Äänen kuultava taajuusalue ja ehdollinen jakoterminologia. Taajuustiedot Korva havaitsee

Arvioimme usein äänenlaatua. Kun valitset mikrofonia, äänenkäsittelyohjelmaa tai äänitiedoston tallennusmuotoa, yksi tärkeimmistä kysymyksistä on, kuinka hyvältä se kuulostaa. Mutta mitattavissa olevien ja kuultavien äänen ominaisuuksien välillä on eroja.

Sävy, sointi, oktaavi.

Aivot havaitsevat tietyn taajuuden ääniä. Tämä johtuu sisäkorvan mekanismin erityispiirteistä. Sisäkorvan pääkalvolla sijaitsevat reseptorit muuttavat äänivärähtelyt sähköisiksi potentiaaliksi, jotka kiihottavat kuulohermon säikeitä. Kuulohermon kuiduilla on taajuusselektiivisyys johtuen pääkalvon eri paikoissa sijaitsevien Corti-elimen solujen virityksestä: korkeat taajuudet havaitaan soikean ikkunan lähellä, matalat taajuudet - spiraalin yläosassa.

Äänen fyysiseen ominaisuuteen, taajuuteen, liittyy läheisesti äänenkorkeus, jonka tunnemme. Taajuus mitataan siniaallon täydellisten jaksojen lukumääränä yhdessä sekunnissa (hertsi, Hz). Tämä taajuuden määritelmä perustuu siihen tosiasiaan, että siniaallolla on täsmälleen sama aaltomuoto. Tosielämässä vain harvoilla äänillä on tämä ominaisuus. Kuitenkin mikä tahansa ääni voidaan esittää joukolla sinimuotoisia värähtelyjä. Me kutsumme tällaista asetusta yleensä sävyksi. Eli ääni on tietyn korkeuden signaali, jolla on diskreetti spektri (musiikkiäänet, puheen vokaaliäänet), jossa erotetaan siniaallon taajuus, jolla on suurin amplitudi tässä sarjassa. Signaalia, jolla on laaja jatkuva spektri, jonka kaikilla taajuuskomponenteilla on sama keskimääräinen intensiteetti, kutsutaan valkoiseksi kohinaksi.

Äänen värähtelytaajuuden asteittainen lisääntyminen havaitaan sävyn asteittaiseksi muutokseksi alimmasta (basso) korkeimpaan.

Tarkkuus, jolla henkilö määrittää äänen korkeuden korvalla, riippuu hänen kuulonsa terävyydestä ja harjoittelusta. Ihmiskorva on hyvä erottamaan kaksi sävyä, jotka ovat lähellä toisiaan. Esimerkiksi noin 2000 Hz:n taajuusalueella ihminen pystyy erottamaan kaksi ääntä, jotka eroavat toisistaan ​​taajuudeltaan 3-6 Hz tai jopa vähemmän.

Soittimen tai äänen taajuusspektri sisältää sarjan tasaisin välein olevia huippuja - harmonisia. Ne vastaavat taajuuksia, jotka ovat jonkin perustaajuuden, voimakkaimman äänen muodostavien siniaaltojen, kerrannaisia.

Soittimen (äänen) erityinen ääni (ääni) liittyy eri harmonisten suhteelliseen amplitudiin, ja ihmisen havaitsema sävelkorkeus välittää tarkimmin perustaajuuden. Sävy, joka on subjektiivinen heijastus havaitusta äänestä, ei omaa kvantitatiivista arviointia ja se on luonnehdittu vain laadullisesti.

"Puhdassa" sävyssä on vain yksi taajuus. Yleensä havaittu ääni koostuu perusäänen taajuudesta ja useista "epäpuhtaus"-taajuuksista, joita kutsutaan ylisävyiksi. Yliäänet ovat perusäänen taajuuden monikerta ja pienempiä kuin sen amplitudi. Äänen sointi riippuu intensiteetistä Jakauma ylisävelten yli. Musiikin äänten yhdistelmän spektri, jota kutsutaan sointukseksi, osoittautuu monimutkaisemmiksi.Tällaisessa spektrissä on useita perustaajuuksia ja niihin liittyviä ylisävyjä.

