спектре присутствуют несколько основных частот вместе с сопутствующими обертонами.

Если частота одного звука ровно вдвое превосходит частоту другого, звуковая волна «укладывается» одна в другую. Частотное расстояние между такими звуками называется октавой. Диапазон частот, воспринимаемых человеком, 16-20 000 Гц, охватывает приблизительно десять-одиннадцать октав.

Амплитуда звуковых колебаний и громкость.

Слышимую часть диапазона звуков разделяют на низкочастотные звуки – до 500 Гц, среднечастотные – 500-10000 Гц и высокочастотные – свыше 10000 герц. Наиболее чувствительно ухо к сравнительно узкому диапазону среднечастотных звуков от 1000 до 4000 Гц. То есть, звуки одинаковой силы в среднечастотном диапазоне могут восприниматься как громкие, а в низкочастотном или высокочастотном - как тихие или быть вовсе не слышны. Такая особенность восприятия звука связана с тем, что звуковая информация, необходимая для существования человека – речь или звуки природы – передаётся, в основном, в среднечастотном диапазоне. Таким образом, громкость – это не физический параметр, а интенсивность слухового ощущения, субъективная характеристика звука, связанная с особенностями нашего восприятия.

Слуховой анализатор воспринимает повышение амплитуды звуковой волны за счёт увеличения амплитуды вибрации основной мембраны внутреннего уха и стимуляции всё большего числа волосковых клеток с передачей электрических импульсов с большей частотой и по большему числу нервных волокон.

Наше ухо может различать интенсивность звука в диапазоне от самого слабого шепота до самого громкого шума, что примерно соответствует увеличению амплитуды движения основной мембраны в 1 млн. раз. Однако ухо интерпретирует это громадное различие в амплитуде звука приблизительно как 10000-кратное изменение. То есть, шкала интенсивности сильно «сжата» механизмом восприятия звука слухового анализатора. Это позволяет человеку интерпретировать различия в интенсивности звука в чрезвычайно широком диапазоне.

Интенсивность звука измеряется в децибелах (дБ) (1 бел равен десятикратному увеличению амплитуды). Эту же систему применяют для определения изменения громкости.

Для сравнения можно привести примерный уровень интенсивности разных звуков: едва слышимый звук (порог слышимости) 0 дБ; шёпот около уха 25-30 дБ; речь средней громкости 60-70 дБ; очень громкая речь (крик) 90 дБ; на концертах рок и поп музыки в центре зала 105-110 дБ; рядом с взлетающим авиалайнером 120 дБ.

Величина приращения громкости воспринимаемого звука имеет порог различения. Число градаций громкости, различаемое на средних частотах, не превышает 250, на низких и высоких частотах оно резко уменьшается и в среднем составляет около 150.

Слух человека ​

Слух - способность биологических организмов воспринимать звуки органами слуха; специальная функция слухового аппарата, возбуждаемая звуковыми колебаниями окружающей среды, например, воздуха или воды. Одно из биологических дистантных ощущений, называемое также акустичеcким восприятием. Обеспечивается слуховой сенсорной системой.

Человеческий слух способен слышать звук в пределах от 16 Гц до 22 кГц при передаче колебаний по воздуху, и до 220 кГц при передаче звука по костям черепа. Эти волны имеют важное биологическое значение, например, звуковые волны в диапазоне 300-4000 Гц соответствуют человеческому голосу. Звуки выше 20 000 Гц имеют малое практическое значение, так как быстро тормозятся; колебания ниже 60 Гц воспринимаются благодаря вибрационному чувству. Диапазон частот, которые способен слышать человек, называется слуховым или звуковым диапазоном; более высокие частоты называются ультразвуком, а более низкие - инфразвуком.

Способность различать звуковые частоты сильно зависит от конкретного человека: его возраста, пола, наследственности, подверженности заболеваниям органа слуха, тренированности и усталости слуха. Некоторые люди способны воспринимать звуки относительно высокой частоты - до 22 кГц, а возможно и выше.
У человека, как и у большинства млекопитающих, органом слуха является ухо. У ряда животных слуховая перцепция осуществляется благодаря комбинации различных органов, которые могут значительно отличаться по своему строению от уха млекопитающих. Некоторые животные способны воспринимать акустические колебания, не слышимые человеком (ультра- или инфразвук). Летучие мыши во время полёта используют ультразвук для эхолокации. Собаки способны слышать ультразвук, на чём и основана работа беззвучных свистков. Существуют свидетельства того, что киты и слоны могут использовать инфразвук для общения.
Человек может различать несколько звуков одновременно благодаря тому, что в ушной улитке одновременно может быть несколько стоячих волн.

Механизм работы слуховой системы:

Звуковой сигнал любой природы может быть описан определенным набором физических характеристик:
частота, интенсивность, длительность, временная структура, спектр и др.

