«К сожалению», децибел является логарифмической величиной. Слово «к сожалению» взято в кавычки потому, что, согласно так называемому закону Вебера-Фехнера, оно является правильным и неизбежным. Дело в том, что человек воспринимает любое изменение стимула не абсолютно, а лишь относительно, по отношению к силе уже имеющегося стимула. Он ощущает новый стимул вдвое светлее, вдвое громче, наполовину тише, или же ощущает один звук вдвое более высоким, чем другой (разница в одну октаву). С точки зрения математики при этом действует логарифмический закон. Две величины (например, две сравниваемые интенсивности звука, каждая измеряется в Вт/кв. м) соотносятся друг с другом, логарифмируются, а затем их значения выражают в Белах (названных в честь Александра Грэхема Белла, сурдопедагога и изобретателя телефона). Разница интенсивности, которую может воспринять человек с хорошим слухом, составляет примерно 0,1 Бел.
Много лет назад одному умному человеку пришла в голову хорошая идея (в то время измерители уровня звука не отличались особой точностью), и он разделил 1 Бел на 10 децибелов. Точно так же, как 0,1 метра равняется одному дециметру, 0,1 Бел равняется одному децибелу. Это позволило сурдоакустикам начать оперировать целыми числами, без запятой. Современные измерители уровня звука осуществляют настолько точные измерения, что могут показать одну сотую децибела, что соответствует 1 мБ (одному миллибелу). Поскольку самостоятельно рассчитать соответствующие логарифмы могут далеко не все, в Таблице 1 для начала перечислены логарифмы для целых чисел:
Таблица 1.
Мы видим, что соотношение интенсивности равно 10-кратному значению в Белах. В Таблице 2 приведены некоторые дополнительные характерные значения, а в промежутке между 50 и 60 дБ и некоторые не круглые значения. Слабослышащий человек, имеющий потерю слуха, к примеру, 55 дБ, сможет воспринимать звуковой сигнал только тогда, когда (физически измеренная) интенсивность звука в 300 000 раз превышает порог слышимости хорошо слышащего человека. Порог слышимости (уровень звука, начиная с которого воспринимается звук) зависит от степени потери слуха.
Таблица 2.
Уровень звука и громкость – разные вещи
Субъективное ощущение громкости не следует этим физическим законам. Когда уровень звука повышается на 3 дБ, отчего интенсивность этого сигнала становится вдвое больше, чем громкость сравнительного сигнала, то это еще не значит, что данный сигнал будет восприниматься в два раза громче. У хорошо слышащих людей удвоенное восприятие громкости наблюдается лишь тогда, когда разница уровня звука между обоими сигналами составляет примерно 10 дБ. Точнее говоря, разные испытуемые могут воспринимать разницу уровней величиной от 8 до 12 дБ примерно как удвоение громкости или уменьшение ее наполовину. Слуховые эксперименты, в которых в свое время приняли участие 70 нормально слышащих студентов не старше 25 лет, позволили получить статистическое значение 10 дБ для удвоения громкости или уменьшения ее наполовину. Таким образом, даже во время слуховых тестов каждый человек проявляет себя индивидуально.
Рисунок 1. Взаимосвязь между уровнем звука и воспринимаемой громкостью.
В 1960-е годы ученые установили, что выше примерно 40 дБ любое увеличение уровня звука на 10 дБ нормально слышащий человек воспринимает как удвоение громкости (Рисунок 1). Поэтому они произвольно приравняли 40 дБ к одному сону (от sonare – звучать), 50 дБ – к двум сонам, 60 дБ – к четырем сонам, 70 дБ – к восьми сонам и так далее. Благодаря этим числовым значениям можно очень хорошо увидеть удвоение «громкости». Ученые использовали исключительно термин «громкость», потому что «громкость» часто приравнивается к «уровню звука». Вывод: с точки зрения физики возрастание на 3 дБ представляет собой удвоенную интенсивность, а при субъективном восприятии лишь возрастание на 10 дБ представляет собой удвоение громкости.
Для тех, кто хотел бы разобраться в этом подробнее, предложим немного математики. Предположим, что одна интенсивность вдвое больше другой, то есть, А = 2В. Тогда мы сможем рассчитать: Δ L = 10 lg (A/B) = 10 lg (2B/B) = 10 lg 2 ≈ 10 x 0,3010 дБ ≈ 3 дБ. Это означает, что соотношение интенсивностей 2:1 соответствует разнице уровней 3 дБ (и наоборот, 1:2 = ½ соответствует 3 дБ). То есть, с точки зрения физики увеличение или уменьшение на 3 дБ соответствует удвоению или уменьшению наполовину. Однако при субъективном восприятии громкости это справедливо только для очень низких уровней. При высоких уровнях ухо становится менее чувствительным.
