L'orecchio umano può percepire i suoni in base alla frequenza. Peculiarità della percezione umana. Udito. Campo uditivo in condizioni normali
Vale la pena parlare un po' più in dettaglio dell'argomento audio. Quanto è soggettiva la nostra percezione? E' possibile fare un test dell'udito? Oggi imparerai il modo più semplice per scoprire se il tuo udito corrisponde pienamente ai valori della tabella.
È noto che la persona media è in grado di percepire le onde acustiche con gli organi dell'udito nell'intervallo da 16 a 20.000 Hz (a seconda della sorgente - 16.000 Hz). Questa gamma è chiamata gamma udibile.
| 20 Hz | Un ronzio che si sente solo, ma non si sente. Viene riprodotto principalmente da sistemi audio di fascia alta, quindi in caso di silenzio è lui la colpa |
| 30 Hz | Se non riesci a sentire, molto probabilmente ci sono nuovamente problemi di riproduzione |
| 40 Hz | Sarà udibile negli altoparlanti economici e di prezzo medio. Ma è molto tranquillo |
| 50 Hz | Il ronzio della corrente elettrica. Deve essere udibile |
| 60 Hz | Udibile (come tutto fino a 100 Hz, piuttosto tangibile a causa della riflessione del canale uditivo) anche attraverso le cuffie e gli altoparlanti più economici |
| 100 Hz | La fine delle basse frequenze. Inizio del campo udibile diretto |
| 200 Hz | Medie frequenze |
| 500 Hz | |
| 1kHz | |
| 2kHz | |
| 5kHz | Inizio della gamma delle alte frequenze |
| 10kHz | Se questa frequenza non viene udita, è probabile che si verifichino gravi problemi uditivi. È necessaria la consultazione del medico |
| 12kHz | L'incapacità di sentire questa frequenza può indicare uno stadio iniziale di perdita dell'udito. |
| 15kHz | Un suono che alcune persone sopra i 60 anni non riescono a sentire |
| 16kHz | A differenza della precedente, questa frequenza non viene udita da quasi tutte le persone dopo i 60 anni |
| 17kHz | La frequenza è problematica per molti già nella mezza età |
| 18kHz | I problemi con l'udito di questa frequenza sono l'inizio dei cambiamenti nell'udito legati all'età. Ora sei un adulto. :) |
| 19kHz | Limitare la frequenza dell'udito medio |
| 20kHz | Solo i bambini possono sentire questa frequenza. È vero |
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Questo test è sufficiente per darti una stima approssimativa, ma se non riesci a sentire i suoni superiori a 15 kHz, dovresti consultare un medico.
Tieni presente che il problema di udibilità a bassa frequenza è molto probabilmente correlato a .
Molto spesso, l'iscrizione sulla scatola nello stile di "Intervallo riproducibile: 1–25.000 Hz" non è nemmeno marketing, ma una vera e propria bugia da parte del produttore.
Sfortunatamente, le aziende non sono obbligate a certificare tutti i sistemi audio, quindi è quasi impossibile dimostrare che questa sia una bugia. Gli altoparlanti o le cuffie possono riprodurre frequenze limite... La domanda è come e a quale volume.
I problemi di spettro superiori a 15 kHz sono un fenomeno legato all'età abbastanza comune che gli utenti potrebbero incontrare. Ma 20 kHz (gli stessi per cui gli audiofili lottano così duramente) vengono solitamente ascoltati solo dai bambini di età inferiore agli 8-10 anni.
È sufficiente ascoltare tutti i file in sequenza. Per uno studio più dettagliato, puoi riprodurre dei campioni, iniziando dal volume minimo, aumentandolo gradualmente. Questo ti permetterà di ottenere un risultato più corretto se il tuo udito è già leggermente danneggiato (ricorda che per percepire alcune frequenze è necessario superare un certo valore di soglia, che, per così dire, apre e aiuta l'apparecchio acustico a sentirlo).
Senti l'intera gamma di frequenze di cui è capace?
La psicoacustica, un campo della scienza al confine tra fisica e psicologia, studia i dati sulla sensazione uditiva di una persona quando uno stimolo fisico, il suono, viene applicato all’orecchio. È stata accumulata una grande quantità di dati sulle reazioni umane agli stimoli uditivi. Senza questi dati è difficile comprendere correttamente il funzionamento dei sistemi di trasmissione audio. Consideriamo le caratteristiche più importanti della percezione umana del suono.
Una persona avverte cambiamenti nella pressione sonora che si verificano a una frequenza di 20-20.000 Hz. I suoni con frequenze inferiori a 40 Hz sono relativamente rari nella musica e non esistono nel linguaggio parlato. A frequenze molto alte, la percezione musicale scompare e appare una certa vaga sensazione sonora, a seconda dell'individualità dell'ascoltatore e della sua età. Con l'età, la sensibilità uditiva di una persona diminuisce, soprattutto nelle frequenze superiori della gamma sonora.
Sarebbe però sbagliato concludere su questa base che la trasmissione di un'ampia banda di frequenza da parte di un impianto di riproduzione del suono non sia importante per le persone anziane. Gli esperimenti hanno dimostrato che le persone, anche se riescono a malapena a percepire i segnali superiori a 12 kHz, riconoscono molto facilmente la mancanza di alte frequenze in una trasmissione musicale.
Caratteristiche di frequenza delle sensazioni uditive
La gamma di suoni udibili dall'uomo nell'intervallo 20-20.000 Hz è limitata in intensità da soglie: sotto - udibilità e sopra - dolore.
La soglia uditiva è stimata dalla pressione minima, o più precisamente, l'incremento minimo di pressione rispetto al confine è sensibile alle frequenze di 1000-5000 Hz - qui la soglia uditiva è la più bassa (pressione sonora circa 2-10 Pa). Verso le frequenze sonore più basse e più alte, la sensibilità uditiva diminuisce drasticamente.
La soglia del dolore determina il limite superiore della percezione dell'energia sonora e corrisponde approssimativamente ad un'intensità sonora di 10 W/m ovvero 130 dB (per un segnale di riferimento con una frequenza di 1000 Hz).
All'aumentare della pressione sonora, aumenta anche l'intensità del suono e la sensazione uditiva aumenta a salti, chiamati soglia di discriminazione dell'intensità. Il numero di questi salti alle frequenze medie è di circa 250, alle frequenze basse e alte diminuisce e in media nell'intervallo di frequenze è di circa 150.
Poiché l'intervallo di variazione dell'intensità è di 130 dB, il salto elementare delle sensazioni in media nell'intervallo di ampiezza è di 0,8 dB, che corrisponde a una variazione dell'intensità del suono di 1,2 volte. A livelli uditivi bassi questi salti raggiungono i 2-3 dB, a livelli alti diminuiscono fino a 0,5 dB (1,1 volte). Un aumento della potenza del percorso di amplificazione inferiore a 1,44 volte non viene praticamente rilevato dall'orecchio umano. Con una minore pressione sonora sviluppata dall'altoparlante, anche raddoppiando la potenza dello stadio di uscita potrebbe non produrre un risultato apprezzabile.
Caratteristiche sonore soggettive
La qualità della trasmissione del suono viene valutata in base alla percezione uditiva. Pertanto, è possibile determinare correttamente i requisiti tecnici per il percorso di trasmissione del suono o i suoi singoli collegamenti solo studiando i modelli che collegano la sensazione del suono percepita soggettivamente e le caratteristiche oggettive del suono sono altezza, volume e timbro.
Il concetto di altezza implica una valutazione soggettiva della percezione del suono attraverso la gamma di frequenze. Il suono è solitamente caratterizzato non dalla frequenza, ma dall'altezza.
Un tono è un segnale di una certa altezza che ha uno spettro discreto (suoni musicali, suoni vocalici del parlato). Un segnale che ha un ampio spettro continuo, le cui componenti di frequenza hanno tutte la stessa potenza media, è chiamato rumore bianco.
Un aumento graduale della frequenza delle vibrazioni sonore da 20 a 20.000 Hz viene percepito come un cambiamento graduale del tono dal più basso (basso) al più alto.
Il grado di precisione con cui una persona determina l'altezza di un suono a orecchio dipende dall'acutezza, dalla musicalità e dall'allenamento del suo orecchio. Va notato che l'altezza di un suono dipende in una certa misura dall'intensità del suono (a livelli elevati, i suoni di maggiore intensità appaiono più bassi di quelli più deboli.
L'orecchio umano può distinguere chiaramente due toni di tono vicino. Ad esempio, nella gamma di frequenza di circa 2000 Hz, una persona può distinguere tra due toni che differiscono l'uno dall'altro in frequenza di 3-6 Hz.
La scala soggettiva della percezione del suono in frequenza è vicina alla legge logaritmica. Pertanto, il raddoppio della frequenza di vibrazione (indipendentemente dalla frequenza iniziale) viene sempre percepito come lo stesso cambiamento di altezza. L'intervallo di altezza corrispondente a una variazione di frequenza pari a 2 volte è chiamato ottava. La gamma di frequenze percepite dall'uomo è 20-20.000 Hz, che copre circa dieci ottave.
Un'ottava è un intervallo abbastanza ampio di variazione di intonazione; una persona distingue intervalli significativamente più piccoli. Così in dieci ottave percepite dall'orecchio si possono distinguere più di mille gradazioni di altezza. La musica utilizza intervalli più piccoli chiamati semitoni, che corrispondono a un cambiamento di frequenza di circa 1.054 volte.
Un'ottava è divisa in mezze ottave e un terzo di ottava. Per quest'ultimo è standardizzato il seguente range di frequenze: 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3; 3,15; 4; 5; 6,3:8; 10, che sono i confini di un terzo di ottava. Se queste frequenze sono poste a distanze uguali lungo l'asse delle frequenze, si ottiene una scala logaritmica. Sulla base di ciò, tutte le caratteristiche di frequenza dei dispositivi di trasmissione del suono vengono tracciate su scala logaritmica.
L'intensità della trasmissione dipende non solo dall'intensità del suono, ma anche dalla composizione spettrale, dalle condizioni di percezione e dalla durata dell'esposizione. Pertanto, due toni sonori di media e bassa frequenza, aventi la stessa intensità (o la stessa pressione sonora), non vengono percepiti da una persona come ugualmente forti. Pertanto, è stato introdotto il concetto di livello di intensità negli sfondi per designare suoni con la stessa intensità. Per livello di volume sonoro negli sfondi si intende il livello di pressione sonora in decibel dello stesso volume di un tono puro con una frequenza di 1000 Hz, cioè per una frequenza di 1000 Hz i livelli di volume negli sfondi e in decibel sono gli stessi. Ad altre frequenze, i suoni possono apparire più forti o più deboli alla stessa pressione sonora.
L'esperienza degli ingegneri del suono nella registrazione e nel montaggio di opere musicali mostra che, per rilevare meglio i difetti sonori che possono verificarsi durante il lavoro, il livello del volume durante l'ascolto di controllo dovrebbe essere mantenuto alto, corrispondente approssimativamente al livello del volume nella sala.
Con l'esposizione prolungata a un suono intenso, la sensibilità dell'udito diminuisce gradualmente e maggiore è il volume del suono. La diminuzione della sensibilità rilevata è associata alla reazione dell'udito al sovraccarico, ad es. con il suo adattamento naturale.Dopo qualche interruzione nell'ascolto, la sensibilità uditiva viene ripristinata. A ciò va aggiunto che l'apparecchio acustico, quando percepisce segnali di alto livello, introduce le proprie distorsioni, cosiddette soggettive (che indicano la non linearità dell'udito). Pertanto, ad un livello del segnale di 100 dB, la prima e la seconda armonica soggettiva raggiungono livelli di 85 e 70 dB.