Jos yhden äänen taajuus on täsmälleen kaksi kertaa toisen äänen taajuus, ääniaalto "sopii" toiseen. Tällaisten äänten välistä taajuusetäisyyttä kutsutaan oktaaveiksi. Ihmisen havaitsema taajuusalue, 16-20 000 Hz, kattaa noin 10-11 oktaavia.

Äänen värähtelyn ja voimakkuuden amplitudi.

Äänialueen kuuluva osa on jaettu matalataajuisiin ääniin - 500 Hz asti, keskitaajuisiin ääniin - 500-10 000 Hz ja korkeataajuisiin - yli 10 000 hertsiin. Korva on herkin keskitaajuisten äänien suhteellisen kapealle alueelle 1000–4000 Hz. Toisin sanoen saman voimakkaat äänet keskitaajuusalueella voidaan kokea kovaa ja matalataajuisella tai korkeataajuisella alueella - hiljaisina tai niitä ei kuulla ollenkaan. Tämä äänihavainnon ominaisuus johtuu siitä, että ihmisen olemassaoloon tarvittava ääniinformaatio - puhe tai luonnon äänet - välitetään pääasiassa keskitaajuusalueella. Äänenvoimakkuus ei siis ole fyysinen parametri, vaan kuuloaistin voimakkuus, äänen subjektiivinen ominaisuus, joka liittyy havaintomme erityispiirteisiin.

Kuuloanalysaattori havaitsee ääniaallon amplitudin kasvun, joka johtuu sisäkorvan pääkalvon värähtelyn amplitudin kasvusta ja kasvavan määrän karvasolujen stimulaatiosta sähköisten impulssien siirtämisellä korkeammalla taajuudella ja suuremman määrän hermosäikeitä pitkin.

Korvamme pystyy erottamaan äänen voimakkuuden alueella heikoimmasta kuiskauksesta voimakkaimpaan meluon, mikä vastaa karkeasti miljoonankertaista pääkalvoliikkeen amplitudin kasvua. Kuitenkin korva tulkitsee tämän valtavan eron äänen amplitudissa noin 10 000-kertaiseksi muutokseksi. Toisin sanoen intensiteettiasteikko on voimakkaasti "pakattu" kuuloanalysaattorin äänen havaintomekanismilla. Näin ihminen voi tulkita äänen voimakkuuden eroja erittäin laajalla alueella.

Äänen voimakkuus mitataan desibeleinä (dB) (1 bel on kymmenen kertaa amplitudi). Samaa järjestelmää käytetään äänenvoimakkuuden muutoksen määrittämiseen.

Vertailun vuoksi voimme antaa eri äänten likimääräisen intensiteetin: tuskin kuultava ääni (kuulokynnys) 0 dB; kuiskaus lähellä korvaa 25-30 dB; puheen keskimääräinen äänenvoimakkuus 60-70 dB; erittäin kova puhe (huutaminen) 90 dB; rock- ja popmusiikin konserteissa salin keskellä 105-110 dB; lentoon lähtevän matkustajakoneen vieressä 120 dB.

Havaitun äänen voimakkuuden kasvun suuruudella on erottelukynnys. Keskitaajuuksilla erotettavissa olevien äänenvoimakkuusasteikkojen määrä ei ylitä 250:tä, matalilla ja korkeilla taajuuksilla se laskee jyrkästi ja on keskimäärin noin 150.

Äänellä, kuten signaalilla, on ääretön määrä värähtelyjä ja se voi kuljettaa saman äärettömän määrän tietoa. Sen havaintoaste vaihtelee korvan fysiologisten ominaisuuksien mukaan, tässä tapauksessa psykologisia tekijöitä lukuun ottamatta. Melun tyypistä, sen taajuudesta ja paineesta riippuen ihminen tuntee sen vaikutuksen itseensä.

