Закон вебера фехнера для звука

Уже отмечалось, что объективная физическая характеристика звуковой волны — интенсивность определяет субъективную физиологическую характери­стику — громкость. Количественная связь между ними устанавливается законом Вебера-Фехнера: если интенсивность раздражителя увеличивается в геометрической прогрессии, то физиологическое ощущение растет в арифметической про­грессии.

Закон Вебера-Фехнера можно пересказать другими словами: физиологическаяреакция (в рассматриваемом слу­чае громкость) на раздражитель (интенсивность звука) пропорциональна логарифму интенсивности раздра­жителя.

В физике и технике логарифм отношения двух интенсивностей называют уровнем интенсивности, поэтому величину, пропор­циональную десятичному логарифму отношения интенсивности некоторого звука (I) к ин­тенсивности на пороге слышимости I0 = 10 -12 Вт/м 2 : называют уровнем интенсивности звука (L):

Коэффициент n в формуле (1) определяет единицу измерения уровня интенсивности звука L. Если n =1, то единицей измерения L является Бел (Б). На практике обычно принимают n =10, тогда L измеряется в децибелах (дБ) (1 дБ = 0,1 Б). На пороге слышимости (I = I0) уровень интенсивности звука L=0, а на пороге болевого ощущения (I = 10 Вт/м 2 )– L = 130 дБ.

Громкость звука в соответствии с законом Вебера-Фехнерапрямо пропорциональна уровнем интенсивности L:

где k — коэффициент пропорциональности, зависящий от частоты и интенсивности звука.

Если бы коэффициент k в формуле (2) был постоянным, то уровень гром­кости совпадал бы с уровнем интенсивности и мог бы измеряться в децибелах.

Но он зависит и от частоты и от интенсивности звуковой волны, поэтому громкость звука измеряют в других единицах – фонах. Постановили, что на частоте 1000 Гц 1 фон = 1 дБ, т.е. уровень интенсивности в децибелах и уровень громкости в фонах совпадают(в формуле (2) коэффициент k = 1 на частоте 1000 Гц). На других частотах для перехода от децибел к фонам не­обходимо вводить соответствующие поправки, которые можно определить с помощью кривых равной громкости (см. рис.1).

Определение порога слышимости на разных частотах составляет основу методов измерения остроты слуха. Полученная кривая называется спектральной характеристикой уха на пороге слыши­мости или аудиограммой. Сравнивая порог слышимости пациента с усредненной нормой, можно судить о степени развития нару­шений слухового аппарата.

Порядок выполнения работы

Снятие спектральной характеристики уха на пороге слышимости проводится с помощью генератора синусоидального сигнала SG-530 и наушников.

Основные органы управления генератора расположены на передней панели (рис.3). Там же расположен выходной разъем для подключения наушников. На задней панели генератора расположены выключатель питания, сетевой шнур и клемма заземления.

Рис. 3. Передняя панель генератора:

Когнитивная психология ощущений #21. Основной психофизический закон Фехнера-Вебера [Психофизика]

1- выходной разъем; 2 -ЖКИ; 3 — энкодер.

Управление генератором осуществляется с помощью нескольких меню, которые выводятся на жидкокристаллический индикатор (ЖКИ). Система меню организована в виде кольцевой структуры. Короткое нажатие кнопки энкодера позволяет «по кругу» переходить между меню, длинное нажатие в любом из пунктов меню приводит к переходу на главное меню. Любое действие по переходу между пунктами меню сопровождается звуковым сигналом.

С помощью системы меню можно задать частоту выходного сигнала генератора, амплитуду выходного сигнала, значение ослабления аттенюатора, считать или записать предустановку частоты, а также выключить или включить выходной сигнал. Увеличение или уменьшение значения выбранного параметра производится поворотом энкодера по (вправо) или против (влево) направления часовой стрелки соответственно.

В исходном состоянии генератора на индикатор выводится главное меню, в котором отображается текущее значение частоты, амплитуды и состояние аттенюатора. При повороте энкодера или нажатии кнопки энкодера происходит переход в меню установки частоты (рис. 4).

Одиночный поворот энкодера вправо или влево приводит к изменению частоты на один шаг.

