Звуковое давление — дополнительное давление сверх атмосферного, которое создается звуковой волной в данном месте пространства. Единицей звукового давления является паскаль (Па), т. е. давление, вызываемое силой 1 ньютон, равномерно распределенной по нормальной к ней поверхности площадью 1 м2.
Интенсивность звука (сила звука) — поток звуковой энергии в 1 Вт, передаваемый через поверхность 1 м2, перпендикулярную направлению распространения звука. Единицей интенсивности звука является ватт (Вт). Интенсивность звука и звуковое давление связаны квадратичной зависимостью.
Поток звуковой энергии эквивалентен механической мощности, при которой за время, равное 1 с, совершается работа, равная 1 Дж (Вт).
Порог слышимости — граница чувствительности человеческого уха при частоте 1000 Гц (самый тихий слышимый звук), т. е. самое слабое (пороговое) звуковое давление, воспринимаемое человеком с нормальным слухом при частоте 1000 Гц, соответствует 2· 10-5 Па (0,0002 мкбар). Звук, давление которого лежит ниже порога слышимости, ухом не воспринимается. Человеческое ухо наиболее чувствительно к колебаниям с частотами в области 1000—4000 Гц; к более низким и более высоким частотам оно значительно менее чувствительно. Колебания с частотами менее 20 (инфразвук) и более 20000 Гц (ультразвук) человеческое ухо не слышит.
Частота, Гц
Рис. 14-1. Область слышимости звука.
Порог болевого ощущения или порог осязания — значение звукового давления, при котором звук превращается в болевое ощущение, т. е. вызывает в ухе осязательное чувство болевого давления. Болевые ощущения наступают при силе звука, достигающей 100 Па. Дальнейшее увеличение звукового давления опасно для здоровья.
Область слышимости находится между порогом слышимости (2-10-5 Па) и болевым порогом (102 Па). Отсюда следует, что человеческое ухо в состоянии воспринимать звуки, отличающиеся по интенсивности в десятки миллионов раз.
На рис. 14-1 дана для различных частот (20—20 000 Гц) область слышимости, лежащая между порогами слышимости и болевого ощущения. Разность ординат диаграммы слышимости пропорциональна динамическому диапазону слышимости для заданной частоты. Из рис. 14-1 следует, что наибольший динамический диапазон, воспринимаемый человеческим ухом, соответствует частотам 1000— 4000 Гц. Наименьший динамический диапазон имеет место на боковых границах диаграммы слышимости, соответствующих частотам около 30—20 и 15 000—20 000 Гц.
Акустическим шумом называется любой нежелательный звук независимо от его спектрального состава, интенсивности и длительности.
Единица измерения разности уровней звуковых давлений (децибел). Субъективная громкость звука не поддается точному количественному измерению. Применение измерений звукового давления непосредственно в паскалях неудобно, так как человеческое ухо реагирует скорее на относительное изменение давления, нежели на абсолютное. Таким образом, гораздо более удобно использовать относительную шкалу звукового давления, чем абсолютную. Можно произвести оценку интенсивности ощущения, основываясь на психофизическом законе Вебера — Фехнера, по которому изменение интенсивности ощущения пропорционально логарифму отношения энергии раздражителя, вызывающих сравниваемые ощущения. На основании этого логарифмического закона устанавливается шкала уровней звуковых давлений.
Децибел (дБ) определяется как умноженный на 10 десятичный логарифм отношения двух значений звуковых мощностей:
откуда 1 дБ = 10lg (р/р2) ИЛИ lg2 (р/р) =0,1, или р/р2= 1,259, т. е. один децибел — это разность уровней двух звуковых энергий. Она соответствует отношению этих энергий и численно равна:
LДВ=10lg (p/p2) =10 (Igp-lgp2).
Так как интенсивность — мощность звука пропорциональна квадрату звукового давления р, то шкалу для измерения звука (шума) можно представить в виде формулы, дБ:
где р0=2· 10—8 (Па) — звуковое давление на пороге слышимости.
Уровень звука LA, дБ — величина, значение которой вычисляется по формуле:
где рA — среднеквадратичное значение звукового давления стационарного сигнала или квазипиковое значение импульсного сигнала, Па, соответствующее временной характеристике «импульс» с учетом «коррекции А» шумомера; р0=2-10-5 Па.
Уровень звука измеряется шумомером при включении «коррекции А» и при отсутствии полосовых фильтров. Уровень звуковой мощности Lp, дБ — величина, значение которой определяется по формуле:
Lp = 10lg(p/po),
где р — звуковая мощность, Вт; p0=10_12 Вт.
Весь широкий диапазон слышимых звуков — от едва слышных до оглушительных громких, вызывающих болевые ощущения и отличающихся по своей силе в десятки и сотни миллионов раз,— разделяется всего значением 130—140 дБ (нуль — порог слышимости, значение 120—130 дБ — порог болевого ощущения или порог осязания). Это позволяет при оценке различных уровней звука пользоваться небольшими целыми числами.
Человеческое ухо способно различать изменения уровней мощности (или силы) звука, соответствующие примерно 1 дБ вне зависимости от самого значения (уровня) силы звука. Изменения уровня менее чем на 1 дБ обычно на слух не заметны.