Им соответствуют определенные субъективные ощущения, возникающие при восприятии звуков слуховой системой: громкость, высота, тембр, биения, консонансы-диссонансы, маскировка, локализация-стереоэффект и т.п.
Слуховые ощущения связаны с физическими характеристиками неоднозначно и нелинейно, например, громкость зависит от интенсивности звука, от его частоты, от спектра и т.п. Еще в прошлом веке был установлен закон Фехнера, подтвердивший, что эта связь нелинейна: "Ощущения
пропорциональны отношению логарифмов стимула". Например, ощущения изменения громкости в первую очередь связаны с изменением логарифма интенсивности, высоты - с изменением логарифма частоты и т.д.

Всю звуковую информацию, которую человек получает из внешнего мира (она составляет примерно 25% от общей), он распознает с помощью слуховой системы и работы высших отделов мозга, переводит в мир своих ощущений, и принимает решения, как надо на нее реагировать.
Прежде чем приступить к изучению проблемы, как слуховая система воспринимает высоту тона, коротко остановимся на механизме работы слуховой системы.
В этом направлении сейчас получено много новых и очень интересных результатов.
Слуховая система является своеобразным приемником информации и состоит из периферической части и высших отделов слуховой системы. Наиболее изучены процессы преобразования звуковых сигналов в периферической части слухового анализатора.

Периферическая часть

Это акустическая антенна, принимающая, локализующая, фокусирующая и усиливающая звуковой сигнал;
- микрофон;
- частотный и временной анализатор;
- аналого-цифровой преобразователь, преобразующий аналоговый сигнал в двоичные нервные импульсы - электрические разряды.

Общий вид периферической слуховой системы показан на первом рисунке. Обычно периферическую слуховую систему делят на три части: внешнее, среднее, и внутреннее ухо.

Внешнее ухо состоит из ушной раковины и слухового канала, заканчивающегося тонкой мембраной, называемой барабанной перепонкой.
Внешние уши и голова - это компоненты внешней акустической антенны, которая соединяет (согласовывает) барабанную перепонку с внешним звуковым полем.
Основные функции внешних ушей - бинауральное (пространственное) восприятие, локализация звукового источника и усиление звуковой энергии, особенно в области средних и высоких частот.

Слуховой канал представляет собой изогнутую цилиндрическую трубку длиной 22,5 мм, которая имеет первую резонансную частоту порядка 2,6 кГц, поэтому в этой области частот он существенно усиливает звуковой сигнал, и именно здесь находится область максимальной чувствительности слуха.

Барабанная перепонка - тонкая пленка толщиной 74 мкм, имеет вид конуса, обращенного острием в сторону среднего уха.
На низких частотах она движется как поршень, на более высоких - на ней образуется сложная система узловых линий, что также имеет значение для усиления звука.

Среднее ухо - заполненная воздухом полость, соединенная с носоглоткой евстахиевой трубой для выравнивания атмосферного давления.
При изменении атмосферного давления воздух может входить или выходить из среднего уха, поэтому барабанная перепонка не реагирует на медленные изменения статического давления - спуск-подъем и т.п. В среднем ухе находятся три маленькие слуховые косточки:
молоточек, наковальня и стремечко.
Молоточек прикреплен к барабанной перепонке одним концом, вторым он соприкасается с наковальней, которая при помощи маленькой связки соединена со стремечком. Основание стремечка соединено с овальным окном во внутреннее ухо.

Среднее ухо выполняет следующие функции:
согласование импеданса воздушной среды с жидкой средой улитки внутреннего уха; защита от громких звуков (акустический рефлекс); усиление (рычаговый механизм), за счет которого звуковое давление передаваемое во внутреннее ухо, усиливается почти на 38 дБ по сравнению с тем, которое попадает на барабанную перепонку.

Внутреннее ухо находится в лабиринте каналов в височной кости, и включает в себя орган равновесия (вестибулярный аппарат) и улитку.

Улитка (cochlea) играет основную роль в слуховом восприятии. Она представляет собой трубку переменного сечения, свернутую три раза подобно хвосту змеи. В развернутом состоянии она имеет длину 3,5 см. Внутри улитка имеет чрезвычайно сложную структуру. По всей длине она разделена двумя мембранами на три полости: лестница преддверия, срединная полость и барабанная лестница.

Преобразование механических колебаний мембраны в дискретные электрические импульсы нервных волокон происходят в органе Корти. Когда базилярная мембрана вибрирует, реснички на волосковых клетках изгибаются, и это генерирует электрический потенциал, что вызывает поток электрических нервных импульсов, несущих всю необходимую информацию о поступившем звуковом сигнале в мозг для дальнейшей переработки и реагирования.

