Диапазон человеческого слуха: ДИАПАЗОН СЛУХА ЧЕЛОВЕКА – ЧТО МЫ МОЖЕМ СЛЫШАТЬ?

ДИАПАЗОН СЛУХА ЧЕЛОВЕКА – ЧТО МЫ МОЖЕМ СЛЫШАТЬ?

Диапазон слуха человека включает в себя уровни громкости и высоты звуков, который может слышать человека, не чувствуя дискомфорта.

Нас окружает огромное количество разнообразных звуков, от едва слышимого пения птиц и шороха листьев до более громких звуков, таких как музыка, крик и промышленный шум. Этот набор звуков называется диапазоном слышимости.

Громкость и высота
Диапазон слухового восприятия человека включает высоту звуков (высокий или низкий звук) и громкость. Высота измеряется в герцах (Гц), громкость – в децибелах (дБ).

Для нормально слышащего человека диапазон слухового восприятия начинается на низких частотах, около 20 Гц. Это примерно соответствует самой низкой педали органа с лабиальными трубами. На другом конце диапазона находится самая высокая частота, которая не вызывает дискомфорта, на уровне 20,000 Гц. В то время как частоты от 20 до 20 000 Гц являются границами диапазона слухового восприятия человека, наш слух наиболее восприимчив в диапазоне 2000 — 5000 Гц.

Что касается громкости, человек слышит, начиная с уровня 0 дБ УЗД. Звуки на уровне выше 85 дБ УЗД могут быть опасны для вашего слуха, если их воздействие на вас длительное.

Вот несколько примеров привычных звуков, выраженных в децибелах:

Удивительно, но есть звуки, которые не могут слышать даже люди с безупречным слухом. Мы не можем улавливать звук собачьего свиста, но собака может, потому что у собак слуховой диапазон гораздо шире, чем у людей. Более низкие частоты, например, рев ветряной турбины, также находятся вне диапазона слухового восприятия и воспринимаются как вибрации, а не звуки.

Диапазоны восприятия у людей с нарушением слуха
Если у человека нарушен слух, то изменяется и диапазон его слухового восприятия. Для большинства людей потеря слуха будет сначала чувствоваться на высоких частотах. Пение птиц, некоторые речевые звуки, музыкальные инструменты (например, флейта) очень сложно услышать людям с потерей слуха.

Чтобы определить ваш диапазон слышимости, аудиолог проведет обследование вашего слуха и зафиксирует полученные результаты на аудиограмму – график, который показывает результаты теста слуха. Затем аудиолог перенесет результаты теста на другой график и сравнит его с показателями нормально слышащего человека. Специалисты по слухопротезированию используют данные аудиограммы для того, чтобы настроить слуховые аппараты.

Вот как выглядит аудиограмма´:

Левому уху соответствует голубая линия; правому — красная. Область под линией показывает уровни слуха, который человек может слышать, а область выше линии показывает уровни, которые человек не слышит.

Чтобы выяснить уровень вашего слуха, аудиолог будет предлагать вам несколько сигналов и просить вас поднять руку или нажать кнопку каждый раз, когда вы слышите сигнал. Обычно тест начинается с уровня, на котором вы можете слышать, а затем громкость будет уменьшаться, пока вы не сможете ничего слышать. Затем специалист повторит то же самое уже с более низкими или высокими частотами.

Этот тест также поможет определить ваш слуховой порог, то есть уровень, на котором вы не слышите. Этот порог наносится на график в виде двух отдельных линий для каждого уха.

Ваша аудиограмма может рассказать многое о вашем слухе, включая частоты и уровни громкости, на которых вы можете слышать. Это важная информация, так как каждый звук, который вы слышите, имеет свою частоту.
Пение птиц соответствует более высоким частотам, а звук тубы – низким частотам. 

Ниже показаны распространенные звуки, нанесенные на стандартную аудиограмму:

У человека с такой аудиограмма есть потеря слуха в левом ухе, что мешает ему слышать такие звуки, как пение птиц. Такому человеку будет легче слышать более низкие частоты (например, звук двигателя грузовика).

Следующий шаг
Вам кажется, что ваш слуховой диапазон не идеален? Обратитесь к  специалисту по слухопротезированию, чтобы пройти полное обследование. Он сможет определить, какие звуки вы слышите, а какие нет, и составит дальнейший план действий. 

Зайдите в раздел КОНТАКТЫ, чтобы найти ближайшего к вам специалиста.

Как протестировать свой слух — Лайфхакер

В продолжениe тематики аудио стоит рассказать о человеческом слухе несколько подробнее. Насколько субъективно наше восприятие? Можно ли протестировать свой слух? Сегодня вы узнаете самый простой способ выяснить, полностью ли ваш слух соответствует табличным значениям.

Известно, что среднестатистический человек способен воспринимать органами слуха акустические волны в диапазоне от 16 до 20 000 Гц (в зависимости от источника — 16 000 Гц). Этот диапазон и называется слышимым диапазоном.

Эти цифры приблизительные. Дело в том, что в процессе взросления, а впоследствии и старения органы слуха претерпевают изменения. Результатом этих процессов является не только сокращение слышимого диапазона. Иногда человек может не воспринимать не только пограничные частоты, но и отдельные частоты, находящиеся внутри стандартного воспринимаемого диапазона. Кроме этого, частоты ниже 100 Гц могут восприниматься не слухом, а осязанием или в результате преломления звука в ушном канале. Эти явления могут привести к восприятию звуков, которые не входят в слышимый человеком диапазон.

В социальных сетях и на сайтах, распространяющих различный музыкальный контент, можно встретить специальные тестовые файлы. Изначально они предназначены для тонкой настройки многоканальных акустических систем. Их воспроизводят для поиска конфликтующих частот и последующего отрезания при помощи аппаратных или программных средств, входящих в акустическую систему (кроссоверов и эквалайзеров). Подобные аудиофайлы содержат запись звука на одной частоте или последовательность подобных записей, созданных генератором звуковой частоты.

Отдельные тестовые сборники содержат также дополнительную информацию об исходной амплитуде волны, что позволяет выровнять громкость элементов многоканальной акустики в помещении. Обычно подобные файлы отредактированы специальным образом: дополнительно меняется модуляция сигнала, добавляется шум, варьируется амплитуда. В нашем случае будет достаточно самой простой подборки.

20 Гц	Гул, который только ощущается, но не слышится. Воспроизводится преимущественно топовыми аудиосистемами, так что в случае тишины виновата именно она
30 Гц	Если не слышно, вероятнее всего, снова проблемы воспроизведения
40 Гц	В бюджетных и среднеценовых колонках будет слышно. Но очень тихо
50 Гц	Гул электрического тока. Должно быть слышно
60 Гц	Слышимая (как и все до 100 Гц, скорее осязаемая за счёт переотражения от слухового канала) даже через самые дешёвые наушники и колонки
100 Гц	Конец нижних частот. Начало диапазона прямой слышимости
200 Гц	Средние частоты
500 Гц
1 кГц
2 кГц
5 кГц	Начало диапазона высоких частот
10 кГц	Если эта частота не слышна, вероятны серьёзные проблемы со слухом. Необходима консультация врача
12 кГц	Неспособность слышать эту частоту может говорить о начальной стадии тугоухости
15 кГц	Звук, который не способна слышать часть людей после 60 лет
16 кГц	В отличие от предыдущей, эту частоту не слышат почти все люди после 60 лет
17 кГц	Частота является проблемной для многих уже в среднем возрасте
18 кГц	Проблемы со слышимостью этой частоты — начало возрастных изменений слуха. Теперь ты взрослый. 🙂
19 кГц	Предельная частота среднестатистического слуха
20 кГц	Эту частоту слышат только дети. Правда

»
Этого теста достаточно для приблизительной оценки, но если вы не слышите звуки выше 15 кГц, то стоит обратиться к врачу.

Обратите внимание, что проблема слышимости низких частот, скорее всего, связана с аудиосистемой.

Чаще всего надпись на коробке в стиле «Воспроизводимый диапазон: 1–25 000 Гц» — это даже не маркетинг, а откровенная ложь со стороны производителя.

К сожалению, компании обязаны сертифицировать не все аудиосистемы, поэтому доказать, что это враньё, практически невозможно. Колонки или наушники, может быть, и воспроизводят граничные частоты… Вопрос в том, как и на какой громкости.

Проблемы со спектром выше 15 кГц — вполне обычное возрастное явление, с которым пользователи, скорее всего, столкнутся. А вот 20 кГц (те самые, за которые так борются аудиофилы) обычно слышат только дети до 8–10 лет.

Достаточно последовательно прослушать все файлы. Для более подробного исследования можно воспроизводить семплы, начиная с минимальной громкости, постепенно увеличивая её. Это позволит получить более корректный результат в том случае, если слух уже немного испорчен (напомним, что для восприятия некоторых частот необходимо превышение определённого порогового значения, которое как бы открывает, помогает слуховому аппарату слышать её).

А вы слышите весь частотный диапазон, который способен сохранять MP3?

Сколько звуков мы можем слышать одновременно?

Человеческие уши поразительно функциональны.У нашего слуха широкий диапазон, и наш интеллект позволяет нам распознавать звуки гораздо лучше, чем другим видам. Но насколько чуток наш слух и сколько звуков одновременно может воспринимать человеческое ухо?

Многие из нас, не имеющие проблем со слухом, принимают его как должное. Это нормально. Мы не всегда анализируем то, как мы можем видеть и слышать, мы просто сосредотачиваемся на том, что мы видим или слышим. Тем не менее наука о слухе и восприятии звука представляет собой обширное поле для исследования. Сотни вопросов остаются без ответа, и мы с каждым разом все больше узнаем о взаимосвязи между работой мозга и ушей. Прежде чем углубиться в особенности того, как наш мозг обрабатывает звук, следует прояснить, что находится внутри наших ушей и как они работают.

Анатомия человеческого уха

В отличие от глаза и носа, ухо имеет много подвижных частей. Это делает уши уязвимыми и в то же время наглядно демонстрирует, как четко согласованы все процессы внутри человеческого организма. Хотя мы и не можем воочию видеть все внутренние составляющие наших ушей, необходимо разобраться в их сложном строении. Ниже представлен краткий обзор строения уха и его частей.

• Наружное ухо. Это наиболее видимая часть вашего уха. Хотя из-за формы и отсутствия гибкости наши уши кажутся примитивными, они идеально спроектированы для приема звука.

• Наружный слуховой проход. Это длинный канал, по которому проходит звук, чтобы достигнуть нашей барабанной перепонки.

• Барабанная перепонка. Также известная как тимпаническая мембрана. Эта часть разделяет наружное и среднее ухо и вибрирует, когда звуки проникают в уши.

• Слуховые косточки. Это три маленькие косточки, которые двигаются вместе, чтобы передать звук. Malleus — это молоточек, incus — наковальня и stapes — стремечко. Они подвешены в полости среднего уха и служат для передачи звука.

• Евстахиева труба. Это трубка, соединяющая ваше горло и уши. Она поддерживает в среднем ухе баланс давления, чтобы вы могли слышать на должном уровне.

• Внутреннее ухо. Состоит из костного лабиринта и расположенного в нем перепончатого лабиринта. Внутреннее ухо включает также: улитку, преддверие и полукружные канальцы.

• Улитка. Это плоская спираль или спиралеподобный орган, наполненный жидкостью и покрытый микроскопическими волосками. Вибрации шевелят эти волоскоподобные клетки в разные стороны, позволяя мозгу распознавать тональность и громкость.

• Преддверие. Оно состоит из двух мешочков, известных как сферический мешочек и овальный мешочек. Они помогают поддерживать баланс.

• Полукружные канальцы. Еще один орган, предназначенный для обеспечения баланса. Канальцы состоят из трех пустых витков: один ощущает горизонтальное движение, второй — вертикальное, третий — наклон.

• Слуховой нерв. Также известный как улиточный нерв. Он передает обработанный звук из улитки в мозг.

Как работают уши

Теперь, когда мы ознакомились со строением уха, можно углубиться в то, как это работает. Хотите верьте, хотите нет, но почти каждый из вышеперечисленных органов играет крайне важную роль в том, как мы слышим. Более того, существуют разные типы потери слуха в зависимости от того, в каком из этих органов развилась проблема. Хотя наши уши устроены так, чтобы работать в совершенном тандеме, наличие такого большого количества составляющих увеличивает риск нарушения функции слуха. При этом большинство людей всю жизнь могут прожить с определенным уровнем слуха, так что наши уши хорошо справляются со своей задачей.

При передаче звук в виде звуковой волны проходит сквозь воздух. Эта звуковая волна достигает наружного уха, где передается по наружному слуховому проходу к барабанной перепонке. Барабанная перепонка вибрирует, что приводит в движение маленькие кости (слуховые косточки) в среднем ухе. Эти кости увеличивают вибрации и пересылают их в улитку.

Как только эти вибрации достигают улитки, они подвергаются обработке. Вибрации с высокой амплитудой обрабатываются как громкие, в то время как вибрации с низкой амплитудой обрабатываются как тихие. Волосковые клетки внутри улитки обрабатывают тональность и нюансы. Так как улитка имеет форму плоской спирали, некоторые звуки резонируют глубже внутри спирали. Сложные звуки с нюансами одновременно стимулируют множество частей улитки. Улитка проделывает тяжелую работу по преобразованию звука в понятный формат — сигналы мозга. От уха к мозгу звук передается посредством слухового/улиточного нерва.

 

 

 

Это приводит нас к следующему этапу в понимании слуха — психоакустике.

Что такое психоакустика?

Если коротко, психоакустика объясняет взаимодействие между звуком и мозгом. Восприятие и распознавание звука мозгом может представлять собой довольно сложный и вариативный процесс. Звук может вызывать физиологическую и психологическую реакцию, и задача психоакустики — выяснить, как и почему наш мозг реагирует на звуки. Например, у вас когда-нибудь пробегали беспричинно мурашки при прослушивании музыки из фильма? Именно это психоакустика и должна объяснить: как и почему мы реагируем на звук и музыку.

Психоакустика ставит нас перед большим вопросом: сколько звуков мы можем слышать одновременно? Это сложный вопрос, поскольку все зависит от разных факторов.

В комнате, полной людей, мы слышим все голоса. Они могут смешиваться вместе в одно большое облако звука, но мы слышим их все одновременно. В то же время психоакустика исследует то, как мы слушаем звуки. Хотя мы можем слышать много звуков, слушаем мы лишь несколько.

