Сколько герц слышит человеческое ухо: Слух — Википедия – ДИАПАЗОН СЛУХА ЧЕЛОВЕКА – ЧТО МЫ МОЖЕМ СЛЫШАТЬ?

Слух — Википедия

Удовлетворительно объяснить феномен слуха оказалось необычайно сложной задачей. Человек, представивший теорию, объяснявшую бы восприятие высоты и громкости звука, почти наверняка гарантировал бы себе Нобелевскую премию.

Оригинальный текст (англ.)

Explaining hearing adequately has proven a singularly difficult task. One would almost ensure oneself a Nobel prize by presenting a theory explaining satisfactorily no more than the perception of pitch and loudness.

A. S. Reber, E. S. Reber

The Penguin Dictionary of Psychology, 2001^[1].

Слух — способность биологических организмов воспринимать звуки органами слуха; специальная функция слухового аппарата, возбуждаемая звуковыми колебаниями окружающей среды, например, воздуха или воды. Одно из биологических дистантных ощущений

[2], называемое также акустическим восприятием. Обеспечивается слуховой сенсорной системой.

Человек способен слышать звук в пределах от 16 Гц до 20 кГц при передаче колебаний по воздуху, и до 220 кГц при передаче звука по костям черепа. Эти волны имеют важное биологическое значение, например, звуковые волны в диапазоне 100—4000 Гц соответствуют человеческому голосу. Звуки выше 20 000 Гц имеют малое практическое значение, так как быстро тормозятся; колебания ниже 60 Гц воспринимаются благодаря вибрационному чувству. Диапазон частот, которые способен слышать человек, называется слуховым или звуковым диапазоном; более высокие частоты называются ультразвуком, а более низкие — инфразвуком.

К изменениям фазы звукового сигнала слух практически нечувствителен. ^[3]

Способность различать звуковые частоты сильно зависит от конкретного человека: его возраста, пола, наследственности, подверженности заболеваниям органа слуха, тренированности и усталости слуха. Некоторые люди способны воспринимать звуки относительно высокой частоты — до 22 кГц, а возможно и выше.

У человека, как и у большинства млекопитающих, органом слуха является ухо. У ряда животных слуховая перцепция осуществляется благодаря комбинации различных органов, которые могут значительно отличаться по своему строению от уха млекопитающих. Некоторые животные способны воспринимать акустические колебания, не слышимые человеком (ультра- или инфразвук). Летучие мыши во время полёта используют ультразвук для эхолокации. Собаки способны слышать ультразвук, на чём и основана работа беззвучных свистков. Существуют свидетельства того, что киты и слоны могут использовать инфразвук для общения.

Человек может различать несколько звуков одновременно благодаря тому, что в ушной улитке одновременно может быть несколько стоячих волн.

В начале 2011 г. в совместной работе двух израильских институтов было показано, что в человеческом мозге выделены специализированные нейроны, позволяющие оценить высоту звука вплоть до 0,1 тона. Животные, кроме летучих мышей, таким приспособлением не обладают, и для разных видов точность ограничена от 1/2 до 1/3 октавы.

[источник не указан 1165 дней]

Теории физиологии слуха[править | править код]

На сегодняшний день нет единой достоверной теории, объясняющей все аспекты восприятия звука человеком. Вот некоторые из них:

Поскольку достоверная теория слуха не разработана, на практике используются психоакустические модели, основанные на данных исследований, проводимых на различных людях^{[источник не указан 702 дня]}.

Слуховые следы, слияние слуховых ощущений[править | править код]

Опыт показывает, что ощущение, вызываемое коротким звуковым импульсом, длится ещё некоторое время после прекращения звучания. Поэтому два достаточно быстро следующих друг за другом звука дают одиночное слуховое ощущение, являющееся результатом их слияния. Как и при зрительном восприятии, когда отдельные изображения, сменяющие друг друга с частотой ≈ 16 кадров/сек и выше, сливаются в плавно текущее движение, синусоидальный чистый звук получается в результате слияния отдельных колебаний с частотой повторения равной нижнему порогу чувствительности слуха, то есть ≈ 16 Гц. Слияние слуховых ощущений имеет огромное значение для чёткости восприятия звуков и в вопросах консонанса и диссонанса, играющих огромную роль в музыке

[источник не указан 702 дня].

Проецирование наружу слуховых ощущений[править | править код]

Как бы ни возникали слуховые ощущения, мы относим их обыкновенно во внешний мир, и поэтому причину возбуждения нашего слуха мы всегда ищем в колебаниях, получаемых извне с того или другого расстояния. Эта черта в сфере слуха выражена гораздо слабее, нежели в сфере зрительных ощущений, отличающихся своей объективностью и строгой пространственной локализацией и, вероятно, приобретается также путём долгого опыта и контроля других чувств. При слуховых ощущениях способность к проецированию, объективированию и пространственной локализации не может достигнуть столь высоких степеней, как при зрительных ощущениях. Виной этому такие особенности строения слухового аппарата, как, например, недостаток мышечных механизмов, лишающий его возможности точных пространственных определений. Известно то огромное значение, какое имеет мышечное чувство во всех пространственных определениях.

Суждения о расстоянии и направлении звуков[править | править код]

Наши суждения о расстоянии, на котором издаются звуки, являются весьма неточными, в особенности если глаза человека закрыты и он не видит источника звуков и окружающие предметы, по которым можно судить об «акустике окружения» на основании жизненного опыта, либо акустика окружения нетипична: так, например, в акустической безэховой камере голос человека, находящегося всего в метре от слушающего, кажется последнему в несколько раз и даже в десятки раз более удалённым. Также знакомые звуки представляются нам тем более близкими, чем они громче, и наоборот. Опыт показывает, что мы менее ошибаемся в определении расстояния шумов, нежели музыкальных тонов. Способность суждения о направлении звуков у человека весьма ограничена: не имея подвижных и удобных для собирания звуков ушных раковин, он в случаях сомнений прибегает к движениям головы и ставит её в положение, при котором звуки различаются наилучшим образом, то есть звук локализируется человеком в том направлении, с которого он слышится сильнее и «яснее».

Способность человека (и высших животных) определять направление на источник звука называется бинауральным эффектом.

Известно три механизма, при помощи которых можно различить направление звука:

• Разница в средней амплитуде (исторически первый обнаруженный принцип): для частот выше 1 кГц, то есть таких, что длина звуковой волны меньше, чем размер головы слушающего, звук, достигающий ближнего уха, имеет бо́льшую интенсивность.
• Разница в фазе: ветвистые нейроны способны различать фазовый сдвиг до 10-15 градусов между приходом звуковых волн в правое и левое ухо для частот в примерном диапазоне от 1 до 4 кГц (что соответствует точности в определении времени прихода в 10 мкс).
  [источник не указан 19 дней]
• Разница в спектре: складки ушной раковины, голова и даже плечи вносят в воспринимаемый звук небольшие частотные искажения, по-разному поглощая различные гармоники, что интерпретируется мозгом как дополнительная информация о горизонтальной и вертикальной локализации звука.

Возможность мозга воспринимать описанные различия в звуке, слышимым правым и левым ухом, привело к созданию технологии бинауральной записи.

