Параметры звукового сигнала

Звук – это упругое колебание среды, он распространяется в среде с помощью волн давления посредством колебания атомов и молекул. Как и любая волна, звук характеризуется скоростью, амплитудой и частотой [2].

Воздействуя на слух, звук вызывает раздражение, которое создает у человека субъективный эффект – ощущение.

Интенсивность звука I определяется как среднее количество звуковой энергии, проходящей в единицу времени через единицу поверхности:

(3.1)

где P – звуковое давление, Па;

Q ₀ – удельное сопротивление воздуха, Q ₀ = 1, 23 кг/м³.

При исследовании восприятия изменения интенсивности звука было установлено, что одинаковые относительные изменения интенсивности вызывают одинаковые абсолютные изменения слухового ощущения, т. е. слуховое ощущение E пропорционально логарифму раздражающей силы:

E = a lg I + C. (3.2)

На пороге слышимости I = I _ПС слуховое ощущение равно нулю, поэтому

C = – a lg I _ПС, (3.3)

откуда

E = a lg(I / I _ПС) (3.4)

Для оценки величины слухового ощущения была предложена единица под название «бел» (a = 1). Эта единица соответствует десятикратному отношению интенсивностей, поэтому была введена более мелкая единица – «децибел» (a = 10).

E = 10lg(I / I _ПС), дБ (3.5)

Вследствие логарифмического закона восприятия звука и широкого диапазона слышимости звуков было введено понятие уровня интенсивности

N (I) = (I / I ₀), дБ (3.6)

За нулевой уровень условились принимать интенсивность I ₀ близкую к порогу слышимости для нормального слуха на частоте 1 кГц
(I ₀ = 10^–12 Вт/м²). Нулевой уровень по звуковому давлению P ₀ равен 2, 04∙ 10^–5 Па. Интенсивность и звуковое давление связаны квадратичной зависимостью, поэтому уровень звукового давления N определяется равенством:

N = 20lg(P / P ₀). (3.7)

Порог слышимости – это минимальное звуковое давление, при котором еще существует слуховое ощущение. На рис. 2.1 показана зависимость порога слышимости от частоты, которая была выявлена опытным путем.

Рис. 2.1. Абсолютный порог слышимости