Так, несмотря на потенциальную способность слышать тиканье часов, чьи-то шаги, завывание ветра, играющее радио, подпевающего ему человека и свое собственное дыхание, слушаем мы только несколько из этих звуков. Наши уши постоянно улавливают звуки, даже когда мы этого не осознаемt. Психоакустика нацелена на изучение того, какие звуки активируют мысль и узнавание и как наш мозг реагирует на мир вокруг нас. Многое предстоит еще узнать, и мы по-прежнему пытаемся понять, как устроен наш мозг и как мы слышим.

Узнали ли вы что-нибудь полезное из этой статьи? Signia Hearing каждый месяц публикует рекомендации и посты в блоге, которые могут помочь вам больше узнать о здоровье слуха, потере слуха и слуховых аппаратах. Вы всегда можете воспользоваться нашей библиотекой информации и подписаться на нашу новостную рассылку, чтобы быть в курсе обновлений.

Наши уши — предмет, требующий изучения, и мы постараемся, чтобы этот процесс был легким и доступным для всех желающих.

Слышимый частотный диапазон звука и терминология

Автор BlackSV На чтение 27 мин. Просмотров 48.4k. Обновлено 21.03.2021

Часто у людей (даже тех кто хорошо разбирается в вопросе) возникает путаница и затруднения в чётком понимании того, как именно слышимый человеком частотный диапазон звука делится на общие категории (низкие, средние, высокие) и на более узкие подкатегории (верхние басы, нижнаяя середина и т.п.). В тоже самое время эта информация крайне важна не только для экспериментов c автозвуком, но и полезна для общего развития. Знания обязательно пригодятся во время настройки аудиосистемы любой сложности и, главное, поможет правильно оценить сильные или слабые стороны той или иной акустической системы или же нюансы помещения прослушивания музыки (в нашем случае актуальнее салон автомобиля), ведь оно оказывает непосредственное влияние на конечное звучание. Если есть хорошее и чёткое понимание преобладания тех или иных частот в звуковом спектре на слух, то элементарно и быстро можно оценить звучание той или иной музыкальной композиции, при этом отчётливо услышать влияние акустики помещения на окрашивании звука, вклад самой акустической системы в звук и более тонко разобрать все нюансы, к чему и стремится идеология «хай-фай» звучания.

Разделение слышимого диапазона на основные три группы

Терминология разделения слышимого спектра частот пришла к нам частично из музыкального, частично из научного миров и в общем виде она знакома практически каждому. Самое простое и понятное деление, которое может испытать частотный диапазон звука в общем виде выглядит следующим образом:

• • Низкие частоты. Границы диапазона низких частот находятся в пределах 10 Гц (нижняя граница) — 200 Гц (верхняя граница). Нижняя граница начинается именно с 10 Гц, хотя в классическом представлении человек способен слышать от 20 Гц (всё что ниже попадает уже в область инфразвука), оставшие 10 Гц всё ещё могут частично прослушиваться, а так же ощущаться тактильно в случае глубокого низкого баса и даже влиять на психологический настрой человека. Низкочастотный диапазон звука несёт функцию обогащения, эмоционального насыщения и конечного отклика — если провал в низкочастотной части у акустики или изначальной записи будет сильным, то это никак не скажется на узнаваемости той или иной композиции, мелодии или голоса, но звук будет восприниматься скудно, обеднённо и посредственно, при этом субъективно будет более резким и острым в плане восприятия, поскольку средние и высокие частоты будут выпячиваться и преобладать на фоне отсутствия хорошей насыщенной басовой области.
    Достаточно большое количество музыкальных инструментов воспроизводят звуки в диапазоне низких частот, в том числе мужской вокал может опускаться в область до 100 Гц. Наиболее выраженным инструментом, который играет с самого начала слышимого диапазона (от 20 Гц) можно смело назвать духовой орган.

• • Средние частоты. Границы диапазона средних частот находятся в пределах 200 Гц (нижняя граница) — 2400 Гц (верхняя граница). Средний диапазон всегда будет фундаментальным, определяющим и составлять фактически основу звука или муз композиции, потому его значимость трудно переоценить. Объясняется это по-разному, но главным образом данная особенность человеческого слухового восприятия обуславливается эволюцией — так сложилось за многие годы нашего формирования, что слуховой аппарат наиболее остро и отчётливо улавливает среднечастотный диапазон, т.к. в его пределах находится человеческая речь, а она является главным инструментом для эффективной коммуникации и выживания. Этим же объясняется некоторая нелинейность слухового восприятия, всегда нацеленная на преобладание средних частот при прослушивании музыки, т.к. наш слуховой аппарат наиболее чувствителен к этому диапазону, а так же автоматически подстраивается под него как бы больше «усиливая» на фоне остальных звуков.
    В среднем диапазоне находится абсолютное большинство звуков, музыкальных инструментов или же вокала, даже если затрагивается узкий диапазон сверху или снизу, то всё равно диапазон обычно простирается до верхней или нижней середины. Соответственно, в среднечастотном диапазоне располагается вокал (как мужской так и женский), а так же почти все хорошо известные инструменты, такие как: гитара и прочие струнные, пианино и другие клавишные, духовые инструменты и т.д.

• Высокие частоты. Границы диапазона высоких частот находятся в пределах 2400 Гц (нижняя граница) — 30000 Гц (верхняя граница). Верхняя граница, как и в случае с низкочастотным диапазоном, получается несколько условной и также индивидуальной: среднестатистический человек не может слышать выше 20 кГц, однако встречаются редкие люди с чувствительностью до 30 кГц. Так же, ряд музыкальных обертонов теоретически может заходить в область свыше 20 кГц, а как известно — обертона в конечном счёте отвечают за окраску звучания и окончательное тембральное восприятия целостной картины звучания. Вроде бы «неслышимые» ультразвуковые частоты могут влиять явным образом на психологическое состояние человека, хоть и не будут при этом прослушиваться в привычной манере. В остальном же роль высоких частот, опять-таки по аналогии с низкими, больше обогатительная и дополняющая. Хотя высокочастотный диапазон куда больше влияет на узнаваемость конкретного звука, достоверность и сохранение первоначального тембра, нежели НЧ секция. Высокие частоты придают музыкальным трекам «воздушность», прозрачность, чистоту и ясность.
  Многие музыкальные инструменты играют также в диапазоне высоких частот, в том числе вокал может заходить в область 7000 Гц и выше с помощью обертонов и гармоник. Наиболее выраженная группа инструментов в высокочастотном сегменте — это струнные и духовые, а более полно в звучании доходят почти до верхней границы слышимого диапазона (20 кГц) тарелки и скрипка.

В любом случае, роль абсолютно всех частот слышимого человеческим ухом диапазона внушительна и проблемы в тракте на любой частоте скорее всего будут хорошо заметны, особенно натренированному слуховому аппарату. Целью воспроизведения высокоточного звучания «хай-фай» класса (или выше) ставится достоверное и максимально ровное звучание всех частот друг с другом так, как оно происходило на момент записи фонограммы в студии. Наличие сильных провалов или же пиков в АЧХ акустической системы свидетельствует о том, что в силу своих конструктивных особенностей она не способна воспроизвести музыку так, как изначально задумывалось автором или звукорежиссёром на момент записи.
Слушая музыку, человек слышит совокупность звучания инструментов и голоса, каждый из которых звучит в каком-то своём отрезке частотного диапазона. У некоторых инструментов может быть весьма узкий (ограниченный) диапазон частот, у других же он наоборот может простираться буквально от нижней до верхней слышимой границы. Необходимо учитывать, что несмотря на одинаковую интенсивность звуков на разных частотах диапазонах, человеческое ухо воспринимает эти частоты с разной громкостью, что опять-таки обусловлено механизмом биологического устройства слухового аппарата. Природа этого явления так же объясняется во многом биологической необходимостью адаптации преимущественно к среднечастотному звуковому диапазону. Так на практике, звук, имеющий частоту 800 Гц при интенсивности в 50 дБ, будет восприниматься субъективно на слух как более громкий по сравнению со звуком той же силы, но с частотой 500 Гц.

Более того, у разных звуковых частот, наводняющих слышимый частотный диапазон звука, будет различная пороговая болевая чувствительность! Болевой порог эталонно считается на средней частоте 1000 Гц при чувствительности примерно 120 Дб (может слегка варьироваться в зависимости от индивидуальных особенностей человека). Как и в случае с неравномерным восприятием интенсивности на разных частотах при нормальных уровнях громкости, примерно такая же зависимость наблюдается и в отношении болевого порога: быстрее всего он наступает на средних частотах, а вот по краям слышимого диапазона порог становится выше. Для сравнения, болевой порог на средней частоте 2000 Гц составляет 112 Дб, тогда как болевой порог на низкой частоте 30 Гц будет уже 135 Дб. Болевой порог на низких частотах всегда выше, чем на средних и высоких.
Аналогичная неравномерность наблюдается и в отношении порога слышимости — это нижний порог, после которого звуки становятся слышимыми человеческим ухом. Условно порогом слышимости считается значение 0 Дб, но справедливо оно опять-таки для эталонной частоты 1000 Гц. Если же для сравнения взять низкочастотный звук частотй 30 Гц, то он станет слышимым только при интенсивности излучения волны в 53 Дб.

Перечисленные особенности человеческого слухового восприятия конечно же оказывают непосредственное влияние тогда, когда ставится вопрос прослушивания музыки и достижения определённого психологического эффекта восприятия. Мы помним из теории строения слухового аппарата, что звуки интенсивностью выше 90 Дб вредны для здоровья и способны привести к деградации и значительному ухудшению слуха. Но при этом слишком тихий звук низкой интенсивности будет страдать от сильной частотной неравномерности из-за биологических особенностей слухового восприятия, которое по природе нелинейно. Таким образом, музыкальный тракт громкостью 40-50 Дб будет восприниматься как обеднённый, с явно выраженным недостатком (можно сказать провалом) низких и высоких частот. Названная проблема хорошо и давно известна, для борьбы с ней даже придумана небезызвестная функция под названием тонокомпенсация, которая путём эквализации выравнивает уровни низких и высоких частот близко к уровню середины, тем самым устраняя нежелательный провал без необходимости поднимать уровень громкости, делая слышимый частотный диапазон звука субъктивно равномерным по степени распределения звуковой энергии.
С учётом интересных и уникальных особенностей человеческого слуха полезно отметить, что с повышением громкости звука кривая нелинейности частот выравнивается, и примерно на отметке 80-85 дБ (и выше) звуковые частоты станут субъективно равнозначными по интенсивности (с отклонением 3-5 Дб). Хотя выравнивание происходит не до конца и на графике всё ещё будет видна пусть и сглаженная, но кривая линия, которая будет сохранять тенденцию в сторону преобладания интенсивности средних частот по сравнению к остальным. В аудиосистемах подобная неравномерность может решаться либо при помощи эквалайзера, либо же с помощью раздельных регулировок громкости в системах с раздельным поканальным усилением.

Разделение слышимого диапазона на более мелкие подгруппы

Помимо общепринятого и хорошо известного деления на три общие группы, иногда возникает необходимость более детально и развёрнуто рассмотреть ту или иную узкую часть, тем самым разделить частотный диапазон звука на ещё более мелкие «фрагменты». Благодаря этому появилось более детальное разделение, пользуясь которым можно элементарно быстро и достаточно точно обозначить предполагаемый отрезок звукового диапазона. Рассмотрим это разделение:

• • Нижние басы (от 10 Гц до 80 Гц) представляют собой самые низкие слышимые звуки с самой большой длиной волны, эти звуки зачастую ощущаются тактильно при условии достаточной интенсивности, эффект можно описать фразой «ощущаешь звук всем телом». Нижние басы так же зачастую входят в резонанс со многими объектами или предметами в помещении/объёме прослушивания и хорошо узнаются по этим паразитным призвукам. Однако бас в обозначенном отрезке диапазона медленный, тягучий, иногда гулкий и протяжный. Он отвечает за такие характеристики звучания, как: мягкость, бархатистость, «обволакивание». С потерей нижних басов в музыкальном тракте звук теряет насыщенность, глубину и объём. Он становится плоским и безжизненным, ощущается обеднённо и порой излишне резко. Нижние басы так же во многом определяют реалистичность звука и дают эффект присутствия, который зависит не только от непосредственного ощущения силы и мощи звучания того или иного инструмента, но так же и от тактильных вибраций, когда звуковая волна проходит сквозь тело и вызывает эффект резонанса.
    В качественных и грамотных аудиосистемах диапазон нижнего баса чаще всего отдаётся сабвуферам, т.к. именно они специально разработаны для этих целей и призваны отыгрывать бас с должной степенью напора, мощи и реалистичности. Важной особенностью диапазона нижнего баса является то, что звуки этих частот (10-80 Гц) не локализуются в пространстве на слух, поскольку так устроен человеческий слуховой аппарат и восприятие звука в целом. Более понятным языком это означает, что звук нижнего баса будет всегда восприниматься играющим спереди со сцены, а точнее он будет восприниматься играющим как бы «везде», заполняющим пространство. Поэтому необходимо чётко запомнить, что независимо от физического расположения низкочастотного динамика/сабвуфера в пространстве (он может быть размещён спереди в составе динамиков фронтальной сцены, или же позади слушателя за несколько метров, например в багажнике автомобиля или в любом другом произвольном месте), — звуки примерно до 80 Гц не разрушат целостность сцены и будут восприниматься, словно они играют спереди, нисколько не разрушая правильную фронтальную подачу инструментальной или вокальной партии.
    Именно благодаря этой уникальной слуховой особенности появляется возможность располагать правильно «порезанный» сабвуфер в любой точке пространства, не опасаясь за целостность виртуальной сцены. Теоретически, локализация звуков органами слуха начинается в районе 100 Гц, однако этот момент индивидуален и некоторые люди вполне могут локализовать звуки уже от 80 Гц, что в конечном счёте и будет самой оптимальной верхней границей, на которой следует обрезать рабочий диапазон сабвуфера в системе (чтобы он не играл выше).