Высшие отделы слуховой системы (включая слуховые зоны коры), можно рассматривать как логический процессор, который выделяет (декодирует) полезные звуковые сигналы на фоне шумов, группирует их по определенным признакам, сравнивает с имеющимися в памяти образами, определяет их информационную ценность и принимает решение об ответных действиях.

Психоакустика - область науки, граничащая между физикой и психологией, изучает данные о слуховом ощущении человека при действии на ухо физического раздражения - звука. Накоплен большой объем данных о реакциях человека на слуховые раздражения. Без этих данных трудно получить правильное представление о работе систем передачи сигналов звуковой частоты. Рассмотрим наиболее важные особенности восприятия звука человеком.
Человек ощущает изменения звукового давления, происходящие с частотой 20-20 000 Гц. Звуки с частотой ниже 40 Гц сравнительно редко встречаются в музыке и не существуют в разговорной речи. На очень высоких частотах музыкальное восприятие исчезает и возникает некое неопределенное звуковое ощущение, зависящее от индивидуальности слушателя, его возраста. С возрастом чувствительность слуха у человека уменьшается и прежде всего в области верхних частот звукового диапазона.
Но было бы неправильно делать на этом основании вывод, что для пожилых людей неважна передача звуковоспроизводящей установкой широкой полосы частот. Эксперименты показали, что люди, даже едва воспринимающие сигналы выше 12 кГц, очень легко распознают в музыкальной передаче недостаточность верхних частот.

Частотные характеристики слуховых ощущений

Область слышимых человеком звуков в диапазоне 20-20000 Гц ограничивается по интенсивности порогами: снизу - слышимости и сверху - болевых ощущений.
Порог слышимости оценивается минимальным давлением, точнее, минимальным приращением давления относительно границы чувствителен к частотам 1000-5000 Гц - здесь порог слышимости самой низкий (звуковое давление около 2- 10 Па). В сторону низших и высших звуковых частот чувствительность слуха резко падает.
Порог болевых ощущений определяет верхнюю границу восприятия звуковой энергии и соответствует примерно интенсивности звука 10 Вт/м или 130 дБ (для опорного сигнала с частотой 1000 Гц).
При увеличении звукового давления увеличивается и интенсивность звука, причем слуховое ощущение нарастает скачками, называемыми порогом различения интенсивности. Число этих скачков на средних частотах примерно 250, на низких и высоких частотах оно уменьшается и в среднем по частотному диапазону составляет около 150.

Поскольку диапазон изменения интенсивностей 130 дБ, то элементарный скачок ощущений в среднем по диапазону амплитуд равен 0,8 дБ, что соответствует изменению интенсивности звука в 1,2 раза. При низких уровнях слуха эти скачки достигают 2-3 дБ, при высоких уровнях они уменьшаются до 0,5 дБ (в 1,1 раза). Увеличение мощности усилительного тракта меньше чем в 1,44 раза практически не фиксируется ухом человека. При более низком звуковом давлении, развиваемом громкоговорителем, даже двукратное увеличение мощности выходного каскада может не дать ощутимого результата.

Субъективные характеристики звука

Качество звукопередачи оценивается на основе слухового восприятия. Поэтому правильно определить технические требования к тракту звукопередачи или отдельным его звеньям можно, только изучив закономерности, связывающие субъективно воспринимаемое ощущение звука и объективными характеристиками звука являются высота, громкость и тембр.
Понятие высоты звука подразумевает субъективную оценку восприятия звука по частотному диапазону. Звук принято характеризовать не частотой, а высотой тона.
Тон - это сигнал определенной высоты, имеющий дискретный спектр (музыкальные звуки, гласные звуки речи). Сигнал, обладающий широким непрерывным спектром, все частотные составляющие которого имеют одинаковую среднюю мощность, называется белым шумом.