Ihmisen korvan herkkyyskynnys desibeleinä

Ihminen havaitsee äänen taajuuden 16 - 20 000 Hz. tärykalvot ovat herkkiä äänen värähtelyn paineelle, jonka taso mitataan desibeleinä (dB). Optimaalinen taso on 35-60 dB, melu 60-70 dB parantaa henkistä työtä, yli 80 dB päinvastoin heikentää huomiokykyä ja heikentää ajatteluprosessia, ja pitkäaikainen yli 80 dB:n äänen havaitseminen voi aiheuttaa kuuloa. tappio.

Jopa 10-15 Hz:n taajuus on infraääntä, jota korva ei havaitse, mikä aiheuttaa resonanssivärähtelyjä. Kyky hallita äänen synnyttämiä värähtelyjä on tehokkain joukkotuhoase. Korvalle kuulematon infraääni pystyy kulkemaan pitkiä matkoja välittäen käskyjä, jotka saavat ihmiset toimimaan tietyn skenaarion mukaan, aiheuttavat paniikkia ja kauhua, saavat heidät unohtamaan kaiken, jolla ei ole mitään tekemistä halun kanssa piiloutua, paeta tästä. pelko. Ja tietyllä taajuuden ja äänenpaineen suhteella tällainen laite ei kykene vain tukahduttamaan tahtoa, vaan myös tappamaan ja vahingoittamaan ihmiskudoksia.

Ihmiskorvan absoluuttisen herkkyyden kynnys desibeleinä

Taajuusalue 7–13 Hz lähettää luonnonkatastrofeja: tulivuoria, maanjäristyksiä, taifuuneja ja aiheuttaa paniikkia ja kauhua. Koska ihmiskehossa on myös värähtelytaajuus, joka vaihtelee välillä 8 - 15 Hz, tällaisen infraäänen avulla ei maksa mitään resonanssin luominen ja amplitudin kymmenkertainen lisääminen ihmisen ajamiseksi itsemurhaan tai sisäelinten vahingoittamiseksi.

Matalilla taajuuksilla ja korkealla paineella ilmaantuu pahoinvointia ja vatsakipuja, jotka muuttuvat nopeasti vakaviksi maha-suolikanavan häiriöiksi, ja paineen nousu 150 dB:iin johtaa fyysisiin vaurioihin. Sisäelinten resonanssit matalilla taajuuksilla aiheuttavat verenvuotoa ja kouristuksia, keskitaajuuksilla - hermostuneisuutta ja sisäelinten vaurioita, korkeilla taajuuksilla - jopa 30 Hz - kudospalovammoja.

Nykymaailmassa ääniaseiden kehittäminen on käynnissä aktiivisesti, ja ilmeisesti ei ollut turhaa, että saksalainen mikrobiologi Robert Koch ennusti, että olisi tarpeen etsiä "rokotusta" melusta, kuten rutto tai kolera.

Ihminen on todella älykkäin planeetalla elävistä eläimistä. Mielemme kuitenkin usein riistää meiltä paremmuuden sellaisissa kyvyissä kuin ympäristön havainnointi hajun, kuulon ja muiden aistituntien kautta.

Näin ollen useimmat eläimet ovat kaukana meitä edellä kuuloalueen suhteen. Ihmisen kuuloalue on taajuusalue, jonka ihmiskorva pystyy havaitsemaan. Yritetään ymmärtää, miten ihmiskorva toimii suhteessa äänen aistimiseen.

Ihmisen kuuloalue normaaleissa olosuhteissa

Keskimääräinen ihmiskorva pystyy poimimaan ja erottamaan ääniaaltoja 20 Hz - 20 kHz (20 000 Hz). Ikääntyessä ihmisen kuuloalue kuitenkin pienenee, erityisesti sen yläraja pienenee. Vanhemmilla ihmisillä se on yleensä paljon pienempi kuin nuoremmilla, kun taas imeväisten ja lasten kuulokyky on paras. Korkeiden taajuuksien kuulokyky alkaa huonontua kahdeksan vuoden iästä lähtien.