    В область самого нижнего баса и тем более суб-баса опускается небольшое избранное число инструментов: контрабас (40-300 Гц), виолончель (65-7000 Гц), фагот (60-9000 Гц), туба (45-2000 Гц), валторны (60-5000 Гц), бас-гитара (32-196 Гц), бас-барабан (41-8000 Гц), саксофон (56-1320 Гц), пианино (24-1200 Гц), синтезатор (20-20000 Гц), орган (20-7000 Гц), арфа (36-15000 Гц), контрафагот (30-4000 Гц). Указанные диапазоны с учётом всех гармоник инструментов.

• • Верхние басы (от 80 Гц до 200 Гц) представлены верхними нотами классических басовых инструментов, а так же самыми нижними слышимыми частотами отдельных струнных, например гитары. Диапазон верхнего баса ответственен за ощущения силы и передачу энергетического потенциала звуковой волны. Он же дарует ощущение драйва, верхний бас призван раскрыть в полной мере ударный ритм танцевальных композиций. В противовес нижнему басу, верхний отвечает за скорость и напор басовой области и всего звука, потому в качественной аудио системе он всегда выражается быстрым и хлёстким, как ощутимый тактильный удар одновременно с непосредственным восприятием звука. Поэтому именно верхний бас ответственен за атаку, напор и музыкальный драйв, а так же только этот узкий отрезок звукового диапазона способен подарить слушателю ощущение легендарного «панча» (от англ. punch — удар), когда мощный звук воспринимается ощутимым и сильным ударом в грудь. Таким образом, распознать хорошо оформленный и правильный быстрый верхний бас в музыкальной системе можно по качественной отработке энергичного ритма, собранной атаке и по хорошей оформленности инструментов в нижнем регистре нот, таких как виолончель, рояль или духовые инструменты.В аудиосистемах отрезок диапазона верхнего баса целесообразнее всего отдать мидбасовым динамикам достаточно большого диаметра 6.5″-10″ и с хорошими мощностными показателями, сильным магнитом. Подход объясняется тем, что именно такие по конфигурации динамики в полной мере смогут раскрыть энергетический потенциал, заложенный в этой весьма требовательной области слышимого диапазона. Но не стоит забывать и о детализированности и разборчивости звука, эти параметры так же важны в процессе воссоздания того или иного музыкального образа. Поскольку верхний бас уже хорошо локализуется/определяется в пространстве на слух, то диапазон выше 100 Гц необходимо отдавать исключительно фронтально расположенным динамикам, которые будут формировать и строить сцену. В отрезке верхнего баса отлично прослушивается стереопанорама, если она предусмотрена самой записью.Область верхнего баса охватывает уже достаточно большое число инструментов и даже низкий по тональности мужской вокал. Поэтому среди инструментов те же, что играли низкий бас, но к ним добавляются многие другие: томы (70-7000 Гц), малый барабан (100-10000 Гц), перкуссия (150-5000 Гц), тенор-тромбон (80-10000 Гц), труба (160-9000 Гц), тенор-саксофон (120-16000 Гц), альт-саксофон (140-16000 Гц), кларнет (140-15000 Гц), альт-скрипка (130-6700 Гц), гитара (80-5000 Гц). Указанные диапазоны с учётом всех гармоник инструментов.

• • Нижняя середина (от 200 Гц до 500 Гц) — наиболее обширная область, захватывающая большинство инструментов и вокала, как мужского так и женского. Поскольку область диапазона нижней середины фактически переходит из энергетически насыщенного верхнего баса, то можно сказать, что она «перехватывает эстафету» и так же отвечает за правильную передачу ритм-секции в совокупности с драйвом, хотя это влияние уже идёт на спад в сторону диапазона чистых средних частот. В данном диапазоне сосредотачиваются нижние гармоники и обертона, наполняющие голос, соответственно он крайне важен для правильной передачи вокала и насыщенности. Так же именно в нижней середине располагается весь энергетический потенциал голоса исполнителя, без которого не будет соответствующей отдачи и эмоционального отклика. По аналогии с передачей человеческого голоса, многие живые инструменты тоже прячут свой потенциал энергии в этом отрезке диапазона, особенно те, у которых нижняя слышимая граница начинается от 200-250 Гц (гобой, скрипка). Нижняя середина позволяет слышать мелодичность звучания, но не даёт возможность чётко различать инструменты.Соответственно, нижняя середина отвечает за правильное оформление большинства инструментов и голоса, насыщая последние и делая их узнаваемыми по тембральной окраске. Так же нижняя середина крайне требовательна в отношении правильной передачи полноценного басового диапазона, поскольку она «подхватывает» драйв и атаку основного ударного баса и предполагается, что она же должна его правильно поддержать и плавно «закончить», постепенно сводя на нет. Ощущения чистота звука и разборчивости баса лежат именно в этой области и, если имеются проблемы в нижней середине от переизбытка или наличия резонансных частот — то звук будет утомлять слушателя, он будет грязным и слегка бубнящим. Ежели ощущается нехватка в области нижней середины, то пострадает правильное ощущение баса и достоверная передача вокальной партии, которая будет лишена напора и энергетической отдачи. Тоже самое касается большинства инструментов, которые без поддержки нижней середины потеряют «своё лицо», станут оформлены неправильно и звучание их заметно обеднеет, даже если останется узнаваемым, оно уже будет не таким полным.

    При построении аудиосистемы диапазон нижней середины и выше (до верхней) обычно отдаётся среднечастотным динамикам (СЧ), которые без сомнения должны располагаться во фронтальной части перед слушателем и строить сцену. Для этих динамиков не так важен размер, он может быть 6.5″ и ниже, как важна детализация и способность раскрыть нюансы звучания, что достигается конструктивными особенностями самого динамика (диффузором, подвесом и прочими характеристиками). Так же, для всего среднечастотного диапазона жизненно важна правильная локализация и буквально малейший наклон или доворот динамика может оказывать ощутимое влияние на звучание с точки зрения правильного реалистичного воссоздания образов инструментов и вокала в пространстве, хотя зависеть это во многом будет от конструктивных особенностей самого диффузора динамика.

    Нижняя середина охватывает почти все существующие инструменты и человеческие голоса, правда не несёт фундаментальную роль, но всё ещё очень важна для полноценного восприятия музыки или звуков. Среди инструментов будет тот же набор, который был способен отыгрывать нижний диапазон басовой области, но к ним добавляются и другие, которые начинаются уже с нижней середины: тарелки (190-17000 Гц), гобой (247-15000 Гц), флейта (240-14500 Гц), скрипка (200-17000 Гц). Указанные диапазоны с учётом всех гармоник инструментов.

• • Средняя середина (от 500 Гц до 1200 Гц) или просто чистая середина, почти по теории равновесия данный отрезок диапазона можно считать фундаментальным и основополагающим в звуке и по праву окрестить «золотой серединой». В представленном отрезке частотного диапазона можно найти основные ноты и гармоники абсолютного большинства инструментов и голоса. От насыщенности середины зависит ясность, разборчивость, яркость и пронзительность звучания. Можно сказать, что весь звук как бы «растекается» в стороны от основания, которым является среднечастотный диапазон.
    В случае провала середины звучание становится скучным и невыразительным, теряет звонкость и яркость, вокал перестаёт завораживать и фактически сходит на «нет». Так же середина отвечает за разборчивость основной информации, исходящей от инструментов и вокала (в меньшей степени, т.к. согласные звуки идут диапазоном выше), помогая хорошо различать их на слух. Большинство существующих инструментов оживают в этом диапазоне, становятся энергичными, информативными и осязаемыми, тоже самое происходит и с вокалом (в особенности женским), который наполняется энергией в середине.
    Среднечастотный фундаментальный диапазон охватывает абсолютное большинство инструментов, которые уже были перечислены ранее, а так же раскрывают весь потенциал мужского и женского вокала. Свою жизнь на средних частотах начинают лишь редкие избранные инструменты, играющие в относительно узком диапазоне изначально, например малая флейта (600-15000 Гц).

• • Верхняя середина (от 1200 Гц до 2400 Гц) представляет собой очень тонкий и требовательный участок диапазона, с которым необходимо обращаться бережно и осторожно. В этой области не так много основополагающих нот, составляющих фундамент звучания инструмента или голоса, зато большое количество обертонов и гармоник, благодаря которым звук окрашивается, приобретает резкость и яркий характер. Управляя этой областью частотного диапазона можно фактически играться окраской звучания, делая его либо живым, искрящимся, прозрачным и острым; или же наоборот суховатым, умеренным, но в тоже время более напористым и драйвовым.
    А вот чрезмерное подчёркивание этого диапазона сказывается крайне нежелательно на звуковой картине, т.к. она начинает заметно резать слух, раздражать и даже вызывать болезненные неприятные ощущения. Потому верхняя середина требует с собой деликатного и осторожного отношения, т.к. из-за проблем в этой области очень легко испортить звучание, или же наоборот сделать его интересным и достойным. Обычно окраска в области верхней середины во многом определяет субъективный момент жанровой принадлежности акустической системы.

    Благодаря верхней середине окончательно оформляется вокал и многие инструменты, они становятся хорошо различаемыми на слух и появляется разборчивость звучания. Особенно это касается нюансов воспроизведения человеческого голоса, ведь именно в верхней середине помещается спектр согласных звуков и продолжаются гласные, появившиеся в ранних диапазонах середины. В общем смысле, верхняя середина выгодно подчёркивает и раскрывает в полной мере те инструменты или голоса, которые насыщенны верхними гармониками, призвуками. В частности, по-настоящему живо и натурально в верхней середине раскрывается женский вокал, многие смычковые, струнные и духовые инструменты.
    В верхней середине всё ещё играет подавляющее большинство инструментов, хотя многие уже представлены лишь ввиде обертнов и гармоник. Исключение составляют отдельные редкие, изначально отличающиеся ограниченным низкочастотным диапазоном, например туба (45-2000 Гц), которая заканчивает своё существование в верхней середине полностью.

• • Нижние высокие (от 2400 Гц до 4800 Гц) — это зона/область повышенных искажений, которые, если присутствуют в тракте, обычны становятся заметными именно в данном отрезке. Так же нижние высокие наводняют различные гармоники инструментов и вокала, которые при этом несут вполне конкретную и важную роль в окончательном оформлении воссозданного искусственным путём музыкального образа. Нижние высокие несут в себе основную нагрузку высокочастотного диапазона. В звучании они проявляются по большей части остаточными и хорошо прослушиваемыми гармониками вокала (преимущественно женского) и не утихающими сильными гармониками некоторых инструментов, которые завершают образ последними штрихами естественной звуковой окраски.
    Они же практически не несут в себе роль по части различения инструментов и узнавания голоса, хотя нижний верх остаётся крайне информативной и основополагающей областью. По сути, эти частоты очерчивают музыкальные образы инструментов и вокала, они обозначают их присутствие. В случае провала нижнего высокого отрезка частотного диапазона речь станет сухой, безжизненной и незавершённой, примерно тоже самое происходит с инструментальными партиями — теряется яркость, искажается сама суть источника звука, он становится отчётливо незавершённым и недооформленным.

    В любой нормальной аудиосистеме роль высоких частот принимает на себя отдельный динамик под названием твитер (высокочастотный). Обычно небольшой по размеру, он нетребователен к подводимой мощности (в разумных пределах) по аналогии с серединой и в особенности НЧ секции, однако так же предельно важен для того, чтобы звук играл правильно, реалистично и как минимум красиво. Твитер охватывает весь слышимый высокочастотный диапазон от 2000-2400 Гц до 20000 Гц. В случае с высокочастотными динамиками, почти по аналогии с СЧ секцией, очень важно правильное физическое расположение и направленность, поскольку твитеры максимально задействованы не только в формировании звуковой сцены, но так же и в процессе её тонкой настройки.
    При помощи твитеров можно во многом управлять сценой, приближать/отдалять исполнителей, менять форму и подачу инструментов, играться с окраской звучания и его яркостью. Как и в случае регулировки СЧ динамиков, на правильное звучание твитеров влияет практически всё, причём зачастую очень и очень чувствительно: поворот и наклон динамика, его расположение по вертикали и горизонтали, удалённость от близлежайших поверхностей и т. д. Однако, успех правильной настройки и привередливость ВЧ секции зависит от конструкции динамика и его диаграмы направленности.

    Инструменты, которые доигрывают до нижних высоких, они делают это преимущественно за счёт гармоник, а не основных нот. В остальном в диапазоне нижних высоких «живут» практически все те же, что были и в среднечастотном отрезке, т.е. практически все существующие. Тоже самое и с голосом, который особенно активен в нижних высоких частотах, особенную яркость и влияние можно услышать в женских вокальных партиях.

• • Средние высокие (от 4800 Гц до 9600 Гц) Диапазон частот средних высоких зачастую считается пределом восприятия (например по медицинской терминологии), хотя на практике это не соответствует действительности и зависит как от индивидуальных особенностей человека, так и от его возраста (чем старше человек, тем сильнее порог восприятия снижается). В музыкальном тракте эти частоты дают ощущение чистоты, прозрачности, «воздушности» и некой субъективной завершённости. Фактически представленный отрезок диапазона сравним с повышенной чёткостью и детализацией звучания: если провала в среднем верхе нет, то источник звука хорошо локализуется мысленно в пространстве, концентрируется в определённой точке и выражается ощущением определённого расстояния; и наоборот, если ощущается нехватка нижнего верха, то чёткость звука словно размывается и образы теряются в пространстве, звук становится мутным, зажатым и синтетически нереалистичным. Соответственно, регулирование отрезка нижних высоких частот сопоставимо с возможностью виртуально «двигать» звуковую сцену в пространстве, т.е. отдалять или приближать её.
    Частоты средних высоких в конечном счёте обеспечивают желанный эффект присутствия (точнее они довершают его в полной мере, т.к. основу эффекта составляют глубокие и проникновенные НЧ), благодаря этим частотам инструменты и голос становятся максимально реалистичными и достоверными. Так же про средние верха можно сказать, что они отвечают за детальность в звуке, за многочисленные мелкие нюансы и призвуки как в отношении инструментальной части, так и в вокальных партиях. Под конец отрезка средних высоких начинается «воздух» и прозрачность, которая так же может совершенно явственно ощущаться и оказывать влияние на восприятие.