Если на протяжении примерно 5 секунд регулировка частоты не производится, происходит автоматический переход на главное меню, за исключением меню калибровки частоты и амплитуды.

Нажатие кнопки энкодера в меню установки частоты приводит к переходу в меню установки амплитуды (рис. 4а,б). Значение амплитуды выводится в вольтах с запятой, которая отделяет десятые доли вольта, если значение больше 1 В, или без запятой в милливольтах, если значение меньше 1 В. На рис. 17.4, б показан пример индикации амплитуды, равной 10 В, а на рис. 17.4, в -амплитуды 10 мВ.

Нажатие кнопки энкодера в меню установки амплитуды приводит к переходу в меню установки ослабления аттенюатора. Возможные значения ослабления аттенюатора 0, -20, -40, -60 дБ.

Нажатие кнопки энкодера в меню установки ослабления аттенюатора приводит к переходу в меню установки шага изменения частоты. Шаг изменения значения частоты может иметь значение 0.01 Гц. 10 КГц. Нажатие кнопки энкодера в меню установки шага изменения частоты приводит к переходу в меню установки шага изменения значения амплитуды (рис. 5). Шаг изменения значения амплитуды может иметь значение 1 мВ. 1 В.

Порядок выполнения работы.

1. Подключите к сети (220В. 50 Гц) шнур питания генератора SG-530 нажатием кнопки «POWER» на задней панели;

2. Однократно нажмите кнопку энкодера — произойдет переход из главного меню в меню установки частоты «FREQUENCY» — и вращением энкодера установите первое значение частоты ν =100 Гц;

3. Нажатие кнопки энкодера в меню установки частоты приводит к переходу к меню установки амплитуды «AMPLITUDE» — установите значение амплитуды Uген =300 мВ;

4. Подключите наушники к генератору;

5. Уменьшая значение амплитуды до 100 мВ, добейтесь отсутствия шума в наушниках;

6. Если при минимальной амплитуде (100 мВ) звук в наушниках ещё слышен, нажатием кнопки энкодера перейдите в меню установки ослабления аттенюатора «ATTENUATOR» и установите минимальное ослабление L (например, -20dB), при котором звук исчезает;

7. Запишите полученные значения частоты ν, амплитуды Uген и ослабления L в таблицу результатов измерений (таблица 1 );

8. Аналогично добейтесь отсутствия звука для каждой из предложенных частот ν;

9. Произведите расчёт амплитуды на выходе генератора Uвых по формуле Uвых = Uген ∙ K, где коэффициент ослабления K определяется по величинеослабления L из таблицы2;

10. Определите минимальное значениеамплитуды на выходе генератора Uвых min как наименьшееиз совокупности всех полученных значенийамплитуды на выходе генератора Uвых для всех частот;

11. Произведите расчёт уровня громкости на пороге слышимости E по формуле E=20lg Uвых/ Uвых min;

12. Постройте график зависимости величины уровня громкости на пороге слышимости E от значения логарифма частоты lg ν. Полученная кривая будет представлять собой порог слышимости.

Таблица 1. Результаты измерений.

ν, Гцlg νUген, мВL, дБКоэффициент ослабления, KUвых = К·Uген мВУровень интенсивности (дБ) E =20 lg (Uвых/ Uвых min)
2,0
2,3
2,7
3,0
3,3
3,5
3,7
4,0
4,2

Таблица 2. Связь показаний аттенюатора L (0, -20, -40, -60 дБ) и коэффициента ослабления по напряжению K (1, 0,1, 0,01, 0,001).

Ослабление аттенюатора L, дБ— 20— 40— 60
Коэффициент ослабления, K0,10,010,001

Контрольные вопросы:

1. Природа звука. Скорость звука. Классификация звуков (тоны, шумы).

2. Физические и физиологические характеристики звука (частота, интенсивность, спектральный состав, высота, громкость, тембр).

3. Диаграмма слышимости (порог слышимости, порог болевого ощущения, область речи).

4. Закон Вебера-Фехнера. Уровни интенсивности и уровни громкости звука, связь между ними и единицы измерения.

5. Методика определения порога слышимости (спектральной характеристики уха на пороге слышимости)

Решить задачи:

1. Интенсивность звука частотой 5 кГц равна 10 -9 Вт/м 2 . Определить уровни интенсивности и громкости этого звука.

