Лабораторна робота №5 (7)

ВИЗНАЧЕННЯ ОБЛАСТІ ЧУТНОСТІ ЗА ДОПОМОГОЮ ЗВУКОВОГО ГЕНЕРАТОРА МЕТОДОМ ПОРОГІВ ПОДРАЗНЕННЯ

Мета роботи. Визначити область чутності, навчитися працювати зі звуковим генератором, визначити пороги області чутності на різних частотах.

Прилади і приладдя: звуковий генератор Г3-18, навушники.

Матеріал, який необхідно засвоїти перед виконанням роботи: 1) Гармонійні коливання та їх характеристики. 2) Хвильовий процес. 3) Рівняння хвилі. 4) Звук і його сприйняття, характеристики звуку.

Література

1. Грабовский Р.И. Курс физики: Учеб. пособие для с.-х. ин-тов. – М., 1979. – 552 с.

2. Розумнюк В.Т., Якименко І.Л. Фізика. Основні поняття, явища і закони. – Біла Церква, 2004. – 71 с.

Теоретичні відомості

Звуком називається розповсюдження коливань частинок пружного середовища з частотою від 16 до 20000 Гц, що сприймаються людським вухом.

У цій роботі розглянемо деякі особливості звуку, що відіграють важливу роль при використанні його для отримання і передачі інформації.

Областю чутності називають діапазон звукових частот, що сприймаються вухом людини.

Звуки поділяються на тони і шуми.

Тоном називають звук, що являє собою коливання з постійною або змінною з часом за певним законом частотою.

Шумом називають звук, що складається із багатьох складних тонів, частота, амплітуда і продовжуваність яких швидко й безперервно змінюються.

Залежно від закону коливання частинок середовища розрізняють прості (гармонійні) і складні тони. Простий тон можна отримати за допомогою камертона або звукового генератора. Прикладом складних тонів можуть бути звуки музичних інструментів, голосні звуки мови людини тощо.

Нагадаємо, що частотою ν звукових коливань називають кількість коливань за одиницю часу. Вимірюється в герцах (Гц).

Звуковий тон характеризується частотою, амплітудою і формою коливання, або його гармонійним спектром. Характеристики звукових коливань поділяють на об’єктивні і суб’єктивні. До об’єктивних відносять такі характеристики, чисельні значення яких залежать тільки від об’єкта, що є джерелом звуку (частота, сила звуку, спектр коливань). Суб’єктивними називають такі характеристики, чисельні значення яких залежать від суб’єкта, що сприймає звук (висота тону, гучність, тембр). Між суб’єктивними і об’єктивними характеристиками існують певні зв’язки. Так, наприклад, гучність Е і сила звуку І зв’язані співвідношенням:

Е = φІ,

де φ – коефіцієнт, чисельне значення якого залежить від чутливості вуха.

Силою звуку (інтенсивністю звукової хвилі) називається густина потоку енергії звукової хвилі, тобто енергія звукової хвилі, що передається хвилею через одиничний поперечний переріз простору, перпендикулярний до напрямку розповсюдження хвилі, за одиницю часу:

,

де W – перенесена звуком енергія, S – площа, через яку переноситься енергія; t – час перенесення енергії.

За одиницю вимірювання сили звуку в СІ прийняли 1Вт/м². Сила звуку прямо пропорційна квадрату амплітуди А коливань звукової хвилі (І ~ А²).

Індивідуальні можливості слуху людей неоднакові і часто погіршуються з віком. Звуки, що сприймаються вухом суб’єктивно поділяються на слабкі й сильні. Дуже сильні звуки викликають больові відчуття у вусі, дуже слабкі не сприймаються ним. Існує деякий поріг чутності: мінімальний рівень сили звуку, нижче якого звук не сприймається вухом. На різних частотах цей поріг різний (рис. 5.1). При збільшенні частоти, починаючи з 16 Гц поріг чутності знижується, в діапазоні 1 кГц–3кГц практично не змінюється, а при більших частотах зростає.

Аудіограмою називають графік залежності порогових рівнів чутності від частоти.

Рис. 5. 1.

Вухо досить чітко відчуває різницю при порівнянні двох достатньо близьких по силі подразників. У зв’язку з цим при вимірюванні гучності звуку визначають не абсолютну величину гучності, а співвідношення її з деякою величиною, яка приймається за нульовий рівень гучності. За нульовий рівень гучності зручно приймати порогову гучність на високочастотній границі області чутності.

Гучність звуку може коливатися від порогової величини до величини, при якій виникають больові відчуття у вусі. При цьому справджується закон Фехнера: чутність пропорційна логарифму сили звуку.

Гучність визначається як десятковий логарифм відношення даної сили звуку І до порогової І₀:

(дБ).

Гучність прийнято вимірювати в логарифмічних одиницях – белах чи децибелах.

У цій роботі необхідно визначити границі діапазону частот, що сприймаються вухом дослідника (область чутності), визначити пороги звукового сприйняття для різних частот і побудувати аудіограму.