Описанные механизмы не работают в воде: определение направления по разности громкостей и спектра невозможно, так как звук из воды проходит практически без потерь напрямую в голову, и значит в оба уха, из-за чего громкость и спектр звука в обоих ушах при любом расположении источника звука с высокой точностью одинаковы; определение направления источника звука по фазовому сдвигу невозможно, так как из-за гораздо более высокой в воде скорости звука длина волны возрастает в несколько раз, а значит, фазовый сдвиг многократно уменьшается.

Из описания приведённых механизмов понятна и причина невозможности определения расположения источников низкочастотного звука.

Слух проверяют с помощью специального устройства или компьютерной программы под названием «аудиометр».

Возможно определение ведущего уха с помощью специальных тестов. Например, в наушники подаются разные аудиосигналы (слова), а человек их фиксирует на бумаге. С какого уха больше правильно распознанных слов, то и ведущее^{[источник не указан 2634 дня]}.

Определяют и частотные характеристики слуха, что важно при постановке речи у слабослышащих детей.

Проверка слуха может быть осуществлена при помощи in situ аудиометрии, реализованной в виде мобильного приложения для смартфона. Диагностика слуха при помощи приложения позволяет пользователю самостоятельно провести тест слуха. Аналогично традиционной тональной аудиометрии, во время диагностики слуха при помощи мобильного приложения определяются пороги слухового восприятия тональных аудио сигналов (аудиограмма) для стандартного набора частот 125 Гц — 8 кГц.

[4]^[5] Полученные характеристики слуха пользователя, в дальнейшем, могут быть использованы для настройки слухового аппарата, выполненного в виде приложения для смартфона.^[6]

Восприятие частотного диапазона 16 Гц − 20 кГц с возрастом изменяется — высокие частоты перестают восприниматься. Уменьшение диапазона слышимых частот связано с изменениями во внутреннем ухе (улитке) и развитием с возрастом нейросенсорной тугоухости.

Порог слышимости[править | править код]

Порог слышимости — минимальное звуковое давление, при котором звук данной частоты воспринимается ухом человека. Величину порога слышимости выражают в децибелах. За нулевой уровень принято звуковое давление 2⋅10⁻⁵ Па на частоте 1 кГц. Порог слышимости у конкретного человека зависит от индивидуальных свойств, возраста, физиологического состояния.

Порог болевого ощущения[править | править код]

Порог болевого ощущения слуховой — величина звукового давления, при котором в слуховом органе возникают боли (что связано, в частности, с достижением предела растяжимости барабанной перепонки). Превышение данного порога приводит к акустической травме. Болевое ощущение определяет границу динамического диапазона слышимости человека, который в среднем составляет 140 дБ для тонального сигнала и 120 дБ для шумов со сплошным спектром.

Учеными было установлено, что громкие звуки повреждают слух. Например, музыка на концертах или шум станков на производстве. Такое нарушение выражается в том, что человек в шумной обстановке часто ощущает гул в ушах и не различает речь. Изучением этого феномена занимается Чарльз Либерман из Гарварда. Данное явление называют «скрытой потерей слуха».

Звук попадает в уши, усиливается и преобразуется в электрические сигналы посредством волосковых клеток. Потеря этих клеток вызывает ухудшение слуха. Она может быть связана с громким шумом, приемом определённых медикаментов или с возрастом. Данное изменение выявляет стандартный тест, аудиограмма. Однако, Либерман отмечает, что есть и иные причины потери слуха, не связанные с уничтожением волосковых клеток, так как многие люди с хорошими показателями аудиограммы жалуются на ухудшение слуха. Проведенные исследования показали, что потеря синапсов (связей между волосковыми клетками) более, чем на половину является той самой причиной ухудшения слуха, которая не отображается на аудиограмме. На данный момент ещё не изобретено такого лекарства, которое могло бы избавить от данной проблемы, поэтому ученые советуют избегать мест с повышенным уровнем шума.

[7]

1. ↑ Reber AS, Reber ES, 2001.
2. ↑ Ананьев, 1961.
3. ↑ Оппенгейм, 1979, с. 373.
4. ↑ Masalski, Marcin; Grysiński, Tomasz; Kręcicki, Tomasz. Hearing Tests Based on Biologically Calibrated Mobile Devices: Comparison With Pure-Tone Audiometry (англ.) // JMIR mHealth and uHealth : journal. — 2018. — 10 January (vol. 6, no. 1). — ISSN 2291-5222. — doi:10.2196/mhealth.7800. — PMID 29321124.
5. ↑ Bright, Tess; Pallawela, Danuk. Validated Smartphone-Based Apps for Ear and Hearing Assessments: A Review (англ.) // JMIR Rehabilitation and Assistive Technologies : journal. — 2016. — 23 December (vol. 3, no. 2). — ISSN 2369-2529. — doi:10.2196/rehab.6074. — PMID 28582261.
6. ↑ Вашкевич М. И., Азаров И. С., Петровский А. А., Косинусно-модулированные банки фильтров с фазовым преобразованием: реализация и применение в слуховых аппаратах. — Москва, Горячая линия-Телеком, 2014. — 210 с.
7. ↑ Now hear this: Loud sound may pose more harm than we thought STAT News, 14 марта 2017

• Ананьев Б. Г. Теория ощущений. — Л., 1961. — С. 579. — 928 с.
• Физический энциклопедический словарь / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Сов. энцикл., 1983. — С. 579. — 928 с.
• Arthur S. Reber, Emily Sarah Reber. The Penguin dictionary of psychology. — 3rd Edition. — London: Penguin Books Ltd, 2001. — 880 p. — ISBN 0-14-051451-1, ISBN 978-0-14-051451-3.
• Оппенгейм А. В., Шафер Р. В. Цифровая обработка сигналов = Digital Signal Processing (рус.) / Пер. с англ./Под ред. С. Я. Шаца.. — М.: Связь, 1979. — 416 с. — ISBN 5-09-002630-0.

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.

Какой диапазон частот воспринимает человеческое ухо

Известно, что 90% информации об окружающем мире человек получает со зрением. Казалось бы, что на долю слуха остаётся не так много, но на самом деле, человеческий орган слуха — это не только высокоспециализированный анализатор звуковых колебаний, но и очень мощное средство коммуникации. Врачей и физиков давно волновал вопрос: можно ли точно определить диапазон слуха человека в разных условиях, различается ли слух у мужчин и у женщин, есть ли «особо выдающиеся» рекордсмены, которые слышат недоступные звуки, или могут производить их? Попробуем подробнее ответить на эти и некоторые другие смежные вопросы.

Но перед тем, как понять, сколько герц слышит человеческое ухо, нужно разобраться с таким фундаментальным понятием как звук, и вообще, понять что именно измеряют в герцах.

Содержание статьи

Основные звуковые характеристики

Звуковые колебания — это уникальный способ передачи энергии без передачи материи, они представляют собой упругие колебания в какой-либо среде. Когда речь идет об обычной жизни человека, такой средой является воздух. Он содержат молекулы газов, которые могут передавать акустическую энергию. Эта энергия представляет чередование полос сжатия и растяжения плотности акустической среды. В абсолютном вакууме звуковые колебания передать невозможно.