Постепенное увеличение частоты звуковых колебаний от 20 до 20 000 Гц воспринимается как постепенное изменение тона от самого низкого (басового) до наиболее высокого.
Степень точности, с которой человек определяет высоту звука на слух, зависит от остроты, музыкальности и тренировки его слуха. Следует отметить, что высота звука в какой-то степени зависит от интенсивности звука (при больших уровнях звуки большей интенсивности кажутся ниже, чем слабые..
Ухо человека хорошо различает два близких по высоте тона. Например, в области частот примерно 2000 Гц человек может различать два тона, которые отличаются друг от друга по частоте на 3-6 Гц.
Субъективный масштаб восприятия звука по частоте близок к логарифмическому закону. Поэтому увеличение частоты колебаний вдвое (независимо or начальной частоты) всегда воспринимается как одинаковое изменение высоты тона. Интервал высоты, соответствующий изменению частоты в 2 раза, называется октавой. Диапазон частот, воспринимаемых человеком, 20-20 000 Гц, он охватывает приблизительно десять октав.
Октава - достаточно большой интервал изменения высоты тона; человек различает значительно меньшие интервалы. Так, в десяти октавах, воспринимаемых ухом, можно различить более тысячи градаций высоты тона. В музыке используются меньшие интервалы, называемые полутонами и соответствующие изменению частоты приблизительно в 1,054 раза.
Октаву делят на полуоктавы и треть октавы. Для последних стандартизован следующий ряд частот: 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3; 3,15; 4; 5; 6,3: 8; 10, являющихся границами третьоктав. Если эти частоты расположить на равных расстояниях по оси частот, то получится логарифмический масштаб. Исходя из этого все частотные характеристики устройств передачи звука строят в логарифмическом масштабе.
Громкость передачи зависит не только от интенсивности звука, но и от спектрального состава, условий восприятия и длительности воздействия. Так, два звучащих тона средней и низкой частоты, имеющие одинаковую интенсивность (или одинаковое звуковое давление), воспринимаются человеком не как одинаково громкие. Поэтому введено понятие уровня громкости в фонах для обозначения звуков одинаковой громкости. За уровень громкости звука в фонах принимают уровень звукового давления в децибелах такой же громкости чистого тона частотой 1000 Гц, т.е для частоты 1000 Гц уровни громкости в фонах и децибелах совпадают. На других частотах при одном и том же звуковом давлении звуки могут казаться более громкими или более тихими.
Опыт работы звукорежиссеров по записи и монтажу музыкальных произведений показывает, что для лучшего обнаружения дефектов звучания, которые могут возникнуть в процессе работы, уровень громкости, при контрольном прослушивании следует поддерживать высоким, примерно соответствующим уровню громкости в зале.
При длительном воздействии интенсивного звука чувствительность слуха постепенно снижается, и тем больше, чем выше громкость звука. Обнаруживаемое снижение чувствительности связано с реакцией слуха на перегрузку, т.е. с естественной его адаптацией, После некоторого перерыва в прослушивании чувствительность слуха восстанавливается. К этому следует добавить, что слуховой аппарат при восприятии сигналов высокого уровня привносит свои, так называемые субъективные, искажения (что свидетельствует о нелинейности слуха). Так, при уровне сигнала 100 дБ первая и вторая субъективные гармоники достигают уровня 85 и 70 дБ.
Значительный уровень громкости и длительность его воздействия вызывают необратимые явления в слуховом органе. Отмечено, что у молодежи за последние годы резко возросли пороги слышимости. Причиной этого явилось увлечение поп-музыкой, отличающейся высокими уровнями громкости звучания.
Уровень громкости измеряют с помощью электроакустического прибора - шумомера. Измеряемый звук сначала преобразуется микрофоном в электрические колебания. После усиления специальным усилителем напряжения этих колебаний измеряют стрелочным прибором, отрегулированным в децибелах. Чтобы показания прибора как можно более точно соответствовали субъективному восприятию громкости, прибор снабжен специальными фильтрами, изменяющими его чувствительность к восприятию звука разных частот в соответствии с характеристикой чувствительности слуха.
Важной характеристикой звука является тембр. Способность слуха различать его позволяет воспринимать сигналы с большим разнообразием оттенков. Звучание каждого из инструментов и голосов благодаря характерным для них оттенкам становится многокрасочным и хорошо узнаваемым.
Тембр, являясь субъективным отображением сложности воспринимаемого звучания, не имеет количественной оценки и характеризуется терминами качественного порядка (красивый, мягкий, сочный и др.). При передаче сигнала по электроакустическому тракту возникающие искажения в первую очередь влияют на тембр воспроизводимого звука. Условием правильной передачи тембра музыкальных звуков является неискаженная передача спектра сигнала. Спектром сигнала называют совокупность синусоидальных составляющих сложного звука.
Простейшим спектром обладает так называемый чистый тон, в нем присутствует только одна частота. Более интересным оказывается звук музыкального инструмента: его спектр состоит из частоты основного тона и нескольких ""примесных" частот, называемых обертонами (высшими тонами). Обертоны кратны частоте основного тона и обычно меньше его по амплитуде.
От распределения интенсивности по обертонам зависит тембр звука. Звуки разных музыкальных инструментов различаются по тембру.
Более сложным оказывается спектр сочетания музыкальных звуков, называемый аккордом. В таком спектре присутствуют несколько основных частот вместе ссоответствуюшими обертонами
Различия в тембре onpeделяются в основном низко-средне частотными составляющими сигнала, следовательно, и большое разнообразие тембров связано с сигналами, лежащими в нижней части частотного диапазона. Сигналы же, относяшиеся к верхней его части, по мере повышения все больше теряют свою окраску тембра, что обусловлено постепенным уходом их гармонических составляющих за пределы слышимых частот. Это можно объяснить тем, что в образовании тембра низких звуков активно участвуют до 20 и более гармоник, средних 8 - 10, высоких 2 - 3, так как остальные либо слабы, либо выпадают из области слышимых частот. Поэтому высокие звуки, как правило, по тембру беднее.
Практически у всех естественных источников звука, в том числе и у источников музыкальных звуков, наблюдается специфическая зависимость тембра от уровня громкости. К такой зависимости приспособлен и слух - для него является естественным определение интенсивности источника по окраске звука. Громкие звуки обычно являются и более резкими.