    Несмотря на то, что звук уверенно сходит на спад, в этом отрезке диапазона всё ещё активны: мужской и женский вокал, бас-барабан (41-8000 Гц), томы (70-7000 Гц), малый барабан (100-10000 Гц), тарелки (190-17000 Гц), тромбон в форме воздушной поддержки (80-10000 Гц), труба (160-9000 Гц), фагот (60-9000 Гц), саксофон (56-1320 Гц), кларнет (140-15000 Гц), гобой (247-15000 Гц), флейта (240-14500 Гц), малая флейта (600-15000 Гц), виолончель (65-7000 Гц), скрипка (200-17000 Гц), арфа (36-15000 Гц), орган (20-7000 Гц), синтезатор (20-20000 Гц), литавры (60-3000 Гц).

• Верхние высокие (от 9600 Гц до 30000 Гц) очень сложный и для многих непонятный диапазон, обеспечивающий по большей части поддержку определённых инструментов и вокала. Верхние высокие преимущественно обеспечивают звуку характеристики воздушности, прозрачности, кристальности, некого порой трудноуловимого дополнения и окрашивания, которое может показаться несущественными и даже неслышимым многим людям, но при этом всё ещё несёт вполне определённый и конкретный смысл. При попытке построить звучание высокого класса «hi-fi» или даже «hi-end» диапазону верхних высоких частот уделяется самое пристальное внимание, т.к. справедливо считается, что в звуке нельзя потерять ни малейшей детали.
  К тому же, помимо непосредственной слышимой части, область верхних высоких, плавно переходящая в ультразвуковые частоты, всё ещё может оказывать некое психологическое воздействие: даже если эти звуки не слышны отчётливо, но волны излучаются в пространство и могут восприниматься человеком, при этом больше на уровне формирования настроения. Так же они в конечном счёте влияют на качество звучания. В целом, эти частоты — наиболее тонкие и нежные во всём диапазоне, но они же ответственные за ощущение красоты, изящности, искристого послевкусия музыки. При нехватке энергии в диапазоне верхних высоких вполне реально ощутить дискомфорт и музыкальную недосказанность. В дополнении ко всему, капризный диапазон верхних высоких дарует слушателю ощущение пространственной глубины, словно погружения вглубь сцены и обволакивание звуком. Однако переизбыток насыщенности звука в обозначенном узком диапазоне может сделать звук излишне «песочным» и неестественно тонким.
  При обсуждении диапазона верхних высоких частот стоит так же упомянуть про ВЧ динамик под названием «супертвитер», который представляет собой фактически расширенную конструктивно версию обычного твитера. Такой динамик разрабатывается с целью охвата бОльшего участка диапазона в верхнюю сторону. Если рабочий диапазон обычного твитера заканчивается на предполагаемой ограничительной отметке, выше которой человеческий слух теоретически не воспринимает звуковую информацию, т.е. 20 кГц, то супертвитер может поднимать эту границу до 30-35 кГц.

  Идея, преследуемая реализацией такого изощрённого динамика, весьма интересна и любопытна, она пришла из мира «hi-fi» и «hi-end», где считается, что в музыкальном тракте нельзя игнорировать никаие частоты и, даже если мы их напрямую не слышим, они всё-равно изначально присутствуют во время живого исполнения той или иной композиции, а значит косвенно могут оказывать какое-то влияние. Ситуация с супертвитером осложняется только тем, что не всякая аппаратура (источники звука/проигрыватели, усилители и т.п.) способны выводить сигнал в полном диапазоне, без обрезки частот сверху. Тоже самое справедливо и в отношении самой записи, которая зачастую делается с обрезкой частотного диапазона и потерей качества.

Примерно таким описанным выше образом выглядит разделение слышимого частотного диапазона на условные отрезки в реальности, с помощью деления легче понимать проблемы в звуковом тракте с целью их устранения или для выравнивания звучания. Несмотря на то, что каждый человек представляет себе какой-то исключительно свой и понятный только ему эталонный образ звука в соответствии только лишь со своими вкусовыми предпочтениями, характер изначального звучания стремится к равновесию, а точнее к усреднению всех звучащих частот. Поэтому правильный студийный звук всегда уравновешенный и спокойный, весь спектр звуковых частот в нём стремится к ровной линии на графике АЧХ (амплитудно-частотной характеристики). То же направление пытается реализовать бескомпромиссный «hi-fi» и «hi-end»: получить максимально ровное и сбалансированное звучание, без пиков и провалов на всём участке слышимого диапазона. Такой звук по характеру может показаться обычному неискушённому слушателю скучным и невыразительным, лишённым яркости и не представляющим интереса, однако именно он и является истинно правильным на самом деле, стремящийся к равновесию по аналогии с тем, как проявляют себя законы самой вселенной, в которой мы живём.

Так или иначе, желание воссоздать какой-то определённый характер звучания в рамках своей аудиосистемы лежит целиком и полностью на пристрастиях самого слушателя. Кому-то нравится звук с преобладающими мощными низами, другие любят повышенную яркость «задранных» верхов, третьи могут часами наслаждаться резковатым подчёркнутым в середине вокалом… Вариантов восприятия может быть огромное множество, а информация о частотном делении диапазона на условные отрезки как раз поможет любому желающему создать звук своей мечты, только теперь уже с более полным пониманием нюансов и тонкостей тех законов, которым подчиняется звук как физическое явление.
Понимание процесса насыщения теми или иными частотами звукового диапазона (наполнение его энергией на каждом из участков) на практике не только облегчит настройку любой аудиосистемы и сделает возможным построение сцены в принципе, но так же и даст бесценный опыт по оценке конкретного характера звучания. С опытом человек сможет моментально на слух определять недостатки звука, притом весьма точно описать проблемы в определённом участке диапазона и предположить возможное решение для улучшения звуковой картины. Корректировка звучания может проводится различными методами, где в качестве «рычагов» можно использовать эквалайзер, например, или же «играться» расположением и направлением динамиков — тем самым меняя характер ранних отражений волны, устраняя стоячие волны и т.п. Это уже будет «совсем другая история» и тема для отдельных статей.

Частотный диапазон человеческого голоса в музыкальной терминологии

Отдельно и обособленно в музыке отводится роль человеческому голосу в качестве вокальной партии, ведь природа этого явления воистину удивительна. Человеческий голос столь многогранен а диапазон его (в сравнении с музыкальными инструментами) наиболее широкий, за исключением некоторых инструментов, например фортепьяно. Более того, в разных возрастах человек может издавать различные по высоте звуки, в детском возрасте до ультразвуковых высот, во взрослом возрасте мужской голос вполне способен опускаться крайне низко. Тут, как и ранее, крайне важны индивидуальные особенности голосовых связок человека, т.к. встречаются люди, способные поражать своим голосом в диапазоне 5 октав!

Текущая музыкальная классификация делит голоса по возрасту и полу:

Детские

• Альт (низкий)
• Сопрано (высокий)
• Дискант (высокий у мальчиков)

Мужские

• Бас-профундо (сверхнизкий) 43.7-262 Гц
• Бас (низкий) 82-349 Гц
• Баритон (средний) 110-392 Гц
• Тенор (высокий) 132-532 Гц
• Тенор-альтино (сверхвысокий) 131-700 Гц

Женские

• Контральто (низкие) 165-692 Гц
• Меццо-сопрано (средние) 220-880 Гц
• Сопрано (высокие) 262-1046 Гц
• Колоратурное сопрано (сверхвысокий) 1397 Гц

Звук и слух – Apple (RU)

Звук распространяется как волна. Эти волны возникают, когда какой-нибудь объект, например, стереодинамик, создает вокруг себя область повышенного давления, и по воздуху начинают распространяться колебания. Для описания звуковых волн специалисты по акустике используют такие понятия, как частота и амплитуда.

Вы можете легко настроить максимальную громкость на iPod и iPhone. Нажмите здесь, чтобы узнать ответы на часто задаваемые вопросы о максимальной громкости.

Наука о звуке

Частота звуковых волн определяет высоту звука. Частота обычно измеряется в герцах (Гц). Один Гц равен одному полному циклу звукового колебания в секунду. Человеческое ухо способно различать широкий диапазон частот — от приблизительно 20 Гц до 20 000 Гц. Амплитуда — это характеристика силы звуковой волны. С увеличением амплитуды звуковой волны увеличивается громкость звука. Музыка представляет собой смешение различных частот и амплитуд.

Громкость звука, воспринимаемого нашими ушами, обычно измеряется в децибелах. В науке о звуке децибелы используются для измерения амплитуды звуковой волны. Децибел — полезная единица при измерении звука, так как она может отражать огромный диапазон громкости звука, воспринимаемый человеческим ухом, на удобной шкале. По этой шкале самый тихий звук, который способен услышать человек, имеет громкость 0 дБ. Каждое увеличение на 10 дБ приблизительно соответствует удвоению воспринимаемой громкости звука.

Звук и наш слух

Мы способны слышать, так как наши уши преобразуют вибрации звуковых волн в воздухе в сигналы, которые наш мозг воспринимает как звук. Когда вибрации звуковой волны достигают уха, барабанная перепонка и несколько маленьких косточек, расположенных внутри уха (известные всем молоточек, наковальня и стремечко) усиливают эти вибрации. Во внутреннем ухе эти усиленные вибрации улавливаются фонорецепторами, которые преобразуют вибрации в нервные импульсы, отправляемые мозгу. Затем мозг распознаёт эти нервные импульсы как звук.

Если подвергнуть наши уши слишком сильному звуковому давлению, можно повредить в них маленькие клетки-фонорецепторы. Если эти клетки повреждены, они теряют способность передавать звук мозгу. В результате может возникнуть вызванная шумом потеря слуха. Её симптомами могут быть искажённое или приглушённое восприятие звука и трудности в понимании речи.

Вызванная шумом потеря слуха может возникнуть как в результате однократного воздействия чрезвычайно громкого звука (например, выстрела), так и в результате его многократного повтора.

Позаботьтесь о своём слухе

Большинство исследований, посвящённых вызванной шумом потере слуха, были сосредоточены на длительном воздействии громких звуков, которому подвергаются рабочие в промышленности. Влиянию на слух громких звуков во время отдыха было посвящено не так много исследований. Однако при прослушивании музыки и других аудиофайлов через наушники, подключённые к iPod, компьютеру или другому источнику звука, следует выполнять несложные практические рекомендации.

Подумайте о громкости

Нельзя дать единый совет об уровне громкости, который подошёл бы всем. В зависимости от ваших наушников и настроек эквалайзера, громкость может казаться различной. Некоторые специалисты советуют настраивать громкость в тихом помещении, уменьшить звук, если вы не слышите речь окружающих людей, избегать его увеличения для заглушения внешнего шума и ограничить время использования наушников на высокой громкости.

Следите за временем

Вам также нужно следить за продолжительностью звучания музыки на высокой громкости. Помните: со временем вы можете привыкнуть к громкому звуку, не осознавая, что он может быть вредным для вашего слуха. Специалисты предупреждают, что вызванная шумом потеря слуха может также возникнуть в результате многократного воздействия громкого звука. Чем он громче, тем меньше времени его можно слушать без вреда для слуха. Если вы слышите звон в ушах или речь окружающих кажется вам приглушённой, прекратите прослушивание и проверьте свой слух у врача.

Особенности слуха у домашних животных

Особенности слуха у домашних животных

 

Собаки

Человеческий слух начинает воспринимать звуки, передаваемые с частотой от 20 герц, а перестает слышать на частоте более 20 тысяч герц, в то время как собаки не могут различать звуки на частоте большей 30-40 тысяч герц (иногда этот порог может увеличиваться и до 70 тысяч герц). А начинают собаки слышать на той же частоте, что и человек — 20 герц. Так что уловить ультразвук – не проблема для питомца. Собака может услышать даже пульс человека, что дает ей информацию о том, спокоен он или боится. Кроме того, собаки способны  дифференцировать до 9 000 различных по высоте звуков и ощущать силу звука от 0,1 до 120 децибел. Такой сверхчувствительности способствует строение и возможности ушных раковин, которыми животное может двигать так, чтобы направлять звуки непосредственно в слуховой проход (породы со стоячими ушами). Это позволяет определять направление источника звука с  точностью до 3 градусов, дифференцировать уловленные звуки. Собаки легко вычленяют среди акустического потока интересующий звук и могут долго его удерживать. Если в это время рядом произойдет что-то важное для собаки, она отреагирует на новый звук. Например, пес способен слушать “мышиную возню” под полом, когда с улицы доносятся крики и пение. Но если к двери подойдет хозяин, собака сразу же услышит его шаги. Собаки слышат звуки средней силы на расстоянии до 40-50 м (человек – 6-10 м), а в ночной тишине различают шорохи на расстоянии до 150 метров. У щенков отсутствует способность слышать. Малыши начинают воспринимать звуки только спустя неделю после появления на свет. В отсутствии слуха и зрения у новорожденных щенков для матери есть свои плюсы: пока она ищет пропитание, они далеко не уползут.

Кошки

Кошки – уникальные животные по своей природе, в них все уникально и слух не исключение. Кошки обладают направленным слухом, то есть шумы сортируются по направлению. Кошки могут двигать ушной раковиной в сторону источника звука, причём каждой ушной раковиной независимо друг от друга, поэтому кошка может следить одновременно за двумя источниками звука. Этими движениями управляют более десятка мышц, благодаря чему ушная раковина может поворачиваться почти на 180°. При этом кошка обладает способностью пространственного слуха — может распознать силу звука, его удаление и высоту, и на основании этих данных очень точно оценить месторасположение его источника. Слух кошек настолько хорошо развит, что они в состоянии с закрытыми глазами ориентироваться в пространстве на шорох и писк и ловить пробегающих мимо мышей. Чувствительность уха у кошки сильнее, чем у человека, она может слышать звуки, находясь от их источника в 4-5 раз дальше. Поэтому если играет тихая музыка, то для кошки она звучит достаточно громко. Из-за своей чувствительности кошка не любит шумных домов, громкой музыки и маленьких кричащих детей. Зато это помогает ей в охоте и обеспечивает выживание (Такая особенность слуха  позволяет на расстоянии трех метров определить источник звука с точностью до 3 см. всего за 0,06 секунды и приготовиться к прыжку, или дает возможность скрыться от угрозы). Существует народная примета: если кошка часто чешет за ухом — выпадет снег или похолодает. Возможно, что и правда, кошка ушами чувствует перемены в погоде. Кошки могут воспринимать ультразвуковые сигналы. Диапазон слышимых звуков у кошки ещё недостаточно изучен; по некоторым данным, он заключён между 45 Гц и 64 000 Гц. У кошки нет органа, который производит ультразвук, поэтому кошки не используют для общения ультразвук, недоступный нашему восприятию, однако, они способны слышать ультразвук, чем пользуются во время охоты, так как ультразвуковое общение грызунов происходит в промежутке 20—50 кГц, в то время как кошки способны слышать ультразвуки до 65—70 кГц. В ухе кошки около 13 тысяч воспринимающих клеток, что несколько меньше, чем у человека, однако у кошки около 52 000 передающих нервных окончаний в слуховом нерве, тогда как у человека их значительно меньше — 31 000. Кошки могут обнаруживать мельчайшие отклонения в звуке любой интенсивности, они улавливают различия всего лишь в 1/10 тона.