Любой звук является физической волной, и содержит все необходимые волновые характеристики. Это частота, амплитуда, время затухания, если речь идет о затухающем свободном колебании. Рассмотрим это на простых примерах. Представим себе, например, звук открытой струны соль на скрипке при извлечении его смычком. Мы можем определить следующие характеристики:

• тихий звук или громкий. Это не что иное, как амплитуда, или сила звука. Более громкому звуку соответствует большая амплитуда колебаний, а тихому звуку — меньшая. Звук, имеющий большую силу, можно услышать на более далеком расстоянии от места возникновения;

• длительность звука. Это всем понятно, и каждый способен отличить раскаты барабанной дроби от протяженного звучания хоральной органной мелодии;

• высота звука, или частота звукового колебания. Именно эта основополагающая характеристика и помогает нам отличать «пищащие» звуки от басового регистра. Если бы не было частоты звука, музыка было бы возможна только в виде ритма. Частота измеряется в герцах, а 1 герц равен одному колебанию в секунду;

• тембр звука. Он зависит от примешивания акустических дополнительных колебаний – формант, но объяснить его простыми словами очень легко: даже с закрытыми глазами мы понимаем, что звучит именно скрипка, а не тромбон, даже если у них будут совершенно одинаковые вышеперечисленные характеристики.

Тембр звука можно сравнить с многочисленными вкусовыми оттенками. Всего у нас есть горький, сладкий, кислый и соленый вкус, но этими четырьмя характеристиками далеко не исчерпываются всевозможные вкусовые ощущения. То же самое происходит и с тембром.

Остановимся подробнее на высоте звука, поскольку именно от этой характеристики и зависит в наибольшей степени острота слуха и диапазон воспринимаемых акустических колебаний. Что же такое диапазон звуковых частот?

Диапазон слуха в идеальных условиях

Частоты, воспринимаемые человеческим ухом в лабораторных, или идеальных условиях, находятся в сравнительно широкой полосе от 16 Герц до 20000 Герц (20 кГц). Всё, что ниже и выше — человеческое ухо слышать не может. Речь идет об инфразвуке и ультразвуке. Что это такое?

Инфразвук

Его слышать нельзя, но тело может ощущать его, как работу большой басовой колонки – сабвуфера. Это —инфразвуковые колебания. Все прекрасно знают, если постоянно ослаблять басовую струну на гитаре, то, несмотря на продолжающиеся вибрации, звук исчезает. Но эти колебания можно по-прежнему ощущать кончиками пальцев, прикоснувшись к струне.

В инфразвуковом диапазоне работают многие внутренние органы человека: происходит сокращение кишечника, расширение и сужение сосудов, многие биохимические реакции. Очень сильный инфразвук может вызвать серьезное болезненное состояние, даже волны панического ужаса, на этом основано действие инфразвукового оружия.

Ультразвук

На противоположном участке спектра находятся очень высокие звуки. Если звук имеет частоту выше 20 килогерц, то он перестает «пищать» и становится неслышным для уха человека в принципе. Он становится ультразвуком. Ультразвук имеет большое применение в народном хозяйстве, на нём основана ультразвуковая диагностика. С помощью ультразвука ориентируются корабли в море, обходя айсберги и избегая мелководья. Благодаря ультразвуку специалисты находят пустоты в цельнометаллических конструкциях, например, в рельсах. Все видели, как по рельсам рабочие катят специальную дефектоскопическую тележку, генерирующую и принимающую высокочастотные акустические колебания. Ультразвуком пользуются летучие мыши, чтобы находить в темноте безошибочно дорогу, не натыкаясь на стенки пещер, киты и дельфины.

Известно, что с возрастом снижается способность к различению именно высоких звуков, и лучше всего слышать их могут дети. Современные исследования показывают, что уже в возрасте 9-10 лет у детей начинает постепенно уменьшаться диапазон слуха, а у пожилых людей слышимость высоких частот значительно хуже.

Чтобы услышать, как пожилые люди воспринимают музыку, нужно просто на многополосном эквалайзере в плеере вашего сотового телефона убавить один или два ряда высоких частот. Получившееся некомфортное «бубнение, как из бочки», и будет прекрасной иллюстрацией того, как вы сами будете слышать в возрасте после 70 лет.

В снижении слуха важную роль играет неправильное питание, употребление алкоголя и курения, откладывание холестериновых бляшек на стенках сосудов. Статистика ЛОР — врачей утверждает, что люди с первой группой крови чаще и быстрее приходят к тугоухости, чем остальные. Приближает тугоухость избыточный вес, эндокринная патология.

Диапазон слуха в обычных условиях

Если отсечь «маргинальные участки» звукового спектра, то для комфортной жизни человека доступно не так уж и много: это промежуток от 200 Гц до 4000 Гц, что практически полностью соответствует диапазону человеческого голоса, от глубокого бассо — профундо, до высокого колоратурного сопрано. Тем не менее, даже при комфортных условиях, слух человека ухудшается постоянно. Обычно наибольшая чувствительность и восприимчивость у взрослых людей в возрасте до 40 лет находится на уровне 3 килогерц, а в возрасте 60 лет и более понижается до 1 килогерца.

Диапазон слуха у мужчин и женщин

В настоящее время не приветствуется половая сегрегация, но мужчины и женщины действительно различно воспринимают звук: женщины способны слышать лучше в высоком диапазоне, и возрастная инволюция звука в области высоких частот у них более медленная, а мужчины воспринимают высокие звуки несколько хуже. Логично, казалось бы, предположить, что мужчины лучше слышат в басовом регистре, но это не так. Восприятие басовых звуков, как у мужчин, так и у женщин практически одинаковое.

Но есть уникальные женщины по «генерации» звуков. Так, диапазон голоса перуанской певицы Имы Сумак (почти в пять октав) простирался от звука «си» большой октавы (123,5 Гц) до «ля» четвертой октавы (3520 Гц). Пример ее уникального вокала можно найти ниже.

При этом у мужчин и женщин существует довольно большая разница в работе речевого аппарата. Женщины производят звуки от 120 до 400 герц, а мужчины — от 80 до 150 Гц, по среднестатистическим данным.

Различные шкалы для указания диапазона слуха

Вначале мы говорили о том, что высота не является единственной характеристикой звука. Поэтому существуют различные шкалы, в соответствии с различными диапазонами. Звук, слышимый человеческим ухом, может быть, например, тихим и громким. Наиболее простая и приемлемая в клинической практике шкала громкости звука — та, которая измеряет звуковое давление, воспринимаемое барабанной перепонкой.

В основу этой шкалы положена наименьшая энергия колебания звука, которая способна трансформироваться в нервный импульс, и вызвать звуковое ощущение. Это — порог слухового восприятия. Чем порог восприятия ниже, чем чувствительность выше, и наоборот. Специалисты различают интенсивность звука, которая является физическим параметром, и громкость, который является субъективной величиной. Известно, что звук строго одной и той же интенсивности здоровый человек, и человек с тугоухостью воспримут как два разных звука, громче и тише.

Всем известно, как в кабинете ЛОР — врача пациент становится в угол, отворачивается, а врач из соседнего угла проверяет восприятие пациентом шепотной речи, произнося отдельные цифры. Это наиболее простой пример первичной диагностики тугоухости.