Музыкальные источники звука

Большое влияние на качество звучания электроакустических систем оказывает ряд факторов, характеризующих первичные источники звуков.
Акустические параметры музыкальных источников зависят от состава исполнителей (оркестр, ансамбль, группа, солиста и типа музыки: симфоническая, народная, эстрадная и пр.).

Зарождение и формирование звука на каждом музыкальном инструменте имеет свою специфику, связанную с акустическими особенностями звукообразования в том или ином музыкальном инструменте.
Важным элементом музыкального звука является атака. Это - специфический переходный процесс, в течение которого устанавливаются стабильные характеристики звука: громкость, тембр, высота. Любой музыкальный звук проходит три стадии -начало, середину и конец, причем и начальная, и конечная стадии имеют некоторую продолжительность. Начальная стадия называется атакой. Длится она по-разному: у щипковых, ударных и некоторых духовых инструментов 0-20 мс, у фагота 20-60 мс. Атака - это не просто нарастание громкости звука от нуля до некоторого установившегося значения, она может сопровождаться таким же изменением высоты звука и его тембра. Причем характеристики атаки инструмента неодинаковы в разных участках его диапазона при разной манере игры: скрипка по богатству возможных выразительных способов атаки - наиболее совершенный инструмент.
Одна из характеристик любого музыквльного инструмента - это частотный диапазон звучания. Кроме основных частот каждый инструмент характеризуется дополнительными высококачественными составляющими - обертонами (или, как принято в электроакустике, - высшими гармониками), определяющими его специфический тембр.
Известно, что звуковая энергия неравномерно распределяется по всему спектру звуковых частот, излучаемых источником.
Большинство инструментов характеризуется усилением основных частот, а также отдельных обертонов в определенных (одной или нескольких) относительно узких полосах частот (формантах), различных для каждого инструмента. Резонансные частоты (в герцах) формантной области составляют: для трубы 100-200, валторны 200-400, тромбона 300-900, трубы 800-1750, саксофона 350-900, гобоя 800-1500, фагота 300-900, кларнета 250-600.
Другое характерное свойство музыкальных инструментов - сила их звука, обусловливается большей или меньшей амплитудой (размахом) их звучащего тела или воздушного столба (большей амплитуде соответствует более сильное звучание и наоборот). Значение пиковых акустических мощностей (в ваттах) составляет: для большого оркестра 70, большого барабана 25, литавр 20, малого барабана 12, тромбона 6, фортепиано 0,4, трубы и саксофона 0,3, трубы 0,2, контрабаса 0.(6, малой флейты 0,08, кларнета, валторны и треугольника 0,05.
Отношение мощности звука, извлекаемого из инструмента при исполнении "фортиссимо", к мощности звука при исполнении "пианиссимо" принято называть динамическим диапазоном звучания музыкальных инструментов.
Динамический диапазон музыкального источника звука зависит от вида исполнительского коллектива и характера исполнения.
Рассмотрим динамический диапазон отдельных источников звука. Под динамическим диапазоном отдельных музыкальных инструментов и ансамблей (различные по составу оркестры и хоры), а также голосов понимают отношение максимальных звуковых давлений, создаваемых данным источником, к минимальным, выраженное в децибелах.
На практике при определении динамического диапазона источника звука обычно оперируют только уровнями звукового давления, вычисляя или измеряя соответствующую их разность. Например, если максимальный уровень звучания оркестра составляет 90, а минимальный 50 дБ, то говорят, что динамический диапазон равен 90 - 50= = 40 дБ. При этом 90 и 50 дБ - это уровни звукового давления относительно нулевого акустического уровня.
Динамический диапазон для данного источника звука - величина непостоянная. Она зависит от характера исполняемого произведения и от акустических условий помещения, в котором происходит исполнение. Реверберация расширяет динамический диапазон, который обычно достигает максимального значения в помещениях, имеющих большой объем и минимальное звукопоглощение. Почти у всех инструментов и человеческих голосов динамический диапазон неравномерен по регистрам звучания. Например, уровень громкости самого низкого звука на "форте" у вокалиста равен уровню самого высокого звука на "пиано".