2. Уровень интенсивности звука от некоторого источника равен 60 дБ. Чему равен суммарный уровень интенсивности звука от десяти таких ис­точников звука при их одновременном действии?

3. Уровень громкости звука частотой 1000 Гц после его прохождения че­рез стенку понизился от 100 до 20 фон. Во сколько раз уменьшилась ин­тенсивность звука?

Литература:

1. В.Г.Лещенко, Г.К.Ильич. Медицинская и биологическая физика.- Мн.: Новое знание. 2011.

2. Г.К.Ильич. Колебания и волны, акустика, гемодинамика. Пособие. – Мн.: БГМУ, 2000.

3. А.Н. Ремизов. Медицинская и биологическая физика.- М.: Высш. шк. 1987.

Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:

Закон Вебера-Фехнера

Одна из причин применения децибелов, т.е. относительной логарифмической шкалы громкости — психофизиологическая («живая природа живёт по логарифму»). Характер восприятия человеком и животными многих физических и биологических процессов таков, что изменения воспринимаются пропорционально именно логарифму интенсивности воздействия. В частности, минимальное заметное изменение громкости приблизительно соответствует 1 дБ.

Эмпирический психофизиологический закон, согласно которому интенсивность ощущения пропорциональна логарифму интенсивности раздражителя.

12

В ряде экспериментов, начиная с 1834 года, немецкий психофизиолог Эрнст Вебер показал, что новый раздражитель, чтобы отличаться по ощущениям от предыдущего, должен отличаться от исходного на величину, пропорциональную исходному раздражителю. На основе этих наблюдений его соотечественник психолог Густав Фехнер в 1860 году сформулировал «основной психофизический закон»: сила ощущения p пропорциональна логарифму интенсивности раздражителя S:

где:
S — значение интенсивности раздражителя;
S0 — нижнее граничное значение интенсивности раздражителя; если S < S0, раздражитель совсем не ощущается;
k — константа, зависящая от субъекта ощущения.

Так, люстра, в которой 8 лампочек, кажется нам настолько же ярче люстры из 4 лампочек, насколько люстра из 4 лампочек ярче люстры из 2 лампочек. То есть количество лампочек должно увеличиваться в одинаковое число раз, чтобы нам казалось, что прирост яркости постоянен.

И наоборот, если абсолютный прирост яркости (разница в яркости «после» и «до») постоянен, то нам будет казаться, что абсолютный прирост уменьшается по мере роста самого значения яркости.

Например, если добавить одну лампочку к люстре из двух лампочек, то кажущийся прирост в яркости будет значительным. Если же добавить одну лампочку к люстре из 12 лампочек, то мы практически не заметим прироста яркости.

Можно сказать и так: отношение минимального приращения силы раздражителя, впервые вызывающего новые ощущения, к исходной величине раздражителя есть величина постоянная.

(В XX веке Стенли Смитом Стивенсом была доказана ограниченность закона Вебера—Фехнера, справедливого лишь для некоторых типов ощущений. В целом же зависимость носит характер степенной функции с различными показателями степени для каждого рода условий (закон Стивенса).)

Восприятие звука. Закон Вебера – Фехнера.

Диапазон интенсивности звука, в котором работает наш слух, чрезвычайно широк. На частоте звука 1кГц для среднестатистического человека характерны следующие энергетические границы:

— порог слышимости — 10 -12 Вт/м 2 ;

— порог болевого ощущения — 10 Вт/м 2 .

Следовательно, самый тихий и самый громкий звук отличаются по интенсивности в 10 13 раз! Во столько же раз отличаются значения массы

1 миллиграмм и 10 000 тонн!

Э. Вебер сумел понять, как человек приспособился к условиям, в которых внешнее воздействие может меняться в столь широком диапазоне. Свое понимание этого приспособительного механизма он сформулировал в виде закона, согласно которому если интенсивность раздражителя возрастает по закону геометрической прогрессии, (например, так: 1, 10, 100, 1000, …),

то ощущения будут усиливаться по закону арифметической прогрессии, (1, 2, 3, 4, …).