Коровы

Слух у коров также хорошо развит. Лучше воспринимаются звуки с частотой около 8 кГц  и интенсивностью 26 дц. Приемлемый уровень шума в коровнике — 20–30 дБ., что соответствует шуму ветра при легком ветре. Коровы способны слушать двумя ушами, поворачивать голову в сторону источника звука. Точность лоцирования звука составляет примерно 30°. Движения ушей, когда животное прислушивается к новому звуку (уши повернуты к источнику звука), и головы позволяют определить слышит ли животное этот звук. Немало информации коровы получает, не делая видимых движений, т. е. поведенческие реакции при этом отсутствуют. Корова лучше слышит низкие частоты и хуже — высокие частоты. Диапазон звуков для коровы достигает 8000 Гц. Таким образом корова слышит то, что не может уловить человеческое ухо. Мычание коров как раз укладывается в их привычный диапазон, однако для многих людей мычание кажется слишком пронзительным. В силу особенностей строения своего уха обладают острым слухом. Они способны дифференцировать близкие по тембру звучания тоны, а также звуки высокой частоты (до 35 000 Гц).

Лошади

Органы слуха лошади – это, разумеется, уши, которые могут улавливать звуки на расстоянии четырех тысяч метров. Кроме того, уши у лошадей поворачиваются на 180 градусов в зависимости от положения источника звука.  Лошадь может одновременно воспринимать несколько звуков – спереди и сзади, например. Лошади бояться громких звуков. Это не потому что лошади трусливые, а потому что на генетической программе они инстинктивно боятся шумов, которые обычно производили хищники при нападении. С помощью органов слуха лошадь лучше ориентируется в темноте, когда глазами она почти ничего не видит. Лошадь может слышать звуки более широкого диапазона частот, чем человек. И низкочастотные звуки лошади слышат несколько раньше, чем до нашего слуха доносится глухой гул, к примеру, далекий топот копыт табуна других лошадей. Предел нашего слуха в высоких частотах – 20 кГц, в то время как слух лошади улавливает звуки частотой 25 кГц. Различие существенное, но не такое уж большое, если сравнивать, например, со слухом дельфина (130 кГц) или собаки (40 кГц). При этом лошади великолепно запоминают ритмы и звуки. Например, они с легкостью отличают ритм метронома 80 ударов в минуту от ритма в 100 ударов в минуту. Слух лошади начинает слабеть, когда ей исполняется 10 лет.

 

 

 

Кролики

 

 

С помощью своих воронкообразных ушей кролики слышат очень хорошо, тем более, что уши могут независимо друг от друга выпрямляться и поворачиваться благодаря действиям их мышц, увеличивая диапазон восприятия звуковых волн (от 16 до 33 кГц). Они очень хорошо различают оттенки и резкость звука. Общаются между собой кролики в ультразвуковом диапазоне.

 

Свиньи

 

 

Слух у свиней развит очень хорошо. Звуки средних частот (1 000 Гц) свинья слышит так же хорошо, как и человек, высокочастотные звуки (4 000 Гц и выше) воспринимаются животным хуже. Поскольку уши у них относительно малоподвижны, звуковые сигналы лоцируются при поворачивании головы. Свиньи очень хорошо дифференцируют два разных тона. Однако в опытах по изучению действия звуков в диапазоне частот 480… 1000 Гц свиньи не могли различать два тона в области около 480 Гц, если разница между ними была меньше 24 Гц. Звуки, издаваемые свиньями, весьма разнообразны и характерны для каждой категории и для разных жизненных ситуаций.

 

Декоративные крысы

 

 

Особенности слухового восприятия крыс весьма специфичны. Эти животные могут улавливать высокочастотные звуки и тихие шорохи. Однако чистые тона практически недоступны для их восприятия. Они отлично слышат в диапазоне от 1 до10 и от 20 до 60 килогерц, а зона максимального слухового восприятия находится в пределах от 0,5 до 70 килогерц. Для сравнения, человек воспринимает звуки частотой 16-18 килогерц. К тому же крысы с трудом определяют разночастотные звуки. Вероятнее всего, для них различные варианты сложных звуковых соединений являются идентичными.

 

 

 

Ведущий ветврач ветлечебницы Копейского ГО                                                 Пашнин Д.А.

Основные понятия, связанные со звуком

Звуковое давление

Звук, который воспринимает человек, представляет собой быстрое чередование давления воздуха. Диапазон давлений, которые человек воспринимает как звук, очень широк (от 10 МПа до 100 Па, учитывая, что статическое давление воздуха составляет примерно 10-5 Па). Для измерения силы звука стали использовать логарифмическую шкалу, где в качестве стандартного нулевого уровня выбрано значение 2*10 Па. В этом случае в качестве единицы, выражающей громкость звука, используется децибел (дБ). Человек воспринимает соответствующую область в диапазоне от 0 до 140 дБ.

Скорость распространения звука

Скорость распространения звука в воздухе составляет 340 м/с (при 20°C), независимо от частоты. В твёрдой среде скорость звука варьируется в зависимости от материала: от 3400 м/с до 54 м/с. В случае конструкций из плит скорость звука зависит от его частоты. Ниже представлены скорости распространения звука (м/с) в некоторых материалах:

• стекло:  5500-6000 м/с
• алюминий, сталь: 5100 м/с
• дерево: 3400-4500 м/с
• бетон: 4000 м/с
• кирпич: 3600 м/с
• лёд: 3100 м/с
• вода: 1500 м/с
• пробка: 500 м/с
• воздух: 340 м/с
• минеральная вата-изоляция: 180 м/с

Частота звуковых колебаний

Человек различает также амплитуду звуковых колебаний, т.е. высоту звука. Частотный диапазон, который воспринимает ухо человека, составляет от 10 до 16000 Гц (=l/s). Звук частотой ниже 16 Гц воспринимается как вибрация, если он достаточно громкий. Длина звуковой волны, воспринимаемой человеком, варьируется в диапазоне от 20 м до 2 см, поэтому все части строительного сооружения (стены, потолки, окна, двери и т.д.) в зависимости от частоты звука оказываются либо большими (для высокой частоты), либо маленькими (для низкой частоты), при этом звукоизолирующая способность всех частей также зависит от частоты колебаний звука.

Свойства человеческого слуха

Слух человека наиболее чувствителен к звукам, частота которых находится в диапазоне от 1 до 4 кГц, в отношении более низких звуковых частот человеческий слух остаётся весьма нечувствительным. Для имитации слухового восприятия созданы различные корректирующие фильтры – «A», «B» и «C». «А»-коррекцию первоначально использовали при звуковом давлении от 0 до 55 дБ. Скорректированный фильтром «А» уровень звукового давления (шкала «А») обозначается, например, 50 дБ(А). В настоящее время укоренилось использование шкалы «А», вне зависимости от уровней звукового давления.

Воздушный шум / структурный шум

Под воздушным шумом понимается звук, который распространяется по воздуху (в отличие от звука, передаваемого на конструкцию [ударного шума]). Структурный шум – это звук, который распространяется через конструкции или поверхности. Ударный шум является одним из видов структурного шума. Типичным воздушным шумом, встречающимся в здании, являются человеческая речь, голоса домашних животных и т.д. Пианино создаёт в помещении воздушный шум, а шаги при ходьбе по полу создают ударный шум.

Звукоизоляция

Способность изолировать воздушный шум показывает, в какой степени конструкция изолирует звук, проходящий через конструкцию. Способность конструкции изолировать воздушный шум представляет собой отношение энергии звука, воздействующего на конструкцию, к энергии звука, прошедшей через конструкцию, и измеряется в децибелах. Если звукоизолирующая способность конструкции составляет 50 дБ, то через конструкцию проходит только одна сотая энергии звука, воздействовавшего на конструкцию.

Звукоизолирующая способность конструкции зависит, прежде всего, от массы конструкции и частоты звука. В случае простых массивных конструкций их звукоизолирующая способность определяется на основании т.н. закона массы:

R=20*log(m*f)-49 (дБ), где

R – звукоизолирующая способность (дБ)

m – масса на квадратный метр (кг/м²)

f – частота (Гц).

При удвоении массы или частоты звука звукоизолирующая способность увеличивается на 6 дБ. Согласно закону массы, с помощью более тяжёлой конструкции достигается более высокая звукоизолируемость. Таким образом, конструкции с большой массой акустически являются особенно пригодными для использования. Когда стремятся достигнуть по возможности хорошей звукоизоляции, используют бетонные конструкции. Изоляции звуков низкой частоты возможно достигнуть только с помощью тяжёлых конструкций.

Глушение звука

В жилых домах звук распространяется из других квартир в виде воздушного шума и структурного шума (ударного шума), дополнительно к этому звуки создаёт работающее в зданиях техническое оборудование. Доносящийся снаружи шум дорожного движения, а в некоторых местах также и рельсового транспорта или самолётов, либо даже все эти звуки вместе создают общий шум в квартире. В разделе «С1» сборника строительных правил Финляндии RakMK приведены требования к изоляции от воздушного шума и уровню ударного шума в квартирах, а также к допустимому уровню шума от технического оборудования внутри и снаружи здания.  Уровень наружного шума, обусловленный окружающей средой, зависит от места, и требования к звукоизоляции наружных ограждающих конструкций здания представлены в виде графика.

Нижеследующая таблица отражает субъективно различные нормы звукоизоляции R’w (дБ) в конструкции перегородок:

R’w (дБ). Субъективное воздействие в соседнем помещении

• 62 Работающее на максимальной громкости радио не слышно
• 57 Работающее на нормальной громкости радио не слышно, на максимальной громкости уже слышно
• 52 Слышно радио, работающее на нормальной громкости
• 47 Громкие звуки понятны, а мелодии узнаваемы
• 42 Возможно понять нормальную речь
• 37 Нормальная речь полностью понятна
• 32 Как будто тихий радиоголос в приёмном помещении

Важные обстоятельства при достижении звукоизоляции в жилом доме

• Для достижения звукоизоляции конструкции должны быть совершенно плотными.
• Трещина или дыра всегда ухудшают звукоизоляцию.
• В вентиляционных каналах между квартирами необходимы шумоглушители.
• В системе отопления между радиаторами квартир необходимо устанавливать эластичные детали труб или эластичные вентили радиаторов, чтобы звуки не переносились через радиаторы из одного помещения в другое.
• Акустическое проектирование требует целостного планирования, а для его реализации необходима тщательность.

Диапазон человеческого слуха — от пения птиц до громких звуков

В нашей среде есть множество звуков, от слабых звуков, таких как пение птиц и шелест листьев, до более громких звуков, таких как музыка, крики и индустриальный шум. Этот диапазон человеческого слуха называется слышимым диапазоном.

Громкость и высота звука

Диапазон человеческого слуха зависит как от высоты звука — высокий или низкий, — и от громкости звука.Высота звука измеряется в герцах (Гц), а громкость — в децибелах (дБ).

Для человека с нормальным слухом, когда дело доходит до высоты звука, диапазон человеческого слуха начинается примерно с 20 Гц. Это примерно то же самое, что и самая нижняя педаль на органе. С другой стороны диапазона человеческого слуха максимально возможная частота, не вызывающая дискомфорта, составляет 20 000 Гц. В то время как 20–20 000 Гц составляют абсолютные границы диапазона человеческого слуха, наш слух наиболее чувствителен в диапазоне частот 2000–5000 Гц.

Что касается громкости, люди обычно слышат, начиная с 0 дБ. Звуки мощностью более 85 дБ могут быть опасны для вашего слуха в случае длительного воздействия.

Вот несколько примеров уровней децибел типичных звуков:

Удивительно, но существуют звуки, которые не слышат даже люди с лучшим слухом. Мы не можем слышать звук собачьего свистка , но собака может, потому что у собак гораздо больший диапазон слышимости, чем у людей.Звуки более низкой частоты, такие как рев ветряной турбины, также находятся за пределами диапазона человеческого слуха и часто ощущаются как вибрации, а не слышатся как звук.

Дальность слышимости для людей с потерей слуха

При потере слуха диапазон вашего слуха меняется. Для большинства потеря слуха начинается с воздействия на верхние частоты диапазона человеческого слуха. Пение птиц, некоторые звуки речи и инструменты, такие как флейты и пикколо, плохо слышны большинству людей с потерей слуха.

Чтобы определить ваш конкретный диапазон слышимости, специалист по слуховым аппаратам проведет проверку слуха и нанесет ваши результаты на аудиограмму. Аудиограмма — это таблица, на которой показаны результаты проверки слуха. Результаты вашего теста слуха отображаются на графике , а затем сравниваются с результатами человека с нормальным уровнем слуха. Слушатели используют аудиограмму для определения степени потери слуха и как инструмент для настройки слуховых аппаратов.

Вот как выглядит аудиограмма:

Белая линия показывает уровень слышимости правого уха человека.Левое ухо обведено черной линией. Область под линией показывает уровни потери слуха, которые этот человек может слышать, а область над линией показывает уровни, которые человек не слышит.

Чтобы определить ваш уровень слуха, специалист по слуховым аппаратам воспроизведет серию сигналов и попросит вас поднять руку или нажать кнопку, когда вы их услышите. Профессионал обычно начинает с уровня, который вы слышите, а затем каждый раз убавляет громкость, пока вы не перестанете его слышать.Затем профессионал повторит это со звуками более низких или высоких частот.

Этот тест показывает «порог» вашего слуха или точку, в которой вы больше ничего не слышите. Этот порог отображается для обоих ушей в виде двух отдельных линий на аудиограмме.

