ОСОБЕННОСТИ ВОСПРИЯТИЯ ЗВУКА ЧЕЛОВЕКОМ

 

ОСОБЕННОСТИ ВОСПРИЯТИЯ ЗВУКА

ЧЕЛОВЕКОМ

 

К физическим характеристикам звука относят: частоту и интенсивность; к физиологическим – высоту звука, тембр, громкость. Например, звуки большой частоты воспринимаются как высокие и наоборот.

Ухо человека воспринимает широкий диапазон частот

От 20 до 20 000 Гц

Ухо чувствительно к изменению частоты звука.

В акустике используют шкалу уровней (log), т.к. физические величины, характеризующие Звуковое поле, изменяются в широком диапазоне.

Пороговые значения акустических величин стандартизированы. В качестве пороговых значений приняты:

Порог слышимости

= 2 ×10^-5 Па,

I₀ = 2 ×10^-12 Вт/м²

Болевой порог восприятия звука

.

Уровень интенсивности звука

 

Уровень ЗД

 

Уровень ЗМ

 

Децибел – 1/10 часть Белла.

Бел- единица измерения, используемая в акустике, названная в честь американского ученого и инженера, изобретателя телефона.

Использование шкалы уровней в акустике связано с тем, что в физиологии известен закон Вебера-Фехнера, согласно которому реакция человека пропорциональна логарифму воздействия.

Ухо человека воспринимает разницу значений интенсивности звука в 1дБ.

 

Изменение уровня звукового давления

Составляет 140 ДБ.

 

 

 

 

Звук, состоящий из колебаний одной частоты – называют тоном (синусоидальная волна), спектр линейчатый

Самая низкая частота называется основной. Остальные, более высокие частоты, называют обертонами. От частоты и соотношения амплитуд обертонов зависит тембр звука. Обертоны, частоты которых кратны основной частоте, называются высшими гармониками. Музыкальные звуки - гармонические обертоны.

 

Звук, состоящий из нескольких частот – сложный (шум)

Сложный звук характеризуется спектром, т.е. распределением энергии по частотам.

Для построения спектров используют октавные и 1/3 октавные полосы частот.

ОКТАВА – ПОЛОСА ЧАСТОТ

Где - соответственно нижняя и верхняя границы полосы.

За среднюю частоту полосы принимают среднегеометрическую частоту

Если , то ширина полосы равна 1/3 октавы.

СПЕКТРЫ ЗВУКА

ЛИНЕЙЧАТЫЙ

СПЛОШНОЙ

СМЕШАННЫЙ

В 1/3 ОКТАВНЫХ ПОЛОСАХ ЧАСТОТ,  

Чувствительность человеческого уха к низким и высоким частотам хуже, чем к частотам речевого диапазона (500-4000 Гц). При проектировании необходимо учитывать эту особенность.

КРИВЫЕ РАВНОЙ ГРОМКОСТИ

Звуки разной частоты с одинаковыми уровнями звукового давления человеческим ухом воспринимаются, как звуки с разной громкостью. На графике показаны кривые равной громкости. Каждой кривой соответствует определенный субъективный уровень громкости, измеряемый в фонах. Например, простой тон частотой 20 Гц при уровне звукового давления 100 дБ имеет уровень громкости 50 фон. При частоте 1000 Гц уровень звукового давления в децибелах равен уровню громкости в фонах.

 

СЛОЖЕНИЕ УРОВНЕЙ ЗВУКОВОГО ДАВЛЕНИЯ

 

При совместном действии нескольких источников результирующий уровень шума определяется как:

Для n одинаковых источников получим:

 

Для сложения уровней звукового давления используют также номограммы или значения , приведенные в таблице.

  Пример.  

ФОРМИРОВАНИЕ ЗВУКОВОГО ПОЛЯ В ПОМЕЩЕНИИ

В АРХИТЕКТУРНОЙ АКУСТИКЕ ИЗВЕСТНЫ ТРИ ТЕОРИИ

Геометрическая теория

Статистическая

Волновая

Геометрическая (лучевая) теория

Геометрическая (лучевая) теория акустических процессов в помещениях основана на законах геометрической оптики.

Движение звуковых волн рассматривают подобно движению световых лучей. В соответствии с законами геометрической оптики при отражении от зеркальных поверхностей угол отражения равен углу падения, падающий и отраженный лучи лежат в одной плоскости. Это справедливо, если размеры отражающих поверхностей много больше длины волны, а размеры неровностей поверхностей много меньше длины волны.

Характер отражения зависит от формы отражающей поверхности. При отражении от плоской поверхности (рис.1) возникает мнимый источник S', место которого ощущается на слух подобно тому, как глаз видит мнимый источник света в зеркале.