Г. Фехнер выразил эту особенность ощущений на языке логарифмической функции, и в итоге закон Вебера — Фехнера состоит в следующем:

Нашим ощущениям соответствуют логарифмы относительных изменений внешних воздействий.

Присмотритесь: в нашем примере числа 1, 2, 3, … действительно являются десятичными логарифмами чисел ряда 10, 100, 1000. …

Закону Вебера-Фехнера соответствуют наши ощущения как звуковых, так и световых ощущений. Ведь наше зрение тоже функционирует в широчайшем диапазоне: от единичных квантов на колбочку или палочку до громадных световых потоков в солнечный день.

А вот в тактильных ощущениях диапазон внешних воздействий, от «чуть-чуть» до болевого ощущения, гораздо более узкий, и приспособительные логарифмические реакции на уровне ощущений не потребовались.

Децибельная шкала интенсивности звука

Закон Вебера — Фехнера подсказывает, что при работе с величинами, способными отличаться друг от друга на много порядков, целесообразно перейти от этих чисел к их логарифмам.

Единица измерения интенсивности звука в логарифмической шкале — бел (в честь Белла, изобретателя телефона). Но практически более удобной оказалась единица, в 10 раз меньшая – децибел: 1Б = 10дБ.

Интенсивность звука I , измеренная в Вт/м 2 , и интенсивность звука Е, измеренная в децибелах связаны друг с другом следующим образом:

Е = 10 lg I / I 0

Здесь под знаком логарифма – дробь, которая как раз и представляет собой относительное изменение внешнего воздействия от порогового значенияI0 до некоторого обсуждаемого значения интенсивности I .

Приведем пример использования децибельной шкалы. Пусть при измерении уровня шума в помещении интенсиметр показал 10 мкВт/м 2 . Найдем, сколько это будет в децибельной шкеле.

Решение: Показания интенсиметра: I = 10 мкВт/м 2 = 10 — 5 Вт/м 2 .

Порог слышимости: I0 = 10 -12 Вт/м 2 .

Следовательно, интенсивность звука в децибелах:

E = 10 lg I/I0= 10 lg 10 -5 /10 -12 = 10 lg 10 7 = 10 ‧7 = 70 дБ

Другой пример: человек имеет повышенную остроту слуха и способен слышать звуки более тихие, чем среднестатистический порог слышимости. Если он слышит при I = 10 — 14 Вт/м 2 , то в децибельной шкале такой сверхтихий звук имеет интенсивность:

E = 10 lg 10 -14 /10 -12 = 10 lg 10 -2 = 10‧(-2) = -20 дБ

Порогу болевых ощущений соответствует уровень интенсивности

Звуки, интенсивность которых превосходит 130 дБ, как звуки нами уже не воспринимаются.

Звуку с интенсивностью I0 = 10 -12 Вт/м 2 (порог слышимости)

в децибельной шкале соответствует Е = 0 дБ.

Табл. 1. Сведения об уровнях интенсивности звука в некоторых случаях.

Восприятие звука: продолжение.

Наибольшая острота слуха у мужчин – в среднем на частоте 4 кГц, а у женщин – в диапазоне от 4 до 6 кГц. При этом имеет значение индивидуальная протяженность слухового прохода.

Существование частот, характерных повышенной остротой слуха, объясняется явлением акустического резонанса. Вот как все происходит. Звуковая волна проходит сквозь слуховой проход и отражается от барабанной перепонки. При этом отражении перепонка испытает импульс акустического давления как первый вклад колебаний этого цикла в наше ощущение звука. Но отраженная волна, выходя из слухового прохода, накладывается на колебания следующего цикла, идущие в сторону перепонки. На обсуждаемых резонансных частотах имеет место счастливое стечение обстоятельств: длина звуковой волны, длина слухового прохода и длительность прохождения этого прохода туда и обратно таковы, что накладываются колебания, одинаковые по фазе. Отраженная волна предыдущего цикла резонансно усиливает прямую волну следующего цикла, и это будет ее второй вклад в наше ощущение звука.

Параметр «длина волны» имеет следующую особенность: если волна переходит из одной среды в другую, то значение длины волны меняется. Так, если скорость звука в воздухе составляет 330 м/с, а в воде – 1480 м/с, то при переходе из воздуха в воду значение длины волны возрастает почти в пять раз. Однако наше восприятие звука при этом не изменится: тенор басом не запоет. Ощущение высоты тона определяется частотой звука, а она при этом не меняется.