Динамический диапазон той или иной музыкальной программы выражается таким же образом, как и для отдельных источников звука, но максимальное звуковое давление отмечается при динамическом ff (фортиссимо) оттенке, а минимальное при рр (пианиссимо).

Наибольшей громкости, обозначаемой в нотах fff (форте-, фортиссимо), соответствует акустический уровень звукового давления примерно 110 дБ, а наименьшей громкости, обозначаемой в нотах ррр (пиано-пианиссимо), примерно 40 дБ.
Следует отметить, что динамические оттенки исполнения в музыке относительны и их связь с соответствующими уровнями звукового давления до некоторой степени условна. Динамический диапазон той или иной музыкальной программы зависит от характера сочинения. Так, динамический диапазон классических произведений Гайдна, Моцарта, Вивальди редко превышает 30-35 дБ. Динамический диапазон эстрадной музыки обычно не превышает 40 дБ, а танцевальной и джазовой - всего около 20 дБ. Большинство произведений для оркестра русских народных инструментов также имеют небольшой динамический диапазон (25-30 дБ). Это справедливо и для духового оркестра. Однако максимальный уровень звучания духового оркестра в помещении может достигать достаточно большого уровня (до 110 дБ).

Эффект маскировки

Субъективная оценка громкости зависит от условий, в которых звук воспринимается слушателем. В реальных условиях акустический сигнал не существует в абсолютной тишине. Одновременно с ним воздействуют на слух посторонние шумы, затрудняющие звуковое восприятие, маскируюшие в определенной мере основной сигнал. Эффект маскировки чистого синусоидального тона посторонним шумом оценивается величиной, указываюшей. на сколько децибел повышается порог слышимости маскируемого сигнала над порогом его восприятия в тишине.
Опыты по определению степени маскировки одного звукового сигнала другим показывают, что тон любой частоты маскируется более низкими тонами значительно эффективнее, чем более высокими. Например, если два камертона (1200 и 440 Гц) излучают звуки с одинаковой интенсивностью, то мы перестаем слышать первый тон, он замаскирован вторым (погасив вибрацию второго камертона, мы снова услышим первый).
Если одновременно существуют два сложных звуковых сигнала, состоящих из определенных спектров звуковых частот, то возникает эффект взаимной маскировки. При этом если основная энергия обоих сигналов лежит в одной и той же области диапазона звуковых частот, то эффект маскировки будет наиболее сильным, Так, при передаче оркестрового произведения из-за маскировки аккомпанементом партия солиста может стать плохо разборчивой, невнятной.
Достижение четкости или, как принято говорить, "прозрачности" звучания при звукопередаче оркестров или эстрадных ансамблей становится весьма трудным, если инструмент или отдельные группы инструментов оркестра играют в одном или близких регистрах одновременно.
Режиссер, производя запись оркестра, обязательно учитывает особенности маскировки. На репетициях он с помощью дирижера устанавливает баланс между силой звучания инструментов одной группы, а также между группами всего оркестра. Ясность основных мелодических линий и отдельных музыкальных партий достигается в этих случаях близким расположением микрофонов к исполнителям, умышленным выделением звукорежиссером наиболее важных в данном месте произведения инструментов и другими специальными приемами звукорежиссуры.
Явлению маскировки противостоит психофизиологическоя способность органов слуха выделять из обшей массы звуков один или несколько, несущих наиболее важную информацию. Например, при звучании оркестра дирижер замечает малейшие неточности в исполнении партии на каком-либо инструменте.
Маскировка может существенно влиять на качество передачи сигнала. Четкое восприятие принимаемого звука возможно в том случае, если его интенсивность существенно превышает уровень составляющих помех, находящихся в той же полосе, что и принимаемый звук. При равномерной помехе превышение сигнала должно быть 10- 15 дБ. Эта особенность слухового восприятия находит практическое применение, например, при оценке электроакустических характеристик носителей. Так, если отношение сигнал-шум аналоговой грампластинки 60 дБ, то динамический диапазон записанной программы может быть не более 45- 48 дБ.