Ваша аудиограмма может многое рассказать вам о вашем слухе , включая частоты, которые вы можете слышать, и уровень громкости, на котором вы их слышите. Это важно знать, потому что каждый звук, который вы слышите, имеет определенную частоту.Пение птиц имеет более высокую частоту, а туба — более низкую.

Вот некоторые распространенные звуки, отображаемые на стандартной аудиограмме:

У человека с этой аудиограммой потеря слуха на левое ухо, что не позволяет ему слышать звуки, такие как кран или пение птиц. Человеку с этой аудиограммой легче слышать звуки более низкой частоты, такие как грохот двигателя грузовика.

Следующие шаги

Считаете, что ваш диапазон слышимости не идеален ? Вероятно, было бы неплохо обратиться к специалисту по слуховым аппаратам для полного обследования слуха.Специалисты по слуху могут определить, слышите ли вы звуки, которые должны слышать, и порекомендовать действия в случае потери слуха.

Посетите нашу поисковую систему, чтобы найти ближайшего к вам специалиста по слуховым аппаратам.

Звуки, которые вы не слышите, все еще могут повредить ваши уши | Наука

Ветряная турбина, рев толпы на футбольном матче, реактивный двигатель, работающий на полном газу: каждая из этих вещей производит звуковые волны, которые намного ниже частот, которые люди могут слышать.Но то, что вы не слышите низкочастотные составляющие этих звуков, не означает, что они не действуют на ваши уши. Новое исследование показывает, что прослушивание всего лишь 90 секунд низкочастотного звука может изменить работу вашего внутреннего уха на несколько минут после того, как шум утихнет.

«Низкочастотное звуковое воздействие долгое время считалось безвредным, и это исследование показывает, что это не так», — говорит исследователь аудиологии Джеффри Лихтенхан из Медицинской школы Вашингтонского университета в Сент-Луисе, который не принимал участия в новой работе .

Обычно люди могут воспринимать звуки с частотой от 20 до 20 000 циклов в секунду, или герц (Гц), хотя этот диапазон сужается с возрастом. Давно известно, что длительное воздействие громких звуков в пределах слышимого диапазона со временем вызывает потерю слуха. Но установить эффект звуков с частотами ниже 250 Гц было сложнее. Несмотря на то, что они превышают нижний предел в 20 Гц, эти низкочастотные звуки, как правило, либо неслышны, либо едва слышны, и люди не всегда знают, когда они их слышат.

Для нового исследования нейробиолог Маркус Дрексл и его коллеги из Университета Людвига Максимилиана в Мюнхене, Германия, попросили 21 добровольца с нормальным слухом сесть в звукоизолированные кабины, а затем воспроизвели звук с частотой 30 Гц в течение 90 секунд. По словам Дрексла, этот глубокий вибрирующий шум — это то, что вы можете услышать, «если вы откроете окна машины, когда едете по шоссе». Затем они использовали датчики для записи естественной активности уха после прекращения шума, воспользовавшись феноменом, получившим название спонтанной отоакустической эмиссии (SOAE), при котором само здоровое человеческое ухо издает слабые свистящие звуки.«Обычно они слишком слабые, чтобы их можно было услышать, но с микрофоном, более чувствительным, чем человеческое ухо, мы можем их обнаружить», — говорит Дрексл. Исследователи знают, что SOAE изменяются при изменении слуха человека и исчезают вместе с потерей слуха.

Народные SOAE обычно стабильны в течение коротких периодов времени. Но в исследовании после 90 секунд низкочастотного звука SOAE участников начали колебаться, становясь попеременно сильнее и слабее. Колебания длились около 3 минут, сообщает группа сегодня в Royal Society Open Science .«Эти изменения не указывают напрямую на потерю слуха, но они означают, что ухо может быть временно более подвержено повреждению после воздействия низкочастотных звуков», — объясняет Дрексл. «Даже несмотря на то, что мы еще не показали это, есть определенная вероятность, что если вы подвергаетесь воздействию низкочастотных звуков в течение длительного времени, это может иметь постоянный эффект», — добавляет Дрексл.

«К сожалению, с нашими ушами мы можем творить с ними ужасные вещи с помощью звуков, которые не обязательно являются болезненными», — говорит исследователь потери слуха М.Чарльз Либерман из Гарвардской медицинской школы в Бостоне. Либерман говорит, что для изучения потенциального вреда конкретных звуков, такого как горячо обсуждаемый вопрос о влиянии ветряных турбин на слух, можно повторить тот же эксперимент в условиях, имитирующих шум ветряных турбин. Он также хотел бы, чтобы исследование было расширено, чтобы изучить, как уши реагируют на шум, а не на тишину, в течение нескольких минут после воздействия низкочастотного звука.

Слух | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Определите слух, высоту, громкость, тембр, ноту, тон, фон, ультразвук и инфразвук.
• Сравните громкость с частотой и интенсивностью звука.
• Определите структуры внутреннего уха и объясните, как они связаны с восприятием звука.

Рис. 1. Слух позволяет этому вокалисту, его группе и его поклонникам наслаждаться музыкой. (кредит: Вест-Пойнт по связям с общественностью, Flickr)

Человеческое ухо обладает огромным диапазоном и чувствительностью. Он может дать нам множество простой информации, такой как высота тона, громкость и направление. И по его входу мы можем определить качество музыки и нюансы выраженных эмоций.Как наш слух связан с физическими качествами звука и как работает слуховой механизм?

Слух — это восприятие звука. (Восприятие обычно определяется как осознание посредством органов чувств, обычно круговое определение процессов более высокого уровня в живых организмах.) Нормальный человеческий слух охватывает частоты от 20 до 20 000 Гц, впечатляющий диапазон. Звуки ниже 20 Гц называются инфразвук , а звуки выше 20000 Гц — ультразвук .Ни то, ни другое не воспринимается ухом, хотя иногда инфразвук может ощущаться как вибрация. Когда мы слышим низкочастотные колебания, такие как звуки трамплина, мы слышим отдельные колебания только потому, что в каждой из них есть более высокочастотные звуки. У других животных диапазон слуха отличается от человеческого. Собаки могут слышать звуки с частотой до 30 000 Гц, тогда как летучие мыши и дельфины могут слышать звуки с частотой до 100 000 Гц. Возможно, вы заметили, что собаки реагируют на звук собачьего свистка, который производит звук за пределами диапазона человеческого слуха.Известно, что слоны реагируют на частоты ниже 20 Гц.

Восприятие частоты называется шагом . У большинства из нас отличный относительный слух, что означает, что мы можем сказать, имеет ли один звук частоту, отличную от другой. Обычно мы можем различать два звука, если их частоты различаются на 0,3% или более. Например, 500,0 и 501,5 Гц заметно отличаются. Восприятие высоты звука напрямую связано с частотой и не сильно зависит от других физических величин, таких как интенсивность.Музыкальные ноты — это особые звуки, которые могут воспроизводиться большинством инструментов, и в западной музыке они имеют определенные названия. Комбинации нот составляют музыку. Некоторые люди могут определять музыкальные ноты, такие как ля-диез, до или ми-бемоль, просто слушая их. Эта необычная способность называется абсолютным слухом.

Ухо очень чувствительно к звукам низкой интенсивности. Самая низкая слышимая интенсивность или порог составляет около 10 ⁻¹² Вт / м ² или 0 дБ. На короткое время можно терпеть до 10 ¹² более интенсивных звуков.Очень немногие измерительные устройства способны проводить наблюдения в диапазоне до триллиона. Восприятие интенсивности называется громкостью . На данной частоте можно различить разницу примерно в 1 дБ, а изменение на 3 дБ легко заметить. Но громкость связана не только с интенсивностью. Частота оказывает большое влияние на то, насколько громким кажется звук. Ухо имеет максимальную чувствительность к частотам в диапазоне от 2000 до 5000 Гц, поэтому звуки в этом диапазоне воспринимаются как громче, чем, скажем, с частотой 500 или 10000 Гц, даже если все они имеют одинаковую интенсивность.Звуки, близкие к верхним и нижним частотам диапазона слышимости, кажутся еще менее громкими, потому что ухо еще менее чувствительно на этих частотах. В таблице 1 представлена ​​зависимость восприятия человеческого слуха от физических величин.

Таблица 1. Звуковое восприятие
Восприятие	Физическое количество
Шаг	Частота
Громкость	Интенсивность и частота
Тембр	Число и относительная интенсивность множественных частот. Тонкое мастерство приводит к нелинейным эффектам и большему количеству деталей.
Примечание	Базовая музыкальная единица с определенными названиями, объединенная для создания мелодий
Тон	Число и относительная интенсивность множественных частот.

Когда скрипка играет среднюю до, ее нельзя спутать с фортепиано, играющим ту же ноту. Причина в том, что каждый инструмент производит особый набор частот и интенсивности.Мы называем наше восприятие этих комбинаций частот и интенсивностей тоном качеством, или чаще тембром звука. Коррелировать восприятие тембра с физическими величинами труднее, чем с восприятием громкости или высоты тона. Тембр более субъективен. Для описания тембра звука используются такие термины, как тусклый, яркий, теплый, холодный, чистый и богатый. Таким образом, рассмотрение тембра приводит нас в сферу психологии восприятия, где доминируют процессы более высокого уровня в мозгу.Это верно для других восприятий звука, таких как музыка и шум. Мы не будем углубляться в них; скорее, мы сосредоточимся на вопросе восприятия громкости.

Единица, называемая phon , используется для численного выражения громкости. Фон отличается от децибел, потому что фон — это единица восприятия громкости, а децибел — это единица физической интенсивности. На рисунке 2 показана зависимость громкости от интенсивности (или уровня интенсивности) и частоты для людей с нормальным слухом.Изогнутые линии — это кривые равной громкости. Каждая кривая помечена своей громкостью в телефонах. Любой звук по заданной кривой будет восприниматься обычным человеком как одинаково громкий. Кривые были определены путем сравнения большого числа людей громкости звуков на разных частотах и ​​уровней интенсивности. На частоте 1000 Гц принято считать, что фоны численно равны децибелам. Следующий пример помогает проиллюстрировать, как использовать график:

Рис. 2. Зависимость громкости в телефонах от уровня интенсивности (в децибелах) и интенсивности (в ваттах на квадратный метр) для людей с нормальным слухом.Изогнутые линии представляют собой кривые равной громкости — все звуки на данной кривой воспринимаются одинаково громкими. Фоны и децибелы считаются одинаковыми на частоте 1000 Гц.

Пример 1. Измерение громкости: зависимость громкости от уровня интенсивности и частоты

1. Какова громкость звука 100 Гц с уровнем интенсивности 80 дБ?
2. Каков уровень интенсивности в децибелах звука с частотой 4000 Гц и громкостью 70 фононов?
3. При каком уровне интенсивности звук 8000 Гц будет иметь такую ​​же громкость, как звук 200 Гц при 60 дБ?

Стратегия для части 1

Для решения этого примера необходимо обратиться к графику на Рисунке 2.Чтобы определить громкость данного звука, вы должны знать его частоту и уровень интенсивности и найти эту точку на квадратной сетке, а затем выполнить интерполяцию между кривыми громкости, чтобы получить громкость в фононах.

Решение для Части 1

Определить известных:

• Квадратная сетка на графике, связывающем фоны и децибелы, представляет собой график зависимости уровня интенсивности от частоты — обеих физических величин.
• 100 Гц при 80 дБ находится на полпути между кривыми, отмеченными 70 и 80 фонами.

Найдите громкость: 75 телефонов.

Стратегия для части 2

Для решения этого примера необходимо обратиться к графику на Рисунке 2. Чтобы определить уровень интенсивности звука, необходимо знать его частоту и громкость. Как только эта точка будет найдена, уровень интенсивности можно определить по вертикальной оси.

Решение для Части 2

Определить известных; Приведены значения 4000 Гц при 70 телефонах.

Следуйте 70-фоновой кривой, пока она не достигнет 4000 Гц.В этот момент он ниже линии 70 дБ примерно на 67 дБ.

Найдите уровень интенсивности: 67 дБ

Стратегия для части 3

Для решения этого примера необходимо обратиться к графику на Рисунке 2.

Решение для части 3

Найдите точку для звука 200 Гц и 60 дБ. Найдите громкость: эта точка находится чуть выше 50-фонной кривой, поэтому ее громкость составляет 51 фон. Ищите 51-фоновый уровень на 8000 Гц: 63 дБ.

Обсуждение

Эти ответы, как и вся информация, извлеченная из рисунка 2, имеют погрешности в несколько фононов или несколько децибел, отчасти из-за трудностей интерполяции, но в основном связанные с погрешностями в кривых равной громкости.

Дальнейшее изучение графика на Рисунке 2 раскрывает некоторые интересные факты о человеческом слухе. Во-первых, звуки ниже 0-фоновой кривой не воспринимаются большинством людей. Так, например, звук 60 Гц и 40 дБ не слышен. 0-фоновая кривая представляет собой порог нормального слуха. Мы можем слышать некоторые звуки с уровнем интенсивности ниже 0 дБ. Например, слышен звук с уровнем 3 дБ и частотой 5000 Гц, поскольку он находится выше 0-фоновой кривой. Все кривые громкости имеют провалы между 2000 и 5000 Гц.Эти провалы означают, что ухо наиболее чувствительно к частотам в этом диапазоне. Например, звук с 15 дБ на частоте 4000 Гц имеет громкость 20 фонов, как и звук с уровнем 20 дБ на частоте 1000 Гц. Кривые растут в обоих крайних точках частотного диапазона, указывая на то, что на этих частотах необходим более интенсивный звук, чтобы его можно было воспринимать так же громко, как и на средних частотах. Например, звук с частотой 10 000 Гц должен иметь уровень интенсивности 30 дБ, чтобы казаться таким же громким, как звук с частотой 20 дБ при частоте 1000 Гц. Звуки более 120 телефонов не только причиняют боль, но и причиняют вред.