Аналогично обстоят дела и со световыми волнами при их переходе из одной среды в другую. При переходе из воздуха в воду красный свет зеленым не становится.

Бинауральный эффект. Так называется наша способность определять направление на источник звука. Лучше всего это удается, когда звуки или шумы имеют резкое начало или обладают повторяющимися характерными особенностями. Решающим фактором является разность во времени появления звукового ощущения в левом и правом ухе. Мы уверенно различаем запаздывания по времени до 10 -4 с; для звука на частоте 1000 Гц это составляет 0,1 периода колебаний. Этим данным и тому факту, что расстояние между ушами – около 20 см, соответствует точность определения направлений Δφ = ± 10˚ (на частоте 1000 Гц).

«Разностные тоны». При большой интенсивности звука мы можем слышать даже звуки, которых нет. Наряду с ощущениями, соответствующими реально действующим частотам ν1 и ν2 мы начинаем слышать разностные тоны (ν1 — ν2) и комбинированные тоны (ν1 + ν2) или (2ν1 — ν2). Благодаря этим причудам восприятия, мы из плохонького динамика в наушниках слышим низкие частоты, на воспроизведение которых он не способен.

Стереофоническое звучание технически обеспечивается от двух акустических колонок, каждая из которых воспроизводит звук, специально для нее записанный. Звуки от двух колонок накладываются друг на друга, создавая в нашем восприятии иллюзию «живого» звучания группы музыкальных инструментов, группы участников разговора, рассредоточенных в пространстве.

Менее известно, что получая монофонический звук от одной колонки, мы и его воспринимаем как стереофонический; кто-то в большей степени, кто-то – в меньшей.

Колебания одной гармоники мы воспринимаем как определенный тон. Каждый тон имеет некоторую высоту. Высота тона – это качество ощущения, и как таковое физическому измерению не доступно и относится к категории психофизических характеристик звука. Наше ощущение высоты тона зависит от частоты звуковых волн, но в некоторой степени и от их интенсивности.

На несинусоидальные колебания мы реагируем ощущением сложного звука, обладающего тембром. Наше ощущение тембра соответствует линейчатому спектру источника звука и распределению энергии по линиям спектра. При этом изменение частоты основного тона не меняет наших ощущений тембра. Мы различаем голоса людей и музыкальные инструменты по их тембру.

Свойства акустического спектра как категории физической, определяют наши ощущения тембра как категории психофизической, физическим измерениям не доступной.

Если звук, произнесенный в помещении, затухает быстро, он воспринимается как приглушенный, как бы не до конца расслышанный. Если же произнесенный звук, многократно отражаясь, долго не затухает, то помещения с таким звучанием мы называем гулкими. Приглушенность, гулкость – оценки психофизические. Им соответствует измеряемая физическая величина – время реверберации, под которым понимается время, за которое затухающий звук уменьшает свою интенсивность в 10 6 раз. В хороших концертных залах время реверберации на средних частотах составляет 1-2 секунды. Для достижения оптимального времени реверберации стены и перекрытия отделываются элементами, сочетающими свойства декоративные со свойствами поглотителей или отражателей звука.

В состав современных электронных музыкальных комплексов входят ревербераторы – устройства, с помощью которых «длительность послезвучания» может меняться по усмотрению исполнителей.

На рис. 9 представлены амплитудно-частотные диапазоны звуков речи и музыки.

Нижняя кривая соответствует порогу слышимости, а верхняя — порогу болевых ощущений.

Из графиков следует, что диапазон частот речевого общения приходится на частоты от 100Гц до 8 кГц

Рис. 9. Амплитудно-частотные диапазоны речи и музыки.

Звуки в животном мире.

Все познается в сравнении. Диапазон слышимых частот человека:

16 Гц — 20 кГц. А как у братьев наших меньших? По – разному:

Кошки 45 Гц — 60 кГц

Собаки 15 Гц — 40 кГц

Дельфины 40 Гц -200 кГц

Летучие мыши 2 кГц — 180 кГц

Медузы 8 Гц — 15 Гц

Бабочки 10 кГц — 260 кГц.

