李贄 , Ли Цзай-чжи, Ли Чжоу, Линь Цзай. 23.11.1527, Цзиньцзян, окр. Цюаньчжоу пров. Фучжоу, — 6.5.1602. Один из наиболее оригинальных и противоречивых мыслителей кит. средневековья, философ и литератор, последователь Ван Ян-мина и сторонник т.н. «учения о сердце» (синь сюэ) в неоконфуцианстве , подвергавшийся из-за «отступничества от конф. норм» офиц. запрету и замалчиванию в Китае вплоть до нач. XX в.
Пров. Фуцзянь, где родился Ли Чжи, играла роль гл. морских ворот страны, через к-рые осуществлялась торговля со всей Азией. Здесь были широко распространены антиконф. настроения, приведшие, в частности, в XVII в., в конце эпохи Мин (1368-1644), к массовому обращению жителей в христианство. Предки Ли Чжи занимались морской торговлей и уже в XIV в. стали исповедовать ислам. Один из них по имени Линь Ну в 1384 добрался до Ормуза, женился на рабыне аборигенке (сэ му — «цветноглазой») и принял ислам. Шесть поколений прямых предков Ли Чжи и, возможно, его жена были мусульманами. Исконно этот род носил фамилию Линь, однако с 1422 принадлежавший к нему Линь Гуан-ци после столкновения с высокопоставленным чиновником был вынужден покинуть родные места и изменить фамилию на Ли, распространив ее также на своих предков. При этом в качестве причины своего поступка Линь Гуан-ци указал на приверженность семьи Линь к исламу и чужеродным обычаям. В итоге род разделился на две фамилии — Линь и Ли, представители к-рых, с одной стороны, сознавали свою единокровность и допускали взаимный обмен фамилиями, а с др. — могли заключать между собой браки, что категорически запрещалось конф. моралью для однофамильцев.
Ли Чжи принадлежал к ветви Линь и первоначально именовался Линь Цзай-чжи, но не позднее 1552 принял фамилию Ли, превратившись в Ли Цзай-чжи. Причина этого не вполне ясна, но, согласно гипотезе зап. исследователя Ж.Ф. Биллетера (J.-F. Billeter), к переименованию Ли Чжи побудил отец. После запрета в 1523 частной морской торговли, направленного против традиционно считавшейся самой низкой, но в то время экономически доминировавшей социальной категории, семья потомственных морских торговцев оказалась в бедственном положении, выход из к-рого отец Ли Чжи увидел в том, чтобы дать своему первенцу конф. образование, открывавшее дорогу к чиновничьей карьере и смене социального статуса. Для этого пришлось отказаться от фамилии, ассоциировавшейся с торговлей и инородной идеологией. Встав на путь подавления внутр. противоречия при внешней ангажированности и взяв другую фамилию перед сдачей гос. экзамена на вторую ученую степень цзюй жэнь, Ли Чжи первым в роду сумел преодолеть социальный барьер и получить место чиновника. В обретенном статусе ему пришлось изменить уже и имя, т. к. в 1567 на престол взошел император Му-цзун, в собств. имя к-рого — Чжу Цзай-хоу входил иероглиф цзай, ставший табуированным, что привело к превращению Ли Цзай-чжи в Ли Чжи.
Имея возможность на след. год после получения степени цзюй жэнь участвовать в экзаменах на высшую степень цзинь ши, Ли Чжи предпочел этому стандартному для конфуцианца шагу поиск чиновничьей должности, чего он достиг в 1555, став инспектором (цзяо юй) образования в уезде Гунчэн (совр. Хуйсянь) пров. Хэнань. В 1560 он — д-р гос. академии (го цзы цзянь бо ши) в южн. столице Нанкине, а в 1566 — зав. канцелярией (сы у) в министерстве ритуалов в сев. столице Пекине. Подобное поведение знаменовало собой не только стремление материально обеспечить семью, но и общее критич. отношение к ин-ту гос. экзаменов, к-рый он демистифицировал и в конце концов отверг как таковой. В 1580 свою идейную позицию Ли Чжи реализовал на практике, отказавшись от служебной карьеры и традиц. обязанностей, вменявшихся ему семьей, об-вом и гос-вом. Принципиальный разрыв Ли Чжи с официозом подтвержден надписью на обнаруженной в 1975 мемориальной стеле жены (1588) и такого же рода эпитафией, приготовленной им для собств. могилы: ни там ни тут, называя себя, он не указал своих офиц. титулов.
Важнейшим пунктом этого идейного противостояния стало отношение к женщине. В условиях маскулецентричного полигамного общества Ли Чжи в теории и на практике занял радикальную профеминистич. позицию, изложив ее в специальных работах «Фу фу лунь» («Суждения о муже и жене») и «Да и нюй жэнь сюэ дао вэй дянь дуань шу» («Письмо в ответ на [утверждение, будто] недалекие взгляды женщин [несовместимы с] изучением Пути-дао »), где, в частности, задавал риторич. вопрос: «Говорить о том, что среди людей есть мужчины и женщины, допустимо, но разве допустимо говорить, что среди взглядов есть мужские и женские?» Выступая за достойное включение женщин в интеллектуальную жизнь, он привлекал их на свои лекции, что впоследствии послужило поводом для обвинения в разврате. Суждения Ли Чжи о равноправии женщин зиждились на абстрактной теории приоритета бинарности: «Вся тьма вещей в Поднебесной рождается от двоицы (лян) и не рождается от единого (и )». В рамках универсальной двоичности мировоззрения муж и жена аналогичны Небу и Земле, силам ян и инь (см. Инь-ян), представляя собой источник созидания (цзао дуань). Эта теория была направлена и против положения «Дао дэ цзина» о космогенезе, в ходе к-рого «единое рождает два», и против отождествления Чжу Си «единого» с Великим пределом (тай цзи), к-рый в качестве «принципа рождает пневму (ци )», и против тезиса «Чжоу и» о том, что Великий предел «рождает двоицу образов [инь и ян ]». Она утверждала исходную бинарность «единого и двух», «принципа и пневмы», «инь-ян и Великого предела», «Великого предела и беспредельного (у цзи)».
Наиболее полным воплощением понимания субъективной свободы у Ли Чжи стало его лит. творчество. Как свободная деятельность, допускающая абс. противоречивость и абс. негативизм, оно явилось для него той практич. сферой, к-рая заменила спекулятивную активность конф. метафизики, в XVI-XVII вв. постепенно угасавшей. С этим же связан его особый исследовательский интерес к наиболее свободным жанрам лит-ры, прежде всего неоднократно запрещавшемуся авантюрно-утопическому роману Ши Най-аня «Шуй ху чжуань» («Речные заводи») и офиц. признававшейся «безнравственной» пьесе Ван Ши-фу «Си сян цзи» («Западный флигель»). В 1974 Ван Тань выдвинул гипотезу, что Ли Чжи является автором самого оригинального и скандально известного, запретного и до сих пор открыто не публикуемого в КНР эротич. романа XVI в. «Цзинь пин мэй» («Цзинь, Пин, Мэй, или Цветы сливы в золотой вазе»).
Относясь к лит-ре не как к беллетристике, а как к практич. деятельности, Ли Чжи стремился не к провозглашению абстрактных идей, а к демонстрации конкретной субъективной свободы. Поэтому выражением так понимаемой свободы он сделал собств. жизнь, взяв в качестве примера судьбу Хэ Синь-иня , приверженца учения Ван Ян-мина в интерпретации Тайчжоуской школы (см. Ван Ян-мина школа), выдающегося социального утописта и большого оригинала, казненного в тюрьме. Во многом благодаря написанной Ли Чжи апологии «Хэ Синь-инь лунь» («Суждения о Хэ Синь-ине», 1585) имя последнего избежало забвения. В смерти Хэ Синь-иня, отправленного в тюрьму и на казнь, он усмотрел филос. акт, выражающий абс. предел отрицания окружающей действительности, на грани к-рого он сам находился и до к-рого не доходила мысль ни Ван Ян-мина, ни его ближайших учеников.
Для формирования идеологии Ли Чжи как представителя «левого крыла» последователей Ван Ян-мина важнейшее значение имело его пребывание с 1570 по 1577 в Нанкине в качестве сверхштатного секретаря (юань вай лан) министерства юстиции. В XVI в. Нанкин был духовным центром Китая и отличался от Пекина большей интеллектуальной свободой и оппозиц. настроениями. Там Ли Чжи занялся изучением буддизма и сблизился с выдающимся учеником Ван Ян-мина — Ван Цзи , виднейшими представителями Тайчжоуской школы — Ван Би, сыном и гл. духовным наследником основателя этой школы Ван Гэня , Ло Жу-фаном, Цзяо Хуном и др.