Мы не часто используем весь диапазон слуха. Это особенно верно для частот выше 8000 Гц, которые редко встречаются в окружающей среде и не нужны для понимания разговора или восприятия музыки. Фактически, люди, которые потеряли способность слышать такие высокие частоты, обычно не осознают своей потери до тех пор, пока не будут протестированы. Заштрихованная область на рисунке 3 — это область частоты и интенсивности, в которой слышно большинство разговорных звуков. Изогнутые линии показывают, какой эффект будет иметь потеря слуха у 40 и 60 телефонов.Потеря слуха на 40 телефонах на всех частотах по-прежнему позволяет человеку понимать разговор, хотя он будет казаться очень тихим. Человек с потерей 60 фонов на всех частотах будет слышать только самые низкие частоты и не сможет понимать речь, если она не будет намного громче, чем обычно. Даже в этом случае речь может казаться нечеткой, потому что высокие частоты не так хорошо воспринимаются. Область разговорной речи также имеет гендерный компонент, поскольку женские голоса обычно характеризуются более высокой частотой.Таким образом, человек с нарушением слуха на 60 телефонов может испытывать трудности с пониманием нормального разговора женщины.

Рис. 3. Заштрихованная область представляет частоты и уровни интенсивности, встречающиеся в нормальной разговорной речи. Линия 0-фоновой представляет собой нормальный порог слуха, тогда как значения 40 и 60 представляют пороги для людей с 40- и 60-фоновой потерей слуха, соответственно.

Тесты слуха выполняются в диапазоне частот, обычно от 250 до 8000 Гц, и могут быть отображены графически в аудиограмме, как на рисунке 4.Порог слышимости измеряется в дБ относительно нормального порога , так что нормальный слух регистрируется как 0 дБ на всех частотах. Потеря слуха, вызванная шумом, обычно имеет провал около частоты 4000 Гц, независимо от частоты, вызвавшей потерю, и часто влияет на оба уха. Самая распространенная форма потери слуха возникает с возрастом и называется пресбиакусис — буквально старшее ухо. Такие потери становятся все более серьезными на высоких частотах и ​​мешают восприятию музыки и распознаванию речи.

Рис. 4. Аудиограммы, показывающие пороговое значение уровня интенсивности в зависимости от частоты для трех разных людей. Уровень интенсивности измеряется относительно нормального порога. На верхнем левом графике изображен человек с нормальным слухом. График справа имеет провал на частоте 4000 Гц и соответствует изображению ребенка, потерявшего слух из-за пистолета. Третий график типичен для пресбиакуса, прогрессирующей потери слуха на высоких частотах с возрастом. Тесты, проводимые по костной проводимости (скобки), позволяют отличить повреждение нервов от повреждения среднего уха.

Слуховой механизм

В механизме слуха есть интересная физика. Звуковая волна, падающая на наше ухо, — это волна давления. Ухо — это преобразователь, который преобразует звуковые волны в электрические нервные импульсы гораздо более сложным способом, чем микрофон, но аналогичным ему. На рис. 5 показана грубая анатомия уха с его разделением на три части: наружное ухо или слуховой проход; среднее ухо, идущее от барабанной перепонки к улитке; и внутреннее ухо, которое является самой улиткой.Часть тела, обычно называемая ухом, технически называется ушной раковиной.

Рис. 5. На иллюстрации показана грубая анатомия человеческого уха.

Наружное ухо, или слуховой проход, передает звук в углубленную защищенную барабанную перепонку. Столбик воздуха в слуховом проходе резонирует и частично отвечает за чувствительность уха к звукам в диапазоне от 2000 до 5000 Гц. Среднее ухо преобразует звук в механические колебания и передает эти колебания улитке. Рычажная система среднего уха воспринимает силу, оказываемую на барабанную перепонку колебаниями звукового давления, усиливает ее и передает во внутреннее ухо через овальное окно, создавая волны давления в улитке примерно в 40 раз сильнее, чем те, которые воздействуют на барабанную перепонку.(См. Рис. 6.) Две мышцы в среднем ухе (не показаны) защищают внутреннее ухо от очень сильных звуков. Они реагируют на интенсивный звук за несколько миллисекунд и уменьшают силу, передаваемую на улитку. Эта защитная реакция также может быть вызвана вашим собственным голосом, так что гудение во время стрельбы, например, может уменьшить урон от шума.

Рис. 6. На этой схеме показана система среднего уха для преобразования звукового давления в силу, увеличения этой силы с помощью системы рычагов и приложения увеличенной силы к небольшой области улитки, тем самым создавая давление примерно в 40 раз по сравнению с исходным. звуковая волна.Защитная реакция мышц на интенсивные звуки значительно снижает механическое преимущество рычажной системы.

На рис. 7 более подробно показано среднее и внутреннее ухо. Волны давления, движущиеся через улитку, заставляют текториальную мембрану вибрировать, натирая реснички (называемые волосковыми клетками), которые стимулируют нервы, которые посылают электрические сигналы в мозг. Мембрана резонирует в разных положениях на разных частотах, при этом высокие частоты стимулируют нервы на ближнем конце, а низкие частоты — на дальнем.Полная работа улитки до сих пор не изучена, но известно, что в ней задействованы несколько механизмов передачи информации в мозг. Для звуков ниже 1000 Гц нервы посылают сигналы с той же частотой, что и звук. Для частот выше примерно 1000 Гц нервы сигнализируют частоту по положению. Реснички имеют структуру и существуют связи между нервными клетками, которые выполняют обработку сигналов до того, как информация будет отправлена ​​в мозг. Информация об интенсивности частично указывается количеством нервных сигналов и залпами сигналов.Мозг обрабатывает сигналы улиткового нерва, чтобы предоставить дополнительную информацию, такую ​​как направление источника (на основе сравнения времени и интенсивности звуков из обоих ушей). Обработка более высокого уровня создает множество нюансов, например, восприятие музыки.

Рис. 7. Внутреннее ухо, или улитка, представляет собой свернутую спиралью трубку диаметром около 3 мм и длиной 3 см в разложенном виде. Когда овальное окно выталкивается внутрь, как показано, волна давления проходит через перилимфу в направлении стрелок, стимулируя нервы у основания ресничек в кортиевом органе.

Потеря слуха может возникнуть из-за проблем со средним или внутренним ухом. Потери проводимости в среднем ухе можно частично преодолеть, посылая звуковые колебания в улитку через череп. Слуховые аппараты для этой цели обычно прижимаются к кости за ухом, а не просто усиливают звук, посылаемый в ушной канал, как это делают многие слуховые аппараты. Повреждение нервов в улитке не подлежит восстановлению, но усиление может частично компенсировать. Существует риск того, что усиление приведет к дальнейшему повреждению.Другой распространенный сбой в улитке — повреждение или потеря ресничек, но при этом нервы остаются функциональными. Кохлеарные имплантаты, которые напрямую стимулируют нервы, теперь доступны и широко используются. Используются более 100 000 имплантатов примерно одинаковым количеством взрослых и детей.

Кохлеарный имплант был впервые применен в Мельбурне, Австралия, Грэмом Кларком в 1970-х годах для его глухого отца. Имплант состоит из трех внешних компонентов и двух внутренних компонентов. Внешние компоненты — это микрофон для приема звука и преобразования его в электрический сигнал, речевой процессор для выбора определенных частот и передатчик для передачи сигнала внутренним компонентам посредством электромагнитной индукции.Внутренние компоненты состоят из приемника / передатчика, закрепленного в кости под кожей, который преобразует сигналы в электрические импульсы и отправляет их по внутреннему кабелю в улитку, а также набор из примерно 24 электродов, намотанных через улитку. Эти электроды, в свою очередь, посылают импульсы прямо в мозг. Электроды в основном имитируют реснички.

Проверьте свое понимание

Ультразвук и инфразвук незаметны для всех слуховых организмов? Поясните свой ответ.

Решение

Нет, диапазон воспринимаемого звука основан на диапазоне человеческого слуха. Многие другие организмы воспринимают инфразвук или ультразвук.

Сводка раздела

• Диапазон слышимых частот от 20 до 20 000 Гц.
• Звуки выше 20 000 Гц — это ультразвук, а звуки ниже 20 Гц — инфразвук.
• Восприятие частоты — это высота тона.
• Восприятие интенсивности по громкости.
• Громкость в телефонных единицах.

Концептуальные вопросы

1. Почему проверка слуха может показать, что ваш порог слышимости составляет 0 дБ на частоте 250 Гц, когда из рисунка 3 следует, что никто не может слышать такую ​​частоту ниже 20 дБ?

Задачи и упражнения

1. Фактор 10 ⁻¹² в диапазоне интенсивностей, на которые ухо может реагировать, от пороговой до вызывающей повреждения после кратковременного воздействия, поистине примечателен. Если бы вы могли измерять расстояния в одном и том же диапазоне с помощью одного прибора и наименьшее расстояние, которое вы могли бы измерить, составляло 1 мм, какое было бы наибольшее?
2. Частоты, на которые реагирует ухо, различаются в 10 раз ³ .Предположим, что спидометр вашего автомобиля измеряет скорости с разницей в один и тот же коэффициент: 10 ³ , и максимальная скорость, которую он показывает, составляет 90,0 миль / ч. Какую самую медленную ненулевую скорость он мог бы прочитать?
3. Какие частоты ближе всего к 500 Гц, которые средний человек может четко различить как частоты, отличающиеся от частоты 500 Гц? Звуки не присутствуют одновременно.
4. Может ли обычный человек сказать, что звук 2002 Гц имеет другую частоту, чем звук 1999 Гц, не воспроизводя их одновременно?
5. Если ваш радиоприемник издает средний уровень громкости звука 85 дБ, какой следующий самый низкий уровень интенсивности звука будет явно менее интенсивным?
6. Можете ли вы сказать, что ваш сосед по комнате включил звук в телевизоре, если его средний уровень громкости поднялся с 70 до 73 дБ?
7. На основании графика на рисунке 2, каков порог слышимости в децибелах для частот 60, 400, 1000, 4000 и 15000 Гц? Обратите внимание, что многие электроприборы переменного тока выдают 60 Гц, музыка — обычно 400 Гц, эталонная частота — 1000 Гц, максимальная чувствительность — около 4000 Гц, а многие старые телевизоры издают вой 15 750 Гц.
8. Какие уровни интенсивности звука должны иметь звуки частот 60, 3000 и 8000 Гц, чтобы иметь такую ​​же громкость, как звук 40 дБ на частоте 1000 Гц (то есть, чтобы иметь громкость 40 фононов)?
9. Каков приблизительный уровень интенсивности звука в децибелах для тона с частотой 600 Гц, если его громкость составляет 20 фонов? Если у него громкость 70 телефонов?
10. (a) Какова громкость звуков с частотами 200, 1000, 5000 и 10000 Гц, если все они равны 60?Уровень интенсивности звука 0 дБ? (b) Все ли они на уровне 110 дБ? (c) Все ли они на уровне 20,0 дБ?
11. Предположим, у человека потеря слуха на 50 дБ на всех частотах. На сколько раз из 10 нужно усилить звуки низкой интенсивности, чтобы они казались этому человеку нормальными? Обратите внимание, что меньшее усиление подходит для более интенсивных звуков, чтобы избежать дальнейшего повреждения слуха.
12. Если женщине необходимо усиление в 5,0 × 10 ¹² раз больше порогового значения, чтобы она могла слышать на всех частотах, какова ее общая потеря слуха в дБ? Обратите внимание, что меньшее усиление подходит для более интенсивных звуков, чтобы избежать дальнейшего ухудшения слуха при уровнях выше 90 дБ.
13. (a) Какова интенсивность в ваттах на квадратный метр едва слышимого звука с частотой 200 Гц? б) Какова интенсивность в ваттах на квадратный метр едва слышимого звука с частотой 4000 Гц?
14. (a) Найдите интенсивность в ваттах на квадратный метр звука 60,0 Гц, имеющего громкость 60 фонов. (b) Найдите интенсивность в ваттах на квадратный метр звука частотой 10 000 Гц, имеющим громкость 60 фонов.
15. Человек имеет порог слышимости на 10 дБ выше нормы при 100 Гц и на 50 дБ выше нормы при 4000 Гц.Насколько интенсивнее должен быть тон 100 Гц, чем тон 4000 Гц, если они оба едва слышны для этого человека?
16. У ребенка потеря слуха на 60 дБ в районе 5000 Гц из-за воздействия шума и нормального слуха в других местах. Насколько интенсивнее тон 5000 Гц, чем тон 400 Гц, если они оба едва слышны для ребенка?
17. Каково соотношение интенсивностей двух звуков одинаковой частоты, если первый едва различимо для человека громче, чем второй?

Глоссарий

громкость: восприятие интенсивности звука

тембр: количество и относительная интенсивность нескольких звуковых частот

примечание: базовая музыкальная единица с определенными именами, объединенная для создания мелодий

тон: количество и относительная интенсивность нескольких звуковых частот

телефон: числовая единица громкости

ультразвук: звука выше 20000 Гц

инфразвук: звука ниже 20 Гц

Избранные решения проблем и упражнения

1.1 × 10 ⁶ км

3. 498,5 или 501,5 Гц

5. 82 дБ

7. приблизительно 48, 9, 0, –7 и 20 дБ соответственно

9. (а) 23 дБ; (б) 70 дБ

11. Пять факторов 10

13. (а) 2 × 10 ⁻¹⁰ Вт / м ² ; (б) 2 × 10 ⁻¹³ Вт / м ²

15. 2.5

17. 1,26

Руководство для ученых и инженеров по цифровой обработке сигналов Стивен В. Смит, доктор философии.

Человеческое ухо — чрезвычайно сложный орган.Чтобы сделать еще больше сложно, информация от двух ушей объединяется в сбивающий с толку нейронный сеть, человеческий мозг. Имейте в виду, что это лишь краткое обзор; есть много тонких эффектов и плохо изученных явлений связанные со слухом человека.

На рисунке 22-1 показаны основные структуры и процессы, составляющие человеческое ухо. Наружное ухо состоит из двух частей: видимого лоскута кожи и хрящ прикреплен к боковой части головы, а слуховой проход , трубка около 0.5 см в диаметре доходит до головы примерно на 3 см. Эти структуры направляют звуки окружающей среды для чувствительного среднего и внутреннего уха органов, расположенных безопасно внутри костей черепа. Через конец слухового прохода натянута тонкая лист ткани называется барабанной перепонкой или барабанной перепонкой . Звуковые волны поражают барабанная перепонка заставляет его вибрировать. Среднее ухо — это набор маленьких кости, которые передают эту вибрацию в улитку (внутреннее ухо), где она преобразуется нервным импульсам.Улитка представляет собой заполненную жидкостью трубку диаметром примерно 2 мм. и 3 см в длину. Хотя на рис. 22-1 она показана прямо, улитка изогнута. вверх и выглядит как небольшая раковина улитки. Фактически, cochlea происходит от греческого слово для улитка .