Un livello significativo di volume e la durata della sua esposizione provocano fenomeni irreversibili nell'organo uditivo. È stato notato che le soglie uditive dei giovani sono aumentate notevolmente negli ultimi anni. La ragione di ciò era la passione per la musica pop, caratterizzata da alti livelli di volume.
Il livello del volume viene misurato utilizzando un dispositivo elettroacustico: un fonometro. Il suono misurato viene prima convertito in vibrazioni elettriche dal microfono. Dopo l'amplificazione mediante uno speciale amplificatore di tensione, queste oscillazioni vengono misurate con uno strumento indicatore regolato in decibel. Affinché le letture del dispositivo corrispondano nel modo più accurato possibile alla percezione soggettiva del volume, il dispositivo è dotato di filtri speciali che modificano la sua sensibilità alla percezione del suono di frequenze diverse in base alle caratteristiche della sensibilità uditiva.
Una caratteristica importante del suono è il timbro. La capacità dell'udito di distinguerlo consente di percepire segnali con un'ampia varietà di sfumature. Il suono di ciascuno degli strumenti e delle voci, grazie alle loro sfumature caratteristiche, diventa multicolore e ben riconoscibile.
Il timbro, essendo un riflesso soggettivo della complessità del suono percepito, non ha una valutazione quantitativa ed è caratterizzato da termini qualitativi (bello, morbido, succoso, ecc.). Quando si trasmette un segnale lungo un percorso elettroacustico, le distorsioni risultanti influenzano principalmente il timbro del suono riprodotto. La condizione per la corretta trasmissione del timbro dei suoni musicali è la trasmissione non distorta dello spettro del segnale. Lo spettro del segnale è l'insieme delle componenti sinusoidali di un suono complesso.
Lo spettro più semplice è il cosiddetto tono puro; contiene solo una frequenza. Più interessante è il suono di uno strumento musicale: il suo spettro è costituito dalla frequenza del tono fondamentale e da alcune frequenze "impurità" chiamate sovratoni (toni più alti). Gli sovratoni sono multipli della frequenza del tono fondamentale e solitamente hanno un'ampiezza minore .
Il timbro del suono dipende dalla distribuzione dell'intensità sugli armonici. I suoni dei diversi strumenti musicali variano nel timbro.
Più complesso è lo spettro di combinazioni di suoni musicali chiamato accordo. In tale spettro ci sono diverse frequenze fondamentali insieme ai corrispondenti armonici
Le differenze timbriche sono dovute principalmente alle componenti di frequenza medio-bassa del segnale, pertanto una grande varietà di timbri è associata a segnali che si trovano nella parte inferiore della gamma di frequenza. I segnali appartenenti alla sua parte superiore, man mano che aumentano, perdono sempre più la loro colorazione timbrica, dovuta al graduale allontanamento delle loro componenti armoniche oltre i limiti delle frequenze udibili. Ciò può essere spiegato dal fatto che fino a 20 o più armonici sono attivamente coinvolti nella formazione del timbro dei suoni bassi, medi 8 - 10, alti 2 - 3, poiché il resto è debole o non rientra nella gamma udibile frequenze. Pertanto, i suoni acuti, di regola, hanno un timbro più povero.
Quasi tutte le fonti sonore naturali, comprese le fonti di suoni musicali, hanno una dipendenza specifica del timbro dal livello del volume. Anche l'udito è adattato a questa dipendenza: è naturale per lui determinare l'intensità di una sorgente dal colore del suono. I suoni più forti sono solitamente più aspri.
Sorgenti sonore musicali
Numerosi fattori che caratterizzano le sorgenti sonore primarie hanno una grande influenza sulla qualità del suono dei sistemi elettroacustici.
I parametri acustici delle fonti musicali dipendono dalla composizione degli esecutori (orchestra, ensemble, gruppo, solista e tipo di musica: sinfonica, folk, pop, ecc.).
L'origine e la formazione del suono su ciascuno strumento musicale ha le sue specifiche associate alle caratteristiche acustiche della produzione del suono in un particolare strumento musicale.
Un elemento importante del suono musicale è l'attacco. Questo è un processo di transizione specifico durante il quale vengono stabilite caratteristiche sonore stabili: volume, timbro, intonazione. Qualsiasi suono musicale attraversa tre fasi: inizio, metà e fine, e sia la fase iniziale che quella finale hanno una certa durata. La fase iniziale è chiamata attacco. La sua durata è diversa: per gli strumenti a pizzico, le percussioni e alcuni strumenti a fiato dura 0-20 ms, per il fagotto dura 20-60 ms. Un attacco non è solo un aumento del volume di un suono da zero a un valore stabile; può essere accompagnato dallo stesso cambiamento nell'altezza del suono e nel suo timbro. Inoltre, le caratteristiche di attacco dello strumento non sono le stesse nelle diverse parti della sua gamma con stili esecutivi diversi: il violino è lo strumento più perfetto in termini di ricchezza di possibili metodi espressivi di attacco.
Una delle caratteristiche di qualsiasi strumento musicale è la sua gamma di frequenza. Oltre alle frequenze fondamentali, ogni strumento è caratterizzato da componenti aggiuntivi di alta qualità: armonici (o, come è consuetudine nell'elettroacustica, armoniche superiori), che ne determinano il timbro specifico.
È noto che l'energia sonora è distribuita in modo non uniforme sull'intero spettro delle frequenze sonore emesse da una sorgente.
La maggior parte degli strumenti sono caratterizzati dall'amplificazione delle frequenze fondamentali, nonché dei singoli armonici, in alcune (una o più) bande di frequenza relativamente strette (formanti), diverse per ciascuno strumento. Le frequenze di risonanza (in hertz) della regione formante sono: per tromba 100-200, corno 200-400, trombone 300-900, tromba 800-1750, sassofono 350-900, oboe 800-1500, fagotto 300-900, clarinetto 250 -600.
Un'altra proprietà caratteristica degli strumenti musicali è la forza del loro suono, che è determinata dalla maggiore o minore ampiezza (span) del loro corpo sonoro o colonna d'aria (ad un'ampiezza maggiore corrisponde un suono più forte e viceversa). I valori di potenza acustica di picco (in watt) sono: per grande orchestra 70, grancassa 25, timpani 20, rullante 12, trombone 6, pianoforte 0,4, tromba e sassofono 0,3, tromba 0,2, contrabbasso 0,(6, flauto piccolo 0,08, clarinetto, corno e triangolo 0,05.
Il rapporto tra la potenza sonora estratta da uno strumento quando suonato “fortissimo” e la potenza del suono quando suonato “pianissimo” è solitamente chiamato gamma dinamica del suono degli strumenti musicali.
La gamma dinamica di una sorgente sonora musicale dipende dal tipo di gruppo che si esibisce e dalla natura dell'esecuzione.
Consideriamo la gamma dinamica delle singole sorgenti sonore. La gamma dinamica dei singoli strumenti musicali e degli ensemble (orchestre e cori di varie composizioni), nonché delle voci, è intesa come il rapporto tra la pressione sonora massima creata da una determinata sorgente e quella minima, espressa in decibel.
In pratica, quando si determina la gamma dinamica di una sorgente sonora, si opera solitamente solo sui livelli di pressione sonora, calcolando o misurando la loro corrispondente differenza. Ad esempio, se il livello sonoro massimo di un'orchestra è 90 e il minimo è 50 dB, la gamma dinamica si dice che sia 90 - 50 = 40 dB. In questo caso 90 e 50 dB sono livelli di pressione sonora relativi al livello acustico zero.
La gamma dinamica per una determinata sorgente sonora non è un valore costante. Dipende dalla natura dell'opera eseguita e dalle condizioni acustiche della stanza in cui si svolge la performance. Il riverbero espande la gamma dinamica, che tipicamente raggiunge il suo massimo in ambienti con grandi volumi e minimo assorbimento acustico. Quasi tutti gli strumenti e le voci umane hanno una gamma dinamica non uniforme tra i registri sonori. Ad esempio, il livello del volume del suono più basso di un forte per un cantante è uguale al livello del suono più alto di un pianoforte.
La gamma dinamica di un particolare programma musicale è espressa allo stesso modo delle singole sorgenti sonore, ma la pressione sonora massima viene indicata con un tono dinamico ff (fortissimo) e la minima con pp (pianissimo).
Il volume più alto, indicato nelle note fff (forte, fortissimo), corrisponde ad un livello di pressione sonora acustica di circa 110 dB, e il volume più basso, indicato nelle note ppr (piano-pianissimo), di circa 40 dB.
Va notato che le sfumature dinamiche dell'esecuzione musicale sono relative e la loro relazione con i corrispondenti livelli di pressione sonora è in una certa misura condizionata. La gamma dinamica di un particolare programma musicale dipende dalla natura della composizione. Pertanto, la gamma dinamica delle opere classiche di Haydn, Mozart, Vivaldi raramente supera i 30-35 dB. La gamma dinamica della musica pop di solito non supera i 40 dB, mentre quella della musica dance e jazz è solo di circa 20 dB. La maggior parte delle opere per orchestra di strumenti popolari russi hanno anche una piccola gamma dinamica (25-30 dB). Questo vale anche per una banda di ottoni. Tuttavia, il livello sonoro massimo di una banda di ottoni in una stanza può raggiungere un livello abbastanza elevato (fino a 110 dB).
Effetto mascherante
La valutazione soggettiva del volume dipende dalle condizioni in cui il suono viene percepito dall'ascoltatore. In condizioni reali non esiste un segnale acustico nel silenzio assoluto. Allo stesso tempo, il rumore estraneo influisce sull'udito, complicando la percezione del suono, mascherando in una certa misura il segnale principale. L'effetto del mascheramento di un'onda sinusoidale pura da parte di rumore estraneo viene misurato dal valore indicato. di quanti decibel aumenta la soglia di udibilità del segnale mascherato sopra la soglia della sua percezione nel silenzio.
Esperimenti per determinare il grado di mascheramento di un segnale sonoro da parte di un altro mostrano che un tono di qualsiasi frequenza viene mascherato dai toni più bassi in modo molto più efficace che da quelli più alti. Ad esempio, se due diapason (1200 e 440 Hz) emettono suoni con la stessa intensità, allora smettiamo di sentire il primo tono, esso viene mascherato dal secondo (spegnendo la vibrazione del secondo diapason, sentiremo il primo Ancora).
Se esistono contemporaneamente due segnali sonori complessi costituiti da determinati spettri di frequenza sonora, si verifica un effetto di mascheramento reciproco. Inoltre, se l'energia principale di entrambi i segnali si trova nella stessa regione della gamma di frequenze audio, l'effetto di mascheramento sarà più forte, quindi durante la trasmissione di un brano orchestrale, a causa del mascheramento da parte dell'accompagnamento, la parte del solista potrebbe risultare poco nitida. intelligibile e non udibile.
Raggiungere la chiarezza o, come si suol dire, la “trasparenza” del suono nella trasmissione del suono di orchestre o ensemble pop diventa molto difficile se uno strumento o singoli gruppi di strumenti dell'orchestra suonano contemporaneamente in uno o registri simili.
Il regista, quando registra un'orchestra, deve tenere conto delle caratteristiche del camuffamento. Durante le prove, con l'aiuto del direttore, stabilisce un equilibrio tra la forza sonora degli strumenti di un gruppo, nonché tra i gruppi dell'intera orchestra. La chiarezza delle principali linee melodiche e delle singole parti musicali è ottenuta in questi casi grazie al posizionamento ravvicinato dei microfoni rispetto agli esecutori, alla scelta deliberata da parte del tecnico del suono degli strumenti più importanti in un dato luogo dell'opera e ad altri strumenti sonori speciali. tecniche di ingegneria.