Временные характеристики слухового восприятия

Слуховой аппарат, как и любая другая колебательная система, инерционен. При исчезновении звука слуховое ощущение исчезает не сразу, а постепенно, уменьшаясь до нуля. Время, в течение которого ошущение по уровню громкости уменьшается на 8- 10 фон, называется постоянной времени слуха. Эта постоянная зависит от ряда обстоятельств, а также от параметров воспринимаемого звука. Если к слушателю приходят два коротких звуковых импульса, одинаковых пи частотному составу и уровню, но один из них запаздывает, то они будут восприниматься слитно при запаздывании, не превышающем 50 мс. Пои больших интервалах запаздывания оба импульса воспринимаются раздельно, возникает эхо.
Эта особенность слуха учитывается при конструировании некоторых приборов обработки сигналов, например электронных линий задержки, ревербератов и др.
Следует отметить, что благодаря особому свойству слуха ощушение громкости кратковременного звукового импульса зависит не только от его уровня, но и от продолжительности воздействия импульса на ухо. Так, кратковременный звук, длящийся всего 10-12 мс, воспринимается ухом тише, чем звук такой же но уровню, но воздействующий на слух в течение, например 150-400 мс. Поэтому при прослушивании передачи громкость является результатом усреднения энергии звуковой волны в течение некоторого интервала. Кроме того, слух человека обладает инерцией, в частности, при восприятии нелинейных искажений он не ощущает таковых, если продолжительность звукового импульса меньше 10-20 мс. Именно поэтому в индикаторах уровня звукозаписывающей бытовой радиоэлектронной аппаратуры осуществляется усреднение мгновенных значений сигнала за промежуток, выбираемый в соответствии с временными характеристиками органов слуха.

Пространственное представление о звуке

Одной из важных способностей человека является возможность определять направление источника звука. Эта способность называется бинауральным эффектом и объясняется тем, что человек имеет два уха. Данные экспериментов показывают, откуда приходит звук: один для высокочастотных тонов, другой для низкочастотных.

До уха, обращенного к источнику, звук проходит более короткий по времени путь, чем до второго уха. Вследствие этого давление звуковых волн в ушных каналах различается по фазе и амплитуде. Амплитудные различия значительны только на высоких частотах, когда длина звуковой волны становится сравнимой с размерами головы. Когда разница в амплитудах превышает пороговое значение, равное 1 дБ, то кажется, что источник звука находится на той стороне, где амплитуда больше. Угол отклонения источника звука от средней линии (линии симметрии) приблизительно пропорционален логарифму отношения амплитуд.
Для определения направления источника звука с частотами ниже 1500-2000 Гц существенны фазовые различия. Человеку кажется, что звук приходит с той стороны, с которой волна, опережаюшая по фазе, достигает уха. Угол отклонения звука от средней линии пропорционален разности времени прихода звуковых волн к обоим ушам. Тренированный человек может заметить разность фаз при разннице во времени 100 мс.
Способность определять направление звука в вертикальной плоскости развита значительно слабее (примерно в 10 раз). Эту особенность физиологии связывают с ориентацией органов слуха в горизонтальной плоскости.
Специфическая особенность пространственного восприятия звука человеком проявляется в том, что органы слуха способны ощушать суммарную, интегральную локализацию, создаваемую с помошью искусственных средств воздействия. Например, в помещении по фронту на расстоянии 2-3 м друг от друга установлены две АС. На таком же расстоянии от оси соединяющей системы строго по центру находится слушатель. В помешении через АС излучаются два одинаковых по фазе, частоте и интенсивности звука. В результате идентичности звуков, проходящих в орган слуха, человек не может их разделить, его ощущения дают представления о едином, кажущемся (виртуальном) источнике звука, который находится строго по центру на оси симметрии.
Если теперь уменьшить громкость одной АС, то кажущийся источник переместится в сторону более громко работающего громкоговорителя. Иллюзию перемещения источника звука можно получить не только изменением уровня сигнала, но и искусственной задержкой одного звука относительно другого; в этом случае кажущийся источник сместится в сторону АС, излучающей сигнал с опережением.
Для иллюстрации интегральной локализации приведем пример. Расстояние между АС 2м, расстояние от фронтальной линии до слушателя 2 м; для того чтобы источник как бы сместился на 40 см влево или вправо, необходимо подать два сигнала с разностью по уровню интенсивности в 5 дБ или с временным запаздыванием в 0,3 мс. При разности уровней в 10 дБ или задержке по времени 0,6 мс источник "переместится" на 70 см от центра.
Таким образом, если изменять создаваемое АС звуковое давление, то возникает иллюзия перемещения источника звука. Это явление называется суммарной локализацией. Для создания суммарной локализации применяется двухканальная стереофоническая система звукопередачи.
В первичном помешении устанавливаются два микрофона, каждый из которых работает на свой канал. Во вторичном - два громкоговорителя. Микрофоны располагаются на определенном расстоянии друг от друга по линии, параллельной размещению излучателя звука. При перемещении излучателя звука на микрофон будет действовать разное звуковое давление и время прихода звуковой волны будет различно из-за неодинакового расстояния между излучателем звуха и микрофонами. Эта разница и создает во вторичном помешении эффект суммарной локализации, в результате чего кажущийся источник локализуется в определенной точке пространства, находящейся между двумя громкоговорителями.
Следует сказать о биноуральной системе звукопередачи. При использовании этой системы, называемой системой "искусственной головы", в первичном помешении размещают два отдельных микрофона, располагая их на расстоянии друг от друга, равном расстоянию между ушами человека. Каждый из микрофонов имеет независимый канал звукопередачи, на выходе которого во вторичном помещении включены телефоны для левого и правого уха. При идентичности каналов звукопередачи такая система точно передает бинауральный эффект, создаваемый около ушей "искусственной головы" в первичном помещении. Наличие головных телефонов и необходимость пользования ими в течение длительного времени является недостатком.
Орган слуха определяет расстояние до источника звука по ряду косвенных признаков и с некоторыми погрешностями. В зависимости от того, мало или велико расстояние до источника сигнала, субъективная его оценка меняется под воздействием различных факторов. Было установлено, что если определяемые расстояния невелики (до 3 м), то их субъективная оценка почти линейно связана с изменением громкости перемещающегося по глубине источника звука. Дополнительным фактором для сложного сигнала является его тембр, который становится все более "тяжелым"" по мере приближения источника к слушателю. Это связано со все большим усилением обертонов низкого по сравнению с обертонами высокого регистра, вызванным происходящим при этом повышением уровня громкости.
Для средних расстояний 3-10 м. удаление источника от слушателя будет сопровождаться пропорциональным уменьшением громкости, причем это изменение будет одинаково относиться к основной частоте и к гармоническим составляюшим. В результате происходит относительное усиление высокочастотной части спектра и тембр становится более ярким.
С ростом расстояния потери энергии в воздухе будут расти пропорционально квадрату частоты. Увеличенная потеря обертонов высокого регистра приведет к снижению тембральной яркости. Таким образом, субъективная оценка расстояний связана с изменением его громкости и тембра.
В условиях закрытого помещения сигналы первых отражений, запаздывающие относительно прямого на 20-40 мс, воспринимаются органом слуха как приходящие с различных направлений. Вместе с этим все большее их запаздывание создает впечатление о значительном удалении точек, от которых происходят эти отражения. Таким образом, по времени запаздывания можно судить об относительной удаленности вторичных источников или, что то же, о размерах помещения.

