Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

Т-102. Закон Вебера-Фехнера: ощущение громкости пропорционально логарифму силы звука. Наше ухо улавливает звуки, столь сильно отличающиеся по мощности, благодаря некоторой системе автоматической регулировки чувствительности: по мере того как сила звука нарастает, чувствительность слуха уменьшается. Иными словами, улавливая слабые звуки, наш слух в состоянии почувствовать разницу звуковой мощности на какие-то триллиардные доли ватта, а улавливая очень громкие звуки, ухо замечает различие в громкости, если она изменилась на несколько ватт (во всех случаях речь идет не о ваттах вообще, а о силе звука, о ваттах на квадратный метр). Экспериментальные исследования показали, что зависимость ощущения громкости от силы звука подчиняется логарифмическому закону. Напомним, логарифм (десятичный) какого-либо числа — это есть показатель степени, в которую нужно возвести 10, чтобы получить данное число. Сокращенно это записывается, например, так: Ig100 = 2, то есть логарифм числа 100 равен 2. Действительно, если возвести 10 в квадрат (в степень 2), то как раз и получится 100. Точно так же нетрудно понять и другие записи — lg1000000 = 6; lg2 = 0,3 и т. д. Логарифм, то есть, попросту говоря, цифра, забравшаяся на место показателя степени, с огромной силой влияет на результат. Так, например, если увеличить логарифм всего на две единицы, скажем с 2 до 4, то само число увеличится в 100 раз, а именно со 100 до 10 000 (lg100 = 2; lg10000 = 4). Можно сказать об этом и другими словами: резкое изменение какого-либо числа приводит к сравнительно небольшому изменению его логарифма. И опять тот же пример, но уже прочитанный в обратном направлении: если увеличить какое-либо число в 100 раз, то его логарифм увеличится всего на две единицы (10 000 больше, чем 100, в 100 раз, a lg 10 000 больше, чем lg 100, всего на две единицы). Зависимость логарифма от самого числа, к которому он относится, называется логарифмической зависимостью. Именно на нее и похожа зависимость ощущения громкости от силы звука, похожа и по форме (Р-65;2), и по существу: сильное изменение силы звука приводит к сравнительно небольшому изменению ощущения громкости. Эта зависимость, характерная, кстати, не только для слуха, но и для других «приемников» живой природы, получила название закона Вебера-Фехнера, по имени открывших ее ученых, математика и физиолога.

В нашей практической деятельности наступит такой момент, когда мы неотвратимо должны будем вспомнить закон Вебера-Фехнера, чтобы правильно выбрать важный элемент в одной из распространенных электронных схем. А многие музыканты каждодневно собственными мускулами чувствуют справедливость этого закона. Например, скрипачи и пианисты очень легко увеличивают громкость звучания инструмента в области тихих звуков, а вот повышение громкости в области громких звуков требует уже значительных усилий, большой физической работы, в самом прямом смысле этих слов.

Т-103. Бинауральный эффект позволяет определить распределение источников звука в пространстве. Для чего человеку два уха? Для резерва? Возможно… Однако же в сложной системе нашего слуха оба уха работают одновременно, и именно поэтому мы. можем определить местонахождение источника звука. Правильнее было бы сказать «вычислить», хотя, конечно, сознательно никаких вычислений мы не производим, все, что нужно, автоматически подсчитывает мозг и выдает нам готовый результат. Например, в виде ощущения, что гитарист в оркестре сидит слева, а пианист — справа. Или что автомобиль приближается к нам сзади (Р-66).

Р-66

Информация, необходимая для таких вычислений, появляется именно потому, что мы слушаем одновременно двумя ушами. На низших звуковых частотах регистрируется разность фаз, с которой звуковая волна приходит к правому и левому уху, на высших частотах — время запаздывания звука. Если, например, источник звука находится справа от нас, то к левому уху звуковая волна придет на несколько десятитысячных долей секунды позже, чем к правому. Так способность определять местонахождение источника звука получила название бинауральный эффект, то есть эффект слушания двумя ушами.

Т-104. Органы слуха развивались как средство сбора информации, а затем стали основой для звуковой связи людей. Из каждого уха по слуховому нерву в мозг поступают особые электрохимические сигналы, нервные импульсы, в которых каким-то образом записана информация об услышанном звуке, в частности о его силе и спектре. Слуховой нерв состоит из многих тысяч нервных волокон, в нем самом уже имеется несколько «узлов связи», где происходит предварительная обработка нервных импульсов. Однако основная их обработка и расшифровка осуществляется в специальных участках коры головного мозга, расположенных в височных частях обоих больших полушарий.