Al fenomeno del mascheramento si oppone la capacità psicofisiologica degli organi uditivi di individuare dalla massa generale dei suoni uno o più portatori delle informazioni più importanti. Ad esempio, quando suona un'orchestra, il direttore nota la minima imprecisione nell'esecuzione di una parte su qualsiasi strumento.
Il mascheramento può influenzare notevolmente la qualità della trasmissione del segnale. Una percezione chiara del suono ricevuto è possibile se la sua intensità supera significativamente il livello dei componenti di interferenza situati nella stessa banda del suono ricevuto. Con un'interferenza uniforme, l'eccesso di segnale dovrebbe essere di 10-15 dB. Questa caratteristica della percezione uditiva trova applicazione pratica, ad esempio, nella valutazione delle caratteristiche elettroacustiche dei media. Pertanto, se il rapporto segnale-rumore di una registrazione analogica è 60 dB, la gamma dinamica del programma registrato non può essere superiore a 45-48 dB.
Caratteristiche temporali della percezione uditiva
L'apparecchio acustico, come qualsiasi altro sistema oscillatorio, è inerziale. Quando il suono scompare, la sensazione uditiva non scompare immediatamente, ma gradualmente, diminuendo fino a zero. Il tempo durante il quale il livello del rumore diminuisce di 8-10 sottofondi è chiamato costante di tempo dell'udito. Questa costante dipende da una serie di circostanze, nonché dai parametri del suono percepito. Se all'ascoltatore arrivano due brevi impulsi sonori, identici nella composizione di frequenza e nel livello, ma uno di essi è ritardato, verranno percepiti insieme con un ritardo non superiore a 50 ms. A grandi intervalli di ritardo, entrambi gli impulsi vengono percepiti separatamente e si verifica un'eco.
Questa caratteristica dell'udito viene presa in considerazione quando si progettano alcuni dispositivi di elaborazione del segnale, ad esempio linee di ritardo elettroniche, riverberi, ecc.
Va notato che, a causa delle proprietà speciali dell'udito, la sensazione del volume di un impulso sonoro a breve termine dipende non solo dal suo livello, ma anche dalla durata dell'impatto dell'impulso sull'orecchio. Pertanto, un suono a breve termine, della durata di soli 10-12 ms, viene percepito dall'orecchio in modo più silenzioso di un suono dello stesso livello, ma che influenza l'udito, ad esempio, per 150-400 ms. Pertanto, quando si ascolta una trasmissione, il volume è il risultato della media dell'energia dell'onda sonora su un certo intervallo. Inoltre, l'udito umano ha inerzia, in particolare, quando percepisce distorsioni non lineari, non le avverte se la durata dell'impulso sonoro è inferiore a 10-20 ms. Questo è il motivo per cui negli indicatori di livello delle apparecchiature radioelettroniche domestiche per la registrazione del suono, i valori istantanei del segnale vengono mediati su un periodo selezionato in base alle caratteristiche temporali degli organi uditivi.
Rappresentazione spaziale del suono
Una delle abilità umane importanti è la capacità di determinare la direzione di una sorgente sonora. Questa capacità è chiamata effetto binaurale ed è spiegata dal fatto che una persona ha due orecchie. I dati sperimentali mostrano da dove proviene il suono: uno per i toni ad alta frequenza, uno per i toni a bassa frequenza.
Il suono percorre una distanza più breve verso l'orecchio rivolto verso la sorgente rispetto all'altro orecchio. Di conseguenza, la pressione delle onde sonore nei canali uditivi varia in fase e ampiezza. Le differenze di ampiezza sono significative solo alle alte frequenze, quando la lunghezza d'onda del suono diventa paragonabile alla dimensione della testa. Quando la differenza di ampiezza supera un valore di soglia di 1 dB, la sorgente sonora sembra trovarsi sul lato dove l'ampiezza è maggiore. L'angolo di deviazione della sorgente sonora dalla linea centrale (linea di simmetria) è approssimativamente proporzionale al logaritmo del rapporto di ampiezza.
Per determinare la direzione di una sorgente sonora con frequenze inferiori a 1500-2000 Hz, le differenze di fase sono significative. A una persona sembra che il suono provenga dal lato da cui l'onda, che è in fase anticipata, raggiunge l'orecchio. L'angolo di deviazione del suono dalla linea mediana è proporzionale alla differenza nel tempo di arrivo delle onde sonore ad entrambe le orecchie. Una persona addestrata può notare una differenza di fase con una differenza temporale di 100 ms.
La capacità di determinare la direzione del suono sul piano verticale è molto meno sviluppata (circa 10 volte). Questa caratteristica fisiologica è associata all'orientamento degli organi uditivi sul piano orizzontale.
Una caratteristica specifica della percezione spaziale del suono da parte di una persona si manifesta nel fatto che gli organi uditivi sono in grado di percepire la localizzazione totale e integrale creata con l'aiuto di mezzi di influenza artificiali. Ad esempio, in una stanza, due altoparlanti sono installati frontalmente a una distanza di 2-3 m l'uno dall'altro. L'ascoltatore si trova alla stessa distanza dall'asse del sistema di collegamento, rigorosamente al centro. In una stanza, attraverso gli altoparlanti vengono emessi due suoni di uguale fase, frequenza e intensità. Come risultato dell'identità dei suoni che passano nell'organo dell'udito, una persona non può separarli; le sue sensazioni danno idee su un'unica, apparente fonte sonora (virtuale), che si trova rigorosamente al centro sull'asse di simmetria.
Se ora riduciamo il volume di un altoparlante, la sorgente apparente si sposterà verso l'altoparlante più forte. L'illusione di una sorgente sonora in movimento può essere ottenuta non solo modificando il livello del segnale, ma anche ritardando artificialmente un suono rispetto a un altro; in questo caso la sorgente apparente si sposterà verso l'altoparlante che emette anticipatamente il segnale.
Per illustrare la localizzazione integrale, diamo un esempio. La distanza tra gli altoparlanti è di 2 m, la distanza dalla prima linea all'ascoltatore è di 2 m; affinché la sorgente si sposti di 40 cm a sinistra o a destra, è necessario inviare due segnali con una differenza di livello di intensità di 5 dB o con un ritardo di 0,3 ms. Con una differenza di livello di 10 dB o un ritardo di 0,6 ms, la sorgente si “sposterà” di 70 cm dal centro.
Pertanto, se si modifica la pressione sonora creata dall'altoparlante, nasce l'illusione di spostare la sorgente sonora. Questo fenomeno è chiamato localizzazione sommaria. Per creare una localizzazione sommaria viene utilizzato un sistema di trasmissione del suono stereofonico a due canali.
Nella stanza principale sono installati due microfoni, ognuno dei quali funziona sul proprio canale. Il secondario ha due altoparlanti. I microfoni si trovano ad una certa distanza l'uno dall'altro lungo una linea parallela alla posizione dell'emettitore sonoro. Quando si sposta l'emettitore sonoro, sul microfono agirà una pressione sonora diversa e il tempo di arrivo dell'onda sonora sarà diverso a causa della distanza ineguale tra l'emettitore sonoro e i microfoni. Questa differenza crea un effetto di localizzazione totale nell'ambiente secondario, per cui la sorgente apparente viene localizzata in un certo punto dello spazio situato tra due altoparlanti.
Va detto del sistema di trasmissione del suono binaurale. Con questo sistema, chiamato sistema a testa artificiale, nella stanza principale vengono posizionati due microfoni separati, distanziati l'uno dall'altro pari alla distanza tra le orecchie di una persona. Ciascuno dei microfoni dispone di un canale di trasmissione del suono indipendente, la cui uscita nella stanza secondaria comprende i telefoni per l'orecchio sinistro e destro. Se i canali di trasmissione del suono sono identici, un tale sistema trasmette accuratamente l'effetto binaurale creato vicino alle orecchie della “testa artificiale” nella stanza principale. Avere le cuffie e doverle utilizzare per molto tempo è uno svantaggio.
L'organo dell'udito determina la distanza dalla sorgente sonora utilizzando una serie di segni indiretti e con alcuni errori. A seconda che la distanza dalla sorgente del segnale sia piccola o grande, la sua valutazione soggettiva cambia sotto l'influenza di diversi fattori. Si è riscontrato che se le distanze determinate sono piccole (fino a 3 m), la loro valutazione soggettiva è quasi linearmente correlata alla variazione del volume della sorgente sonora che si muove lungo la profondità. Un ulteriore fattore per un segnale complesso è il suo timbro, che diventa sempre più “pesante” man mano che la sorgente si avvicina all'ascoltatore, ciò è dovuto alla crescente amplificazione dei toni bassi rispetto a quelli alti, causata dal conseguente aumento del livello del volume.
Per distanze medie di 3-10 m, l'allontanamento della sorgente dall'ascoltatore sarà accompagnato da una proporzionale diminuzione del volume, e questa variazione si applicherà ugualmente alla frequenza fondamentale e alle componenti armoniche. Di conseguenza, si verifica un relativo rafforzamento della parte ad alta frequenza dello spettro e il timbro diventa più luminoso.
All’aumentare della distanza, le perdite di energia nell’aria aumenteranno in proporzione al quadrato della frequenza. Una maggiore perdita delle armoniche del registro acuto risulterà in una diminuzione della brillantezza timbrica. Pertanto, la valutazione soggettiva delle distanze è associata a cambiamenti nel suo volume e timbro.
In un ambiente chiuso i segnali delle prime riflessioni, ritardati di 20-40 ms rispetto alla riflessione diretta, vengono percepiti dall'organo uditivo come provenienti da direzioni diverse. Allo stesso tempo, il loro crescente ritardo crea l'impressione di una distanza significativa dai punti da cui avvengono queste riflessioni. Pertanto, dal tempo di ritardo si può giudicare la distanza relativa delle fonti secondarie o, che è lo stesso, la dimensione della stanza.
Alcune caratteristiche della percezione soggettiva delle trasmissioni stereofoniche.
Un sistema di trasmissione del suono stereofonico presenta una serie di caratteristiche significative rispetto a quello monofonico convenzionale.
La qualità che distingue il suono stereofonico, il volume, cioè la prospettiva acustica naturale può essere valutata utilizzando alcuni indicatori aggiuntivi che non hanno senso con una tecnica di trasmissione del suono monofonica. Tali indicatori aggiuntivi includono: angolo di udienza, ad es. l'angolo al quale l'ascoltatore percepisce l'immagine sonora stereofonica; risoluzione stereo, ad es. localizzazione determinata soggettivamente di singoli elementi dell'immagine sonora in determinati punti dello spazio all'interno dell'angolo udibile; atmosfera acustica, ad es. l'effetto di dare all'ascoltatore una sensazione di presenza nella stanza primaria in cui avviene l'evento sonoro trasmesso.
Sul ruolo dell'acustica ambientale
Il suono colorato si ottiene non solo con l'aiuto di apparecchiature di riproduzione del suono. Anche con apparecchiature abbastanza buone, la qualità del suono potrebbe essere scarsa se la stanza di ascolto non presenta determinate caratteristiche. È noto che in un ambiente chiuso si verifica un fenomeno sonoro nasale chiamato riverbero. Colpendo gli organi dell'udito, il riverbero (a seconda della sua durata) può migliorare o peggiorare la qualità del suono.