Ihmisen kuulo ihanteellisissa olosuhteissa

Laboratoriossa ihmisen kuuloalue määritetään eritaajuisia ääniaaltoja lähettävillä audiometrillä ja sen mukaan säädetyillä kuulokkeilla. Näissä ihanteellisissa olosuhteissa ihmiskorva pystyy tunnistamaan taajuudet välillä 12 Hz - 20 kHz.

Kuuloalue miehille ja naisille

Miesten ja naisten kuuloalueella on merkittävä ero. Naisten havaittiin olevan herkempiä korkeille taajuuksille kuin miehet. Miehillä ja naisilla on suurin piirtein sama käsitys matalista taajuuksista.

Erilaiset asteikot kuuloalueen ilmaisemiseksi

Vaikka taajuusasteikko on yleisin asteikko ihmisen kuuloalueen mittaamiseen, se mitataan usein myös pascaleina (Pa) ja desibeleinä (dB). Pascalien mittaamista pidetään kuitenkin hankalana, koska tämä yksikkö edellyttää työskentelyä erittäin suurten numeroiden kanssa. Yksi µPa on ääniaallon värähtelyn aikana kulkema matka, joka vastaa yhtä kymmenesosaa vetyatomin halkaisijasta. Ihmisen korvan ääniaallot kulkevat paljon pidemmän matkan, mikä vaikeuttaa ihmisen kuuloalueen määrittämistä pascaleissa.

Pehmein ääni, jonka ihmiskorva voi tunnistaa, on noin 20 µPa. Desibeliasteikko on helpompi käyttää, koska se on logaritminen asteikko, joka viittaa suoraan Pa-asteikkoon. Se ottaa 0 dB (20 µPa) vertailupistekseen ja jatkaa tämän paineasteikon puristamista. Siten 20 miljoonaa µPa on vain 120 dB. Joten käy ilmi, että ihmiskorvan kantama on 0-120 dB.

Kuuloalue vaihtelee suuresti henkilöittäin. Siksi kuulon heikkenemisen havaitsemiseksi on parasta mitata kuultavien äänien alue suhteessa vertailuasteikkoon, ei suhteessa tavanomaiseen standardoituun asteikkoon. Testit voidaan tehdä käyttämällä kehittyneitä kuulon diagnostiikkatyökaluja, jotka voivat määrittää tarkasti kuulonaleneman laajuuden ja diagnosoida sen syyt.

LÄÄKETEEN ENSYKLOPEDIA

FYSIOLOGIA

Miten korva havaitsee äänet?

Korva on elin, joka muuntaa ääniaallot hermoimpulsseiksi, jotka aivot voivat havaita. Vuorovaikutuksessa toistensa kanssa sisäkorvan elementit antavat

kykymme erottaa äänet.

Anatomisesti jaettu kolmeen osaan:

□ Ulkokorva - suunniteltu ohjaamaan ääniaaltoja korvan sisäisiin rakenteisiin. Se koostuu korvarenkaasta, joka on elastinen rusto, joka on peitetty ihonalaisen kudoksen kanssa, yhdistetty kallon ihoon ja ulkoiseen kuulokäytävään - kuuloputkeen, peitetty korvavahalla. Tämä putki päättyy tärykalvoon.

□ Välikorva on ontelo, jonka sisällä on pieniä kuuloluita (vasara, alasin, jalustin) ja kahden pienen lihaksen jänteitä. Jalustimen asento sallii sen iskeä soikeaan ikkunaan, joka on sisäkorvan sisäänkäynti.

□ Sisäkorva koostuu:

■ labyrintin ja labyrintin eteisen puoliympyrän muotoisista kanavista, jotka ovat osa vestibulaarilaitetta;

■ simpukoista - varsinaisesta kuuloelimestä. Sisäkorvan simpukka on hyvin samanlainen kuin elävän etanan kuori. poikittainen

Näet, että se koostuu kolmesta pitkittäisosasta: scala tympani, vestibulaarinen scala ja sisäkorvakanava. Kaikki kolme rakennetta on täytetty nesteellä. Sisäkorvakanavassa on Cortin kierreurut. Se koostuu 23 500 herkästä, karvaisesta solusta, jotka itse asiassa poimivat ääniaaltoja ja välittävät ne sitten kuulohermon kautta aivoihin.

korvan anatomia

ulkoinen korva

Koostuu korvakorusta ja ulkokorvakäytävästä.