В 1574 он стал учеником Ван Би и вместе с Цзяо Хуном опубликовал главный даос. канон «Дао дэ цзин» с коммент. конфуцианца Су Чжэ, предисловие к к-рому является его первым датированным произведением. Этот интерес к даосизму вылился в его собственный (одноименный с гл. 20 трактата легизма «Хань Фэй-цзы») коммент. 1582 к «Дао дэ цзи-ну» — «Цзе Лао» («Разъяснение Лао [-цзы]»), а также коммент. 1597 к гл. канону основанной на даосизме школы военной философии (бин-цзя) «Сунь-цзы» . Последняя работа, видимо, была также стимулирована его личным участием в обороне родного Цзиньцзяна от нападения японских пиратов в 1561. В 1598-1602 Ли Чжи прокомментировал гл. конф. канон «Чжоу и» .
В 1578 он был назначен главой уезда Яоань пров. Юньнань, где выступал за «естественное» самоуправление. В 1580 Ли Чжи со скандалом ушел со службы и обосновался в качестве компаньона и домашнего учителя в посаде Хуанъань (пров. Хубэй) у своего друга Гэн Дин-ли, старшим братом к-рого был также сторонник «левого крыла» в янминизме и высокопоставленный чиновник, вице-министр Гэн Дин-сян. С ним Ли Чжи вступил в острую полемику, в ходе к-рой пришел к отрицанию нормативной морали, признав нравственным разумное осуществление личного интереса в обыденной жизни. Он также обвинил Гэн Дин-сяна в неблаговидном поведении, поскольку тот не противодействовал казни своего друга Хэ Синь-иня.
В результате конфликта после смерти Гэн Дин-ли Ли Чжи был вынужден покинуть Хуанъань и в 1585 переселился в «Буддийскую обитель грибов [долголетия]» («Чжи-фо-юань»), расположенную на берегу небольшого оз. Лунтань (Драконова заводь) близ Мачэна на северо-востоке пров. Хубэй, где в 1588 завершил свое первое оригинальное произведение «Чу тань цзи» («Первый сборник, [изданный у] заводи»). Оттуда в 1587 он отослал на родину в Фуцзянь жену, дочь и зятя, а в 1588, узнав о смерти своей 55-летней жены, по буд. обычаю обрил голову, что должно было символизировать его решение не возвращаться в семью, в к-рой он в конце концов лишился всех четырех сыновей и двух из трех дочерей. Активно участвуя в монастырской жизни, комментируя сутры, сочиняя пробуд. тексты и, наконец, завещав похоронить себя в обители подобно монаху, Ли Чжи вместе с тем формально не стал буд. адептом, поскольку не изменил имени, не принял обет и не выбрал себе наставника. Намеренную парадоксальность своей позиции он подчеркнул последовавшей за скандалом с «пострижением» самоаттестацией в качестве «подлинного конфуцианца» (ши жу).
Сохранение «конф. мозга» при буд. обритости головы объяснялось им представлением о том, что конфуцианство, даосизм и буддизм суть три дороги, ведущие к одной и той же цели — обнаружению пути-дао (сань цзяо тун дао лунь) и уходу от бренного мира. Отсюда следовало, что практическая реализация настоящей философии, направленной на «исследование причин и следствий собственной жизни и смерти, изучение воплощений своей природы (син ) и своего предопределения (мин )», заключает в себе необходимость стать монахом.
Составив в 1600 «Антологию учения о пути-дао учителя [Ван] Ян-мина» («Ян-мин сянь шэн дао сюэ чао») и «Погодичную биографию наставника [Ван] Ян-мина» («Ян-мин сянь шэн нянь ну»), Ли Чжи признавал создателя этого конф. учения «достигшим пути-дао истинным (чжэнь ) человеком, к-рый подобен истинному будде и истинному [даос.] бессмертному», но в отличие от многих своих современников не настаивал на абс. единстве трех главных учений традиц. Китая, поскольку среди них все же отдавал пальму первенства конфуцианству. Он также противопоставлял незыблемость конфуцианства «глупейшему» плану христианизации Китая, предложенному первым в Срединной империи миссионером-иезуитом Матео Риччи (Ricci), с к-рым он встретился в Нанкине в 1598 и к-рому посвятил стихотворение «В дар западному человеку Ли Си-таю» («Цзэн си жэнь Ли Си-тай»). Позиция Ли Чжи расходилась с концепцией «совпадающего единства трех учений» (сань цзяо хэ и) его современника Линь Чжао-эня , ибо их полный синтез чреват лишь уменьшением полезности каждого из них в отдельности. Соответственно все они признавались несущими относительную истину, обусловленную историч. обстоятельствами.
В частности, основополагающие для конфуцианства тексты «Пятиканония» и «Четверокнижия» (см. «У цзин» , «Ши сань цзин») он назвал «словесами, расхваленными и превознесенными чиновными историками», к-рые на самом деле суть «изречения наставников, записанные по памяти бестолковыми учениками», а не «совершенные суждения для всей тьмы веков». Поэтому не все сказанное даже самим Конфуцием следует безоговорочно принимать. Тем более могут быть критикуемы Чэн И и Чжу Си, некоторые суждения к-рых он позволял себе называть бессмыслицей. В то же время проклятый офиц. историографией, реализовавший на практике идеи злейших врагов конфуцианства — легистов (фа цзя; см. Легизм), одиозный правитель Цинь Ши-хуан (259-210 до н.э.) был им провозглашен «величайшим императором всех веков».
В итоге начиная с 1590-х гг. Ли Чжи стал подвергаться повсеместным преследованиям. Обстановка вокруг него накалилась до того, что в 1600 в уезде Мачэн толпа под водительством местных неоконф. авторитетов устроила охоту за ним и разгромила его дом. Однако Ли Чжи сумел спастись, перебравшись в соседнюю пров. Хэнань, откуда был приглашен погостить в доме тунчжоуского (в 40 ли от Пекина) цензора Ма Цзин-луня. Но в 1602 надзирающий цензор Чжан Вэнь-ди предъявил ему обвинения в духовном и физич. разврате, впадении в ересь и обмане людей, направив императору доклад с рекомендацией «мятежника против пути-дао (луань дао)» арестовать, а его сочинения уничтожить. Сам Ли Чжи был препровожден в пекинскую тюрьму. Там Ли Чжи воспользовался бритвой брадобрея и перерезал себе горло. На вопрос о причине самоубийства он обронил предсмертную фразу: «Чего еще искать семидесятилетнему старику?» Предвидев свою смерть, он за два месяца сделал соответствующую запись, распорядившись не хоронить себя ни по конф., ни по буд. обряду.
Имп. эдикт о сожжении произведений Ли Чжи также исполнил предсказание, выраженное в названии его главного творения — «Книги для сожжения» («Фэнь шу», Мачэн, 1590). Однако несмотря на запрет, повторенный и след. императором в 1625, сочинения Ли Чжи продолжали публиковаться и циркулировать в об-ве, о чем, в частности, свидетельствовал Гу Янь-у в «Записях ежедневных познаний» («Жи чжи лу»). Они служили источником свободомыслия, оппозиц. настроений и даже революц. активности как в самом Китае, так и в сопредельных странах. В Японии один из провозвестников «революции Мэйдзи» (1868) и последователь Ван Ян-мина Ёсида Сёим в тюрьме читавший и комментировавший «Фэнь шу» и «Сюй цан шу», оставил запись о том, что перед казнью его вдохновляет завершение жизни Ли Чжи. В Китае «Фэнь шу» была переиздана в 1908 в период революц. брожения накануне крушения империи в 1911. Начало совр. изучения творчества Ли Чжи, ознаменовавшееся одновременным опубликованием в 1949 в Шанхае и Токио посвященных ему монографий У Цзэ и Си-мады Кендзи, также совпало с историч. переломом в судьбе Китая.
Идейное наследие Ли Чжи главным образом представлено четырьмя произведениями: «Фэнь шу» 焚書
(«Книга для сожжения»), «Сюй фэнь шу» 續焚書
(«Продолжение Книги для сожжения»; посмертная публикация, Синьань, 1618), «Цан шу» 藏書
(«Книга для сокрытия», Нанкин, 1599; в пер. В.С. Манухина — «Потаенная книга»), «Сюй цан шу» 續藏書
(«Продолжение Книги для сокрытия», посмертная публикация, 1609), к-рые увидели свет в совр. издании в Пекине в 1959 и 1961, а затем были переизданы тем же изд-вом «Чжунхуа шуцзюй» в 1974 и 1975. Первая из этих книг представляет собой собрание писем, эссе, заметок, предисловий, стихов и др. текстов (в т.ч. «Тун синь шо», «Фу фу лунь», «Да и нюй жэнь сюэ дао вэй дуань дянь шу», «Хэ Синь-инь лунь»), написанных Ли Чжи за восемьдесять лет до ее опубликования; вторая состоит из столь же разнообразных сочинений и всех писем, написанных им после 1590; третья включает в себя около 800 биографий историч. деятелей, получивших известность за почти двухтысячелетний период от IV в. до н.э. до 1368, т.е. до свержения правившей в Китае с 1281 монг. династии Юань; четвертая — дополняет это собрание еще примерно 400 биографиями персонажей, действовавших при династии Мин, т.е. после 1368.