Una persona in una stanza percepisce non solo le onde sonore dirette create direttamente dalla sorgente sonora, ma anche le onde riflesse dal soffitto e dalle pareti della stanza. Le onde riflesse si sentono per qualche tempo dopo che la sorgente sonora si è fermata.
A volte si ritiene che i segnali riflessi svolgano solo un ruolo negativo, interferendo con la percezione del segnale principale. Tuttavia, questa idea non è corretta. Una certa parte dell'energia dei segnali eco riflessi iniziali, raggiungendo le orecchie umane con brevi ritardi, amplifica il segnale principale e ne arricchisce il suono. Al contrario, gli echi successivi si riflettevano. il cui tempo di ritardo supera un certo valore critico, formano un sottofondo sonoro che rende difficile la percezione del segnale principale.
La stanza di ascolto non dovrebbe avere un lungo tempo di riverbero. I soggiorni, di norma, hanno poco riverbero a causa delle loro dimensioni limitate e della presenza di superfici fonoassorbenti, mobili imbottiti, tappeti, tende, ecc.
Ostacoli di diversa natura e proprietà sono caratterizzati da un coefficiente di assorbimento acustico, che è il rapporto tra l'energia assorbita e l'energia totale dell'onda sonora incidente.
Per aumentare le proprietà fonoassorbenti del tappeto (e ridurre il rumore in soggiorno), è consigliabile appendere il tappeto non vicino al muro, ma con uno spazio di 30-50 mm).
Il nostro organo uditivo è molto sensibile. Con un udito normale siamo in grado di distinguere i suoni che causano vibrazioni trascurabili (calcolate in frazioni di micron) del timpano.
La sensibilità dell'analizzatore uditivo ai suoni di diverse altezze non è la stessa. L'orecchio umano è più sensibile ai suoni con frequenze di vibrazione comprese tra 1000 e 3000. Quando la frequenza di vibrazione diminuisce o aumenta, la sensibilità diminuisce. Un calo di sensibilità particolarmente netto si osserva nella regione dei suoni più bassi e più alti.
Con l’età, la sensibilità uditiva cambia. La massima acuità uditiva si osserva tra i 15 ei 20 anni, per poi diminuire gradualmente. La zona di massima sensibilità fino a 40 anni è nella regione dei 3000 Hz, dai 40 ai 60 anni nella regione dei 2000 Hz e oltre i 60 anni nella regione dei 1000 Hz.
Si chiama intensità sonora minima capace di provocare la sensazione di un suono appena udibile soglia dell'udito, O soglia uditiva. Quanto minore è la quantità di energia sonora necessaria per ottenere la sensazione di un suono appena udibile, cioè quanto più bassa è la soglia della sensazione uditiva, tanto maggiore è la sensibilità dell'orecchio a un dato suono. Da quanto sopra ne consegue che nella regione delle frequenze medie (da 1000 a 3000 Hz) le soglie della percezione uditiva sono le più basse, e nella regione delle frequenze basse e alte le soglie aumentano.
Con l'udito normale, la soglia della sensazione uditiva è 0 dB. Va ricordato che zero decibel non significa assenza di suono (non “suono zero”), ma livello zero, cioè livello di riferimento quando si misura l'intensità dei suoni percepiti, e corrisponde alla soglia di intensità per l'udito normale.
All'aumentare dell'intensità del suono, aumenta la sensazione del volume del suono, ma quando l'intensità del suono raggiunge un certo valore, l'aumento del volume si ferma e nell'orecchio appare una sensazione di pressione o addirittura di dolore. L'intensità del suono alla quale si verifica una sensazione di pressione o dolore è chiamata soglia sensazione spiacevole (soglia del dolore), soglia del disagio.
La distanza tra la soglia della sensazione uditiva e la soglia del disagio è massima nella regione delle medie frequenze (1000-3000 Hz) e qui raggiunge i 130 dB, cioè il rapporto tra la massima forza sonora sopportabile dall'orecchio e la la forza minima percepita è 10 13, o 10.000.000.000 000 (dieci trilioni).
Questa capacità dell'analizzatore uditivo è davvero sorprendente. È impossibile trovare un esempio nella tecnologia in cui lo stesso dispositivo possa registrare impatti, la cui entità differirebbe di tali cifre astronomiche. Se fosse possibile costruire una bilancia con lo stesso range di sensibilità dell’orecchio umano, questa bilancia potrebbe pesare pesi da 1 milligrammo a 10.000 tonnellate.
La sensibilità dell'analizzatore uditivo è caratterizzata non solo dall'entità della soglia di percezione, ma anche dall'entità differenza, O soglia differenziale. La soglia della differenza di frequenza è l'aumento minimo, appena percettibile all'orecchio, della frequenza del suono rispetto alla frequenza originale.
Le soglie di differenza sono le più piccole nell'intervallo da 500 a 5000 Hz e qui sono espresse come 0,003. Ciò significa che un cambiamento, ad esempio, nella frequenza di 1000 Hz di 3 Hz viene già percepito dall'orecchio umano come un suono diverso.
La soglia differenziale dell'intensità del suono è l'aumento minimo dell'intensità del suono, che dà un aumento appena percettibile del volume del suono originale. Le soglie di differenza dell'intensità del suono sono in media 0,1-0,12, cioè, affinché il suono venga percepito più forte, deve essere amplificato di 0,1 del valore originale, ovvero di 1 dB.
Così, area della percezione uditiva in una persona con udito normale è limitato in frequenza e intensità del suono. In termini di frequenza, questa regione copre l'intervallo da 16 a 25.000 Hz (gamma di frequenza dell'udito) e in intensità - fino a 130 dB (gamma dinamica dell'udito).
È generalmente accettato che la regione del parlato, cioè la frequenza e la gamma dinamica necessarie per la percezione dei suoni del parlato, occupi solo una piccola parte dell'intera regione della percezione uditiva, vale a dire in frequenza da 500 a 600 Hz e in intensità da 50 a 90 dB sopra la soglia udibile. Una tale limitazione dell'area del parlato in termini di frequenza e intensità può, tuttavia, essere accettata solo in modo molto condizionato, poiché risulta valida solo in relazione all'area dei suoni percepiti che è più importante per la comprensione del parlato, ma non copre tutti i suoni che compongono il discorso.
In effetti, un certo numero di suoni del parlato, come le consonanti Con, H, sì, contiene formanti che si trovano significativamente al di sopra di 3000 Hz, vale a dire fino a 8600 Hz. Per quanto riguarda la gamma dinamica, bisogna tenere presente che il livello di intensità di un sussurro silenzioso corrisponde a 10-15 dB, e nel parlato ad alta voce ci sono componenti la cui intensità non supera il livello del normale parlato sussurrato, cioè 25 dB. Questi includono, ad esempio, alcune consonanti sorde. Di conseguenza, per la piena discriminazione uditiva di tutti i suoni del parlato, è necessaria la conservazione dell'intera o quasi tutta l'area della percezione uditiva, sia in termini di frequenza che di intensità del suono.
La Figura 17 mostra la gamma di suoni percepiti dall'orecchio umano normale. La curva superiore rappresenta la soglia dei suoni uditivi di varie frequenze, la curva inferiore - la soglia delle sensazioni spiacevoli. Tra queste curve si trova l'area della percezione uditiva, cioè l'intera gamma di suoni udibili dall'uomo. Le parti ombreggiate del diagramma coprono l'area dei suoni più frequenti nella musica e nel parlato.
Adattamento uditivo e affaticamento uditivo. Trauma sonoro. Quando esposto a stimoli sonori, si verifica una temporanea diminuzione della sensibilità dell'organo uditivo. Quindi, ad esempio, uscendo in una strada rumorosa, una persona con un udito normale percepisce il rumore della strada come molto forte, corrispondente alla sua intensità effettiva. Tuttavia, dopo un po' di tempo, il rumore della strada viene percepito come meno forte, anche se in realtà l'intensità del rumore non cambia. Questa diminuzione della sensazione di volume è una conseguenza di una diminuzione della sensibilità dell'analizzatore uditivo a seguito dell'esposizione a un forte stimolo sonoro. Dopo la cessazione dell'esposizione al rumore, quando, ad esempio, una persona entra in una stanza tranquilla da una strada rumorosa, la sensibilità dell'organo uditivo viene rapidamente ripristinata e quando esce di nuovo la persona percepirà nuovamente il rumore della strada come molto forte. Questa diminuzione temporanea della sensibilità viene chiamata adattamento(dal latino adattare - adattare). L'adattamento è una reazione protettiva-adattativa del corpo che protegge gli elementi nervosi dell'analizzatore uditivo dall'esaurimento sotto l'influenza di un forte stimolo. La diminuzione della sensibilità uditiva durante l'adattamento è di brevissima durata. Dopo la cessazione della stimolazione sonora, la sensibilità dell'organo uditivo viene ripristinata entro pochi secondi.
Un cambiamento nella sensibilità durante il processo di adattamento avviene sia nell'estremità periferica che in quella centrale dell'analizzatore uditivo. Ciò è evidenziato dal fatto che quando il suono viene applicato a un orecchio, la sensibilità cambia in entrambe le orecchie.
Con un'irritazione intensa e prolungata (ad esempio diverse ore) dell'analizzatore uditivo, si verifica un affaticamento uditivo. È caratterizzato da una significativa diminuzione della sensibilità uditiva, che viene ripristinata solo dopo un riposo più o meno lungo. Se durante l'adattamento la sensibilità viene ripristinata entro pochi secondi, per ripristinare la sensibilità quando l'analizzatore uditivo si stanca è necessario un tempo misurato in ore e talvolta in giorni. Con una sovrastimolazione frequente e prolungata (per diversi mesi o anni) dell'analizzatore uditivo, possono verificarsi cambiamenti patologici irreversibili che portano a danni permanenti all'udito (danni da rumore all'organo uditivo).
Con una potenza sonora molto elevata, può verificarsi anche con un'esposizione a breve termine trauma sonoro, a volte accompagnato da una violazione della struttura anatomica dell'orecchio medio e interno.
Mascheramento del suono. Se un suono viene percepito sullo sfondo di un altro suono, il primo suono viene sentito meno forte che nel silenzio: è, per così dire, soffocato dall'altro suono.
Ad esempio, in un'officina rumorosa o su un treno della metropolitana, si osserva un significativo deterioramento della percezione del parlato e alcuni suoni deboli in un ambiente con rumore di fondo non vengono affatto percepiti.
Questo fenomeno si chiama mascherando il suono. Per suoni di altezze diverse, il mascheramento viene espresso in modo diverso. I suoni alti sono fortemente mascherati dai suoni bassi e, al contrario, hanno un effetto di mascheramento molto piccolo sui suoni bassi. L'effetto di mascheramento dei suoni vicini nell'altezza al suono mascherato è più pronunciato. In pratica, spesso si ha a che fare con l'effetto di mascheramento di vari rumori. Ad esempio, il rumore di una strada cittadina ha un effetto smorzante (mascherante), raggiungendo i 50-60 dB durante il giorno.
Binaurale udito. La presenza di due orecchie determina la capacità di determinare la direzione della sorgente sonora. Questa capacità si chiama binaurale(a due orecchie) udito, O ototopici(dal greco otos - orecchio e topos - luogo).
Per spiegare questa proprietà dell'analizzatore uditivo sono state fatte tre proposizioni: 1) l'orecchio situato più vicino alla sorgente sonora percepisce il suono con maggiore forza rispetto a quello opposto; 2) l'orecchio situato più vicino alla sorgente sonora lo percepisce un po' prima; 3) le vibrazioni sonore raggiungono entrambe le orecchie in fasi diverse. Apparentemente la capacità di distinguere la direzione del suono è dovuta all'azione combinata di tutti e tre i fattori.