Keskikorva

Sisältää kolme pientä luuta: vasaran, alasin ja jalustimen.

sisäkorva

Sisältää luisen labyrintin puoliympyrän muotoiset kanavat, labyrintin eteisen ja simpukan.

< Наружная, видимая часть уха называется ушной раковиной. Она служит для передачи звуковых волн в слуховой канал, а оттуда в среднее и внутреннее ухо.

A Ulko-, keski- ja sisäkorvalla on tärkeä rooli äänen johtamisessa ja välittämisessä ulkoisesta ympäristöstä aivoihin.

Mikä on ääni

Ääni kulkee ilmakehän läpi siirtyen korkeapaineiselta alueelta matalapainealueelle.

Ääniaalto

korkeammalla taajuudella (sininen) vastaa korkeaa ääntä. Vihreä tarkoittaa matalaa ääntä.

Suurin osa kuulemistamme äänistä on yhdistelmä ääniaaltoja, joiden taajuus ja amplitudi vaihtelevat.

Ääni on energian muoto; äänienergia välittyy ilmakehässä ilmamolekyylien värähtelyjen muodossa. Molekyyliväliaineen (ilman tai minkä tahansa muun) puuttuessa ääni ei voi levitä.

MOLEKyyLIEN LIIKE Ilmakehässä, jossa ääni etenee, on korkeapainealueita, joissa ilmamolekyylit sijaitsevat lähempänä toisiaan. Ne vuorottelevat matalapaineisten alueiden kanssa, joissa ilmamolekyylit ovat suuremmalla etäisyydellä toisistaan.

Jotkut molekyylit siirtävät energiansa niille törmätessään naapurimaiden kanssa. Syntyy aalto, joka voi levitä pitkiä matkoja.

Siten äänienergia välittyy.

Kun korkea- ja matalapaineaallot jakautuvat tasaisesti, äänen sanotaan olevan selkeä. Äänityshaarukka luo tällaisen ääniaallon.

Puheen toiston aikana esiintyvät ääniaallot jakautuvat epätasaisesti ja yhdistyvät.

SÄHKÖ JA AMPLITUDI Äänenkorkeus määräytyy ääniaallon taajuuden mukaan. Se mitataan hertseinä (Hz) Mitä korkeampi taajuus, sitä korkeampi ääni. Äänen voimakkuuden määrää ääniaallon värähtelyjen amplitudi. Ihmiskorva havaitsee ääniä, joiden taajuus on 20-20 000 Hz.

< Полный диапазон слышимости человека составляет от 20 до 20 ООО Гц. Человеческое ухо может дифференцировать примерно 400 ООО различных звуков.

Näillä kahdella härällä on sama taajuus, mutta erilainen a^vviy-du (vaaleansininen väri vastaa kovempaa ääntä).

Se on monimutkainen erikoiselin, joka koostuu kolmesta osasta: ulko-, keski- ja sisäkorva.

Ulkokorva on äänenpoimintalaite. Äänivärähtelyt poimivat korvarenkaat ja välittyvät ulkoisen kuulokäytävän kautta tärykalvoon, joka erottaa ulkokorvan välikorvasta. Äänen poimiminen ja koko kuulemisprosessi kahdella korvalla, niin sanottu biniuraalinen kuulo, on tärkeää äänen suunnan määrittämisessä. Sivulta tuleva äänivärähtely saavuttaa lähimmän korvan muutaman sekunnin desimaalin murto-osan (0,0006 s) aikaisemmin kuin toinen. Tämä erittäin pieni ero äänen saapumisajan molempiin korviin riittää määrittämään sen suunnan.