Некоторые особенности субъективного восприятия стереофонических передач.

Стереофоническая система звукопередачи имеет ряд существенных особенностей по сравнению с обычной монофонической.
Качество, отличающее стереофоническое звучание, объемность, т.е. естественную акустическую перспективу, можно оценить с помощью некоторых дополнительных показателей, не имеющих смысла при монофонической технике передачи звука. К таким дополнительным показателям следует отнести: угол слышимости, т.е. угол, под которым слушатель воспринимает звуковую стереофоническую картину; стереофоническую разрешающую способность, т.е. определяемую субъективно локализацию отдельных элементов звукового образа в определенных точках пространства в пределах угла слышимости; акустическую атмосферу, т.е. эффект возникновения у слушателя ощущения присутствия в первичном помещении, где происходит передаваемое звуковое событие.

О роли акустики помещения

Красочность звучания достигается не только с помощью аппаратуры воспроизведения звука. Даже при достаточно хорошей аппаратуре качество звучания может оказаться низким, если помещение, предназначенное для прослушивания, не обладает определенными свойствами. Известно, что в закрытом помешении возникает явление нослезвучания, называемое реверберацией. Воздействуя на органы слуха, реверберация (в зависимости от ее длительности) может улучшать или ухудшать качество звучания.

Человек, находящийся в помещении, воспринимает не только прямые звуковые волны, создаваемые непосредственно источником звука, но и волны, отраженные потолком и стенами помещения. Отраженные волны слышны еше некоторое время после прекращения действия источника звука.
Иногда считают, что отраженные сигналы играют только отрицательную роль, создавая помехи восприятию основного сигнала. Однако такое представление неправильно. Определенная часть энергии начальных отраженных эхосигналов, достигая ушей человека с малыми задержками, усиливает основной сигнал и обогашает его звучание. Напротив, более поздние отраженные эхосигналы. время задержки которых превышает некоторое критическое значение, образуют звуковой фон, затрудняющий восприятие основного сигнала.
Помещение прослушивания не должно иметь большое время реверберации. Жилые комнаты, как правило, имеют малое воемя реверберации в силу ограниченности своих размеров и наличия звукопоглощающих поверхностей, мягкой мебели, ковров, занавесок и т. п.
Различные по характеру и свойствам преграды характеризуются коэффициентом поглощения звука, который представляет собой отношение поглощенной энергии к полной энергии падающей звуковой волны.

Для повышения звукопоглощающих свойств ковра (и снижения шумов в жилом помещении) ковер желательно вешать не вплотную к стене, а с зазором 30-50 мм).