Per determinare con precisione la direzione di una sorgente sonora, è necessario che l'udito in entrambe le orecchie sia lo stesso. L'udito può essere ridotto, ma con una diminuzione uguale in entrambe le orecchie. Se si sente il suono, la sua direzione verrà determinata correttamente. Va notato che anche con l'udito asimmetrico in entrambe le orecchie e anche con la sordità completa in un orecchio, una certa capacità di determinare la direzione di una sorgente sonora può essere sviluppata attraverso un addestramento speciale.
L'analizzatore uditivo ha la capacità non solo di distinguere la direzione del suono, ma anche di determinare la posizione della sua sorgente, cioè di stimare la distanza alla quale si trova la sorgente sonora. L'udito binaurale consente anche di percepire complessi sonori complessi, quando il suono proviene simultaneamente da direzioni diverse, e allo stesso tempo di determinare la posizione delle sorgenti sonore nello spazio (stereofonia).
Le fasi principali dello sviluppo della funzione uditiva in un bambino
L'analizzatore uditivo umano inizia a funzionare dal momento della sua nascita. Quando esposti a suoni di volume sufficiente nei neonati, si possono osservare risposte che si verificano in base al tipo di riflessi incondizionati e si manifestano sotto forma di cambiamenti nella respirazione e nel polso, movimenti di suzione ritardati, ecc. Alla fine del primo e all'inizio dei secondi mesi di vita, il bambino forma già riflessi condizionati agli stimoli sonori. Rafforzando ripetutamente un segnale sonoro (ad esempio il suono di una campana) con l'alimentazione, è possibile sviluppare in un bambino del genere una reazione condizionata sotto forma di movimenti di suzione in risposta alla stimolazione sonora. Molto presto (nel terzo mese) il bambino inizia a distinguere i suoni in base alla loro qualità (timbro, altezza). Secondo gli ultimi studi, la discriminazione primaria dei suoni che differiscono nettamente l'uno dall'altro nel carattere (ad esempio, rumori e colpi da toni musicali, nonché la discriminazione dei toni all'interno di ottave adiacenti) può essere osservata anche nei neonati. Secondo gli stessi dati, i neonati hanno anche la capacità di determinare la direzione del suono.
Nel periodo successivo, la capacità di differenziare i suoni si sviluppa ulteriormente e si estende alla voce e agli elementi del discorso. Il bambino inizia a reagire in modo diverso alle diverse intonazioni e alle diverse parole, ma all'inizio queste ultime non vengono percepite da lui in modo sufficientemente dettagliato. Durante il secondo e il terzo anno di vita, in connessione con la formazione della parola nel bambino, si verifica un ulteriore sviluppo della sua funzione uditiva, caratterizzato da un graduale affinamento della percezione della composizione sonora della parola. Alla fine del primo anno, il bambino di solito distingue parole e frasi principalmente in base al contorno ritmico e al colore dell'intonazione, e entro la fine del secondo e l'inizio del terzo anno ha già la capacità di distinguere a orecchio tutti i suoni del parlato . Allo stesso tempo, lo sviluppo della percezione uditiva differenziata dei suoni del parlato avviene in stretta interazione con lo sviluppo del lato pronuncia del discorso. Questa interazione è bidirezionale. Da un lato, la differenziazione della pronuncia dipende dallo stato della funzione uditiva e, dall'altro, la capacità di pronunciare l'uno o l'altro suono del parlato rende più facile per il bambino distinguerlo a orecchio. Va notato, tuttavia, che normalmente lo sviluppo della differenziazione uditiva precede l'affinamento delle capacità di pronuncia. Questa circostanza si riflette nel fatto che i bambini di 2-3 anni, pur distinguendo completamente a orecchio la struttura sonora delle parole, non riescono nemmeno a riprodurla in modo riflesso. Se inviti un bambino del genere a ripetere, ad esempio, la parola matita, lo riprodurrà come “kalandas”, ma non appena un adulto dirà “kalandas” al posto della matita, il bambino riconoscerà immediatamente la falsità nella pronuncia dell’adulto.
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Peculiarità della percezione umana. Udito
Il suono è vibrazioni, cioè perturbazioni meccaniche periodiche nei mezzi elastici: gassosi, liquidi e solidi. Un tale disturbo, che rappresenta un cambiamento fisico nel mezzo (ad esempio un cambiamento di densità o pressione, spostamento di particelle), si propaga in esso sotto forma di un'onda sonora. Un suono può essere impercettibile se la sua frequenza va oltre la sensibilità dell'orecchio umano, o se viaggia attraverso un mezzo, come un solido, che non può avere un contatto diretto con l'orecchio, o se la sua energia viene rapidamente dissipata nel mezzo. Pertanto, il processo di percezione del suono che ci è abituale è solo un lato dell'acustica.
Onde sonore
Onda sonora
Le onde sonore possono servire come esempio di un processo oscillatorio. Qualsiasi oscillazione è associata a una violazione dello stato di equilibrio del sistema ed è espressa nella deviazione delle sue caratteristiche dai valori di equilibrio con successivo ritorno al valore originale. Per le vibrazioni sonore, questa caratteristica è la pressione in un punto del mezzo e la sua deviazione è la pressione sonora.
Considera un lungo tubo pieno d'aria. All'estremità sinistra è inserito un pistone che si adatta perfettamente alle pareti. Se il pistone viene spostato bruscamente verso destra e fermato, l'aria nelle immediate vicinanze verrà compressa per un momento. L'aria compressa si espanderà quindi, spingendo verso destra l'aria ad essa adiacente, e l'area di compressione inizialmente creata vicino al pistone si muoverà attraverso il tubo a velocità costante. Questa onda di compressione è l'onda sonora nel gas.
Cioè, un brusco spostamento di particelle di un mezzo elastico in un punto aumenterà la pressione in questo luogo. Grazie ai legami elastici delle particelle, la pressione viene trasmessa alle particelle vicine, che a loro volta influenzano quelle successive, e l'area di maggiore pressione sembra muoversi in un mezzo elastico. Ad una regione di alta pressione segue una regione di bassa pressione, si formano così una serie di regioni alternate di compressione e rarefazione, che si propagano nel mezzo sotto forma di onda. Ogni particella del mezzo elastico in questo caso eseguirà movimenti oscillatori.
Un'onda sonora in un gas è caratterizzata da eccesso di pressione, eccesso di densità, spostamento delle particelle e loro velocità. Per le onde sonore, queste deviazioni dai valori di equilibrio sono sempre piccole. Pertanto, la sovrappressione associata all'onda è molto inferiore alla pressione statica del gas. Altrimenti abbiamo a che fare con un altro fenomeno: un'onda d'urto. In un'onda sonora corrispondente al parlato normale, la sovrappressione è solo circa un milionesimo della pressione atmosferica.
L'importante è che la sostanza non venga portata via dall'onda sonora. Un'onda è solo un disturbo temporaneo che passa attraverso l'aria, dopo di che l'aria ritorna ad uno stato di equilibrio.
Il movimento delle onde, ovviamente, non è esclusivo del suono: la luce e i segnali radio viaggiano sotto forma di onde e tutti hanno familiarità con le onde sulla superficie dell’acqua.
Pertanto, il suono, in senso lato, è un'onda elastica che si propaga in un mezzo elastico e crea in esso vibrazioni meccaniche; in senso stretto, la percezione soggettiva di queste vibrazioni da parte degli speciali organi di senso degli animali o dell'uomo.
Come ogni onda, il suono è caratterizzato da ampiezza e spettro di frequenze. Tipicamente, una persona sente i suoni trasmessi attraverso l'aria nella gamma di frequenze da 16-20 Hz a 15-20 kHz. Il suono al di sotto della gamma dell'udibilità umana è chiamato infrasuono; superiore: fino a 1 GHz, - ultrasuoni, da 1 GHz - ipersuono. Tra i suoni udibili vanno evidenziati anche i suoni e i fonemi fonetici, linguistici (che compongono il parlato) e i suoni musicali (che compongono la musica).
Le onde sonore longitudinali e trasversali si distinguono in base al rapporto tra la direzione di propagazione dell'onda e la direzione delle vibrazioni meccaniche delle particelle del mezzo di propagazione.
Nei mezzi liquidi e gassosi, dove non vi sono fluttuazioni significative di densità, le onde acustiche sono di natura longitudinale, cioè la direzione della vibrazione delle particelle coincide con la direzione del movimento dell'onda. Nei solidi, oltre alle deformazioni longitudinali, si verificano anche deformazioni elastiche di taglio, che provocano l'eccitazione di onde trasversali (di taglio); in questo caso le particelle oscillano perpendicolarmente alla direzione di propagazione dell'onda. La velocità di propagazione delle onde longitudinali è molto maggiore della velocità di propagazione delle onde trasversali.
L'aria non è uniforme per quanto riguarda il suono ovunque. È noto che l'aria è costantemente in movimento. La velocità del suo movimento in diversi strati non è la stessa. Negli strati vicini al suolo, l'aria entra in contatto con la sua superficie, gli edifici, le foreste, e quindi la sua velocità qui è inferiore che in alto. Per questo motivo l'onda sonora non viaggia con la stessa velocità nella parte superiore e inferiore. Se il movimento dell'aria, cioè il vento, è accompagnato dal suono, allora negli strati superiori dell'aria il vento spingerà l'onda sonora con maggiore forza che negli strati inferiori. Quando c'è vento contrario, il suono in alto viaggia più lentamente che in basso. Questa differenza di velocità influenza la forma dell'onda sonora. A causa della distorsione delle onde, il suono non viaggia diritto. Con vento in coda, la linea di propagazione dell'onda sonora si piega verso il basso e con vento contrario si piega verso l'alto.
Un altro motivo per la propagazione irregolare del suono nell'aria. Questa è la diversa temperatura dei suoi singoli strati.
Strati d'aria riscaldati in modo non uniforme, come il vento, cambiano la direzione del suono. Durante il giorno, l'onda sonora si piega verso l'alto perché la velocità del suono negli strati inferiori e più caldi è maggiore che negli strati superiori. Di sera, quando la terra, e con essa gli strati d'aria vicini, si raffreddano rapidamente, gli strati superiori diventano più caldi di quelli inferiori, la velocità del suono in essi è maggiore e la linea di propagazione delle onde sonore si piega verso il basso. Pertanto, la sera, all'improvviso, si sente meglio.
Osservando le nuvole, puoi spesso notare come a diverse altitudini si muovono non solo a velocità diverse, ma a volte in direzioni diverse. Ciò significa che il vento a diverse altezze dal suolo può avere velocità e direzioni diverse. Anche la forma dell'onda sonora in tali strati varierà da strato a strato. Lasciamo, ad esempio, che il suono arrivi controvento. In questo caso, la linea di propagazione del suono dovrebbe piegarsi e andare verso l'alto. Ma se uno strato d'aria che si muove lentamente si trova sulla sua strada, cambierà di nuovo la sua direzione e potrebbe tornare di nuovo al suolo. È allora che nello spazio dal luogo in cui l'onda sale in altezza al luogo in cui ritorna al suolo, appare una “zona di silenzio”.
Organi di percezione del suono
L'udito è la capacità degli organismi biologici di percepire i suoni con i loro organi uditivi; una funzione speciale dell'apparecchio acustico, eccitata dalle vibrazioni sonore nell'ambiente, come l'aria o l'acqua. Uno dei cinque sensi biologici, chiamato anche percezione acustica.