Välikorva on ilmaontelo, joka liittyy nenänieluun Eustachian putken kautta. tärykalvosta välittyvät tärykalvon värähtelyt välikorvan kautta välittyvät 3 kuuloluun, jotka on yhdistetty toisiinsa - vasara, alasin ja jalustin, ja jälkimmäinen välittää nämä nesteen värähtelyt ovaaliikkunan kalvon kautta sisäkorvassa - perilymfissä. . Kuuloluun ansiosta värähtelyjen amplitudi pienenee ja niiden voimakkuus kasvaa, mikä mahdollistaa nestepatsaan liikkeelle panemisen sisäkorvassa. Välikorvassa on erityinen mekanismi, joka mukautuu äänenvoimakkuuden muutoksiin. Voimakkailla äänillä erikoislihakset lisäävät tärykalvon jännitystä ja vähentävät jalustimen liikkuvuutta. Tämä vähentää tärinän amplitudia ja sisäkorvaa suojataan vaurioilta.

Sisäkorva, jossa on sisäkorva, sijaitsee ajallisen luun pyramidissa. Ihmisen simpukassa on 2,5 kierukkaa. Sisäkorvakanava on jaettu kahdella väliseinällä (pääkalvo ja vestibulaarikalvo) kolmeen kapeaan käytävään: ylempi (scala vestibularis), keskimmäinen (kalvokanava) ja alempi (scala tympani). Simpukan yläosassa on reikä, joka yhdistää ylemmän ja alemman kanavan yhdeksi, joka kulkee soikeasta ikkunasta simpukan yläosaan ja edelleen pyöreään ikkunaan. Niiden ontelo on täytetty nesteellä - perilymfalla, ja keskimmäisen kalvokanavan ontelo on täytetty erilaisella koostumuksella - endolymfillä. Keskikanavassa on ääntä vastaanottava laite - Cortin elin, jossa on äänivärähtelyjen reseptoreita - hiussoluja.

Äänen havaitsemismekanismi. Äänen havaitsemisen fysiologinen mekanismi perustuu kahteen simpukassa tapahtuvaan prosessiin: 1) eri taajuuksien äänien erottumiseen niiden suurimman vaikutuksen paikasta simpukan pääkalvoon ja 2) mekaanisten värähtelyjen muuttumiseen hermostuneeksi viritykseksi. reseptorisolujen toimesta. Soikean ikkunan kautta sisäkorvaan tulevat äänivärähtelyt välittyvät perilymfiin, ja tämän nesteen värähtely johtaa pääkalvon siirtymiseen. Värähtelevän nestepatsaan korkeus ja vastaavasti pääkalvon suurimman siirtymän paikka riippuu äänen korkeudesta. Siten eri säveläänillä eri karvasolut ja erilaiset hermosäikeet kiihtyvät. Äänen intensiteetin lisääntyminen johtaa kiihtyneiden karvasolujen ja hermosäikeiden määrän kasvuun, mikä mahdollistaa äänen värähtelyjen voimakkuuden erottamisen.
Värähtelyn muuttaminen viritysprosessiksi suoritetaan erityisillä reseptorilla - hiussoluilla. Näiden solujen karvat upotetaan sisäkalvoon. Mekaaniset värähtelyt äänen vaikutuksesta johtavat sisäkalvon siirtymiseen suhteessa reseptorisoluihin ja karvojen taipumiseen. Reseptorisoluissa karvojen mekaaninen siirtyminen aiheuttaa viritysprosessin.

äänen johtuminen. Erota ilman ja luun johtuminen. Normaaliolosuhteissa ihmisessä vallitsee ilman johtuminen: ääniaallot vangitsevat ulkokorva ja ilmavärähtelyt välittyvät ulkoisen kuulokäytävän kautta keski- ja sisäkorvaan. Luun johtuessa äänivärähtelyt välittyvät kallon luiden kautta suoraan simpukkaan. Tämä äänivärähtelyn välitysmekanismi on tärkeä, kun henkilö sukeltaa veden alle.
Ihminen havaitsee yleensä ääniä taajuudella 15-20 000 Hz (10-11 oktaavia). Lapsilla yläraja saavuttaa 22 000 Hz, iän myötä se laskee. Suurin herkkyys havaittiin taajuusalueella 1000 - 3000 Hz. Tämä alue vastaa yleisimmin esiintyviä taajuuksia ihmisen puheessa ja musiikissa.