Для тех, кто хотел бы разобраться в этом подробнее, предложим немного математики. Предположим, что одна интенсивность вдвое больше другой, то есть, А = 2В. Тогда мы сможем рассчитать: Δ L = 10 lg (A/B) = 10 lg (2B/B) = 10 lg 2 ≈ 10 x 0,3010 дБ ≈ 3 дБ. Это означает, что соотношение интенсивностей 2:1 соответствует разнице уровней 3 дБ (и наоборот, 1:2 = ½ соответствует 3 дБ). То есть, с точки зрения физики увеличение или уменьшение на 3 дБ соответствует удвоению или уменьшению наполовину. Однако при субъективном восприятии громкости это справедливо только для очень низких уровней. При высоких уровнях ухо становится менее чувствительным.
Шум взывает к оружию: тревога!
На уровне 40 дБ для хорошо слышащих людей действует правило: изменение уровня на 10 дБ воспринимается в два раза более/менее громко, но не более того. На более низких уровнях слух человека становится более точным. При 30 дБ для восприятия в два раза большей/меньшей громкости достаточно 5 дБ, а при 20 дБ достаточно разницы всего 3 дБ. В древности это обстоятельство имело важное значение: оно позволяло человеку вовремя услышать, как к нему подкрадывается враг или дикий зверь. Эта необходимость всегда бодрствовать (точнее говоря, необходимость всегда вслушиваться) и является причиной того, почему наши уши не могут отключиться ни во сне, ни под наркозом, в отличие от глаз. И кстати, именно поэтому немецкие слова Lärm (шум) и Alarm (тревога) имеют одинаковое происхождение. Неусыпно бдящая стража при приближении врага била тревогу, то есть издавала шум и призывала соратников к оружию (al arme по-итальянски). Шум и сегодня вызывает выброс стрессового гормона адреналина и подсознательно вызывает готовность к борьбе.ФУНГ: когда «чуть громче» = «очень громко»
У хорошо слышащих людей промежуток между порогами слышимости (определенными как уровень звука 0 дБ) и болевым порогом составляет примерно 120 дБ. Эти двенадцать 10-децибеловых ступеней в принципе означают 12-кратное удвоение ощущения громкости: 1/2/4/8/16/32/64… Но если у слабослышащих людей не только приподняты пороги слышимости, например до 50 дБ, но и снижен порог непереносимости, например со 120 до 100 дБ, то общая область восприятия громкости становится равна всего 50 дБ и представляет собой промежуток от 50 до 100 дБ. Таким образом, кривая восприятия между «очень тихо» и «очень громко» становится гораздо круче. В этом случае возникает ФУНГ, или феномен ускоренного нарастания громкости.Поэтому слабослышащие люди часто воспринимают даже маленькое изменение уровня звука как экстремальное, например, повышение уровня на 2-3 дБ кажется им удвоением громкости. Когда слабослышащий человек просит хорошо слышащего говорить немного громче, то (согласно субъективному ощущению) этот человек начинает говорить примерно вдвое громче или (с точки зрения физики) с уровнем звука, увеличенным на 10 дБ. Но для людей с ФУНГ это повышение означает 2 + 3 + 2 + 3 дБ, то есть ровно 4 (!) удвоения: 1/2/4/8/16. В результате звучит крылатая фраза «Вовсе незачем так орать», причем оба собеседника по-своему оказываются правы.
Феномен, когда человек до определенного значения, а именно до индивидуального порога слышимости, совсем ничего не слышит, а выше него слышит как летучая мышь, привел к возникновению многочисленных анекдотов про слабослышащих людей. Однако гораздо печальнее то, что крылатое высказывание «Я хорошо слышу, поэтому не нужно так кричать» приводит к тому, что сам слабослышащий человек осознает свою потерю слуха слишком поздно.
Главное – высокочастотные звуки
Есть еще один феномен, о котором часто забывают в процессе обсуждения уровня звука и потери слуха. Человеческий слух работает не одинаково во всех частотных диапазонах (на всех звуковых высотах) – его действие сильно зависит от частоты. В течение миллионов лет наше ухо было нацелено на то, чтобы как можно лучше слышать высокие звуки: журчание воды, шелест листвы, треск сучьев, писк комара, так как они могли предупреждать об опасности. Все важные звуки и сегодня имеют высокую частоту (например, сирена пожарной машины и т.п.). И даже женщины имеют более высокий голос, потому что им нужно говорить очень важные вещи, и мы, мужчины, ничего не можем этому противопоставить…
Важнейшие элементы речи, а именно шипящие и смычно-взрывные звуки (то есть, в сущности, согласные звуки) располагаются в высокочастотном диапазоне, в то время как гласные звуки с сильным низкочастотным компонентом всего лишь передают громкость голоса. Хорошо слышащим людям достаточно шепота для полноценной передачи информации, а шепот содержит исключительно высокие частоты. Когда человек произносит звуки /м/, /ц/ или /ш/, другой человек слышит /м/ как низкочастотное гудение, а /ш/ и особенно /ц/ как высокочастотное шипение. Поэтому оба звука отчетливо различимы. Но если человек вследствие потери слуха больше не воспринимает это различное звучание, что тогда? Тогда слово «рама» превращается в «мама», а слово «год» – в «кот». Из 35 фонем немецкого языка только 11 можно распознать с помощью чтения по губам, в то время как все остальные приходится комбинировать на основе взаимосвязей, если они становятся неслышны. То, какую колоссальную важность имеют согласные звуки, можно убедительно представить с помощью графического изображения:
Согласные звуки важнее, чем гласные.