Литература:
Кобзев А.И. [Рец. на:] Billeter J.-F. Li Zhi, philosophe maudit (1527-1602). Contribution à une sociologie du mandarinat de la fin des Ming. Genиve, 1979 // НАА. М., 1981; Он же. Философия китайского неоконфуцианства. М., 2002. С. 390-397, указатель; // Китайская философия: Энциклопедический словарь. М., 1994. С. 182; Манухин В.С. Роль стиля в борьбе китайских вольнодумцев позднего средневековья // Жанры и стили литератур Китая и Кореи. М., 1969; Он же. Взгляды Ли Чжи и творчество его современников // Труды межвузовской научной конференции по истории литератур зарубежного Востока. М., 1970; Серова С.А. Китайский театр и традиционное китайское общество (XVI-XVII вв.). М., 1990, указатель; Она же. Тайчжоусцы о категории дэ как силе нравственного самостояния и гармонизации человека (ХVI-ХVII вв.) // От магической силы к моральному императиву: категория дэ в китайской культуре. М., 1998; Жун Чжао-цзу. Ли Чжи нянь пу (Погодичная биография Ли Чжи). Пекин, 1957; У Цзэ. Жу-цзяо пяньту Ли Чжоу (Конфуцианский мятежник Ли Чжоу). Сянган, 1975; Чжу Цянь-чжи. Ли Чжи — шилю шицзи Чжунго фань фэнцзянь сысян ды сяньцюйчжэ (Ли Чжи — предвестник антифеодальной мысли в Китае XVI в.). Ухань, 1957; Billeter J.-F. Li Zhi, philosophe maudit (1527-1602). Genève; P., 1979; Chan Hok-lam. Li Chih, 1527-1602, in Contemporary Chinese Historiography. White Plains (N.Y.), 1980; De Bary W.Tb. Li Chih: A Chinese Individualist // Asia. 1969. Vol. 14; Franke О. Li Tschi und Matteo Ricci // Ab-hundlungen der Prenssischen Akademie der Wissenschaften. Berlin. 1937. № 10; 1938. № 5; Hsiao Kung-chüan. Li Chih: An Iconoclast of the Sixteenth Century // T`ien Hsia Monthly. 1938. Vol. VI. № 4. Р. 317-341.
Ст. опубл.: Духовная культура Китая: энциклопедия: в 5 т. / Гл. ред. М.Л.Титаренко; Ин-т Дальнего Востока. - М.: Вост. лит., 2006. Т. 1. Философия / ред. М.Л.Титаренко, А.И.Кобзев, А.Е.Лукьянов. - 2006. - 727 с. С. 310-315.
Звуком называют механические колебания частиц упругой среды (воздух, вода, металл и т. п.), субъективно воспринимаемые органом слуха. Звуковые ощущения вызываются колебаниями среды, происходящими в диапазоне частот от 16 до 20 000 гц. Звуки с частотами, лежащими ниже этого диапазона, называются инфразвуком, а выше - ультразвуком.
Звуковое давление - переменное давление в среде, обусловленное распространением в ней звуковых волн. Величина звукового давления оценивается силой действия звуковой волны на единицу площади и выражается в ньютонах на квадратный метр (1 н/метр квадартный=10 бар).
Уровень звукового давления - отношение величины звукового давления к нулевому уровню, за который принято звуковое давление н/квадратный метр:
Скорость звука зависит от физических свойств среды, в которой распространяются механические колебания. Так, скорость звука в воздухе равна 344 м/сек при T=20°С, в воде 1 481 м/сек (при T=21,5°С), в дереве 3 320 м/сек и в стали 5 000 м/сек.
Сила звука (или интенсивность) - количество звуковой энергии, проходящей за единицу времени через единицу площади; измеряется в ваттах на квадратный метр (вт/м2).
Следует отметить, что звуковое давление и сила звука связаны между собой квадратичной зависимостью, т. е. при увеличении звукового давления в 2 раза сила звука возрастает в 4 раза.
Уровень силы звука - отношение силы данного звука к нулевому (стандартному) уровню, за который принята сила звука вт/м2, выраженное в децибелах:
Уровни звукового давления и силы звука, выраженные в децибелах, совпадают по величине.
Порог слышимости - наиболее тихий звук, который еще способен слышать человек на частоте 1000 гц, что соответствует звуковому давлению н/м2.
Громкость звука - интенсивность звукового ощущения, вызванная данным звуком у человека с нормальным слухом Громкость зависит от силы звука и его частоты, изменяется пропорционально логарифму силы звука и выражается количеством децибел, на которое данный звук превышает по интенсивности звук, принятый за порог слышимости. Единица измерения громкости - фон.
Порог болевого ощущения - звуковое давление или сила звука, воспринимаемые как болевое ощущение. Порог болевого ощущения мало зависит от частоты и наступает при звуковом давлении порядка 50 н/м2.
Динамический диапазон - диапазон громкостей звука, или разность уровней звукового давления самого громкого и самого тихого звуков, выраженная в децибелах.
Дифракция - отклонение от прямолинейного распространения звуковых волн.
Рефракция - изменение направления распространения звуковых волн, вызванное различиями в скорости на разных участках пути.
Интерференция - сложение волн одинаковой длины, приходящих в данную точку пространства по нескольким различным путям, вследствие чего амплитуда результирующей волны в разных точках оказывается различной, причем максимумы и минимумы этой амплитуды чередуются между собой.
Биения - интерференция двух звуковых колебаний, мало отличающихся по частоте. Амплитуда возникающих при этом колебаний периодически увеличивается или уменьшается во времени с частотой, равной разности интерферирующих колебаний.
Реверберация - остаточное «после-звучание» в закрытых помещениях. Образуется вследствие многократного отражения от поверхностей и одновременного поглощения звуковых волн. Реверберация характеризуется промежутком времени (в секундах), в течение которого сила звука уменьшается на 60 дб.
Тон - синусоидальное звуковое колебание. Высота тона определяется частотой звуковых колебаний и растет с увеличением частоты.
Основной тон - наиболее низкий тон, создаваемый источником звука.
Обертоны - все тоны, кроме основного, создаваемые источником звука. Если частоты обертонов в целое число раз больше частоты основного тона, то их называют гармоническими обертонами (гармониками).
Тембр - «окраска» звука, которая определяется количеством, частотой и интенсивностью обертонов.
Комбинационные тоны - дополнительные тоны, возникающие вследствие нелинейности амплитудной характеристики усилителей и источников звука. Комбинационные тоны появляются при воздействии на систему двух или большего числа колебаний с различными частотами. Частота комбинационных тонов равна сумме и разности частот основных тонов и их гармоник.
Интервал - отношение частот двух сравниваемых звуков. Наименьший различимый интервал между двумя соседними по частоте музыкальными звуками (каждый музыкальный звук имеет строго определенную частоту) называется полутоном, а интервал частот с отношением 2:1 - октавой (музыкальная октава состоит из 12 полутонов); интервал с отношением 10: 1 называют декадой.
Звук и его свойства
Звук, в широком смысле - упругие волны, распространяющиеся в какой-либо упругой среде и создающие в ней механические колебания; в узком смысле - субъективное восприятие этих колебаний специальными органами чувств животных или человека. Как и любая волна, звук характеризуется амплитудой и спектром частот. Обычно человек слышит звуки, передаваемые по воздуху, в диапазоне частот от 16-20 Гц до 15-20 кГц. Звук ниже диапазона слышимости человека называют инфразвуком; выше: до 1 ГГц, - ультразвуком, от 1 ГГц - гиперзвуком. Среди слышимых звуков следует также особо выделить фонетические, речевые звуки и фонемы (из которых состоит устная речь) и музыкальные звуки (из которых состоит музыка).Звуковые волны могут служить примером колебательного процесса. Всякое колебание связано с нарушением равновесного состояния системы и выражается в отклонении её характеристик от равновесных значений с последующим возвращением к исходному значению. Для звуковых колебаний такой характеристикой является давление в точке среды, а её отклонение - звуковым давлением. Если произвести резкое смещение частиц упругой среды в одном месте, например, с помощью поршня, то в этом месте увеличится давление. Благодаря упругим связям частиц давление передаётся на соседние частицы, которые, в свою очередь, воздействуют на следующие, и область повышенного давления как бы перемещается в упругой среде. За областью повышенного давления следует область пониженного давления, и, таким образом, образуется ряд чередующихся областей сжатия и разрежения, распространяющихся в среде в виде волны. Каждая частица упругой среды в этом случае будет совершать колебательные движения. В жидких и газообразных средах, где отсутствуют значительные колебания плотности, акустические волны имеют продольный характер, то есть направление колебания частиц совпадает с направлением перемещения волны. В твёрдых телах, помимо продольных деформаций, возникают также упругие деформации сдвига, обусловливающие возбуждение поперечных (сдвиговых) волн; в этом случае частицы совершают колебания перпендикулярно направлению распространения волны. Скорость распространения продольных волн значительно больше скорости распространения сдвиговых волн.