Дата добавления: 2018-11-24 ; просмотров: 2685 ; Мы поможем в написании вашей работы!

Закон Вебера-Фехнера: Основы

  • (Delta I) — изменение стимуляции,
  • (I) — начальная стимуляция,
  • (k) — постоянная, зависящая от конкретного восприятия и чувствительности органов чувств.

Давайте рассмотрим пример с громкостью звука. Предположим, у вас есть аудиосистема, и вы увеличиваете громкость с 50 децибел до 60 децибел. Согласно закону Вебера-Фехнера, этот 10-дБ прирост будет ощущаться менее значительным, чем увеличение с 70 дБ до 80 дБ. Почему? Потому что 10 дБ изменения на более высоком уровне звука будут восприниматься как менее значительные, чем на низком уровне. Это объясняет почему, когда музыка уже играет громко, небольшое увеличение громкости может показаться вам менее заметным, чем то же самое увеличение при более низком уровне громкости.

Пример 2: Освещенность

Подобный принцип применим к яркости света. Если вы находитесь в темном помещении и увеличиваете яркость света, это изменение будет ощущаться более сильно, чем если вы уже находитесь в достаточно ярком помещении и делаете тот же самый процентный прирост в яркости. Это также можно объяснить законом Вебера-Фехнера: при большем начальном уровне стимуляции (в данном случае, света), изменения должны быть более значительными, чтобы быть ощутимыми.

Закон Вебера-Фехнера является одной из фундаментальных концепций в психологии, которая относится к области когнитивных ошибок. Этот закон описывает взаимосвязь между силой воздействия на наши органы чувств и воспринимаемым нами уровнем этого воздействия. Понимание этого закона имеет важное значение для работы психологов, поскольку позволяет исследовать и объяснить ряд когнитивных искажений, которые возникают в процессе восприятия мира.

Закон Вебера-Фехнера основывается на двух ключевых концепциях: логарифмической функции и различимостью порога. Логарифмическая функция описывает взаимосвязь между физическим стимулом и его перцептуальным откликом. В соответствии с этой функцией, чтобы воспринять удвоение физического стимула, нам нужно увеличить его интенсивность не в два, а в константное значение, зависящее от характеристик конкретной системы восприятия. Различимость порога, с другой стороны, отражает минимальное изменение стимула, которое мы способны воспринять.

Применительно к работе психологов, закон Вебера-Фехнера объясняет, как некоторые когнитивные ошибки могут возникать в процессе восприятия и оценки психологических явлений. Рассмотрим подробнее несколько примеров:

  1. Эффект размера порога: согласно закону Вебера-Фехнера, размер порога различимости зависит от интенсивности исходного стимула. Это означает, что бóльшие стимулы требуют большего изменения для того, чтобы были восприняты как отличные от исходного состояния. Например, психолог может проводить исследование, где пациентам показывают различные цвета квадратов и затем просить оценить изменение интенсивности. Закон Вебера-Фехнера предсказывает, что для восприятия одинакового изменения интенсивности, когда начальный стимул яркий, понадобится большее изменение, чем при слабом исходном стимуле.
  2. Искажение масштаба: закон Вебера-Фехнера также объясняет, почему мы не всегда оцениваем масштаб изменений правильно. Например, психолог может проводить эксперимент, в котором показывается изображение среднего размера и просить участников оценить, насколько большим или маленьким они видят изображение. Закон Вебера-Фехнера предсказывает, что оценки будут сильно зависеть от контекста и сравнительных изменений. Если предварительно показать очень большое изображение, изображение среднего размера может быть воспринято как маленькое.
  3. Влияние эмоций: закон Вебера-Фехнера также может объяснить эффект эмоционального воздействия на восприятие. Психологи могут исследовать влияние эмоциональных стимулов, таких как грустная или радостная музыка, на восприятие физических стимулов. Согласно закону Вебера-Фехнера, эмоциональное состояние может влиять на наше восприятие интенсивности стимулов. Например, при грустном настроении мы можем воспринимать стимулы как менее интенсивные, чем при радостном состоянии.