Сглсн звк вжн, чм глсн.
оаые уи аее, е аые.
Как воспринимает звуки нормально слышащий человек?
Флори Сильная частотная зависимость ощущения громкости у хорошо слышащих людей изучена достаточно подробно. Вот уже несколько десятков лет в стандарте DIN имеются так называемые «нормальные кривые одинакового уровня громкости». При этом ученые произвольно установили, что уровень звука, который у хорошо слышащих людей начинает вызывать ощущение громкости на частоте 1000 Гц, соответствует 0 дБ. И здесь речь снова идет о среднем значении, усредненном для большого числа испытуемых. Есть даже такие люди, которые могут слышать при уровне звука ниже 0 дБ. Они в буквальном смысле слова слышат «как растет трава», потому что звуки броуновского движения молекул в воздухе располагаются всего на 10 дБ ниже нормального порога слышимости.
В среднем уши всех испытуемых проявляют несколько большую чувствительность в диапазоне от 2000 Гц до 4000 Гц, чем при 1000 Гц. В этом же частотном диапазоне слух, как показывают многочисленные аудиограммы, является наиболее уязвимым. Поэтому его потеря, вызванная шумом, обычно в первую очередь замечается в этом диапазоне, чем на более высоких частотах. В целом, низкие звуки кажутся совершенно неважными, потому что они должны воздействовать на слух при помощи гораздо более высоких уровней звука, чтобы их можно было ощутить с той же громкостью, что и высокие звуки.
Рисунок 2. Кривые порогов слышимости для хорошо слышащего человека по сравнению с человеком, имеющим среднюю степень потери слуха.
На Рисунке 2 приведен пример кривой порогов слышимости при потере слуха средней степени, а на Рисунке 3 – соответствующая ей нисходящая аудиограмма. Для определенного ощущения звука требуется более высокий его уровень (в соответствии с потерей слуха), чтобы сделать звук слышимым. Поэтому на Рисунке 2 кривая порогов слышимости для потери слуха средней степени проходит выше, чем для нормального слуха.
Рисунок 3. Соответствующая аудиограмма для потери слуха средней степени.
В то время как реальная потеря слуха отчетливо видна на аудиограмме на Рисунке 3, которую можно сравнить с другими аудиограммами (такое отображение создает большие преимущества для врача-оториноларинголога и сурдоакустика), на Рисунке 2 можно увидеть, как сильно она урезает диапазон высоких частот, столь важный для понимания речи. Интерес для сравнения также представляют кривые более высокого ощущения громкости, то есть повышенная чувствительность к звукам у слабослышащего человека по сравнению с нормально слышащим человеком.
Фильтр А: попытка приближения
Чтобы зависимость субъективного ощущения громкости от высоты звука для нормально слышащих людей можно было использовать при измерении физических параметров определенного уровня звука, в измеритель уровня звука был встроен специальный фильтр, с помощью которого сигнал оценивается до вывода показаний. Самый распространенный фильтр (но при ближайшем рассмотрении далеко не самый лучший) – «оценочная кривая А». Измеренный таким образом уровень звука обозначается как дБ (А). За счет этого специалисты попытались как можно ближе совместить физически измеримый уровень звука и субъективно воспринимаемую громкость. Фильтр является очень простым, так как при его разработке 60 лет назад использовались только резисторы и конденсаторы. Поэтому он позволяет лишь грубо приблизиться к очень сложному поведению человеческого слуха.Благодаря современной цифровой технике фильтры можно программировать гораздо точнее, и за счет этого добиваться лучшего приближения к субъективному ощущению. Меж тем, оценка в дБ (А) стала самым популярным методом измерений во всем мире, и во многих стандартах и сборниках правил предельно допустимые значения или требования приводятся в дБ (А). Поэтому внедрение лучшего метода измерений всего лишь приведет к неуверенности пользователей.
В принципе, значения уровней звука в дБ (А) должны применяться лишь тогда, когда нужно описать (измерить) воздействие суммы звуковых явлений на человека как «воспринимаемую громкость». Поэтому потерю слуха следует обозначать не в дБ (А), а в дБ, и, кроме того, всегда обозначать, при какой частоте это значение считается действительным.