Звуковое поле
Звуковое поле, область пространства, в которой распространяются звуковые волны, т. е. происходят акустические колебания частиц упругой среды (твёрдой, жидкой или газообразной), заполняющей эту область. З. п. определено полностью, если для каждой его точки известно изменение во времени и в пространстве какой-либо из величин, характеризующих звуковую волну: смещения колеблющейся частицы из положения равновесия, колебательной скорости частицы, звукового давления в среде; в отдельных случаях представляют интерес изменения плотности или температуры среды при наличии З. п. Понятие З. п. применяется обычно для областей, размеры которых порядка или больше длины звуковой волны. С энергетической стороны З. п. характеризуется плотностью звуковой энергии (энергией колебательного процесса, приходящейся на единицу объёма); в тех случаях, когда в З. п. происходит перенос энергии, он характеризуется интенсивностью звука, т. е. средней по времени энергией, переносимой в единицу времени через единицу поверхности, перпендикулярной к направлению распространения волны.
Длина волны
Длина́ волны́ - расстояние между двумя ближайшими друг к другу точками, колеблющимися в одинаковых фазах. По аналогии с возникающими волнами в воде от брошенного в неё камня - расстояние между двумя соседними гребнями волны. Одна из основных характеристик колебаний. Измеряется в единицах расстояния (метры, сантиметры и т. п.).Мы просто делим путь, пройденный светом за секунду, на число колебаний за то же время и получаем длину одного колебания. Длина волны - очень важный параметр, поскольку она определяет пограничный масштаб: на расстояниях заметно больше длины волны излучение подчиняется законам геометрической оптики, его можно описывать как распространение лучей. На меньших расстояниях совершенно необходимо учитывать волновую природу света, его способность обтекать препятствия, невозможность точно локализовать положение луча и т. п.
Период
Важнейшей характеристикой механических, электрических, электромагнитных и всех других видов колебаний является период-время, в течение которого совершается одно полное колебание. Если, например, маятник часов-ходиков делает за 1 с два полных колебания, период каждого колебания равен 0,5 с. Период колебаний больших качелей - около 2 с, а период колебаний струны может быть от десятых до десятитысячных долей секунды. По частоте колебаний звучащего тела можно судить о тоне, или высоте звука. Чем больше частота, тем выше тон звука, и, наоборот, чем меньше частота, тем ниже тон звука. Наше ухо способно реагировать на сравнительно небольшую полосу (участок) частот звуковых колебаний - примерно от 20 Гц до 20 кГц. Эта полоса вмещает всю обширнейшую гамму звуков, создаваемых голосом человека и симфоническим оркестром: от очень низких тонов, похожих на звук жужжания жука, до еле уловимого высокого писка комара. Колебания частотой до 20 Гц, называемые инфразвуковыми, и свыше 20 кГц, называемые ультразвуковыми, мы не слышим. А если б наше ухо оказалось способным реагировать и на ультразвуковые колебания, мы, возможно, могли бы слышать колебания пестиков цветов, крылышек бабочек. Не путай высоту, т. е. тон звука, с силой его. Высота звука зависит не от амплитуды, а от частоты колебаний
Спектр звука
Спектр звука, совокупность простых гармонических волн, на которые можно разложить звуковую волну. С. з. выражает его частотный (спектральный) состав и получается в результате анализа звука. С. з. представляют обычно на координатной плоскости, где по оси абсцисс отложена частота f, а по оси ординат - амплитуда А или интенсивность гармонической составляющей звука с данной частотой. Чистые тона, звуки с периодической формой волны, а также полученные при сложении нескольких периодических волн, обладают линейчатыми спектрами (рис. 1); такие спектры, определяющие их тембр, имеют, например, музыкальные звуки. Акустические шумы, одиночные импульсы, затухающие звуки имеют сплошной спектр (рис. 2). Комбинированные спектры характерны для шумов некоторых механизмов, где, например, вращение двигателя даёт наложенные на сплошной спектр отдельные частотные составляющие, а также для звуков клавишных музыкальных инструментов (рис. 3), имеющих (особенно в верхнем регистре) шумовую окраску, обусловленную ударами молоточков.
Тембр
Тембр звука - окраска звука; качественная оценка звука, издаваемого музыкальным инструментом, звуковоспроизводящим устройством или голосовым аппаратом людей и животных. Тембр звука: - характеризует оттенок звучания; - определяется источником звука; и - зависит от состава обертонов, сопутствующих основному тону, и их интенсивности. По тембрам отличают звуки одинаковой высоты и громкости, но исполненные или на разных инструментах, разными голосами, или на одном инструменте разными способами, штрихами. Тембр определяется материалом, формой вибратора, условиями его колебаний, резонатором, акустикой помещения. В характеристике тембра большое значение имеют обертоны и их соотношение по высоте и громкости, шумовые призвуки, атака (начальный момент звука), форманты, вибрато и другие факторы. При восприятии тембров обычно возникают различные ассоциации: тембровое качество звука сравнивают со органолептическими ощущениями от тех или иных предметов и явлений, например, звуки называют яркими, блестящими, матовыми, тёплыми, холодными, глубокими, полными, резкими, насыщенными, сочными, металлическими, стеклянными; применяются и собственно слуховые определения (например, звонкие, глухие, шумные). Научно-обоснованная типология тембра ещё не сложилась. Установлено, что тембровый слух имеет зонную природу. Тембр используется как важное средство музыкальной выразительности: при помощи тембра можно выделить тот или иной компонент музыкального целого, усилить или ослабить контрасты; изменение тембров - один из элементов музыкальной драматургии. В музыке XX века возникла тенденция средствами гармонии и фактуры усиливать, подчёркивать тембровую сторону звучания (параллелизмы, кластеры). Особыми направлениями в использовании тембра являются сонорика и спектральная музыка.
Гармоника
Вселенная состоит из звуков, а каждый звук - из множества гармоник, или обертонов. Обертоны присущи каждому звуку независимо от его происхождения. Звучание скрипичной или фортепианной струны человеческое ухо воспринимает как один тон. Но в действительности почти все звуки, производимые музыкальными инструментами, человеческим голосом или иными источниками, - не чистые тоны, а комплексы призвуков, называемых также «частичными тонами». Самый низкий из этих частичных тонов именуют «основным». Все же остальные призвуки, обладающие большей частотой колебаний, чем основной тон, принято называть «обертонами». Прежде чем переходить к подробному изучению составных частей звука - гармоник, давайте внимательнее рассмотрим звук как таковой. Звук представляет собой колебательную энергию, принимающую форму волн. Единица измерения этих волн носит название «герц» (Гц). В герцах измеряют число колебаний, совершаемых объектом за одну секунду. Это количество именуется «частотой». Ухо же воспринимает частоту в качестве «высоты тона».
Форманта - акустическая характеристика звука речи (главным образом гласного), связанная с уровнем частоты голосового тона и образующая тембр звука
Тон в лингвистике - использование высоты звука для смыслоразличения в рамках слов/морфем. Тон следует отличать от интонации, то есть изменения высоты тона на протяжении сравнительно большого речевого отрезка (высказывания или предложения). Различные тоновые единицы, имеющие смыслоразличительную функцию, могут называться тонемами (по аналогии с фонемой). Тон, как и интонация, фонация и ударение, относится к супрасегментным, или просодическим, признакам. Носителями тона чаще всего являются гласные, но встречаются языки, где в этой роли могут выступать и согласные, чаще всего сонанты. Тоновым, или тональным, называется язык, в котором каждый слог произносится с определённым тоном. Разновидностью тоновых языков являются также языки с музыкальным ударением, в которых один или несколько слогов в слове являются выделенными, и разные типы выделения противопоставляются тоновыми признакам. Звуковые волны, как и другие волны, характеризуются такими объективными величинами, как частота, амплитуда, фаза колебаний, скорость распространения, интенсивность звука и другими. Но. кроме этого, они описываются тремя субъективными характеристиками. Это - громкость звука, высота тона и тембр. Чувствительность человеческого уха различна для разных частот. Для того чтобы вызвать звуковое ощущение, волна должна обладать некоторой минимальной интенсивностью, но если эта интенсивность превышает определенный предел, то звук не слышен и вызывает только болевое ощущение. Таким образом, для каждой частоты колебаний существует наименьшая (порог слышимости) и наибольшая (порог болевого ощущения) интенсивность звука, которая способна вызвать звуковое ощущение. На рисунке 15.10 представлена зависимость порогов слышимости и болевого ощущения от частоты звука. Область, расположенная между этими двумя кривыми, является областью слышимости. Наибольшее расстояние между кривыми приходится на частоты, к которым ухо наиболее чувствительно (1000-5000 Гц).
