Auzul și înălțimea sunetelor

Urechea umană are o gamă și o sensibilitate extraordinare. Ne poate oferi o mulțime de informații simple, cum ar fi înălțimea sunetelor, volumul și direcția.

Percepția frecvenței se numește înălțime. De obicei, oamenii au o înălțime relativă excelentă și pot discrimina între două sunete dacă frecvențele lor diferă cu 0,3% sau mai mult. De exemplu, 500,0 și 501,5 Hz sunt semnificativ diferite. Notele muzicale sunt sunete cu o anumită frecvență care pot fi produse de majoritatea instrumentelor, și în muzica occidentală au denumiri speciale, cum ar fi A-sharp, C sau E-beat.

Percepția intensității se numește volum. La o anumită frecvență, se pot discerne diferențe de aproximativ 1 dB, iar o schimbare de 3 dB este ușor de observat. Dar volumul nu este legat doar de intensitate. Frecvența are un efect major asupra a cât de mare pare volumul unui sunet. Sunetele din apropierea extremelor de frecvență înaltă și joasă ale intervalului de auz par să aibă și mai puțin volum, deoarece urechea este mai puțin sensibilă la acele frecvențe. Când o vioară cântă Do mediu, nu se poate confunda cu un pian care cântă aceeași notă. Motivul este că fiecare instrument produce un set distinct de frecvențe și intensități. Numim percepția noastră asupra acestor combinații de frecvențe și intensități calitatea tonului sau, mai frecvent, timbrul sunetului. Timbrul este forma undei care ia naștere din numeroasele reflexii, rezonanțe și suprapuneri dintr-un instrument.

O unitate numită fon este folosită pentru a exprima volumul numeric. Fonii diferă de decibeli deoarece fonul este o unitate de percepție a volumului, în timp ce decibelul este o unitate de intensitate fizică. Figura 17.15 arată relația dintre volum și intensitate (sau nivelul de intensitate) și frecvență pentru persoanele cu auz normal. Liniile curbe sunt curbe de volum egal. Fiecare curbă este etichetată cu volumul său în foni. Orice sunet de-a lungul unei curbe date este perceput ca având volum egal de o persoană obișnuită. Curbele au fost determinate prin faptul că un număr mare de oameni compară volumul sunetelor la diferite frecvențe și niveluri de intensitate a sunetului. La o frecvență de 1000 Hz, fonii sunt considerați ca fiind numeric egali cu decibelii.

Figura 17.15 Relația dintre volumul în foni și nivelul de intensitate (în decibeli) și intensitatea (în wați pe metru pătrat) pentru persoanele cu auz normal. Liniile curbe sunt curbe de volum egal — toate sunetele de pe o anumită curbă sunt percepute ca având același volum. Fonii și decibelii sunt definiți ca fiind aceiași la 1000 Hz.

EXEMPLUL 17.4

Măsurarea volumului

(a) Care este volumul în foni a unui sunet de 100 Hz care are un nivel de intensitate de 80 dB? (b) Care este nivelul de intensitate în decibeli al unui sunet de 4000 Hz cu un volum de 70 de foni? (c) La ce nivel de intensitate va avea un sunet de 8000 Hz același volum ca un sunet de 200 Hz la 60 dB?

Strategie

Graficul din Figura 17.15 ar trebui să fie referit pentru a rezolva acest exemplu. Pentru a găsi volumul unui sunet dat, trebuie să cunoașteți frecvența și nivelul de intensitate al acestuia, să localizați acel punct pe grila pătrată și apoi să interpolați între curbele de sunet pentru a obține volumul în foni. Odată localizat acel punct, nivelul de intensitate poate fi determinat de pe axa verticală.

Soluție

1. Identificați elementele cunoscute: Grila pătrată a graficului care raportează foni și decibeli este o diagramă a nivelului de intensitate în funcție de frecvență – ambele mărimi fizice: 100 Hz la 80 dB se află la jumătatea distanței dintre curbele marcate cu 70 și 80 de foni.

Găsiți volumul: 75 foni.

2. Identificați elementele cunoscute: Valorile sunt date ca fiind 4000 Hz la 70 de foni.

Urmați curba 70-foni până ajunge la 4000 Hz. În acel moment, este sub linia de 70 dB, la aproximativ 67 dB.

Găsiți nivelul de intensitate: 67 dB.

3. Localizați punctul pentru un sunet de 200 Hz și 60 dB.

Găsiți volumul: Acest punct se află puțin deasupra curbei de 50 de foni, astfel încât volumul său este de 51 de foni.

Căutați că nivelul 51-foni, la 8000 Hz: 63 dB.

Semnificație

Aceste răspunsuri, la fel ca toate informațiile extrase din Figura 17.15, au incertitudini de mai mulți foni sau câțiva decibeli, parțial din cauza dificultăților de interpolare, dar în mare parte legate de incertitudinile din curbele de intensitate egală.

EXERCIȚIUL 17.3

Descrieți modul în care amplitudinea este legată de volumul unui sunet.

CLIC AICI PENTRU RĂSPUNS