Известно, что еле уловимое дыхание другого человека составляет 10 децибел (дБ) интенсивности звукового давления, обычный разговор в домашней обстановке соответствует 50 дБ, вой пожарной сирены – 100 дБ, а взлетающий вблизи реактивный самолет, вблизи болевого порога — 120 децибел.

Может вызвать удивление, что вся огромная интенсивность звуковых колебаний укладывается на такой малой шкале, но это впечатление обманчиво. Это — логарифмическая шкала, и каждая последующая ступень в 10 раз интенсивнее, чем предыдущая. По такому же принципу построена шкала оценки интенсивности землетрясений, где всего 12 баллов.

В заключение следует сказать, что если ваш возраст перевалил за 45 — 50 лет, и вы начали спрашивать у более молодых, где они услышали щебетание птицы, то знайте, что у вас физиологическая акустическая потеря слуха, которые характеризует здоровое старение организма. Но в том случае, даже если вы, находясь среди своих сверстников, начали постоянно переспрашивать, то вам нужно обязательно записаться на исследование, которое называется аудиометрией.

Аудиометрическое исследование проводит специалист — сурдолог, или ЛОР — врач. В настоящее время интернет представляет разнообразные возможности, и даже сейчас, читая эту статью со своего экрана. Прямо сейчас определить приблизительно свой слуховой возраст в онлайн – режиме. А здесь можно попробовать различить свою способность различать полезный сигнал среди шума.

Особенности восприятия человека. Слух | FernFlower Group

Звук – это колебания, т.е. периодическое механическое возмущение в упругих средах – газообразных, жидких и твердых. Такое возмущение, представляющее собой некоторое физическое изменение в среде (например, изменение плотности или давления, смещение частиц), распространяется в ней в виде звуковой волны. Звук может быть неслышимым, если его частота лежит за пределами чувствительности человеческого уха, или он распространяется в такой среде, как твердое тело, которая не может иметь прямого контакта с ухом, или же его энергия быстро рассеивается в среде. Таким образом, обычный для нас процесс восприятия звука – лишь одна сторона акустики.

 

Звуковая волна [10]

Звуковые волны могут служить примером колебательного процесса. Всякое колебание связано с нарушением равновесного состояния системы и выражается в отклонении её характеристик от равновесных значений с последующим возвращением к исходному значению. Для звуковых колебаний такой характеристикой является давление в точке среды, а её отклонение — звуковым давлением. [4]

Рассмотрим длинную трубу, наполненную воздухом. С левого конца в нее вставлен плотно прилегающий к стенкам поршень. Если поршень резко двинуть вправо и остановить, то воздух, находящийся в непосредственной близости от него, на мгновение сожмется. Затем сжатый воздух расширится, толкнув воздух, прилегающий к нему справа, и область сжатия, первоначально возникшая вблизи поршня, будет перемещаться по трубе с постоянной скоростью. Эта волна сжатия и есть звуковая волна в газе. 
То есть резкое смещение частиц упругой среды в одном месте, увеличит давление в этом месте. Благодаря упругим связям частиц, давление передаётся на соседние частицы, которые, в свою очередь, воздействуют на следующие, и область повышенного давления как бы перемещается в упругой среде. За областью повышенного давления следует область пониженного давления, и, таким образом, образуется ряд чередующихся областей сжатия и разряжения, распространяющихся в среде в виде волны. Каждая частица упругой среды в этом случае будет совершать колебательные движения.

Звуковая волна в газе характеризуется избыточным давлением, избыточной плотностью, смещением частиц и их скоростью. Для звуковых волн эти отклонения от равновесных значений всегда малы. Так, избыточное давление, связанное с волной, намного меньше статического давления газа. В противном случае мы имеем дело с другим явлением – ударной волной. В звуковой волне, соответствующей обычной речи, избыточное давление составляет лишь около одной миллионной атмосферного давления.

Важно то обстоятельство, что вещество не уносится звуковой волной. Волна представляет собой лишь проходящее по воздуху временное возмущение, по прохождении которого воздух возвращается в равновесное состояние.
Волновое движение, конечно, не является характерным только для звука: в форме волн распространяются свет и радиосигналы, и каждому знакомы волны на поверхности воды. [4]

Таким образом, звук, в широком смысле — упругие волны, распространяющиеся в какой-либо упругой среде и создающие в ней механические колебания; в узком смысле — субъективное восприятие этих колебаний специальными органами чувств животных или человека.
Как и любая волна, звук характеризуется амплитудой и спектром частот. Обычно человек слышит звуки, передаваемые по воздуху, в диапазоне частот от 16—20 Гц до 15—20 кГц. Звук ниже диапазона слышимости человека называют инфразвуком; выше: до 1 ГГц, — ультразвуком, от 1 ГГц — гиперзвуком. Среди слышимых звуков следует также особо выделить фонетические, речевые звуки и фонемы (из которых состоит устная речь) и музыкальные звуки (из которых состоит музыка).

 

[5]

Различают продольные и поперечные звуковые волны в зависимости от соотношения направления распространения волны и направления механических колебаний частиц среды распространения.
В жидких и газообразных средах, где отсутствуют значительные колебания плотности, акустические волны имеют продольный характер, то есть направление колебания частиц совпадает с направлением перемещения волны. В твёрдых телах, помимо продольных деформаций, возникают также упругие деформации сдвига, обусловливающие возбуждение поперечных (сдвиговых) волн; в этом случае частицы совершают колебания перпендикулярно направлению распространения волны. Скорость распространения продольных волн значительно больше скорости распространения сдвиговых волн. [3]

Воздух не везде однороден для звука. Известно, что воздух постоянно находится в движении. Скорость его движения в различных слоях не одинакова. В слоях, близких к земле, воздух соприкасается с её поверхностью, зданиями, лесами и поэтому скорость его здесь меньше, чем вверху. Благодаря этому и звуковая волна идёт не одинаково быстро вверху и внизу. Если движение воздуха, т. е. ветер — попутчик звуку, то в верхних слоях воздуха ветер будет сильнее подгонять звуковую волну, чем в нижних. При встречном ветре звук вверху распространяется медленнее, чем внизу. Такое различие в скоростях сказывается на форме звуковой волны. В результате искажения волны звук распространяется не прямолинейно. При попутном ветре линия распространения звуковой волны изгибается вниз, при встречном — вверх.

Ещё одна причина неравномерного распространения звука в воздухе. Это — различная температура отдельных его слоёв. 

Неодинаково нагретые слои воздуха, подобно ветру, изменяют направление звука. Днём звуковая волна изгибается вверх, потому что скорость звука в нижних более нагретых слоях больше, чем в верхних слоях. Вечером, когда земля, а с ней и близлежащие слои воздуха, быстро остывают, верхние слои становятся теплее нижних, скорость звука в них больше, и линия распространения звуковых волн изгибается вниз. Поэтому по вечерам на ровном месте бывает лучше слышно.