Частота
Звук начинается с частоты 16 Гц. Увеличив частоту в 2 раза, получаем 32 Гц, - это субконтроктава / отношение частот 1: 2 / . 32 – 64 Гц – контроктава, 64 – 128 Гц – большая октава, 128 – 256 Гц – малая октава, еще удвоим – первая и так до шестой. До такого деления додумались давно. Но как разделить частоты на отдельные тоны внутри октавы? Пифагор, исследуя звуки с помощью прибора монохорда («монос» по-гречески – «один», «хорда» - «струна») предложил деление частотного ряда по квинтам. Но при таком делении расстояние между различными интервалами было разным. Ну и что из того? А дело в том, что если инструмент настроить по такой гамме, то на нем можно будет исполнять любое произведение только в одной тональности, понизить или повысить музыку нельзя, звучать будет очень фальшиво. Для решения этой проблемы нужны были расчеты. Физики и математики активно работали в области музыки. Так, Эйлер и Кеплер долго размышляли над проблемой темперированного звукоряда в поисках наиболее гармоничного соотношения частот. Темперация в переводе с латинского означает – правильное соотношение. Решение было найдено в середине 17 века. Малоизвестный органист Веркмейстер предложил замечательно простой выход: немножечко укоротить все квинты, так чтобы 12 квинт «влезало» точно в 7 октав. И, как по мановению волшебной палочки, все расстояния между соседними звуками (полутонами, которых в октаве стало точно 12) стали одинаковыми. Частота каждого последующего полутона больше предыдущего в корень двенадцатой степени из двух, т.е. приблизительно в 1,06 раз. Такой строй получил название равномерно или хорошо темперированного. Равномерно темперированный строй имеет подавляющее большинство современных музыкальных инструментов. Стоит в оркестре настроить инструменты по одному общему тону(ля первой октавы – 440 Гц), и многие инструменты будут играть согласованно, не допуская фальши. Великий немецкий композитор Иоганн Себастьян Бах горячо пропагандировал равномерную темперацию, написав с той целью свой знаменитый сборник прелюдий и фуг, который назвал: «Хорошо темперированный клавир». Стандартизация музыки путем внедрения равномерно темперированного строя, конечно, как и всякая стандартизация, явилась огромным достижением. Но означает ли это, что темперированному строю, так удачно найденному три века назад, уготовлено вечное существование? Конечно, нет. Восприятие музыки постепенно меняется, музыка развивается. В последние годы в этот процесс активно включилась музыкальная акустика, которая не только, говоря словами пушкинского Сальери, «проверяет алгеброй гармонию», но использует для этой цели сложнейшие физические приборы, и кибернетические машины, с помощью которых пытается моделировать таинственный еще во многом процесс восприятия музыки.
Сила звука, его интенсивность
Сила звука (относительная) - устаревший термин, описывающий величину, подобную интенсивности звука, но не идентичную ей. Примерно такую же ситуацию мы наблюдаем для силы света (единица - кандела) - величины, подобной силе излучения (единица - ватт на стерадиан). Сила звука измеряется по относительной шкале от порогового значения, которому соответствует интенсивность звука 1 пВт/м2 при частоте синусоидального сигнала 1 кГц и звуковом давлении 20 мкПа. Сравните это определение с определением единицы силы света: «кандела равна силе света, испускаемого в заданном направлении монохроматическим источником, при частоте излучения 540 ТГц и силе излучения в этом направлении 1/683 Вт/ср». В настоящее время термин «сила звука» вытеснен термином «уровень громкости звука».
Порог слышимости
Порог слышимости - минимальная величина звукового давления, при которой звук данной частоты может быть ещё воспринят ухом человека. Величину порога слышимости принято выражать в децибелах, принимая за нулевой уровень звукового давления 2×10−5Н/м2 или 20×10−6Н/м2 при частоте 1 кГц (для плоской звуковой волны). Порог слышимости зависит от частоты звука. При действии шумов и других звуковых раздражителей порог слышимости для данного звука повышается (см. Маскировка звука), причём повышенное значение порога слышимости сохраняется некоторое время после прекращения действия мешающего фактора, а затем постепенно возвращается к исходному уровню. У разных людей и у одних и тех же лиц в разное время порог слышимости может различаться. Он зависит от возраста, физиологического состояния, тренированности. Измерения порога слышимости обычно производят методами аудиометрии.
А это так на всякий случай- состроить умный вид:)))))
Слуховой порог - 10дБ
Шепот на расстоянии 1м - 20дБ
Шум в квартире - 40дБ
Шепот на расстоянии 10 см - 50дБ
Тихий разговор на расстоянии 1м - 50дБ
Аплодисменты - 60дБ
Игра на акустической гитаре пальцами; звук на расстоянии 40 см - 70дБ
Тихая игра на фортепиано - 70дБ
Игра на акустической гитаре медиатором; звук на расстоянии 40 см - 80дБ
Шум в метро во время движения - 90дБ
Реактивный самолет на расстоянии 5 м - 120дБ
Барабанный бой на расстоянии 3 см - 140дБ
Болевой порог
Болевой порог- слуховой, величина звукового давления, при к-ром в ухе возникает ощущение боли. Болевым ощущением часто определяют верх. границу динамич. диапазона слышимости человека. П. б. о. для синусоидальных сигналов равен в среднем 140 дБ по отношению к давлению 2 10-5 Па, а для шумов со сплошным спектром - 120 дБ. Между порогами слышимости и болевого ощущения находится область слышимости, определяющая диапазон частот и эффективное давление звуков, воспринимаемых ухом. Наибольший по эффективному давлению диапазон слышимости соответствует частоте около 1 кГц. Поэтому звук частотой 1 кГц выбран в качестве эталона для сравнения с ним звуков других частот. Порог слышимости звука с частотой 1 кГц, равный 2-10-5 Па, называют стандартным порогом слышимости.
Громкость
Гро́мкость зву́ка - субъективное восприятие силы звука (абсолютная величина слухового ощущения). Громкость главным образом зависит от звукового давления, амплитуды и частоты звуковых колебаний. Также на громкость звука влияют его спектральный состав, локализация в пространстве, тембр, длительность воздействия звуковых колебаний и другие факторы. Единицей абсолютной шкалы громкости является сон. Громкость в 1 сон - это громкость непрерывного чистого синусоидального тона частотой 1 кГц, создающего звуковое давление 2 мПа. Уровень громкости звука - относительная величина. Она выражается в фонах и численно равна уровню звукового давления (в децибелах - дБ), создаваемого синусоидальным тоном частотой 1 кГц такой же громкости, как и измеряемый звук (равногромким данному звуку).
1. Звук, виды звука.
2. Физические характеристики звука.
3. Характеристики слухового ощущения. Звуковые измерения.
4. Прохождение звука через границу раздела сред.
5. Звуковые методы исследования.
6. Факторы, определяющие профилактику шума. Защита от шума.
7. Основные понятия и формулы. Таблицы.
8. Задачи.
Акустика. В широком смысле - раздел физики, изучающий упругие волны от самых низких частот до самых высоких. В узком смысле - учение о звуке.
3.1. Звук, виды звука
Звук в широком смысле - упругие колебания и волны, распространяющиеся в газообразных, жидких и твердых веществах; в узком смысле - явление, субъективно воспринимаемое органами слуха человека и животных.
В норме ухо человека слышит звук в диапазоне частот от 16 Гц до 20 кГц. Однако с возрастом верхняя граница этого диапазона уменьшается:
Звук с частотой ниже 16-20 Гц называется инфразвуком, выше 20 кГц -ультразвуком, а самые высокочастотные упругие волны в диапазоне от 10 9 до 10 12 Гц - гиперзвуком.
Звуки, встречающиеся в природе, разделяют на несколько видов.
Тон - это звук, представляющий собой периодический процесс. Основной характеристикой тона является частота. Простой тон создается телом, колеблющимся по гармоническому закону (например, камертоном). Сложный тон создается периодическими колебаниями, которые не являются гармоническими (например, звук музыкального инструмента, звук, создаваемый речевым аппаратом человека).
Шум - это звук, имеющий сложную неповторяющуюся временную зависимость и представляющий собой сочетание беспорядочно изменяющихся сложных тонов (шелест листьев).