L'orecchio umano percepisce le onde sonore con una lunghezza compresa tra 20 m e 1,6 cm, che corrisponde a 16 - 20.000 Hz (oscillazioni al secondo) quando le vibrazioni vengono trasmesse attraverso l'aria e fino a 220 kHz quando il suono viene trasmesso attraverso le ossa del corpo. il teschio. Queste onde hanno un importante significato biologico, ad esempio le onde sonore nell'intervallo 300-4000 Hz corrispondono alla voce umana. I suoni superiori a 20.000 Hz hanno poca importanza pratica poiché decelerano rapidamente; le vibrazioni inferiori a 60 Hz vengono percepite attraverso il senso della vibrazione. La gamma di frequenze che una persona è in grado di sentire è chiamata gamma uditiva o sonora; le frequenze più alte sono chiamate ultrasuoni, mentre le frequenze più basse sono chiamate infrasuoni.
La capacità di distinguere le frequenze sonore dipende in gran parte dall'individuo: età, sesso, predisposizione alle malattie dell'udito, allenamento e affaticamento dell'udito. Gli individui sono in grado di percepire suoni fino a 22 kHz e possibilmente superiori.
Una persona può distinguere più suoni contemporaneamente perché nella coclea possono esserci più onde stazionarie contemporaneamente.
L'orecchio è un complesso organo vestibolare-uditivo che svolge due funzioni: percepisce gli impulsi sonori ed è responsabile della posizione del corpo nello spazio e della capacità di mantenere l'equilibrio. Si tratta di un organo pari che si trova nelle ossa temporali del cranio, limitato esternamente dai padiglioni auricolari.
L'organo dell'udito e dell'equilibrio è rappresentato da tre sezioni: l'orecchio esterno, medio ed interno, ciascuna delle quali svolge le proprie funzioni specifiche.
L'orecchio esterno è costituito dal padiglione auricolare e dal canale uditivo esterno. Il padiglione auricolare è una cartilagine elastica di forma complessa ricoperta di pelle; la sua parte inferiore, chiamata lobo, è una piega cutanea costituita da pelle e tessuto adiposo.
Il padiglione auricolare negli organismi viventi funziona come un ricevitore di onde sonore, che vengono poi trasmesse all'interno dell'apparecchio acustico. Il valore del padiglione auricolare nell'uomo è molto più piccolo che negli animali, quindi nell'uomo è praticamente immobile. Ma molti animali, muovendo le orecchie, sono in grado di determinare la posizione della fonte del suono in modo molto più accurato rispetto agli umani.
Le pieghe del padiglione auricolare umano introducono piccole distorsioni di frequenza nel suono che entra nel condotto uditivo, a seconda della localizzazione orizzontale e verticale del suono. Pertanto, il cervello riceve ulteriori informazioni per chiarire la posizione della sorgente sonora. Questo effetto viene talvolta utilizzato in acustica, anche per creare la sensazione del suono surround quando si utilizzano cuffie o apparecchi acustici.
La funzione del padiglione auricolare è quella di captare i suoni; la sua continuazione è la cartilagine del canale uditivo esterno, la cui lunghezza è in media di 25-30 mm. La parte cartilaginea del canale uditivo passa nell'osso e l'intero canale uditivo esterno è rivestito da una pelle contenente ghiandole sebacee e solforose, che sono ghiandole sudoripare modificate. Questo passaggio termina alla cieca: è separato dall'orecchio medio dal timpano. Le onde sonore catturate dal padiglione auricolare colpiscono il timpano e lo fanno vibrare.
A loro volta, le vibrazioni dal timpano vengono trasmesse all'orecchio medio.
Orecchio medio
La parte principale dell'orecchio medio è la cavità timpanica, un piccolo spazio con un volume di circa 1 cm³ situato nell'osso temporale. Gli ossicini uditivi sono tre: il martello, l'incudine e la staffa: trasmettono le vibrazioni sonore dall'orecchio esterno a quello interno, amplificandole contemporaneamente.
Gli ossicini uditivi, in quanto frammenti più piccoli dello scheletro umano, rappresentano una catena che trasmette vibrazioni. Il manico del martello è strettamente fuso con il timpano, la testa del martello è collegata all'incudine, e questa, a sua volta, con il suo lungo processo, è collegata alla staffa. La base della staffa chiude la finestra del vestibolo, collegandosi così all'orecchio interno.
La cavità dell'orecchio medio è collegata al rinofaringe attraverso la tromba di Eustachio, attraverso la quale viene equalizzata la pressione media dell'aria all'interno e all'esterno del timpano. Quando la pressione esterna cambia, le orecchie a volte si bloccano, cosa che di solito si risolve sbadigliando di riflesso. L'esperienza dimostra che la congestione dell'orecchio viene risolta in modo ancora più efficace effettuando movimenti di deglutizione o soffiando in un naso schiacciato in questo momento.
Orecchio interno
Delle tre sezioni dell'organo dell'udito e dell'equilibrio, la più complessa è l'orecchio interno, che, per la sua forma intricata, è chiamato labirinto. Il labirinto osseo è costituito dal vestibolo, dalla coclea e dai canali semicircolari, ma solo la coclea, piena di fluidi linfatici, è direttamente correlata all'udito. All'interno della coclea è presente un canale membranoso, anch'esso pieno di liquido, sulla cui parete inferiore è presente un apparato recettore dell'analizzatore uditivo, ricoperto di cellule ciliate. Le cellule ciliate rilevano le vibrazioni del fluido che riempie il canale. Ogni cellula ciliata è sintonizzata su una specifica frequenza sonora, con le cellule sintonizzate sulle basse frequenze situate nella parte superiore della coclea e le alte frequenze sintonizzate sulle cellule nella parte inferiore della coclea. Quando le cellule ciliate muoiono a causa dell'età o per altri motivi, una persona perde la capacità di percepire i suoni delle frequenze corrispondenti.
Limiti della percezione
L'orecchio umano sente nominalmente i suoni nell'intervallo da 16 a 20.000 Hz. Il limite superiore tende a diminuire con l’età. La maggior parte degli adulti non riesce a sentire i suoni superiori a 16 kHz. L'orecchio stesso non risponde alle frequenze inferiori a 20 Hz, ma possono essere percepite attraverso il senso del tatto.
La gamma di intensità dei suoni percepiti è enorme. Ma il timpano nell'orecchio è sensibile solo ai cambiamenti di pressione. Il livello di pressione sonora viene solitamente misurato in decibel (dB). La soglia inferiore di udibilità è definita come 0 dB (20 micropascal), e la definizione del limite superiore di udibilità si riferisce piuttosto alla soglia del disagio e quindi al danno uditivo, commozione cerebrale, ecc. Questo limite dipende da quanto tempo ascoltiamo il suono. L'orecchio può tollerare aumenti di volume a breve termine fino a 120 dB senza conseguenze, ma l'esposizione a lungo termine a suoni superiori a 80 dB può causare la perdita dell'udito.
Studi più attenti sul limite inferiore dell'udito hanno dimostrato che la soglia minima alla quale il suono rimane udibile dipende dalla frequenza. Questo grafico è chiamato soglia uditiva assoluta. In media, ha una regione di massima sensibilità nell'intervallo da 1 kHz a 5 kHz, sebbene la sensibilità diminuisca con l'età nell'intervallo superiore a 2 kHz.
Esiste anche un modo per percepire il suono senza la partecipazione del timpano: il cosiddetto effetto uditivo a microonde, quando la radiazione modulata nella gamma delle microonde (da 1 a 300 GHz) colpisce il tessuto attorno alla coclea, facendo sì che una persona percepisca vari suoni.
A volte una persona può sentire suoni nella regione a bassa frequenza, sebbene in realtà non ci fossero suoni di questa frequenza. Ciò accade perché le vibrazioni della membrana basilare nell'orecchio non sono lineari e in essa possono verificarsi vibrazioni con una frequenza diversa tra due frequenze più alte.
Sinestesia
Uno dei fenomeni psiconeurologici più insoliti, in cui il tipo di stimolo e il tipo di sensazioni che una persona sperimenta non coincidono. La percezione sinestetica si esprime nel fatto che oltre alle qualità ordinarie possono sorgere sensazioni aggiuntive, più semplici o impressioni "elementari" persistenti - ad esempio colore, odore, suoni, sapori, qualità di una superficie strutturata, trasparenza, volume e forma, posizione nello spazio e altre qualità, non ricevute attraverso i sensi, ma esistenti solo sotto forma di reazioni. Tali qualità aggiuntive possono sorgere come impressioni sensoriali isolate o addirittura manifestarsi fisicamente.
C'è, ad esempio, la sinestesia uditiva. Questa è la capacità di alcune persone di "sentire" i suoni quando osservano oggetti in movimento o lampi, anche se non sono accompagnati da fenomeni sonori reali.
Va tenuto presente che la sinestesia è piuttosto una caratteristica psiconeurologica di una persona e non è un disturbo mentale. Questa percezione del mondo che ci circonda può essere avvertita da una persona comune attraverso l'uso di alcune sostanze narcotiche.
Non esiste ancora una teoria generale della sinestesia (un’idea universale e scientificamente provata al riguardo). Attualmente ci sono molte ipotesi e molte ricerche sono in corso in questo settore. Sono già apparse classificazioni e confronti originali e sono emersi alcuni modelli rigorosi. Ad esempio, noi scienziati abbiamo già scoperto che i sinesteti hanno una natura speciale di attenzione - come se fossero "preconsci" - a quei fenomeni che causano la sinestesia in loro. I sinesteti hanno un'anatomia cerebrale leggermente diversa e un'attivazione radicalmente diversa del cervello agli "stimoli" sinestetici. E i ricercatori dell'Università di Oxford (Regno Unito) hanno condotto una serie di esperimenti durante i quali hanno scoperto che la causa della sinestesia potrebbe essere i neuroni sovraeccitabili. L'unica cosa che si può dire con certezza è che tale percezione è ottenuta a livello della funzione cerebrale e non a livello della percezione primaria delle informazioni.
Conclusione
Le onde di pressione viaggiano attraverso l'orecchio esterno, il timpano e gli ossicini dell'orecchio medio per raggiungere l'orecchio interno pieno di liquido e a forma di cocleare. Il liquido, oscillando, colpisce una membrana ricoperta di minuscoli peli, le ciglia. Le componenti sinusoidali di un suono complesso provocano vibrazioni in varie parti della membrana. Le ciglia vibrando insieme alla membrana eccitano le fibre nervose ad esse associate; in essi compaiono una serie di impulsi, in cui sono “codificati” la frequenza e l'ampiezza di ciascuna componente di un'onda complessa; questi dati vengono trasmessi elettrochimicamente al cervello.
Dell'intero spettro di suoni, si distingue principalmente la gamma udibile: da 20 a 20.000 hertz, infrasuoni (fino a 20 hertz) e ultrasuoni - da 20.000 hertz e oltre. Una persona non può sentire gli infrasuoni e gli ultrasuoni, ma ciò non significa che non lo influenzino. È noto che gli infrasuoni, soprattutto al di sotto dei 10 hertz, possono influenzare la psiche umana e causare depressione. Gli ultrasuoni possono causare sindromi asteno-vegetative, ecc.
La parte udibile della gamma sonora è divisa in suoni a bassa frequenza - fino a 500 hertz, media frequenza - 500-10.000 hertz e alta frequenza - oltre 10.000 hertz.