Наблюдая за облаками, часто можно заметить, как на разных высотах они движутся не только с различной скоростью, но иногда и в разных направлениях. Значит, ветер на различной высоте от земли может иметь неодинаковые скорость и направление. Форма звуковой волны в таких слоях будет также изменяться от слоя к слою. Пусть, например, звук идёт против ветра. В этом случае линия распространения звука должна изогнуться и направиться вверх. Но если на её пути встретится слой медленно движущегося воздуха, она вновь изменит своё направление и может снова вернуться на землю. Вот тогда-то на пространстве от места, где волна поднимается в высоту, до места, в котором она возвращается на землю, и возникает «зона молчания». [11]

Слух — способность биологических организмов воспринимать звуки органами слуха; специальная функция слухового аппарата, возбуждаемая звуковыми колебаниями окружающей среды, например, воздуха или воды. Одно из биологических пяти чувств, называемое также акустическим восприятием.

Ухо человека воспринимает звуковые волны длиной примерно от 20 м до 1,6 см, что соответствует 16 — 20 000 Гц (колебаний в секунду) при передаче колебаний по воздуху, и до 220 кГц при передаче звука по костям черепа. Эти волны имеют важное биологическое значение, например, зву¬ковые волны в диапазоне 300—4000 Гц соответствуют человеческому голосу. Звуки выше 20 000 Гц имеют малое практическое значение, так как быстро тормозятся; колебания ниже 60 Гц воспринимаются благодаря вибрационному чувству. Диапазон частот, которые способен слышать человек, называется слуховым или звуковым диапазоном; более высокие частоты называются ультразвуком, а более низкие — инфразвуком.
Способность различать звуковые частоты сильно зависит от конкретного человека: его возраста, пола, подверженности слуховым болезням, тренированности и усталости слуха. Отдельные личности способны воспринимать звук до 22 кГц, а возможно — и выше.
Человек может различать несколько звуков одновременно благодаря тому, что в ушной улитке одновременно может быть несколько стоячих волн. [1]

Ухо — сложный вестибулярно-слуховой орган, который выполняет две функции: воспринимает звуковые импульсы и отвечает за положение тела в пространстве и способность удерживать равновесие. Это парный орган, который размещается в височных костях черепа, ограничиваясь снаружи ушными раковинами.

Орган слуха и равновесия представлен тремя отделами: наружным, средним и внутренним ухом, каждый из которых выполняет свои конкретные функции.

 

Наружное ухо состоит из ушной раковины и наружного слухового прохода. Ушная раковина — сложной формы упругий хрящ, покрытый кожей, его нижняя часть, называемая мочкой,- кожная складка, которая состоит из кожи и жировой ткани. 
Ушная раковина у живых организмов работает как приемник звуковых волн, которые затем передаются во внутреннюю часть слухового аппарата. Значение ушной раковины у человека намного меньше, чем у животных, поэтому у человека она практически неподвижна. Но вот многие звери, поводя ушами, способны гораздо точнее, чем человек, определить нахождение источника звука.

Складки человеческой ушной раковины вносят в поступающий в слуховой проход звук небольшие частотные искажения, зависящие от горизонтальной и вертикальной локализации звука. Таким образом мозг получает дополнительную информацию для уточнения местоположения источника звука. Этот эффект иногда используется в акустике, в том числе для создания ощущения объёмного звука при использовании наушников или слуховых аппаратов.
Функция ушной раковины — улавливать звуки; ее продолжением является хрящ наружного слухового прохода, длина которого в среднем составляет 25-30 мм. Хрящевая часть слухового прохода переходит в костную, а весь наружный слуховой проход выстлан кожей, содержащей сальные, а также серные железы, представляющие собой видоизмененные потовые. Этот проход заканчивается слепо: от среднего уха он отделен барабанной перепонкой. Уловленные ушной раковиной звуковые волны ударяются в барабанную перепонку и вызывают ее колебания.

В свою очередь, колебания барабанной перепонки передаются в среднее ухо.

Среднее ухо
Основной частью среднего уха является барабанная полость — небольшое пространство объемом около 1см³, находящееся в височной кости. Здесь находятся три слуховые косточки: молоточек, наковальня и стремечко — они передают звуковые колебания из наружного уха во внутреннее, одновременно усиливая их.

Слуховые косточки — как самые маленькие фрагменты скелета человека, представляют цепочку, передающую колебания. Рукоятка молоточка тесно срослась с барабанной перепонкой, головка молоточка соединена с наковальней, а та, в свою очередь, своим длинным отростком — со стремечком. Основание стремечка закрывает окно преддверия, соединяясь таким образом с внутренним ухом.
Полость среднего уха связана с носоглоткой посредством евстахиевой трубы, через которую выравнивается среднее давление воздуха внутри и снаружи от барабанной перепонки. При изменении внешнего давления иногда «закладывает» уши, что обычно решается тем, что рефлекторно вызывается зевота. Опыт показывает, что ещё более эффективно заложенность ушей решается глотательными движениями или если в этот момент дуть в зажатый нос.

Внутреннее ухо
Из трех отделов органа слуха и равновесия наиболее сложным является внутреннее ухо, которое из-за своей замысловатой формы называется лабиринтом. Костный лабиринт состоит из преддверия, улитки и полукружных каналов, но непосредственное отношение к слуху имеет только улитка, заполненная лимфатическими жидкостями. Внутри улитки находится перепончатый канал, также заполненный жидкостью, на нижней стенке которого расположен рецепторный аппарат слухового анализатора, покрытый волосковыми клетками. Волосковые клетки улавливают колебания жидкости, заполняющей канал. Каждая волосковая клетка настроена на определенную звуковую частоту, причем клетки, настроенные на низкие частоты, располагаются в верхней части улитки, а высокие частоты улавливаются клетками нижней части улитки. Когда волосковые клетки от возраста или по другим причинам гибнут, человек теряет способность воспринимать звуки соответствующих частот.[2] 

Человеческое ухо номинально слышит звуки в диапазоне от 16 до 20 000 Гц. Верхний предел имеет тенденцию снижаться с возрастом. Большинство взрослых людей не могут слышать звук частотой выше 16 кГц. Ухо само по себе не реагирует на частоты ниже 20 Гц, но они могут ощущаться через органы осязания.

Диапазон громкости воспринимаемых звуков огромен. Но барабанная перепонка в ухе чувствительна только к изменению давления. Уровень давления звука принято измерять в децибелах (дБ). Нижний порог слышимости определён как 0 дБ (20 микропаскаль), а определение верхнего предела слышимости относится скорее к порогу дискомфорта и далее — к нарушение слуха, контузия и т. д. Этот предел зависит от того, как долго по времени мы слушаем звук. Ухо способно переносить кратковременное повышение громкости до 120 дБ без последствий, но долговременное восприятие звуков громкостью более 80 дБ может вызвать потерю слуха.