Рис.1

Отражение от вогнутой поверхности приводит к фокусировке лучей в точке S'. Выпуклые поверхности (колонны, пилястры, крупные лепные украшения, люстры) рассеивают звук (рис.2).

Рис.2

Рис.3

 

Рис.4

Звук, излученный источником, доходит до преграды (например, стены) и отражается от нее. Процесс многократно повторяется с потерей при каждом отражении части энергии. На места слушателей (или в точку расположения микрофона) первые запаздывающее импульсы, как правило, приходят после отражения от потолка и стен зала.

Средняя длина свободного пробега ЗВ

Например, в расчетной точке (1) суммируются три луча

- прямой звук;

- отраженный от потолка;

Отраженный от боковых поверхностей

Ослабление прямого звука

, дБ

Отраженного звука

, дБ

В КАЖДОЙ ТОЧКЕ происходит

Сложение уровней ЗД

Роль начальных отражений. Для слухового восприятия важным является запаздывание отраженных звуковых волн. Вследствие инерционности слуха человек обладает способностью сохранять (интегрировать) слуховые ощущения, объединять их в общее впечатление, если они длятся не более 50 мс (точнее 48 мс). Поэтому к полезному звуку относятся все волны Прямой и отраженный звук), которые достигают уха с разницей во времени не более 50 мс. Запаздыванию на 50 мс соответствует разница в пути 17 м. Отражения от преград, укладывающиеся в указанный промежуток времени, являются полезными, желательными, так как они увеличивают ощущение громкости на 5 - 6 дБ, улучшают качество звучания, придавая звуку "живость", "пластичность", "объемность". ЗВ, приходящие позднее, воспринимаются как эхо.

Существенную роль играет направление прихода начальных отражений. Если запаздывающие сигналы, т.е. все ранние отражения, поступают к слушателю с того же направления, что и прямой сигнал, слух почти не различает разницы в качестве звучания по сравнению со звучанием только прямого звука. Возникает впечатление "плоского" звука, лишенного объемности. Между тем даже приход только трех запаздывающих сигналов по разным направлениям создает эффект пространственного звучания. Качество звучания зависит от того, с каких направлений и в какой последовательности приходят запаздывающие звуки.

Полученные результаты дали возможность выработать рекомендации в отношении времени запаздывания и размеров зала. Учитывалось, что первый запаздывающий сигнал, как правило, приходит от потолка, второй - от боковых стен, третий - от задней стены зала. Разные требования по времени задержки начальных отражений объясняются особенностями речи и музыкальных звуков и различием решаемых акустических задач.

Вид звучания	t1, мс	t2, мс	t3, мс
Речь	10 - 15	15 - 22	25 – 45
Музыка	20 - 30	35 - 50	50 – 70

Чтобы добиться хорошей разборчивости речи, запаздывания должны быть сравнительно небольшими. При звучании музыки нужно подчеркнуть мелодическое начало, для обеспечения слитности звуков необходимо большее время запаздывания начальных отражений. Отсюда вытекают рекомендуемые размеры концертных залов: высота и ширина не менее 9 и 18,5 м соответственно и не более 9 и 25 м у портала.

Увеличивать высоту и ширину зала можно лишь на расстоянии от портала сцены (эстрады), превышающем примерно 1/4 - 1/3 общей длины зала: высоту до 10,5 м, ширину до 30 м. Длину зала выбирают, учитывая необходимость получать на самых удаленных местах достаточную энергию прямого звука. Исходя из этого обстоятельства, рекомендуют выбирать длину зала по партеру не более 40 м, а по балкону - 46 м.

В таблице приведены сведения о геометрии некоторых залов, акустические качества которых считаются хорошими (N - вместимость зала, Lп - наибольшее удаление слушателя от эстрады в партере, Lб - то же на балконе, t1 - время запаздывания первого отражения).

Зал N, чел Lп, м Lб, м t1, мс Колонный зал Дома союзов, Москва - - - 24 - 28 Большой зал московской консерватории 21 - 26 Малый зал московской консерватории 21 - 26 Зал Академической капеллы, С-Петербург - - - 25 - 30 Концертный зал, Бостон - Концертный зал, Нью-Йорк - Концертный зал, Зальцбург - Концертный зал, Каракас

Таким образом, минимальные размеры помещения для воспроизведения музыки (высота и ширина) не связаны с его вместимостью, а определяются необходимой структурой начальных отражений. Даже если помещение предназначено для исполнения музыки в отсутствии слушателей (студия звукозаписи, звукового вещания, зал прослушивания киностудии), его размеры должны определяться только качеством звучания музыки.

частоты	45-90	90-180	180-355	355-710	710-1400	1400-2800	2800-5600
Ср.геом.
Поправка	-26	-16	-8.6	-3.2		+1.2	+1