Questa divisione è molto importante, poiché l'orecchio umano non è ugualmente sensibile ai diversi suoni. L'orecchio è più sensibile a una gamma relativamente ristretta di suoni a media frequenza da 1000 a 5000 hertz. Ai suoni a frequenza più bassa e più alta, la sensibilità diminuisce drasticamente. Ciò porta al fatto che una persona è in grado di sentire suoni con un'energia di circa 0 decibel nella gamma delle frequenze medie e non sentire suoni a bassa frequenza di 20-40-60 decibel. Cioè, i suoni con la stessa energia nella gamma delle frequenze medie possono essere percepiti come forti, ma nella gamma delle frequenze basse come silenziosi o non essere affatto uditi.
Questa caratteristica del suono non è stata formata dalla natura per caso. I suoni necessari alla sua esistenza: parole, suoni della natura, si trovano principalmente nella gamma delle frequenze medie.
La percezione dei suoni viene notevolmente compromessa se si sentono contemporaneamente altri suoni, rumori simili per frequenza o composizione armonica. Ciò significa, da un lato, che l'orecchio umano non percepisce bene i suoni a bassa frequenza e, dall'altro, se nella stanza sono presenti rumori estranei, la percezione di tali suoni può essere ulteriormente disturbata e distorta.
Il concetto di suono e rumore. Il potere del suono.
Il suono è un fenomeno fisico cioè la propagazione di vibrazioni meccaniche sotto forma di onde elastiche in un mezzo solido, liquido o gassoso. Come ogni onda, il suono è caratterizzato da ampiezza e spettro di frequenze. L'ampiezza di un'onda sonora è la differenza tra i valori di densità più alto e più basso. La frequenza del suono è il numero di vibrazioni dell'aria al secondo. La frequenza è misurata in Hertz (Hz).
Onde con frequenze diverse vengono percepite da noi come suoni di diversa altezza. Il suono con una frequenza inferiore a 16 – 20 Hz (la portata dell'udito umano) è chiamato infrasuono; da 15 – 20 kHz a 1 GHz, – ultrasuoni, da 1 GHz – ipersuono. Tra i suoni uditi ci sono i suoni fonetici (i suoni del parlato e i fonemi che compongono il linguaggio parlato) e i suoni musicali (i suoni che compongono la musica). I suoni musicali contengono non uno, ma diversi toni e talvolta componenti di rumore in un'ampia gamma di frequenze.
Il rumore è un tipo di suono; viene percepito dalle persone come sgradevole, disturbante o addirittura doloroso, creando disagio acustico.
Per quantificare il suono vengono utilizzati parametri medi, determinati sulla base di leggi statistiche. L'intensità del suono è un termine obsoleto che descrive una quantità simile, ma non identica, all'intensità del suono. Dipende dalla lunghezza d'onda. Unità di misura dell'intensità sonora - bel (B). Livello audio più spesso Totale misurato in decibel (questo è 0,1B). L'udito di una persona può rilevare una differenza nel livello del volume di circa 1 dB.
Per misurare il rumore acustico, Stephen Orfield ha fondato l'Orfield Laboratory a South Minneapolis. Per ottenere un silenzio eccezionale, la stanza utilizza piattaforme acustiche in fibra di vetro spesse un metro, doppie pareti in acciaio isolante e cemento spesso 30 cm.La stanza blocca il 99,99% dei suoni esterni e assorbe quelli interni. Questa fotocamera viene utilizzata da molti produttori per testare il volume dei loro prodotti, come le valvole cardiache, il suono del display del telefono cellulare e il suono dell'interruttore del cruscotto dell'auto. Viene utilizzato anche per determinare la qualità del suono.
Suoni di diversa intensità hanno effetti diversi sul corpo umano. COSÌ Il suono fino a 40 dB ha un effetto calmante. L'esposizione a suoni di 60-90 dB provoca una sensazione di irritazione, stanchezza e mal di testa. Il suono con una forza di 95-110 dB provoca gradualmente indebolimento dell'udito, stress neuropsichico e varie malattie. Il suono da 114 dB provoca un'intossicazione sonora simile all'intossicazione da alcol, disturba il sonno, distrugge la psiche e porta alla sordità.
In Russia esistono standard sanitari per i livelli di rumore consentiti, dove per vari territori e condizioni di presenza di una persona vengono forniti i valori massimi del livello di rumore:
· sul territorio del microdistretto 45-55 dB;
· nelle classi scolastiche 40-45 dB;
· ospedali 35-40 dB;
· nell'industria 65-70 dB.
Di notte (23:00-7:00) i livelli di rumore dovrebbero essere inferiori di 10 dB.
Esempi di intensità del suono in decibel:
· Fruscio delle foglie: 10
· Superficie abitabile: 40
· Conversazione: 40–45
· Ufficio: 50–60
· Rumore del negozio: 60
TV, urla, risate a 1 m di distanza: 70–75
· Via: 70–80
Fabbrica (industria pesante): 70–110
· Motosega: 100
· Lancio a reazione: 120–130
· Rumore discoteca: 175
Percezione umana dei suoni
L'udito è la capacità degli organismi biologici di percepire i suoni con i loro organi uditivi. L'origine del suono si basa sulle vibrazioni meccaniche dei corpi elastici. Nello strato d'aria immediatamente adiacente alla superficie del corpo oscillante si verificano condensazione (compressione) e rarefazione. Queste compressioni e rarefazioni si alternano nel tempo e si propagano lateralmente sotto forma di un'onda elastica longitudinale, che raggiunge l'orecchio e provoca periodiche fluttuazioni di pressione in prossimità di esso, influenzando l'analizzatore uditivo.
Una persona comune è in grado di sentire le vibrazioni sonore nella gamma di frequenze da 16–20 Hz a 15–20 kHz. La capacità di distinguere le frequenze sonore dipende in gran parte dall'individuo: età, sesso, predisposizione alle malattie dell'udito, allenamento e affaticamento dell'udito.
Nell'uomo l'organo dell'udito è l'orecchio, che percepisce gli impulsi sonori ed è anche responsabile della posizione del corpo nello spazio e della capacità di mantenere l'equilibrio. Si tratta di un organo pari che si trova nelle ossa temporali del cranio, limitato esternamente dai padiglioni auricolari. È rappresentato da tre sezioni: l'orecchio esterno, medio e interno, ciascuna delle quali svolge le proprie funzioni specifiche.
L'orecchio esterno è costituito dal padiglione auricolare e dal canale uditivo esterno. Il padiglione auricolare negli organismi viventi funziona come un ricevitore di onde sonore, che vengono poi trasmesse all'interno dell'apparecchio acustico. Il valore del padiglione auricolare nell'uomo è molto più piccolo che negli animali, quindi nell'uomo è praticamente immobile.
Le pieghe del padiglione auricolare umano introducono piccole distorsioni di frequenza nel suono che entra nel condotto uditivo, a seconda della localizzazione orizzontale e verticale del suono. Pertanto, il cervello riceve ulteriori informazioni per chiarire la posizione della sorgente sonora. Questo effetto viene talvolta utilizzato in acustica, anche per creare la sensazione del suono surround quando si utilizzano cuffie o apparecchi acustici. Il canale uditivo esterno termina alla cieca: è separato dall'orecchio medio dal timpano. Le onde sonore catturate dal padiglione auricolare colpiscono il timpano e lo fanno vibrare. A loro volta, le vibrazioni dal timpano vengono trasmesse all'orecchio medio.
La parte principale dell'orecchio medio è la cavità timpanica, un piccolo spazio con un volume di circa 1 cm³ situato nell'osso temporale. Ci sono tre ossicini uditivi qui: il martello, l'incudine e la staffa - sono collegati tra loro e all'orecchio interno (finestra del vestibolo), trasmettono le vibrazioni sonore dall'orecchio esterno all'orecchio interno, amplificando contemporaneamente loro. La cavità dell'orecchio medio è collegata al rinofaringe attraverso la tromba di Eustachio, attraverso la quale viene equalizzata la pressione media dell'aria all'interno e all'esterno del timpano.
L'orecchio interno è chiamato labirinto per la sua forma intricata. Il labirinto osseo è costituito dal vestibolo, dalla coclea e dai canali semicircolari, ma solo la coclea è direttamente correlata all'udito, all'interno della quale si trova un canale membranoso pieno di liquido, sulla parete inferiore del quale è presente un apparato recettore dell'analizzatore uditivo, ricoperto di cellule ciliate. Le cellule ciliate rilevano le vibrazioni del fluido che riempie il canale. Ogni cellula ciliata è sintonizzata su una frequenza sonora specifica.
L'organo uditivo umano funziona come segue. I padiglioni auricolari catturano le vibrazioni delle onde sonore e le dirigono nel condotto uditivo. Lungo di esso le vibrazioni vengono inviate all'orecchio medio e, una volta raggiunto il timpano, lo fanno vibrare. Attraverso il sistema degli ossicini uditivi, le vibrazioni vengono trasmesse ulteriormente - all'orecchio interno (le vibrazioni sonore vengono trasmesse alla membrana della finestra ovale). Le vibrazioni della membrana provocano il movimento del fluido nella coclea, che a sua volta fa vibrare la membrana basale. Quando le fibre si muovono, i peli delle cellule recettrici toccano la membrana tegumentaria. L'eccitazione nasce nei recettori, che alla fine viene trasmessa lungo il nervo uditivo al cervello, dove, attraverso il mesencefalo e il diencefalo, l'eccitazione entra nella zona uditiva della corteccia cerebrale, situata nei lobi temporali. Qui viene fatta la distinzione finale tra la natura del suono, il suo tono, il ritmo, la forza, l'altezza e il suo significato.
L'effetto del rumore sull'uomo
È difficile sopravvalutare l’impatto del rumore sulla salute delle persone. Il rumore è uno di quei fattori a cui non ci si può abituare. A una persona sembra solo di essere abituato al rumore, ma l'inquinamento acustico, agendo costantemente, distrugge la salute umana. Il rumore provoca una risonanza degli organi interni, logorandoli gradualmente senza che ce ne accorgiamo. Non per niente nel Medioevo avvenivano le esecuzioni “su campana”. Il rintocco delle campane tormentava e lentamente uccideva il condannato.
Per molto tempo l'effetto del rumore sul corpo umano non è stato studiato in modo specifico, sebbene già nell'antichità si conoscesse il suo danno. Attualmente, gli scienziati di molti paesi in tutto il mondo stanno conducendo vari studi per determinare l'effetto del rumore sulla salute umana. Innanzitutto, il rumore colpisce il sistema nervoso, quello cardiovascolare e quello digestivo. Esiste una relazione tra l'incidenza e la durata della vita in condizioni di inquinamento acustico. Si osserva un aumento delle malattie dopo aver vissuto per 8-10 anni se esposti a rumori con un'intensità superiore a 70 dB.
Il rumore a lungo termine influisce negativamente sull'organo uditivo, riducendo la sensibilità al suono. L'esposizione regolare e prolungata al rumore industriale di 85-90 dB porta alla perdita dell'udito (perdita graduale dell'udito). Se l'intensità del suono è superiore a 80 dB, esiste il pericolo di perdita di sensibilità dei villi situati nell'orecchio medio, i processi dei nervi uditivi. La morte della metà di loro non ha ancora portato ad una perdita uditiva evidente. E se più della metà muore, la persona verrà catapultata in un mondo in cui non si potrà più sentire il fruscio degli alberi e il ronzio delle api. Con la perdita di tutti i trentamila villi uditivi, una persona entra in un mondo di silenzio.