Более тщательные исследования нижней границы слуха показали, что минимальный порог, при котором звук остаётся слышен, зависит от частоты. Этот график получил название абсолютный порог слышимости. В среднем, он имеет участок наибольшей чувствительности в диапазоне от 1 кГц до 5 кГц, хотя с возрастом чувствительность понижается в диапазоне выше 2 кГц.
Существует также способ восприятия звука без участия барабанной перепонки — так называемый микроволновый слуховой эффект, когда модулированное излучение в микроволновом диапазоне (от 1 до 300 ГГц) воздействует на ткани вокруг улитки, заставляя человека воспринимать различные звуки.
Иногда человек может слышать звуки в низкочастотной области, хотя в реальности звуков такой частоты не было. Так происходит из-за того, что колебания базилярной мембраны в ухе не являются линейными и в ней могут возникать колебания с разностной частотой между двумя более высокочастотными. [9]

Один из самых необычных психоневрологических феноменов, при котором не совпадают род раздражителя и тип ощущений, которые человек испытывает. Синестетическое восприятие выражается в том, что помимо обычных качеств могут возникать дополнительные, более простые ощущения или стойкие «элементарные» впечатления — например, цвета, запаха, звуков, вкусов, качеств фактурной поверхности, прозрачности, объемности и формы, расположения в пространстве и других качеств, не получаемых при помощи органов чувств, а существующих только в виде реакций. Такие дополнительные качества могут либо возникать как изолированные чувственные впечатления, либо даже проявляться физически. [7]

Выделяют, например, слуховую синестезию. Это способность некоторых людей «слышать» звуки при наблюдении за движущимися предметами или за вспышками, даже если они не сопровождаются реальными звуковыми явлениями.[1]
Следует учитывать, что синестезия, скорее психоневрологическая особенность человека и не является психическим расстройством. Такое восприятие окружающего мира может почувствовать обычный человек путем употребления некоторых наркотических веществ.

Общей теории синестезии (научно доказанного, универсального представления о ней) пока нет. На денный момент существует множество гипотез и проводится масса исследований в данной области. Уже появились оригинальные классификации и сопоставления, выяснились определенные строгие закономерности. Например, мы ученые уже выяснили, что у синестетов есть особый характер внимания — как бы «досознательный» — к тем явлениям, которые вызывают у них синестезию. У синестетов — немного иная анатомия мозга и кардинально иная его активация на синестетические «стимулы». [7] А исследователи из Оксфордского университета (Великобритания) поставили серию экспериментов в ходе которых выяснили, что причиной синестезии могут быть сверхвозбудимые нейроны. [8] Единственное, что можно сказать точно, что такое восприятие получается на уровне работы мозга, а не на уровне первичного восприятия информации.

Волны давления, проходя через внешнее ухо, барабанную перепонку и косточки среднего уха, достигают заполненного жидкостью внутреннего уха, имеющего форму улитки. Жидкость, колеблясь, ударяется о мембрану, покрытую крохотными волосками, ресничками. Синусоидальные составляющие сложного звука вызывают колебания различных участков мембраны. Колеблющиеся вместе с мембраной реснички возбуждают связанные с ними нервные волокна; в них возникают серии импульсов, в которых «закодированы» частота и амплитуда каждой составляющей сложной волны; эти данные электрохимическим способом передаются мозгу.[5]

Из всего спектра звуков прежде всего выделяют слышимый диапазон: от 20 до 20000 герц, инфразвуки (до 20 герц) и ультразвуки – от 20000 герц и выше. Инфразвуки и ультразвуки человек не слышит, но это не значит, что они не оказывают на него воздействия. Известно, что инфразвуки, особенно ниже 10 герц, способны влиять на психику человека, вызывать депрессивные состояния. Ультразвуки могут вызывать астено-вегетативные синдромы и др.
Слышимую часть диапазона звуков разделяют на низкочастотные звуки – до 500 герц, среднечастотные – 500-10000 герц и высокочастотные – свыше 10000 герц.

Такое подразделение очень важно, так как ухо человека неодинаково чувствительно к разным звукам. Наиболее чувствительно ухо к сравнительно узкому диапазону среднечастотных звуков от 1000 до 5000 герц. К более низко- и высокочастотным звукам чувствительность резко падает. Это приводит к тому, что человек способен услышать в среднечастотном диапазоне звуки с энергией около 0 децибел и не слышать низкочастотные звуки в 20-40-60 децибел. То есть, звуки с одной и той же энергией в среднечастотном диапазоне могут восприниматься как громкие, а в низкочастотном как тихие или быть вовсе не слышны.

Такая особенность звука сформирована природой не случайно. Звуки, необходимые для его существования: речь, звуки природы, – находятся в основном в среднечастотном диапазоне. 
Восприятие звуков значительно нарушается, если одновременно звучат другие звуки, шумы близкие по частоте или составу гармоник. Значит, с одной стороны, ухо человека плохо воспринимает низкочастотные звуки, а, с другой, если в помещении посторонние шумы, то восприятие таких звуков может еще более нарушаться и извращаться. [6]

Психоакустика — Википедия

Психоаку́стика — научная дисциплина, изучающая психологические и физиологические особенности восприятия звука человеком.

В аспекте сугубо музыкальном, основными задачами психоакустики являются следующие:

• понять, как система слухового восприятия человека расшифровывает тот или иной звуковой образ;
• установить основные соответствия между физическими стимулами и слуховыми ощущениями;
• выявить, какие именно параметры звукового сигнала являются наиболее значимыми для передачи семантической (смысловой) и эстетической (эмоциональной) информации.

Во многих приложениях акустики и обработки звуковых сигналов необходимо знать, что люди слышат. Звук, который образуют волны давления воздуха, может быть точно измерен современным оборудованием. Однако понять, как эти волны принимаются и отображаются в нашем головном мозге, непросто. Звук — это непрерывный аналоговый сигнал, который (в предположении, что молекулы воздуха бесконечно малы) может теоретически переносить бесконечное количество информации (так как существует бесконечное число колебаний, содержащих информацию об амплитуде и фазе).

Понимание процессов восприятия позволяет учёным и инженерам сосредоточиться на возможностях слуха и не учитывать менее важные возможности других систем. Важно также отметить, что вопрос «что человек слышит» — не только вопрос о физиологических возможностях уха, но во многом также вопрос психологии восприятия.

Человек номинально слышит звуки в диапазоне от 16 до 20 000 Гц. Верхний предел имеет тенденцию снижаться с возрастом. Большинство взрослых людей не могут слышать звук частотой выше 16 кГц. Ухо само по себе не реагирует на частоты ниже 20 Гц, но они могут ощущаться через органы осязания.

Диапазон громкости воспринимаемых звуков огромен. Но барабанная перепонка в ухе чувствительна только к изменению давления. Уровень давления звука принято измерять в децибелах (дБ). Нижний порог слышимости определён как 0 дБ (20 микропаскаль), а определение верхнего предела слышимости относится скорее к порогу дискомфорта и далее — к нарушению слуха, контузии и т. д. Этот предел зависит от того, как долго по времени мы слушаем звук. Ухо способно переносить кратковременное повышение громкости до 120 дБ без последствий, но долговременное восприятие звуков громкостью более 80 дБ может вызвать потерю слуха.^[1]

Более тщательные исследования нижней границы слуха показали, что минимальный порог, при котором звук остаётся слышен, зависит от частоты. График этой зависимости получил название абсолютный порог слышимости. В среднем, он имеет участок наибольшей чувствительности в диапазоне от 1 кГц до 5 кГц, хотя с возрастом чувствительность понижается в диапазоне выше 2 кГц.