Когда звуковая волна пытается перейти из воздуха в жидкость, только небольшая часть звук передается через интерфейс, а остальная энергия размышлял. Это связано с тем, что воздух имеет низкий механический импеданс (низкий акустический давление и высокая скорость частиц в результате низкой плотности и высокой сжимаемость), а жидкость имеет высокий механический импеданс .Менее с технической точки зрения, махать рукой в ​​воде требует больше усилий, чем размахивать ею в воздухе. Эта разница в механическом импедансе приводит к тому, что большая часть звук отражается от границы раздела воздух / жидкость.

Среднее ухо — это цепь согласования импеданса , которая увеличивает долю звуковая энергия, поступающая в жидкость внутреннего уха. Например, у рыбы нет барабанная перепонка или среднее ухо, потому что им не нужно слышать в воздухе.Большинство преобразование импеданса происходит из разницы в области между ухом барабан (принимающий звук из воздуха) и овальное окно (передающее звук в жидкость, см. рис. 22-1). Ушная перепонка имеет площадь около 60 (мм) ² , в то время как овальное окно имеет площадь примерно 4 (мм) ² . Поскольку давление равно к силе, разделенной на площадь, эта разница в площади увеличивает звуковую волну давление примерно в 15 раз.

Внутри улитки находится базилярная мембрана , поддерживающая структура примерно для 12000 сенсорных клеток, образующих кохлеарный нерв . Базиляр мембрана наиболее жесткая около овального окна и становится более гибкой к противоположный конец, позволяя ему действовать как анализатор частотного спектра . Когда подвергаясь воздействию высокочастотного сигнала, базилярная мембрана резонирует там, где она жесткая, что приводит к возбуждению нервных клеток вблизи овального окна.Точно так же низкочастотные звуки возбуждают нервные клетки на дальнем конце базилярного отдела. мембрана. Это заставляет определенные волокна улиткового нерва реагировать на определенные частоты. Эта организация называется принципом места и сохраняется по слуховым путям в мозг.

Другая схема кодирования информации также используется в человеческом слухе, называемая принцип залпа. Нервные клетки передают информацию, генерируя краткие электрические импульсы называются потенциалами действия .Нервная клетка на базилярной мембране может кодировать аудиоинформацию, создавая потенциал действия в ответ на каждый цикл вибрации. Например, звуковая волна 200 Гц может быть представлен нейроном, производящим 200 потенциалов действия в секунду. Тем не мение, это работает только на частотах ниже примерно 500 герц, максимальная частота, которая нейроны могут производить потенциалы действия. Человеческое ухо преодолевает эту проблему позволяя нескольким нервным клеткам по очереди выполнять эту единственную задачу.Для Например, тон 3000 Гц может быть представлен десятью нервными клетками поочередно стрельба 300 раз в секунду. Это расширяет диапазон действия принципа залпа. примерно до 4 кГц, выше которого используется исключительно принцип места.

В таблице 22-1 показано соотношение между интенсивностью звука и воспринимаемым звуком. громкость. Интенсивность звука обычно выражают в логарифмической шкале, называемой децибел SPL (уровень звуковой мощности). На этой шкале 0 дБ SPL — это звуковая волна. мощность 10 ^-16 Вт / см ² , что является самым слабым звуком, обнаруживаемым человеческим ухом.Нормальная речь составляет около 60 дБ SPL, при этом происходит болезненное повреждение уха. при уровне звукового давления около 140 дБ.

Разница между самыми громкими и самыми тихими звуками, которые могут слышать люди, составляет около 120 дБ, диапазон амплитуды один миллион. Слушатели могут обнаружить изменение громкости при изменении сигнала примерно на 1 дБ (изменение на 12% в амплитуда). Другими словами, есть только около 120 уровней громкости, которые могут восприниматься от самого слабого шепота до самого громкого грома.Чувствительность из уха потрясающе; при прослушивании очень слабых звуков барабанная перепонка вибрирует меньше диаметра отдельной молекулы!

Восприятие громкости примерно связано с мощностью звука в экспоненте. из 1/3. Например, если вы увеличите звуковую мощность в десять раз, слушатели сообщат, что громкость увеличилась примерно в раз два (10 ^1/3 ≈ 2). Это серьезная проблема для устранения нежелательного воздействия на окружающую среду. звучит, например, усиленная стереосистема в соседней квартире.Предполагать вы старательно покрываете 99% стены идеальным звукоизоляционным материалом, отсутствует только 1% площади из-за дверей, углов, вентиляционных отверстий и т. д. Даже хотя звуковая мощность снизилась до 1% от прежнего значения, воспринимаемая громкость упала только примерно до 0,01 ^1/3 ≈ 0,2, или 20%.

Обычно считается, что диапазон человеческого слуха составляет от 20 Гц до 20 кГц, но он гораздо более чувствителен к звукам от 1 кГц до 4 кГц. Например, слушатели могут обнаруживать звуки с уровнем звукового давления до 0 дБ на частоте 3 кГц, но при этом требуется уровень звукового давления 40 дБ. на 100 Гц (увеличение амплитуды на 100).Слушатели могут сказать, что два тона отличаются, если их частоты различаются более чем примерно на 0,3% при 3 кГц. Этот увеличивается до 3% при 100 Гц. Для сравнения, соседние клавиши на пианино различаются примерно на 6% по частоте.

Основным преимуществом наличия двух ушей является возможность определять направление звука. Слушатели могут уловить разницу между двумя звуками источники, расположенные на расстоянии не более трех градусов друг от друга, примерно на ширину человек на 10 метров.Эта информация о направлении получается в двух отдельных способами. Во-первых, частоты выше примерно 1 кГц сильно затенены головой . Другими словами, ближайшее к звуку ухо получает более сильный сигнал, чем ухо. с противоположной стороны головы. Второй ключ к определению направленности заключается в том, что ухо на дальней стороне головы слышит звук немного позже , чем в ближнем ухе, из-за на большее расстояние от источника. Исходя из типичного размера головы (около 22 см) и скорости звука (около 340 метров в секунду), угловой различение трех градусов требует точности времени около 30 микросекунды.Поскольку это время требует принципа залпа, эта подсказка направленность преимущественно используется для звуков менее 1 кГц.

Обоим этим источникам информации о направлении в значительной степени помогает способность поверните голову и наблюдайте за изменением сигналов. Интересное ощущение происходит, когда слушателю преподносятся одни и те же звуки для обоих ушей, например, прослушивание монофонического звука через наушники. Мозг заключает что звук исходит из центра головы слушателя!

Хотя человеческий слух может определить направление , откуда исходит звук, плохо определяет расстояние до источника звука.Это потому, что есть В звуковой волне есть несколько подсказок, которые могут предоставить эту информацию. Человек слух слабо воспринимает высокочастотные звуки поблизости, а низкий частотные звуки далекие. Это потому, что звуковые волны рассеивают свои более высокие частоты, поскольку они распространяются на большие расстояния. Эхо-контент — другое слабая подсказка расстояния, дающая представление о размере комнаты. Например, звуки в большом зале будут содержать эхо с частотой около 100 миллисекунд. интервалы, в то время как 10 миллисекунд типичны для небольшого офиса.Некоторые виды имеют решил эту проблему дальности с помощью активного сонара . Например, летучие мыши и дельфины издают щелчки и писки, которые отражаются от близлежащих объектов. От измеряя интервал между передачей и эхом, эти животные могут определять местонахождение объекты с разрешением около 1 см. Эксперименты показали, что некоторые люди, особенно слепые, также могут использовать активную локализацию эхо-сигнала до небольшого степень.

Сверхчеловеческий слух возможен, эксперименты предполагают

Когда-нибудь люди смогут услышать то, что сейчас является неслышным звуком, говорят ученые.

Новые эксперименты показывают, что простая вибрация костей уха может вызвать сокращение звуков, попадающих в мозг, тем самым улучшая слух.

Большинство людей могут слышать звуки в диапазоне примерно от 20 герц (Гц) в нижнем диапазоне до примерно 20 килогерц (кГц) в диапазоне высоких частот.

Двадцать кГц будут звучать как очень высокий звук комара, а 20 Гц — это то, что вы бы услышали, если бы «вы были на концерте R&B и просто стояли рядом с басом», — объяснил Майкл Цинь, старший исследователь. научный сотрудник Лаборатории медицинских исследований морских подводных лодок в Коннектикуте.

«Это будет то, что двигает ногой в штанах».

(См. «Ультразвуковая лягушка настраивает свои уши, как радио-циферблат».)

При определенных обстоятельствах люди также могут слышать частоты за пределами этого нормального диапазона. Например, согласно недавним экспериментам Цинь, дайверы под водой могут улавливать звуки до сотни кГц.

Непонятно, почему у дайверов улучшен слух под водой, но это может быть связано с тем, что звуки проходят прямо через кости в мозг, сказал он.

Вибрация в костях уха улучшает слух

При нормальном слухе звуковые волны, проходящие через воздух или воду, входят в наши ушные каналы и ударяют по барабанным перепонкам, заставляя их вибрировать. Наши барабанные перепонки соединены с тремя крошечными соединенными костями, называемыми молотком, наковальней и стремечкой, которые из-за своей формы широко известны как молоток, наковальня и стремени.

(Исследуйте человеческое тело.)

Когда стремечная кость качается взад и вперед, она толкается в заполненную жидкостью структуру, называемую улиткой во внутреннем ухе.Улитка, напоминающая крошечную улитку, содержит крошечные волоскоподобные структуры, которые переводят волны давления в толкающейся жидкости в нервные сигналы, которые отправляются в мозг и интерпретируются как звуки.

«Если рассматривать слуховой аппарат как одну длинную цепочку событий, есть несколько мест, в которых костная проводимость или подводный слух могут обойти эту цепочку», — сказал он.

Например, костная проводимость возникает, когда очень высокочастотные звуки напрямую стимулируют кости уха, посылая сигналы в мозг без активации барабанных перепонок.Вот как некоторые виды китов слышат под водой.

(См. Также «Окаменелости показывают, как киты эволюционировали, чтобы слышать под водой».)

«Суть нашей работы — попытаться понять подводный слух и слух по костной проводимости и определить, имеют ли они один и тот же основной механизм», сказал.

В качестве альтернативы, некоторые ультразвуковые частоты могут стимулировать жидкость в улитке.

«Это может быть похоже на удар гаечным ключом по резервуару с водой», — объяснил Цинь. «Сама жидкость могла колебаться.«

Сверхчеловеческие слуховые аппараты на горизонте?

Цинь и его команда сейчас изучают, какие кости наиболее чувствительны к ультразвуковым колебаниям.

Могут ли такие исследования привести к созданию устройств, дающих нам сверхчеловеческий слух, или улучшенных слуховых аппаратов? Цинь пока мама.

«Это же самое замечательное в фундаментальной науке, верно? Он позволяет вам узнать, как все работает, и вы можете адаптировать его для многих приложений ».

Цинь и его команда представят свои исследования на ежегодном собрании Акустического общества Америки в Сиэтле в конце мая.

человеческое ухо | Конструкция, функции и детали

Человеческое ухо , орган слуха и равновесия, который обнаруживает и анализирует звук путем преобразования (или преобразования звуковых волн в электрохимические импульсы) и поддерживает чувство баланса (равновесия).

человеческое ухо

Строение человеческого уха.

Британская энциклопедия, Inc.

Британская викторина

Человеческое тело: факт или вымысел?

Могут ли люди выбрать правшу или левшу? От нервов и генов до мышц и органов — посмотрите, насколько вы владеете обеими руками, выбирая между правильным — и неправильным — в этой викторине.

Человеческое ухо, как и у других млекопитающих, содержит органы чувств, которые выполняют две совершенно разные функции: слух и постуральное равновесие и координацию движений головы и глаз. Анатомически ухо состоит из трех различных частей: наружного, среднего и внутреннего уха. Наружное ухо состоит из видимой части, называемой ушной раковиной, или ушной раковины, которая выступает со стороны головы, и короткого наружного слухового прохода, внутренний конец которого закрыт барабанной перепонкой, обычно называемой барабанной перепонкой.Функция наружного уха — собирать звуковые волны и направлять их к барабанной перепонке. Среднее ухо — это узкая заполненная воздухом полость в височной кости. Он натянут на цепочку из трех крошечных костей — молоточка (молоток), наковальня (наковальня) и стремени (стремени), вместе называемых слуховыми косточками. Эта цепочка слуховых косточек передает звук от барабанной перепонки к внутреннему уху, известному со времен Галена (II век н. Э.) Как лабиринт. Это сложная система заполненных жидкостью проходов и полостей, расположенных глубоко внутри каменистой каменистой части височной кости.Внутреннее ухо состоит из двух функциональных единиц: вестибулярного аппарата, состоящего из преддверия и полукружных каналов, в котором находятся органы чувств постурального равновесия; и улитка, похожая на раковину улитки, которая содержит сенсорный орган слуха. Эти органы чувств представляют собой узкоспециализированные окончания восьмого черепного нерва, также называемого вестибулокохлеарным нервом.

Звуковые волны — Звук и ультразвук — Edexcel — GCSE Physics (Single Science) Revision — Edexcel

Звуковые волны — это продольные волны.Они заставляют частицы вибрировать параллельно направлению распространения волны. Колебания могут распространяться через твердые тела, жидкости или газы. Скорость звука зависит от среды, через которую он распространяется. При путешествии по воздуху скорость звука составляет около 330 метров в секунду (м / с). Звук не может проходить через вакуум, потому что нет частиц, переносящих колебания.

Ухо

Человеческое ухо улавливает звук. Звуковые волны попадают в слуховой проход и вызывают вибрацию барабанной перепонки.Три маленькие кости передают эти колебания в улитку. Это производит электрические сигналы, которые проходят через слуховой нерв в мозг, где они интерпретируются как звук.

Частота звуковой волны зависит от высоты звука, который слышен:

• высокочастотные звуковые волны имеют высокий тон
• низкочастотные звуковые волны имеют низкий тон

Амплитуда звуковой волны зависит от громкости звука:

• звуковые волны высокой амплитуды громкие
• звуковые волны низкой амплитуды тихие

Улитка стимулируется только ограниченным диапазоном частот.

No related posts.