Il rumore ha un effetto cumulativo, cioè L'irritazione acustica, accumulandosi nel corpo, deprime sempre più il sistema nervoso. Pertanto, prima della perdita dell'udito dovuta all'esposizione al rumore, si verifica un disturbo funzionale del sistema nervoso centrale. Il rumore ha un effetto particolarmente dannoso sull'attività neuropsichica del corpo. Il processo di malattie neuropsichiatriche è più elevato tra le persone che lavorano in condizioni rumorose che tra le persone che lavorano in condizioni sonore normali. Tutti i tipi di attività intellettuale sono colpiti, l'umore peggiora, a volte c'è una sensazione di confusione, ansia, paura, paura e ad alta intensità - una sensazione di debolezza, come dopo un forte shock nervoso. Nel Regno Unito, ad esempio, un uomo su quattro e una donna su tre soffrono di nevrosi a causa dell'elevato livello di rumore.
I rumori causano disturbi funzionali del sistema cardiovascolare. I cambiamenti che si verificano nel sistema cardiovascolare umano sotto l'influenza del rumore presentano i seguenti sintomi: dolore nella zona del cuore, palpitazioni, instabilità del polso e della pressione sanguigna e talvolta tendenza agli spasmi dei capillari delle estremità e del fondo dell'orecchio. l'occhio. I cambiamenti funzionali che si verificano nel sistema circolatorio sotto l'influenza di un rumore intenso possono, nel tempo, portare a cambiamenti persistenti nel tono vascolare, contribuendo allo sviluppo dell'ipertensione.
Sotto l'influenza del rumore, il metabolismo dei carboidrati, dei grassi, delle proteine e del sale cambia, il che si manifesta in cambiamenti nella composizione biochimica del sangue (diminuzione dei livelli di zucchero nel sangue). Il rumore ha un effetto dannoso sugli analizzatori visivi e vestibolari, riduce l'attività riflessa che spesso provoca incidenti e infortuni. Maggiore è l'intensità del rumore, peggio una persona vede e reagisce a ciò che sta accadendo.
Il rumore influisce anche sulla capacità di svolgere attività intellettuali ed educative. Ad esempio, sul rendimento degli studenti. Nel 1992 l'aeroporto di Monaco fu spostato in un'altra parte della città. E si è scoperto che gli studenti che vivevano vicino al vecchio aeroporto, che prima della sua chiusura mostravano scarse prestazioni di lettura e memorizzazione, hanno iniziato a mostrare risultati molto migliori in silenzio. Ma nelle scuole della zona in cui è stato spostato l'aeroporto, il rendimento scolastico, al contrario, è peggiorato, e i bambini hanno ricevuto una nuova scusa per i voti bassi.
I ricercatori hanno scoperto che il rumore può distruggere le cellule vegetali. Ad esempio, gli esperimenti hanno dimostrato che le piante esposte al bombardamento acustico seccano e muoiono. La causa della morte è l'eccessivo rilascio di umidità attraverso le foglie: quando il livello di rumore supera un certo limite, i fiori scoppiano letteralmente in lacrime. L'ape perde la capacità di navigare e smette di funzionare se esposta al rumore di un aereo a reazione.
La musica moderna molto rumorosa offusca anche l'udito e provoca malattie nervose. Nel 20 per cento dei ragazzi e delle ragazze che ascoltano spesso musica moderna alla moda, l'udito era attenuato nella stessa misura degli ottantacinquenni. I giocatori e le discoteche rappresentano un pericolo particolare per gli adolescenti. In genere, il livello di rumore in una discoteca è di 80-100 dB, che è paragonabile al livello di rumore del traffico stradale intenso o di un aereo a turbogetto che decolla a 100 metri di distanza. Il volume del suono del lettore è 100–114 dB. Un martello pneumatico è quasi altrettanto assordante. I timpani sani possono sopportare un volume del lettore di 110 dB per un massimo di 1,5 minuti senza danni. Gli scienziati francesi notano che i problemi di udito nel nostro secolo si stanno diffondendo attivamente tra i giovani; Invecchiando è più probabile che abbiano bisogno di apparecchi acustici. Anche bassi livelli di volume interferiscono con la concentrazione durante il lavoro mentale. La musica, anche molto silenziosa, riduce l'attenzione: questo dovrebbe essere preso in considerazione quando si fanno i compiti. Quando il suono aumenta, il corpo produce molti ormoni dello stress, come l’adrenalina. Allo stesso tempo, i vasi sanguigni si restringono e la funzione intestinale rallenta. In futuro, tutto ciò può portare a disturbi nel funzionamento del cuore e della circolazione sanguigna. La perdita dell'udito dovuta al rumore è una malattia incurabile. È quasi impossibile riparare chirurgicamente un nervo danneggiato.
Non solo i suoni che sentiamo ci influenzano negativamente, ma anche quelli che sono fuori dal campo dell'udibilità: primi fra tutti gli infrasuoni. Gli infrasuoni si verificano in natura durante i terremoti, i fulmini e i forti venti. In città, le fonti di infrasuoni sono le macchine pesanti, i ventilatori e qualsiasi attrezzatura che vibri . Gli infrasuoni con un livello fino a 145 dB provocano stress fisico, affaticamento, mal di testa e disturbi nel funzionamento dell'apparato vestibolare. Se gli infrasuoni sono più forti e più duraturi, una persona può avvertire vibrazioni al petto, secchezza delle fauci, visione offuscata, mal di testa e vertigini.
Il pericolo degli infrasuoni è che è difficile proteggersi: a differenza del rumore normale, è praticamente impossibile da assorbire e si diffonde molto più lontano. Per sopprimerlo, è necessario ridurre il suono alla fonte stessa utilizzando attrezzature speciali: silenziatori di tipo reattivo.
Il silenzio completo ha effetti dannosi anche sul corpo umano. Pertanto, i dipendenti di un ufficio di progettazione, che disponeva di un eccellente isolamento acustico, nel giro di una settimana iniziarono a lamentarsi dell'impossibilità di lavorare in condizioni di silenzio opprimente. Erano nervosi e hanno perso la capacità di lavorare.
Il seguente evento può essere considerato un esempio concreto dell'impatto del rumore sugli organismi viventi. Migliaia di pulcini non nati sono morti a causa dei lavori di dragaggio effettuati dalla società tedesca Mobius per ordine del Ministero dei Trasporti dell'Ucraina. Il rumore proveniente dalle attrezzature operative si è diffuso per 5-7 km, avendo un impatto negativo sui territori adiacenti della Riserva della Biosfera del Danubio. I rappresentanti della Riserva della Biosfera del Danubio e altre 3 organizzazioni sono stati costretti ad ammettere con dolore la morte dell'intera colonia di sterna maculata e sterna comune, che si trovava sulla lingua di Ptichya. Delfini e balene vengono trascinati a riva a causa dei forti suoni del sonar militare.
Fonti di rumore in città
I suoni hanno gli effetti più dannosi sulle persone nelle grandi città. Ma anche nelle comunità suburbane si può soffrire di inquinamento acustico causato dalle apparecchiature utilizzate dai vicini: un tosaerba, un tornio o un impianto stereo. Il loro rumore può superare gli standard massimi consentiti. Eppure il principale inquinamento acustico si verifica in città. La sua fonte nella maggior parte dei casi sono i veicoli. La maggiore intensità di suoni proviene da autostrade, metropolitane e tram.
Trasporto a motore. I livelli di rumore più elevati si osservano nelle strade principali delle città. L'intensità media del traffico raggiunge le 2000-3000 unità di trasporto all'ora o più, ed i livelli massimi di rumore sono 90-95 dB.
Il livello del rumore stradale è determinato dall'intensità, dalla velocità e dalla composizione del flusso del traffico. Inoltre, il livello del rumore stradale dipende dalle decisioni di pianificazione (profilo longitudinale e trasversale delle strade, altezza e densità degli edifici) e da elementi paesaggistici come la pavimentazione stradale e la presenza di spazi verdi. Ciascuno di questi fattori può modificare il livello del rumore del trasporto fino a 10 dB.
In una città industriale è comune un'alta percentuale di trasporto merci sulle autostrade. L'aumento del flusso generale di veicoli, camion, soprattutto pesanti con motori diesel, porta ad un aumento del livello di rumore. Il rumore che si verifica sulla carreggiata dell'autostrada si estende non solo all'area adiacente all'autostrada, ma anche in profondità negli edifici residenziali.
Trasporto ferroviario. L'aumento della velocità dei treni comporta anche un aumento significativo dei livelli di rumore nelle aree residenziali situate lungo i binari ferroviari o in prossimità degli scali di smistamento. Il livello massimo di pressione sonora a una distanza di 7,5 m da un treno elettrico in movimento raggiunge 93 dB, da un treno passeggeri - 91, da un treno merci -92 dB.
Il rumore generato dal passaggio dei treni elettrici si diffonde facilmente nelle aree aperte. L'energia sonora diminuisce in modo più significativo alla distanza dei primi 100 m dalla sorgente (in media di 10 dB). Ad una distanza di 100-200 la riduzione del rumore è di 8 dB, mentre ad una distanza da 200 a 300 è di soli 2-3 dB. La principale fonte di rumore ferroviario è l'impatto dei vagoni durante il movimento in corrispondenza delle giunture e delle irregolarità delle rotaie.
Di tutti i tipi di trasporto urbano il tram più rumoroso. Le ruote in acciaio di un tram quando si muovono su rotaie creano un livello di rumore 10 dB superiore rispetto alle ruote delle auto a contatto con l'asfalto. Il tram crea carichi di rumore quando il motore è in funzione, le porte si aprono e vengono emessi segnali acustici. L'elevato livello di rumore dovuto al traffico tramviario è uno dei motivi principali della riduzione delle linee tramviarie nelle città. Tuttavia, il tram presenta anche una serie di vantaggi, quindi riducendo il rumore che crea, può vincere nella concorrenza con altri modi di trasporto.
Il tram ad alta velocità è di grande importanza. Può essere utilizzato con successo come principale modalità di trasporto nelle città di piccole e medie dimensioni e in quelle grandi - urbane, suburbane e persino interurbane, per la comunicazione con nuove aree residenziali, zone industriali e aeroporti.
Trasporto aereo. Il trasporto aereo rappresenta una quota significativa dell’inquinamento acustico in molte città. Gli aeroporti dell'aviazione civile si trovano spesso in prossimità di edifici residenziali e le rotte aeree passano sopra numerose aree popolate. Il livello di rumore dipende dalla direzione delle piste e delle rotte di volo degli aerei, dall'intensità dei voli durante il giorno, dalle stagioni dell'anno e dai tipi di aerei stanziati in un determinato aeroporto. Con il funzionamento intensivo degli aeroporti 24 ore su 24, i livelli sonori equivalenti nelle aree residenziali raggiungono 80 dB durante il giorno, 78 dB di notte e i livelli di rumore massimi variano da 92 a 108 dB.
Imprese industriali. Le imprese industriali sono fonte di gran parte del rumore nelle zone residenziali delle città. La violazione del regime acustico si nota nei casi in cui il loro territorio è direttamente adiacente alle aree residenziali. Uno studio sul rumore industriale ha dimostrato che la natura del suono è costante e a banda larga, cioè suono di toni diversi. I livelli più significativi si osservano alle frequenze di 500-1000 Hz, cioè nella zona di massima sensibilità dell'organo uditivo. Nei laboratori di produzione sono installati numerosi tipi diversi di apparecchiature tecnologiche. Pertanto, i laboratori di tessitura possono essere caratterizzati da un livello sonoro di 90-95 dB A, meccanici e strumentali - 85-92, forgiatura - 95-105, sale macchine delle stazioni di compressione - 95-100 dB.
Elettrodomestici. Con l’avvento dell’era postindustriale compaiono sempre più fonti di inquinamento acustico (oltre che elettromagnetico) all’interno delle abitazioni umane. La fonte di questo rumore sono le apparecchiature domestiche e per ufficio.
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