Звуковой удар - это кратковременное звуковое воздействие (хлопок, взрыв, удар, гром).
Сложный тон, как периодический процесс, можно представить в виде суммы простых тонов (разложить на составляющие тоны). Такое разложение называется спектром.
Акустический спектр тона - это совокупность всех его частот с указанием их относительных интенсивностей или амплитуд.
Наименьшая частота в спектре (ν) соответствует основному тону, а остальные частоты называют обертонами или гармониками. Обертоны имеют частоты, кратные основной частоте: 2ν, 3ν, 4ν, ...
Обычно наибольшая амплитуда спектра соответствует основному тону. Именно он воспринимается ухом как высота звука (см. ниже). Обертоны создают «окраску» звука. Звуки одной и той же высоты, созданные разными инструментами, воспринимаются ухом по-разному именно из-за различного соотношения между амплитудами обертонов. На рисунке 3.1 показаны спектры одной и той же ноты (ν = 100 Гц), взятой на рояле и кларнете.
Рис. 3.1.
Спектры ноты рояля (а) и кларнета (б)
Акустический спектр шума является сплошным.
3.2. Физические характеристики звука
1. Скорость (v). Звук распространяется в любой среде, кроме вакуума. Скорость его распространения зависит от упругости, плотности и температуры среды, но не зависит от частоты колебаний. Скорость звука в газе зависит от его молярной массы (М) и абсолютной температуры (Т):
Скорость звука в воде равна 1500 м/с; близкое значение имеет скорость звука и в мягких тканях организма.
2. Звуковое давление. Распространение звука сопровождается изменением давления в среде (рис. 3.2).
Рис. 3.2.
Изменение давления в среде при распространении звука.
Именно изменения давления вызывают колебания барабанной перепонки, которые и определяют начало такого сложного процесса, как возникновение слуховых ощущений.
Звуковое давление (Δ Ρ) - это амплитуда тех изменений давления в среде, которые возникают при прохождении звуковой волны.
3. Интенсивность звука (I). Распространение звуковой волны сопровождается переносом энергии.
Интенсивность звука - это плотность потока энергии, переносимой звуковой волной (см. формулу 2.5).
В однородной среде интенсивность звука, испущенного в данном направлении, убывает по мере удаления от источника звука. При использовании волноводов можно добиться и увеличения интенсивности. Типичным примером такого волновода в живой природе является ушная раковина.
Связь между интенсивностью (I) и звуковым давлением (ΔΡ) выражается следующей формулой:
где ρ - плотность среды; v - скорость звука в ней.
Минимальные значения звукового давления и интенсивности звука, при которых у человека возникают слуховые ощущения, называются порогом слышимости.
Для уха среднего человека на частоте 1 кГц порогу слышимости соответствуют следующие значения звукового давления (ΔΡ 0) и интенсивности звука (I 0):
ΔΡ 0 = 3х10 -5 Па (≈ 2х10 -7 мм рт.ст.); I 0 = 10 -12 Вт/м 2 .
Значения звукового давления и интенсивности звука, при которых у человека возникают выраженные болевые ощущения, называются порогом болевого ощущения.
Для уха среднего человека на частоте 1 кГц порогу болевого ощущения соответствуют следующие значения звукового давления (ΔΡ m) и интенсивности звука (I m):
4. Уровень интенсивности (L). Отношение интенсивностей, соответствующих порогам слышимости и болевого ощущения, столь велико (I m /I 0 = 10 13), что на практике используют логарифмическую шкалу, вводя специальную безразмерную характеристику - уровень интенсивности.
Уровнем интенсивности называют десятичный логарифм отношения интенсивности звука к порогу слышимости:
Единицей измерения уровня интенсивности является бел (Б).
Обычно используют более мелкую единицу уровня интенсивности - децибел (дБ): 1 дБ = 0,1 Б. Уровень интенсивности в децибелах вычисляется по следующим формулам:
Логарифмический характер зависимости уровня интенсивности от самой интенсивности означает, что при увеличении интенсивности в 10 раз уровень интенсивности возрастает на 10 дБ.
Характеристики часто встречающихся звуков приведены в табл. 3.1.
Если человек слышит звуки, приходящие с одного направления от нескольких некогерентных источников, то их интенсивности складываются:
Высокий
уровень интенсивности звука приводит к необратимым изменениям в
слуховом аппарате. Так, звук в 160 дБ может вызвать разрыв барабанной
перепонки и смещение слуховых косточек в среднем ухе, что приводит к
необратимой глухоте. При 140 дБ человек ощущает сильную боль, а
продолжительное действие шума в 90-120 дБ приводит к поражению слухового
нерва.
3.3. Характеристики слухового ощущения. Звуковые измерения
Звук является объектом слухового ощущения. Он оценивается человеком субъективно. Все субъективные характеристики слухового ощущения связаны с объективными характеристиками звуковой волны.
Высота, тембр
Воспринимая звуки, человек различает их по высоте и тембру.
Высота тона обусловлена прежде всего частотой основного тона (чем больше частота, тем более высоким воспринимается звук). В меньшей степени высота зависит от интенсивности звука (звук большей интенсивности воспринимается более низким).
Тембр - это характеристика звукового ощущения, которая определяется его гармоническим спектром. Тембр звука зависит от числа обертонов и от их относительных интенсивностей.
Закон Вебера-Фехнера. Громкость звука
Использование логарифмической шкалы для оценки уровня интенсивности звука хорошо согласуется с психофизическим законом Вебера-Фехнера:
Если увеличивать раздражение в геометрической прогрессии (т.е. в одинаковое число раз), то ощущение этого раздражения возрастает в арифметической прогрессии (т.е. на одинаковую величину).
Именно логарифмическая функция обладает такими свойствами.
Громкостью звука называют интенсивность (силу) слуховых ощущений.
Ухо человека имеет различную чувствительность к звукам различных частот. Для учета этого обстоятельства можно выбрать некоторую опорную частоту, а восприятие остальных частот сравнивать с нею. По договоренности опорную частоту приняли равной 1 кГц (по этой причине и порог слышимости I 0 установлен для этой частоты).
Для чистого тона с частотой 1 кГц громкость (Е) принимают равной уровню интенсивности в децибелах:
Для остальных частот громкость определяют путем сравнения интенсивности слуховых ощущений с громкостью звука на опорной частоте.
Громкость звука равна уровню интенсивности звука (дБ) на частоте 1 кГц, вызывающего у «среднего» человека такое же ощущение громкости, что и данный звук.
Единицу громкости звука называют фоном.
Ниже приводится пример зависимости уровня громкости от частоты при уровне интенсивности 60 дБ.
Кривые равной громкости
Детальную связь между частотой, громкостью и уровнем интенсивности изображают графически с помощью кривых равной громкости (рис. 3.3). Эти кривые демонстрируют зависимость уровня интенсивности L дБ от частоты ν звука при заданной громкости звука.
Нижняя кривая соответствует порогу слышимости. Она позволяет найти пороговое значение уровня интенсивности (Е = 0) при заданной частоте тона.
С помощью кривых равной громкости можно найти громкость звука, если известны его частота и уровень интенсивности.
Звуковые измерения
Кривые равной громкости отражают восприятие звука средним человеком. Для оценки слуха конкретного человека применяется метод тональной пороговой аудиометрии.
Аудиометрия - метод измерения остроты слуха. На специальном приборе (аудиометре) определяется порог слухового ощущения, или порог восприятия, L П на разных частотах. Для этого с помощью звукового генератора создают звук заданной частоты и, увеличивая уро-
Рис. 3.3.
Кривые равной громкости
вень интенсивности L, фиксируют пороговый уровень интенсивность L п, при котором у испытуемого появляются слуховые ощущения. Меняя частоту звука, получают экспериментальную зависимость L п (v), которую называют аудиограммой (рис. 3.4).
Рис. 3.4.
Аудиограммы
Нарушение функции звуковоспринимающего аппарата может привести к тугоухости - стойкому снижению чувствительности к различным тонам и шепотной речи.
Международная классификация степеней тугоухости, основанная на усредненных значениях порогов восприятия на речевых частотах, приведена в табл. 3.2.
Для измерения громкости сложного тона или шума используют специальные приборы - шумомеры. Звук, принимаемый микрофоном, преобразуется в электрический сигнал, который пропускается через систему фильтров. Параметры фильтров подобраны так, что чувствительность шумомера на различных частотах близка к чувствительности человеческого уха.
3.4. Прохождение звука через границу раздела сред
При падении звуковой волны на границу раздела между двумя средами звук частично отражается, а частично проникает во вторую среду. Интенсивности отраженной и прошедшей через границу волн определяются соответствующими коэффициентами.