В заключение, закон Вебера-Фехнера играет важную роль в понимании когнитивных ошибок в работе психологов. Понимание этого закона позволяет объяснить, почему мы часто совершаем ошибки в восприятии и оценке стимулов. Примеры, приведенные выше, демонстрируют, как закон Вебера-Фехнера применяется в психологических исследованиях и как он помогает нам понять процессы восприятия и оценки в контексте когнитивных искажений.

Закон Вебера-Фехнера для звука

Уровень ощущения звука L пропорционален десятикратному лога­рифму интенсивности звука, отнесённой к интенсивности на пороге слышимости.

Величина L измеряется в относительных логарифмических едини­цах – децибелах (дБ).

Уровень звука можно также выразить через звуковое давление:

, (1.2)

где I0 и ро — интенсивность и звуковое давление на пороге

Пороговые значения интенсивности и звукового давления стандар­тизированы: l 0 = 10 -12 Вт/м 2 , а р0 = 2* 10 -5 Па.

Уровень интенсивности звука L численно равен уровню звукового давления (УЗД). Эти величины — синонимы.

Уровень звукового давления называют уровнем шума.

Зона слышимости звука ограничена двумя кривыми: порогом слы­шимости и порогом болевого ощущения (рис. 1).

Рис. 1. Зона слышимости звука

Шум, как сложное колебание характеризуется спектром, т. е. зависимостью УЗД от частоты. Высота тона или частота воспринима­ется человеком также по логарифмическому закону. Человек одинако­во реагирует не на абсолютные, а на относительные изменения часто­ты в определённое количество раз. Частотный ряд делится на полосы и каждая полоса определяется средней частотой.

Наиболее часто применяют октавные полосы, в которых верхняя гра­ничная частота в два раза больше нижней; такое же соотношение со­блюдается между средними частотами.

Шум измеряют и нормируют в следующих стандартных октавных полосах частот (Гц) со средними значениями:

Анализ спектрального состава шума выполняют посредством изме­рений УЗД шумомером с октавными фильтрами и по результатам из­мерений строят график — спектр шума в октавных полосах частот.

Полученные таким образом уровни шума сравнивают с допустимы­ми значениями (рис. 2).

Рис. 2. Построение спектра шума в октавных полосах частот

——— допустимые уровни шума, дБ;

——— измеренные уровни шума, дБ.

mydocx.ru — 2015-2024 year. (0.005 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав — Пожаловаться на публикацию

• Звук в широком смысле — упругие колебания и волны,
распространяющиеся в газообразных, жидких и твердых веществах; в
узком смысле — явление, субъективно воспринимаемое органами слуха
человека и животных.
• В норме ухо человека слышит звук в диапазоне частот от 16 Гц до 20
кГц. Однако с возрастом верхняя граница этого диапазона
уменьшается:

Акустические
спектры одной и той
же ноты (ν0 = 100
Гц), взятой на рояле
(а) и кларнете (б).
Спектр, полученный
от шума горения
газовой горелки

Физические характеристики звука

• 1. Скорость (v). Звук распространяется в любой среде, кроме
вакуума. Скорость его распространения зависит от упругости,
плотности и температуры среды, но не зависит от частоты
колебаний. Скорость звука в газе зависит от его молярной
массы (М) и абсолютной температуры (Т):
v
RT
M
• Где — отношение теплоемкостей газа при постоянном давлении
и постоянном объеме
• R – универсальная газовая постоянная
• T – температура газа
Скорость звука в воде равна 1500 м/с; близкое значение имеет
скорость звука и в мягких тканях организма.

• 2.
Звуковое
давление.
Распространение
звука
сопровождается изменением давления в среде. Звуковое
давление (ΔΡ) — это амплитуда тех изменений давления в
среде, которые возникают при прохождении звуковой
волны.
• 3. Интенсивность звука. Распространение звуковой
волны сопровождается переносом энергии. Интенсивность
звука — это плотность потока энергии, переносимой
звуковой волной.
• 4. Частота – количество колебаний в единицу времени.

Закон вебера – фехнера и его интерпретация в акустике. Единицы уровня интенсивности звука. Сложение уровней интенсивности звука.

Для всех органов чувств человека ощущение пропорционально логарифму раздражителя, выраженному в единицах порога ощущения.

