Слуховая чувствительность. Абсолютные слуховые пороги

Слуховая чувствительность. Абсолютные слуховые пороги. Кривая 
слышимости.

3. Абсолютные слуховые пороги определяются прежде всего по следующим объективным параметрам звукового сигнала: интенсивности (звуковому давлению), частоте и длительности.

Абсолютный порог  слышимости определяется как «минимальный уровень звукового давления (в  дБ), при котором еще возникает  слуховое ощущение». Он характеризует  чувствительность слуха к интенсивности  звуковой энергии.

Опыты по определению  абсолютного порога слышимости показали, что его величина зависит от условий  опыта, особенностей звукового сигнала, параметров звукового источника  и др. Обычно используются результаты измерений, полученные или в условиях свободного поля (т. е. в заглушенной  камере), где звуковой сигнал подается через громкоговоритель, помещенный перед слушателем, или с помощью  сигналов, подаваемых на телефоны. Испытуемый имеет возможность с помощью переключателя менять направление изменения интенсивности звука, уменьшая его до уровня, когда тон становится неслышимым, и повышая до уровня, когда тон становится слышимым. Граница между ними и принимается за порог слышимости. Измерения проводятся на различных частотах, при этом на каждой частоте определяется полученный уровень. Описанные измерения должны быть проделаны с участием многих испытуемых, обладающих здоровым слухом, как тренированных (которые дают меньшие значения порогов), так и нетренированых.

При подаче сигналов на стереотелефоны звуковое давление измеряется в слуховом проходе у  барабанной перепонки. Полученные кривые порогов слуховой чувствительности отличаются от полученных в свободном поле. Пороги при предъявлении сигнала через телефоны получаются выше, т. е. слуховая система более чувствительна к сигналам, поступающим из свободного внешнего пространства. Это объясняется фильтрующим действием ушной раковины и слухового канала.

Абсолютные пороги слышимости существенно отличаются у индивидуальных слушателей в зависимости  от возраста, состояния слуховой системы, наличия заболеваний и т. д.

Абсолютные пороги слышимости зависят от длительности предъявляемого сигнала: если длительность сигнала мала (меньше 250 мс), пороги возрастают, причем скорость этого возрастания  зависит от частоты; только при длительности, большей 250 мс, значения слуховых порогов  стабилизируются к норме. Например, сокращение длительности воздействия  звукового сигнала с 200 до 20 мс на частоте 1000 Гц приводит к возрастанию  слухового порога на 10 дБ. Это связано  с особым свойством слуховой системы, называемым временной интеграцией (или суммацией). Слуховой аппарат  интегрирует энергию внутри определенного  временного окна длительностью примерно 200 мс.

Для достижения порога слышимости требуется накопить определенное количество энергии внутри этого  окна, поэтому чем короче сигнал, тем больше должна быть его интенсивность.

Болевой порог и область слышимости. Существует ограничение области слухового восприятия и со стороны громких звуков, хотя и не такое четкое, как порог слышимости. Например, синусоидальное звуковое давление со значением 10 Па (100 дБ) соответствует одному из порогов, называемому порогом неприятного ощущения. При достижении 60-80 Па (132 дБ) возникает ощущение давления на уши. Эта величина называется порогом осязания. Наконец, давление 150-200 Па (140 дБ) причиняет боль и называется болевым порогом. Частотная зависимость болевого порога и общая область слышимости, ограниченная по частоте и по интенсивности звука, приведена на рис.

Нужно отметить, что  слуховая система приспособлена  к восприятию в основном тихих  звуков и звуков средней интенсивности. Громкие звуки с уровнем выше 100 дБ приводят к изменению порогов  слуха и к необратимым изменениям свойств слуховой системы вплоть до полной глухоты. Причем степень повреждения слуха пропорциональна времени воздействия громких звуков, поэтому международные стандарты регламентируют допустимое время пребывания (количество часов в день) в звуковой среде с высокими

Рис. Область слышимости звуковых сигналов, ограниченная по частоте  и интенсивности

уровнями звукового  давления, выше которых могут произойти  необратимые изменения слуховой чувствительности:

Таблица 

Эта проблема особенно актуальна для звукорежиссеров, музыкантов и др., работающих длительное время с высокими уровнями звукового  давления (а также для современной  молодежи, испытывающей огромные перегрузки слухового аппарата на концертах  и дискотеках или при прослушивании  музыки на плеерах с ушными телефонами).

Исследования, выполненные  различными международными организациями, показали,что уровни абсолютной слуховой чувствительности значительно снизились за последние десятилетия.

После воздействия  громких звуков высокой интенсивности  у человека резко снижается слуховая чувствительность. Процесс восстановления обычных порогов может продолжаться до 16 часов. Этот процесс называется временный сдвиг порога слуховой чувствительности, или «постстимульное утомление». Этот сдвиг порога начинает появляться при уровне звукового давления выше 75 дБ и соответственно увеличивается при повышении уровня сигнала. Причем наибольшее влияние на сдвиг порога чувствительности оказывают высокочастотные составляющие сигнала. Величина сдвига порогов пропорциональна логарифму времени воздействия (поэтому и нормируется время прослушивания в день). Если измерять пороги чувствительности в разные сроки после выключения сигнала, то можно установить что пороги начинают плавно снижаться, но примерно через 2 минуты происходит «скачок» в ходе восстановления чувствительности, затем пороги продолжают плавно уменьшаться со скоростью, пропорциональной логарифму времени после выключения звука.

Однако если время  нахождения под воздействием громких  звуков превышает допустимые нормы, то полного восстановления порогов  чувствительности не происходит, постепенно чувствительность слуха снижается, что может привести к полной глухоте, особенно опасной, потому что она связана с повреждением волосковых клеток и поэтому практически не поддается лечению.

Абсолютные слуховые пороги по частоте. Если продолжить кривые болевых порогов и кривые абсолютной слышимости на рис., то они как бы пересекутся, т. е. на самых низких и  самых высоких частотах, чтобы  достичь порогов слышимости, требуются  уже настолько высокие уровни звукового давления, что они совпадают  сразу с болевыми порогами, не создавая ощущения «звука».

Таким образом, только звуки, попадающие в диапазон частот 20-20000 Гц, воспринимаются в виде слуховых ощущений. Измерения показали, что  звуки с частотой 20 кГц можно  услышать только в очень молодом  возрасте; в среднем чувствительность слуха к высоким частотам снижается  каждые десять лет примерно на 1000 Гц. К шестидесяти годам слышимый частотный диапазон в среднем  не превышает по высоким частотам 10-12 кГц.

Однако, как видно  на рис., музыкальные и речевые  сигналы занимают только часть слышимой области как по частоте, так и по амплитуде. Основная энергия музыкальных звуков сосредоточена в частотной области от 40 Гц до 5000 Гц, поэтому нормальное возрастное изменение частотных порогов приводит к некоторому уменьшению яркости звучания за счет высокочастотных обертонов, но не мешает воспринимать музыку и речь, тем более что часто это дополняется большим музыкальным опытом.

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

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