Кривая абсолютного порога слышимости является частным случаем более общих — кривых одинаковой громкости, изофонов: значения звукового давления на разных частотах, при котором человек ощущает звуки одинаково громкими. Кривые были впервые получены Флетчером и Мансоном (H. Fletcher and W. A. Munson) и опубликованы в 1933 году в труде «Loudness, its definition, measurement and calculation»^[2]. Позже более точные измерения выполнили Робинсон и Датсон (D. W. Robinson and R. S. Dadson)^[3]. Полученные кривые значительно различаются, но это не ошибка, а разные условия проведения измерений. Флетчер и Мансон в качестве источника звуковых волн использовали наушники, а Робинсон и Датсон — фронтально расположенный динамик в безэховой комнате.

Измерения Робинсона и Датсона легли в основу стандарта ISO 226 в 1986 г. В 2003 году стандарт ISO 226 был обновлён с учётом данных, полученных в результате измерений при проведении 12-ти новых международных исследований.

Существует также способ восприятия звука без участия барабанной перепонки — так называемый микроволновый слуховой эффект, когда импульсное или модулированное излучение в микроволновом диапазоне воздействует на ткани вокруг улитки, заставляя человека воспринимать различные звуки.^[4]

В определённых случаях один звук может быть скрыт другим звуком. Например, разговор рядом с железнодорожными путями может быть совершенно невозможен, если мимо проезжает поезд. Этот эффект называется маскировкой. Говорят, что слабый звук маскируется, если он становится неразличимым в присутствии более громкого звука.

Различают несколько видов маскировки:

• По времени прихода маскирующего и маскируемого звука:
  • одновре́менное (моноуральное) маскирование
  • вре́менное (неодновременное) маскирование
• По типу маскирующего и маскируемого звуков:
  • чистого тона чистым тоном различной частоты
  • чистого тона шумом
  • речи чистыми тонами
  • речи монотонным шумом
  • речи импульсными звуками и т. п.

Одновременная маскировка[править | править код]

Пример маскирования одного тона другим тоном более высокой частоты. В данном случае низкочастотный тон не будет слышен, так как значение его уровня давления не превышает порог маскирования (masking threshold).

Любые два звука при одновременном прослушивании оказывают влияние на восприятие относительной громкости между ними. Более громкий звук снижает восприятие более слабого, вплоть до исчезновения его слышимости. Чем ближе частота маскируемого звука к частоте маскирующего, тем сильнее он будет скрываться. Эффект маскировки не одинаков при смещении маскируемого звука ниже или выше по частоте относительно маскирующего.

Для математического описания границ влияния тона на соседние частоты в литературе^[5] используется понятие функции распространения (spreading function), с помощью которой задается порог маскирования^[en][6]:

10log10[B(Δi)]=15.81+7.5(Δi+0.474)−17.5[1+(Δi+0.474)2]0.5[dB]{\displaystyle 10log_{10}[B(\Delta i)]=15.81+7.5(\Delta _{i}+0.474)-17.5[1+(\Delta i+0.474)^{2}]^{0.5}[dB]}

где Δi{\displaystyle \Delta i} — это расстояние между двумя критическими диапазонами по шкале Барков.

На основе функции распространения может быть вычислено маскирование критического диапазона i критическим диапазоном j^[7][8]:

Sm(i)=∑j=024B(i−j)Sp(i)[W]{\displaystyle S_{m}(i)=\sum _{j=0}^{24}B(i-j)S_{p}(i)[W]}

где Sp(i){\displaystyle S_{p}(i)} — это мощность сигнала в i-том критическом диапазоне.

Чтобы определить степень маскирования в ситуации, когда маскирующих тонов много, используют понятие глобального порога маскирования^[en]:

Tm(i)=10log10Sm(i)−O(i)/10[W]{\displaystyle T_{m}(i)=10^{log_{10}S_{m}(i)-O(i)/10}[W]}

где O(i)=α(14.5+i)+(1−α)av[dB]{\displaystyle O(i)=\alpha (14.5+i)+(1-\alpha )a_{v}[dB]} — это смещение между уровнем сигнала и порогом маскирования^[9], α{\displaystyle \alpha } — это индекс тональности, показывающий степень периодичности аудио сигнала (для шумоподобных сигналов α=0{\displaystyle \alpha =0}^[10]), av=−2−2.05arctan⁡(f/4)−0.75arctan⁡(f2/2.56){\displaystyle a_{v}=-2-2.05\arctan {(f/4)}-0.75\arctan {(f^{2}/2.56)}} — индекс маскирования^[11], а f{\displaystyle f} — это частота в килогерцах. Индекс маскирования часто заменяется константой равной 5.5 дБ^[12][13].

Данные об одновременной маскировке используются, например, при сжатии аудиофайлов на этапе квантования^[14].

Низкочастотный звук маскирует высокочастотные. При этом важно отметить, что высокочастотные звуки не могут маскировать низкочастотные.^{[источник не указан 89 дней]}

Вре́менная маскировка[править | править код]

Это явление похоже на частотную маскировку, но здесь происходит маскировка во времени. При прекращении подачи маскирующего звука маскируемый некоторое время продолжает быть неслышимым. Время маскировки зависит от частоты и амплитуды сигнала и может достигать 100 мс. В обычных условиях эффект от временной маскировки длится значительно меньше.

В случае, когда маскирующий тон появляется по времени позже маскируемого, эффект называют пост-маскировкой. Когда маскирующий тон появляется раньше маскируемого (возможен и такой случай), эффект называют пре-маскировкой.

Постстимульное утомление[править | править код]

Нередко после воздействия громких звуков высокой интенсивности у человека резко снижается слуховая чувствительность. Восстановление обычных порогов может продолжаться до 16 часов. Этот процесс называется «временный сдвиг порога слуховой чувствительности» или «постстимульное утомление». Сдвиг порога начинает появляться при уровне звукового давления выше 75 дБ и соответственно увеличивается при повышении уровня сигнала. Причём наибольшее влияние на сдвиг порога чувствительности оказывают высокочастотные составляющие сигнала.

См. статью Missing fundamental (англ.)

Иногда человек может слышать звуки в низкочастотной области, хотя в реальности звуков такой частоты не было. Так происходит из-за того, что колебания базилярной мембраны в ушной улитке не являются линейными, и в ней могут возникать колебания с разностной частотой между двумя более высокочастотными.

Этот эффект используется в некоторых коммерческих звуковых системах, чтобы расширить область воспроизводимых низких частот, если невозможно адекватно воспроизвести такие частоты напрямую, например, в наушниках, мобильных телефонах, малобюджетных динамиках (акустических системах) и т.п.

Психоакустика в программном обеспечении[править | править код]

Психоакустические модели слуха позволяют с высоким качеством производить компрессию сигнала с потерей информации (когда восстановленный сигнал не совпадает с исходным), за счет того, что позволяют точно описать, что можно безопасно удалить из исходного сигнала — то есть без значительного ухудшения качества звука. На первый взгляд может показаться, что вряд ли это позволит обеспечить сильное сжатие сигнала, однако программы, использующие психоакустические модели, позволяют добиться уменьшения объёмов файлов с музыкой в 10—12 раз, и при этом разница в качестве будет не очень значительна.