При нормальном падении звуковой волны на границу раздела сред справедливы следующие формулы:
Из
формулы (3.9) видно, что чем сильнее различаются волновые сопротивления
сред, тем большая доля энергии отражается на границе раздела. В
частности, если величина х
близка к нулю, то коэффициент отражения близок к единице. Например, для границы воздух-вода х
= 3х10 -4 , а r = 99,88 %. То есть отражение является практически полным.
В таблице 3.3 приведены скорости и волновые сопротивления некоторых сред при 20 °С.
Отметим, что значения коэффициентов отражения и преломления не зависят от того порядка, в котором звук проходит данные среды. Например, для перехода звука из воздуха в воду значения коэффициентов такие же, как для перехода в обратном направлении.
3.5. Звуковые методы исследования
Звук может быть источником информации о состоянии органов человека.
1. Аускультация - непосредственное выслушивание звуков, возникающих внутри организма. По характеру таких звуков можно определить, какие именно процессы протекают в данной области тела, и в некоторых случаях установить диагноз. Приборы, применяемые для выслушивания: стетоскоп, фонендоскоп.
Фонендоскоп состоит из полой капсулы с передающей мембраной, которая прикладывается к телу, от нее идут резиновые трубки к уху врача. В полой капсуле возникает резонанс столба воздуха, вызывающий усиление звучания и, следовательно, улучшение выслушивания. Выслушиваются дыхательные шумы, хрипы, тоны сердца, шумы в сердце.
В клинике используются установки, в которых выслушивание осуществляется при помощи микрофона и динамика. Широко
применяется запись звуков с помощью магнитофона на магнитную ленту, что дает возможность их воспроизведения.
2. Фонокардиография - графическая регистрация тонов и шумов сердца и их диагностическая интерпретация. Запись осуществляется с помощью фонокардиографа, который состоит из микрофона, усилителя, частотных фильтров, регистрирующего устройства.
3. Перкуссия - исследование внутренних органов посредством постукивания по поверхности тела и анализа возникающих при этом звуков. Постукивание осуществляется либо с помощью специальных молоточков, либо при помощи пальцев.
Если в замкнутой полости вызвать звуковые колебания, то при определенной частоте звука воздух в полости начнет резонировать, усиливая тот тон, который соответствует размеру полости и ее положению. Схематично тело человека можно представить суммой разных объемов: газонаполненных (легкие), жидких (внутренние органы), твердых (кости). При ударе по поверхности тела возникают колебания с разными частотами. Часть из них погаснет. Другие совпадут с собственными частотами пустот, следовательно, усилятся и из-за резонанса будут слышны. По тону перкуторных звуков определяют состояние и топографию органа.
3.6. Факторы, определяющие профилактику шума.
Защита от шума
Для профилактики шума необходимо знать основные факторы, определяющие его воздействие на организм человека: близость источника шума, интенсивность шума, длительность воздействия, ограниченность пространства, в котором действует шум.
Длительное воздействие шума вызывает сложный симптоматический комплекс функциональных и органических изменений в организме (и не только органа слуха).
Воздействие длительного шума на ЦНС проявляется в замедлении всех нервных реакций, сокращении времени активного внимания, снижении работоспособности.
После длительного действия шума изменяется ритм дыхания, ритм сердечных сокращений, возникает усиление тонуса сосудистой системы, что приводит к повышению систолического и диастоли-
ческого уровня кровяного давления. Изменяется двигательная и секреторная деятельность желудочно-кишечного тракта, наблюдается гиперсекреция отдельных желез внутренней секреции. Имеет место повышение потливости. Отмечается подавление психических функций, особенно памяти.
Специфическое действие оказывает шум на функции органа слуха. Ухо, как и все органы чувств, способно адаптироваться к шуму. При этом под действием шума порог слышимости повышается на 10-15 дБ. После прекращения шумового воздействия нормальное значение порога слышимости восстанавливается только через 3-5 минут. При высоком уровне интенсивности шума (80-90 дБ) его утомляющее действие резко усиливается. Одной из форм расстройства функции органа слуха, связанной с длительным воздействием шума, является тугоухость (табл. 3.2).
Сильное воздействие как на физическое, так и на психологическое состояние человека оказывает рок-музыка. Современная рок-музыка создает шум в диапазонах от 10 Гц до 80 кГц. Экспериментально установлено, что если основной ритм, задаваемый ударными инструментами, имеет частоту 1,5 Гц и имеет мощное музыкальное сопровождение на частотах 15-30 Гц, то у человека наступает сильное возбуждение. При ритме с частотой 2 Гц при таком же сопровождении человек впадает в состояние, близкое наркотическому опьянению. На рок-концертах интенсивность звука может превышать 120 дБ, хотя человеческое ухо настроено наиболее благоприятно на среднюю интенсивность 55 дБ. При этом могут возникать контузии звуком, звуковые «ожоги», потеря слуха и памяти.
Шум оказывает вредное воздействие и на орган зрения. Так, длительное воздействие производственного шума на человека, находящегося в затемненном помещении, приводит к заметному снижению активности сетчатки глаза, от которой зависит работа глазного нерва, а следовательно, и острота зрения.
Защита от шума достаточно сложна. Это связано с тем, что вследствие сравнительно большой длины волны звук огибает препятствия (дифракция) и звуковая тень не образуется (рис. 3.5).
Кроме того, многие материалы, применяемые в строительстве и технике, имеют недостаточно высокий коэффициент поглощения звука.
Рис. 3.5.
Дифракция звуковых волн
Эти особенности требуют специальных средств борьбы с шумами, к которым относятся подавление шумов, возникающих в самом источнике, использование глушителей, применение упругих подвесов, звукоизолирующих материалов, устранение щелей и т.п.
Для борьбы с шумами, проникающими в жилые помещения, большое значение имеют правильное планирование расположения зданий, учет розы ветров, создание защитных зон, в том числе и растительных. Растения - хороший гаситель шума. Деревья и кустарники могут снижать уровень интенсивности на 5-20 дБ. Эффективны зеленые полосы между тротуаром и мостовой. Лучше всего шум гасят липы и ели. Дома, находящиеся позади высокого хвойного заслона, могут быть избавлены от шумов улицы почти полностью.
Борьба с шумом не предполагает создания абсолютной тишины, так как при длительном отсутствии слуховых ощущений у человека могут возникнуть расстройства психики. Абсолютная тишина и длительный повышенный шум одинаково противоестественны для человека.
3.7. Основные понятия и формулы. Таблицы
Продолжение таблицы
Окончание таблицы
Таблица 3.1.
Характеристики встречающихся звуков
Таблица 3.2.
Международная классификация тугоухости
Таблица 3.3.
Скорость звука и удельное акустическое сопротивление для некоторых веществ и тканей человека при t = 25 °С
3.8. Задачи
1. Звук, которому на улице соответствует уровень интенсивности L 1 = 50 дБ, слышен в комнате так, как звук с уровнем интенсивности L 2 = 30 дБ. Найти отношение интенсивностей звука на улице и в комнате.
2. Уровень громкости звука частотой 5000 Гц равен Е = 50 фон. Найти интенсивность этого звука, воспользовавшись кривыми равной громкости.
Решение
Из рисунка 3.2 находим, что на частоте 5000 Гц громкости Е =50 фон соответствует уровень интенсивности L = 47 дБ = 4,7 Б. Из формулы 3.4 находим: I = 10 4,7 I 0 = 510 -8 Вт/м 2 .
Ответ: I = 5?10 -8 Вт/м 2 .
3. Вентилятор создает звук, уровень интенсивности которого L = 60 дБ. Найти уровень интенсивности звука при работе двух рядом стоящих вентиляторов.
Решение
L 2 = lg(2x10 L) = lg2 + L = 0,3 + 6Б = 63 дБ (см. 3.6). Ответ: L 2 = 63 дБ.
4. Уровень громкости звука реактивного самолета на расстоянии 30 м от него равен 140 дБ. Каков уровень громкости на расстоянии 300 м? Отражением от земли пренебречь.
Решение
Интенсивность убывает пропорционально квадрату расстояния - уменьшается в 10 2 раз. L 1 - L 2 = 10xlg(I 1 /I 2) = 10x2 = 20 дБ. Ответ: L 2 = 120 дБ.
5. Отношение интенсивностей двух источников звука равно: I 2 /I 1 = 2. Чему равна разность уровней интенсивностей этих звуков?
Решение
ΔL = 10xlg(I 2 /I 0) - 10xlg(I 1 /I 0) = 10xlg(I 2 /I 1) = 10xlg2 = 3 дБ. Ответ: 3 дБ.
6. Каков уровень интенсивности звука с частотой 100 Гц, который имеет ту же громкость, что и звук с частотой 3 кГц и интенсивностью
Решение
Используя кривые равной громкости (рис. 3.3), найдем, что 25 дБ на частоте 3 кГц соответствуют громкости 30 фон. На частоте 100 Гц этой громкости соответствует уровень интенсивности 65 дБ.