Уровень интенсивности звука и уровень звукового давления. Диапазон изменения звукового давления

Уровень интенсивности звука

Уровень интенсивности звука, выраженный через звуковое давление

Пороговая величина звукового давления pₒ соответствует пороговой величине интенсивности звука Iₒ

рₒ=2 · 10(*в (– 5) степени)* Па; I0 =10 (*в – 12 степени*) Вт/м²; рₒ=10 (*в – 12 степени) Вт;

соотв.порогу слышимости на частоте 1000 Гц

При пороговых величинах уровень интенсивности звука и уровень давл.=0

Уровень звуковой мощности Lp=10·lg(p/pₒ) болевой порог: р=2·10²Па I=10² Вт/м² L=140 дБ

Нормальный разговор – 50-60 дБ

Практически тишина – 10 дБ

Порог слышимости мертвая тишина – 0дБ

НО: менее 20 дб трудно получить

Интенсивностью волны I называют величину, численно равную средней по времени энергии Е, переносимой волной в единицу времени через единицу площади поверхности, расположенную перпендикулярно направлению распространения волны:

где S — площадь поверхности, через которую проходит волна, t — время ее прохождения через эту поверхность. Единица измерения интенсивности волны: Дж/(м 2 с) = Вт/м 2 .

Вводят величину уровня интенсивности звука, равную десятичному логарифму отношения интенсивности исследуемого звука I к интенсивности I0 на пороге слышимости

Уровень интенсивности звука измеряется в белах. бел — есть единица шкалы уровней интенсивности звука, соответствующая изменению интенсивности в 10 раз. Обычно применяют единицу в 10 раз меньшую, называемую децибелом (дБ). Тогда формула (4.11) принимает вид .

Если L=1 дБ, то , а . Таким образом, децибел соответствует таким двум уровням, интенсивности которых отличаются в 1,26 раза.

Согласно закону Вебера — Фехнера прирост силы ощущения пропорционален логарифму отношения интенсивностей двух сравнимых раздражений.

Закон Вебера — Фехнера лежит в основе создания шкалы уровней громкости, а также шкалы уровней интенсивности. результате область слышимости ограничена как сверху, так и снизу кривыми. Эти кривые получены на основании измерений, проведенных с людьми, обладающими наиболее чувствительными органами слуха. Для большинства людей область слышимости меньше; для многих частотная граница наступает при 18, 15 и даже при 10 кГц. Интенсивность в 10 -12 Вт/м 2 также ощущается далеко не всяким человеком. С возрастом область слышимости сужается. При повреждении уха она может стать совсем маленькой, а при глухоте сжимается в точку.

Для того чтобы найти соответствие между громкостью и интенсивностью звука на разных частотах, пользуются кривыми равной громкости. Видно, что среднее человеческое ухо наиболее чувствительно к частотам 2500 — 3000 Гц. Каждая промежуточная кривая отвечает одинаковой громкости, но разной интенсивности звука для разных частот. Используя совокупность кривых равной громкости, можно найти для разных частот громкости, соответствующие определенной интенсивности. Например, пусть интенсивность звука частотой 100 Гц равна 60 дБ

Сложение уровней интенсивности звука

Пусть имеется n источников звука, каждый из которых в данной точке поля одну и ту же интенсивность звука I(первое), с уровнем интенсивности L(первое) L=lg·I(первое). Суммарная интенсивность звука I=I(первое) · n; Уровень суммарной интенсивности звука:

Значение 10lgn:

25. Уровень интенсивности звука иуровень звукового давления. Уровень звуковой мощности. Эквивалентный уровень звукового давления и эквивалентный уровень звука.

Единицы уровня звука Уровень интенсивности звука измеряют в десятых долях Белла(Б) – децибел (дБ)

Для различных уровней звукового давления – различные условия восприятия звука:

94- внутри вагона метро

Звуковое давление р – разность между мгновенным значением полного давления и средним давлением, которое наблюдается в среде при отсутствии звукового поля.

Для расчетов принимается Рэф=Рм х кореньиз2

Звуковые давления речи и музыки имеют величину до 100 Па.

. Как всякая сила, звуковое давление имеет направление. Однако, под давлением понимается сила, перпендикулярная к поверхности.

Оцените статью
TutShema
Добавить комментарий