К таким видам компрессии относятся все современные форматы сжатия звука с потерями:

• MP3 — практически то же самое что и Musicam, который используется для цифрового аудиовещания в некоторых странах, и считающийся более профессиональным алгоритмом сжатия (также известен как MPEG-1 Layer 3).
• Ogg Vorbis
• WMA
• AAC
• Musepack
• ATRAC — используется в формате MiniDisc и в некоторых портативных MP3-плеерах Sony

1. ↑ Изменения от интенсивного производственного шума — Профессиональные заболевания органа слуха, связанные с воздействием интенсивного производственного шума — Врачебно-трудовая … (неопр.). Дата обращения 4 февраля 2013. Архивировано 11 февраля 2013 года.
2. ↑ Fletcher H., Munson W. A. Loudness, its definition, measurement and calculation // J.Acoust. Soc Am.5, 82-108 (1933)
3. ↑ Robinson D. W., Dadson R. S. A re-determination of the equal-loudness relations for pure tones // Br. J. Appl. Phys. 7, 166—181, 1956)
4. ↑ Тигранян Р. Э., Шорохов В. В. Физические основы слухового эффекта СВЧ / Ответственный редактор — д-р физ.-мат наук проф. Л. П. Каюшин. — Пущино: ОНТИ Пущинского научного центра АН СССР, 1990. — 131 с. — 370 экз.
5. ↑ Zölzer U. Digital audio signal processing. – New York: Wiley, 2008. – Т. 9. — C. 280-284
6. ↑ M. R. Schroeder, B. S. Atal, J. L. Hall: Optimizing Digital Speech Coders by ExploitingMasking Properties of the Human Ear, J. Acoust. Soc. Am., Vol. 66, No. 6, pp. 1647–1652, December 1979.
7. ↑ J. D. Johnston: Transform Coding of Audio Signals Using Perceptual Noise Criteria, IEEE J. Selected Areas in Communications, Vol. 6, No. 2, pp. 314–323, February 1988.
8. ↑ J. D. Johnston: Estimation of Perceptual Entropy Using Noise Masking Criteria, Proc. ICASSP-88, pp. 2524–2527, 1988.
9. ↑ R. P. Hellman: Asymmetry in Masking between Noise and Tone, Perception and Psychophys., Vol. 11, pp. 241–246, 1972.
10. ↑ «Psychoacoustics Models» (ТУ Ильменау) — слайд 7.
11. ↑ R. Kapust: A Human Ear Related Objective Measurement Technique Yields Audible Error and Error Margin, Proc. 11th Int. AES Conference – Test & Measurement, Portland, pp. 191–202, 1992.
12. ↑ J. D. Johnston: Transform Coding of Audio Signals Using Perceptual Noise Criteria, IEEE J. Selected Areas in Communications, Vol. 6, No. 2, pp. 314–323, February 1988.
13. ↑ J. D. Johnston: Estimation of Perceptual Entropy Using Noise Masking Criteria, Proc. ICASSP-88, pp. 2524–2527, 1988.
14. ↑ «Audio Coding Quantization and Coding Methods» (ТУ Ильменау)

• Гельмгольц Г. Учение о слуховых ощущениях как физиологическая основа для теории музыки. Пер. с нем. СПб., 1875.
• Алдошина И. Основы психоакустики. Оборонгиз., Москва, 2000.
• Штумпф К., Tonpsychologie, 1883, Bd. 1, 1890, Bd. 2 («Психология музыкального восприятия»).
• Meyer M. F., Contributions to a psychological theory of music (1901).
• Мейер М., The Musician’s Arithmetic (1929).
• Мейер М., How we hear: How tones make music (1950).
• Roederer J.G. Introduction to the physics and psychoacoustics of music. N.Y.: Springer, 1975
• Howard D., Angus J. Acoustics and psychoacoustics. Oxford: Focal Press, 2001.

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?

Насколько стар ваш слух? :: Инфониак

Невероятные факты

Все знают, что с возрастом слух человека ухудшается, и со временем мы теряем способность улавливать определенную частоту.

Видео, сделанное каналом AsapSCIENCE, является своеобразным тестом возрастной потери слуха, который поможет вам узнать пределы вашей слышимости.

В видео проигрываются различные звуки, начиная с частоты 8000 Гц, что означает, что у вас не нарушен слух.

Затем частота повышается, и это указывает на возраст вашего слуха в зависимости от того, когда вы перестаете слышать определенный звук.

Смотрите также: Проверь свой слух за 5 минут, не выходя из дома — Видео

Итак, если вы слышите частоту:

12 000 Гц – вы младше 50-ти лет

15 000 Гц – вы младше 40-ти лет

16 000 Гц – вы младше 30-ти лет

17 000 – 18 000 – вы младше 24-лет

19 000 – вы младше 20-ти лет

Если вы хотите, чтобы тест был более точным, вам стоит настроить качество видео на формат 720p или лучше на 1080p, и слушать с наушниками.

Проверка слуха (видео)

Потеря слуха

Если вы слышали все звуки, вы, скорее всего младше 20-ти лет. Результаты зависят от сенсорных рецепторов в вашем ухе, называемых волосковые клетки, которые со временем повреждаются и дегенерируют.

Такой тип потери слуха называется нейросенсорная тугоухость. Это нарушение могут вызывать целый ряд инфекций, лекарства и аутоиммунные заболевания. Внешние волосковые клетки, которые настроены на улавливание более высоких частот, обычно погибают первыми, и потому происходит эффект потери слуха, связанный с возрастом, как было продемонстрировано в данном видео.

Слух человека: интересные факты

1. Среди здоровых людей диапазон частоты, который может уловить человеческое ухо составляет от 20 (ниже чем самая низкая нота на фортепьяно) до 20 000 Герц (выше чем самая высокоая нота на маленькой флейте). Однако верхний предел этого диапазона постоянно снижается с возрастом.

2. Люди разговаривают между собой на частоте от 200 до 8000 Гц, а человеческое ухо наиболее чувствительно к частоте 1000 – 3500 Гц

3. Звуки, которые находятся выше предела слышимости человека, называют ультразвуком, а те что ниже – инфразвуком.

4. Наши уши не перестают работать даже во сне, продолжая слышать звуки. Однако наш мозг их игнорирует.

5. Звук движется со скоростью 344 метра в секунду. Звуковой удар возникает, когда объект преодолевает скорость звука. Звуковые волны впереди и позади объекта сталкиваются и создают удар.

6. Уши — самоочищающийся орган. Поры в ушном канале выделяют ушную серу, а крошечные волоски, называемые ресничками, выталкивает серу из уха

Пять самых неприятных звуков в мире

7. Звук детского плача составляет примерно 115 дБ, и это громче, чем сигнал автомобиля.

8. В Африке есть племя Маабан, которые живут в такой тишине, что они даже в старости слышат шепот на расстоянии до 300 метров.

9. Уровень звука бульдозера, работающего вхолостую, составляет около 85 дБ (децибел), что может вызвать повреждение слуха всего после одного 8-ми часового рабочего дня.

10. Сидя перед колонками на рок-концерте, вы подвергаете себя 120 дБ, что начинает повреждать слух всего через 7,5 минут.

Проверь свой слух за 5 минут, не выходя из дома!