Ответ: 65 дБ.
7. Амплитуда звуковой волны увеличилась в три раза. а) во сколько раз возросла ее интенсивность? б) на сколько децибел увеличился уровень громкости?
Решение
Интенсивность пропорциональна квадрату амплитуды (см. 3.6):
8. В лабораторном помещении, находящемся в цехе, уровень интенсивности шума достигал 80 дБ. С целью уменьшения шума было решено обить стены лаборатории звукопоглощающим материалом, уменьшающим интенсивность звука в 1500 раз. Какой уровень интенсивности шума станет после этого в лаборатории?
Решение
Уровень интенсивности звука в децибелах: L = 10x lg(I/I 0). При изменении интенсивности звука изменение уровня интенсивности звука будет равно:
9.
Импедансы двух сред различаются в 2 раза: R 2 = 2R 1 . Какая часть энергии отражается от границы раздела и какая часть энергии переходит во вторую среду?
Решение
Используя формулы (3.8 и 3.9) найдем:
Ответ: 1/9
часть энергии отражается, а 8/9 переходит во вторую среду.
По определению, звуком называются упругие колебания, воспринимаемые ухом . Отсюда ясно, что и принципиально, и практически никакие измерения звука невозможны без учёта особенностей органа слуха. Самый простой пример: колебания с частотой 30 кГц могут быть очень громкими для летучей мыши, в то время как для человека их громкость равна нулю. Поэтому, говоря о параметрах звука, приходится различать два ряда величин:
А. Физические характеристики звука, не зависящие от органа слуха
Б. Психофизические (субъективные) характеристики, учитывающие свойства органа слуха.
Набор этих величин и связь между ними удобно представить в виде такой таблицы:
Физические характеристики Психофизические характеристики 1. Частота колебаний [Гц] 1. Высота тона
2. Гармонический спектр 2. Тембр звука
3. Интенсивность звука I [Вт.м -2 ] 3. Громкость звука [сон]
Уровень интенсивности L [дБ] Уровень громкости [фон]
Первые две позиции не нуждаются в особых пояснениях. Надо только заметить, что высота тона связана с частотой тоже логарифмическим соотношением; по-другому можно выразиться так: при росте частоты в геометрической прогрессии высота тона увеличивается в арифметической прогрессии.
Для сложных звуков высота звука определяется, в основном, частотой первой гармоники. В этом случае субъективное ощущение высоты звука может зависеть и от соотношения интенсивностей разных гармоник
По спектру все звуки разделяются на тоны и шумы. Тонами называют звуки, имеющие линейчатый спектр, то есть достаточно строго периодические. Звуки со сплошным спектром, не имеющие определённого периода, называют шумами . К тонам, в частности, относятся гласные звуки речи и звуки музыкальных инструментов; к шумам – согласные и звуки ударных инструментов.
Интенсивности звука в субъективном восприятии соответствует громкость . Однако, непосредственно установить соотношение между интенсивностью и громкостью не удаётся; приходится вводить вспомогательные величины – уровень интенсивности и уровень громкости , как показано в таблице.
Понятие уровня интенсивности учитывает сформулированный выше закон Вебера-Фехнера о логарифмической зависимости между частотой нервной импульсации и интенсивностью звука. Уровнем интенсивности называется величина L, определяемая по формуле
где I – интенсивность данного звука, I о – пороговая интенсивность. На самом деле I 0 у разных людей имеет различное значение, но при вычислениях по этой формуле пользуются так называемым абсолютным или средним порогом I 0 = 10 –12 Вт.м -2 . Единицей уровня интенсивности является децибел [дБ] ; (приставка “деци” напоминает о значении коэффициента, то есть 10).
Например, интенсивность шума на улице с оживлённым движением составляет примерно 10 –5 Вт.м -2 . Этому соответствует уровень интенсивности:
Уровень интенсивности можно выразить и через звуковое давление, учитывая, что интенсивность пропорциональна квадрату давления:
где
Δр 0
– пороговое звуковое давление,
равное (в среднем) 2.10 –
5
Па. Например, если звуковое давление
для какого-то звука равно 1 Па, то
L
= 20.lg
= 20·lg
(5.10 4)= 20.4,7 = 94 дБ
Это очень громкий звук!
В определении понятия уровня интенсивности в какой-то мере отражены биофизические закономерности. Однако сам по себе уровень интенсивности ещё не соответствует тому субъективному ощущению, которое вызывает тот или иной звук, так как это ощущение в значительной мере зависит и от частоты звука . Например, для большинства людей одинаково громкими будут ощущаться тоны с частотой 30 Гц и интенсивностью 65 дБ и 1000 Гц, 20 дБ, несмотря на то, что уровни интенсивности у них резко различны. Поэтому было введено второе понятие - уровень громкости , единицей которого является фон (фоны иногда называют децибелами громкости ). При определении этого понятия исходят именно из субъективного восприятия звука . При этом измеряемый звук сравнивают со «стандартным» звуком с частотой 1000 Гц (её называют «стандартной частотой»).
Практически это делается таким образом. Надо иметь генератор звука с частотой 1000 Гц; уровень интенсивности этого звука можно менять. Чтобы определить уровень громкости измеряемого звука, сравнивают этот звук со звуком генератора. Изменяя уровень интенсивности «стандартного» звука, добиваются, чтобы оба звука «на слух» ощущались одинаково громкими. Пусть, например, это имеет место при уровне интенсивности «стандартного» звука 55 дБ. Тогда можно сказать, что уровень громкости измеряемого звука равен 55 фон.
Исходя
из описанной процедуры, можно дать такое
определение: уровнем
громкости
некоторого звука (в фонах) называется
величина,
равная
уровню интенсивности такого звука со
«стандартной» частотой 1000 Гц, который
воспринимается одинаково громким с
данным звуком
.
Из этого определения видно, что уровень громкости – субъективная величина, то есть одному и тому же звуку разные люди могут приписать разные значения уровня громкости, поскольку нет двух людей с абсолютно одинаковым слухом. Чтобы уменьшить степень субъективности и облегчить расчёты, были определены так называемые кривые равной громкости (изофоны). Для этого большой группе людей предъявляли звуки разной частоты и интенсивности, и полученные значения уровня громкости усреднялись по всем испытуемым. В результате был построен график, пользуясь которым по заданному уровню интенсивности в дБ можно определить уровень громкости звука. Кривые равной громкости приведены на таблице.
Чаще всего для оценки звука пользуются именно понятием уровня громкости. Однако, иногда предпочитают использовать другую величину – громкость, измеренную в единицах, называемых “сон”. Принято, что уровню громкости 40 фон соответствует громкость 1 сон. При изменении уровня громкости на 10 фон громкость изменяется в 2 раза:
Уровень громкости, фон 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Громкость, сон 1/8 ¼ ½ 1 2 4 8 16 32 64
Приведём для примера значения громкости и уровня громкости некоторых звуков:
Уровень Громкость,
Вид звука громкости, фон сон
Тихий шепот 10 1/8
Обычная речь 40 1
Громкая речь 60 4
Уличный шум 70 – 80 8 – 16
Шум в танке, в моторном
отсеке подлодки 90 – 100 30 – 60
Шум поблизости от ре-
активного самолёта 120 250
Шум при запуске бал-
листической ракеты > 130 > 600
Разумеется, все эти числа имеют грубо ориентировочный характер.
Длительное воздействие шума с уровнем громкости выше 70 фон может вызвать нарушения как в органе слуха, так и во всём организме (в первую очередь – в нервной системе). При уровнях громкости выше 120 фон вредным оказывается даже кратковременное воздействие.
Для диагностики состояния органа слуха используют специальный прибор - аудиометр. С помощью этого прибора фактически определяют кривые равной громкости в соответствии с процедурой, рассмотренной выше. Однако, большинство аудиометров устроены таким образом, что они показывают не саму величину уровня громкости подаваемого звука у данного пациента, а отклонение этой величины от «стандартного» значения (то есть от соответствующего значения по кривым равной громкости для здоровых людей). Поэтому для человека с «абсолютно нормальным» слухом кривая, полученная на аудиометре, (аудиограмма ) будет прямой линией. Практически абсолютно нормального слуха не бывает; у всех людей наблюдаются те или иные отклонения. Если эти отклонения не превышают 10-15 фон (децибел громкости), их обычно считают несущественными. Более значительные отклонения могут указывать на заболевание органа слуха. Важно выявить, на каких частотах наблюдаются эти отклонения. При одних заболеваниях понижается слух (повышается порог слухового восприятия) на всех частотах, при других – преимущественно на низких, при третьих – на высоких. Эти данные имеют большое диагностическое значение.
