Распознавание голосов
Почему астронавты не слышат друг друга, даже когда находятся в космосе лицом к лицу? Почему мы можем определить, кто говорит, по звуку его голоса? Насколько громкий звук может привести к повреждению слуха? Является ли слуховой аппарат громкоговорителем? Что такое «бананаграмма»? Читайте дальше, чтобы узнать.
Что такое звук?
Ученые определяют звук как колебание звуковых волн, возникающих при вибрации объекта, проходящих через среду (воздух, твердое тело или жидкость) и воспринимаемых слуховыми органами человека или животных.
Из определения звука мы знаем, что есть три ключевых момента: первый — вибрация производит звук, например, при ударе в барабан, если мы не хотим продолжать его производить, мы кладем руки на поверхность барабана и не позволяем ему продолжать вибрировать; второй — должна быть среда передачи, например, причина, по которой астронавты в космосе должны использовать рации, даже когда они находятся лицом к лицу, заключается в том, что в космосе нет воздуха без среды; третий — восприятие, если органы восприятия работают с Если органы восприятия неполноценны, они также не смогут слышать звук.
Три элемента звука.
Чтобы научно описать, что представляет собой звук, необходимы три элемента: частота, громкость и тембр.
1. Частота: Поскольку звук производится путем вибрации, он имеет частоту, которая представляет собой количество колебаний за одну секунду.
Единицей измерения частоты является герц. Диапазон звуков, существующих в природе, варьируется от 1 Гц до сотен тысяч Гц, но то, что может услышать человеческое ухо, ограничено — от 20 Гц до 20 000 Гц. В диапазоне, который слышит человеческое ухо, уровень частоты иногда обычно называют уровнем высоты тона, причем более высокие частоты имеют более высокий уровень тона — сопрано может достигать частоты до 1200 герц.
Диапазон 20-20 000 Гц далее делится на: низкочастотные тона ниже 200 Гц, среднечастотные тона от 200-6 000 Гц и высокочастотные тона выше 6 000 Гц. Средний диапазон частот — это наиболее важный диапазон частот в естественном звуке, а также диапазон частот, в котором человеческое ухо наиболее чувствительно к слуху, поэтому мы обычно говорим о настройке слухового аппарата, чтобы обеспечить хорошую компенсацию слуха в среднем диапазоне частот.
2. громкость: сила звука.
Громкость в основном зависит от силы звука, а также связана с частотой звука. Люди называют субъективное ощущение силы громкости, его единицей измерения является децибел (Дб), он основан на соотношении звукового давления звука частотой 1000 Гц при различной интенсивности, принимают его общепринятое логарифмическое значение 1/10.
Для звукового сигнала 1000 Гц, человеческое ухо может ощутить минимальное звуковое давление 2x10E-5Pa, установите этот уровень звукового давления как 0 дБ, когда звуковое давление превышает 130 дБ, человеческое ухо не сможет терпеть, поэтому динамический диапазон слуха человеческого уха 0 ~ 130 дБ.
Громкость звука для обычных случаев.
0 дБ: 10 футов (около 3 метров) вне комара в полете
10 дБ: очень тихая комната
13 дБ: гудение лампочки
20 дБ: деревенская ночь
30 децибел: ночь в пустыне
40-60 дБ: звук обычного разговора
50-53 децибела: звук работающей стиральной машины
60-80 дБ: проезд автомобиля на расстоянии 10 метров
70 дБ: пылесос на расстоянии 10 футов (около 3 метров); максимальный уровень шума, который может переносить человек (без потери слуха, нарушения сна, тревоги, нарушений обучаемости и т.д.), согласно определению US EPA
85 дБ: может вызвать повреждение слуха при длительном воздействии
90 дБ: автобус или грузовик, проезжающий на расстоянии 10 футов (около 3 метров); миксер для еды
100 дБ: максимальная громкость типичной бытовой аудиоаппаратуры
104-107 дБ: звуки, которые начинают вызывать боль (при 2750 Гц)
110-140 дБ: двигатель реактивного самолета на расстоянии 100 м
116 дБ: звук, при котором человеческое тело начинает ощущать вибрации (на низких частотах)
120-130 дБ: первый ряд на рок-концерте
127 дБ: звук, который начинает вызывать звон в ушах
128 децибел: самый большой человеческий крик, измеренный с расстояния 8,2 фута (около 2,5 метра).
140 децибел: даже если звук кратковременный, он может привести к повреждению слуха
192,8-194,7 децибел: максимальная интенсивность звука, который теоретически может быть передан атмосферным давлением Земли
Восприятие звука человеческим ухом связано не только со звуковым давлением, но и с частотой. Звуки с одинаковым уровнем звукового давления и разными частотами будут звучать по-разному громко. Например, воздушный компрессор и бензопила находятся на одном уровне звукового давления в 100 децибел, но бензопила звучит гораздо громче.
Во время проверки слуха и настройки слуховых аппаратов эксперт выбирает определенную громкость звука в частотном диапазоне 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 и т.д. и проверяет, на каком уровне децибел пациент его слышит. Проверка слуха не совсем такая же, как проверка зрения. При проверке зрения тестер сообщает нам, сколько градусов в левом глазу, сколько градусов в правом глазу и есть ли астигматизм. Проверка слуха, с другой стороны, показывает, сколько XX Гц потеряно, и потеря может быть разной для разных частот. Например, потеря слуха в диапазоне 1000 Гц составляет 50 децибел, что означает, что на частоте 1000 Гц он не слышит звуки громкостью ниже 50 децибел.
Нормальная проверка слуха покажет, что каждая частотная точка находится в определенном диапазоне, и этот диапазон в итоге отражается в таблице, которую часто называют «банановой диаграммой». При потере слуха некоторые точки мониторинга не будут отображаться на «банановой карте». Слуховые аппараты оснащены разной степенью компенсации для разных частот, поэтому при повторном надевании слухового аппарата точки контроля находятся в пределах «банановой диаграммы».
Субъективное акустическое восприятие звука, основанное на звуковом давлении и частоте, определяется перцептивными свойствами человеческого уха и называется уровнем громкости в квадратах. Процессор в слуховом аппарате или кохлеарном импланте запрограммирован на анализ окружения пользователя с этой точки зрения, и если это шумная среда, то может быть произведено некоторое шумоподавление и т.д. В современных слуховых аппаратах и кохлеарных имплантах уже есть приложения для таких программ.
3. тембр: характер звучания.
Даже при одинаковой частоте и громкости его можно отличить от звука другого инструмента или человеческого голоса. Разница в тембре зависит от различных обертонов. Для каждого инструмента, для каждого человека и для всех объектов, издающих звук, существует множество обертонов различных частот в дополнение к основному звуку, и именно эти обертоны определяют различные тембры и позволяют человеку различать звуки, издаваемые различными объектами или различными людьми. Разнообразие тембров придает звучанию шарм и разнообразие.