PERCEPCJA I WARTOŚCIOWANIE GŁOŚNOŚCI

1. PERCEPCJA I WARTOŚCIOWANIE GŁOŚNOŚCI Janusz Renowski

2. Jaka jest definicja głośności ?

3. (Definicja głośności) Głośność jest to cecha wrażeniowa dźwięku pozwalająca na uszeregowanie dźwięków w skali od najcichszych do najgłośniejszych.

4. Wiemy, że percypowany przez człowieka zakres ciśnień akustycznychobejmuje blisko siedem rzędów wartości - od 2x10 –5 Pa do ponad 10 Pa.

5. Przy takiej rozpiętości mierzonych wartości wygodniej jest mierzone ciśnienie akustyczne podawać nie w wartościach bezwzględnych, lecz porównywać je do określonej wartości przyjętej za odniesienie i podawaćstosunek tych wartości.

6. Przy takiej rozpiętości mierzonych wartości wygodniej jest mierzone ciśnienie akustyczne podawać nie w wartościach bezwzględnych, lecz porównywać je do określonej wartości przyjętej za odniesienie i podawaćstosunek tych wartości.Jeśli wynik pomiaru jest bardzo duży na ogół podaje się logarytm tego stosunku.

7. Akustycy stosują logarytmy o podstawie 10 i wynik podają w belach lub w ich dziesiątej części zwanejdecybelami.

8. Tak więc decybele nie są jednostkami ciśnienia akustycznego a wyrażają jedynie pewien sposób prezentacji wyników pomiaru, pewien sposób liczenia.

9. Decybele mogą również wyrażać wartości otrzymane z pomiarów innych wielkości fizycznych (np. logarytmu ze stosunku wartości mocy akustycznej wyrażanej w watach [W], czy też napięcia elektrycznego mierzonego w woltach [V]).

10. Należy więc zawsze dokładnie sprecyzować, o jaką wielkość fizyczną chodzi i jaką wartość tej wielkości przyjęto jako odniesienie, do którego porównuje się dany wynik pomiaru lub obliczenia.

11. Poziom ciśnienia akustycznego określamy więc w odniesieniu do pewnej wartości ciśnienia a przyjętą wartością odniesienia jest wartość ciśnienia akustycznego dźwięku prostego (tonu sinusoidalnego) o częstotliwości 1000 Hz wynosząca 20x10-5 Pa.

12. Aby przybliżyć pomiar fizyczny do odczucia subiektywnegowprowadzonomiarę porównawczą.Jest niąpojęcie jednakowego poziomugłośności otrzymywanego z porównania poziomu ciśnienia akustycznego danego dźwięku sinusoidalnego z poziomem ciśnienia akustycznego dźwięku sinusoidalnego o częstotliwości 1000Hz.

13. Zbudowany zestaw krzywych jednakowego poziomu głośności nazywany jest zestawem krzywych izofonicznych lub zestawem izofon.

14. Zbudowany zestaw krzywych jednakowego poziomu głośności nazywany jest zestawem krzywych izofonicznych lub zestawem izofon. (rysunek)

15. Wprowadzono jednostkę pomiarową nazwaną fonem.

16. Wprowadzono jednostkę pomiarową nazwaną fonem.Poziom głośności wynosi n-fonów jeżeli przeciętny, otologicznie zdrowy słuchacz oceni go jako jednakowo głośny z tonem odniesienia o częstotliwości 1000 Hz, którego poziom wynosi n-decybeli (oczywiście ponad poziom odniesienia 20 mikropaskali).

17. Inaczej mówiąc; „poziom głośności dowolnego dźwięku jest wyrażony w fonach, których liczba jest równa poziomowi ciśnienia akustycznego w decybelach, wytwarzanego w punkcie obserwacji przez falę akustyczną bieżącą o częstotliwości 1000 Hz, wywołującą w ściśle określonych warunkach wrażenie takiego samego poziomu głośności jak dźwięk badany”[7].

18. Pierwszy zbiór krzywych izofonicznych opublikowali Fletcher i Munson jeszcze w 1933 r.(rysunek)

19. Pierwszy zbiór krzywych izofonicznych opublikowali Fletcher i Munson jeszcze w 1933 r.(rysunek)

20. Stosowali oni przy pomiarach metodę częstości trafnych ocen i używali słuchawki wykalibrowane w wartościach odpowiadających fali płaskiej w polu swobodnym i badali 9 osób.

21. Wprowadzone przez ISO zalecenie (ISO R. 226, 1961), w którym jest podany zestaw krzywych izofonicznych oparty o wyniki badań Robinsona i Dadsona, obowiązuje dla pola swobodnego.(przykład dźwiękowy)

22. Zestaw krzywych jednakowego poziomu głośności dla pola swobodnego może być również stosowany dla pola rozproszonego, ale po wprowadzeniu poprawek (patrz dolny rysunek) określających różnicę poziomów natężeń dźwięku w polu swobodnym i w polu rozproszonym fali płaskiej wywołującej wrażenie takiego samego poziomu głośności (ISO R.454, 1965).

23. Przypominam, że został uzyskany w sytuacji gdy słuchacz znajdował się w polu swobodnym fali płaskiej, źródło przed słuchaczem, a ciśnienie dźwięku mierzono podczas nieobecności słuchacza i słuchacze w liczbie 90, w wieku od 18 do 25 lat, mieli otologicznie zdrowy słuch.

24. Zarówno Fletcher i Munson jak i Robinson i Dadson, stosowali przy pomiarach metodę częstości trafnych ocen. (rysunki)

25. Obydwa zestawy dotyczą pola swobodnego. Różnice między izofonami wynikają przede wszystkim z różnych warunków pomiarowych. (rysunki)

26. F. i M. stosowali wykalibrowane słuchawki a R. i D. wykonywali pomiary w komorze bezechowej dla różnych źródeł dźwięku.Inna też była liczba uczestników badań (rysunki).

27. Zestaw krzywych, obejmujący cały zakres poziomów słyszalnych, można podzielić na podzakresy odzwierciedlające wpływ głośności dźwięków na ich percepcję.

28. Aby wynik pomiaru był zbliżony do odczucia subiektywnego wprowadzono pojęcie poziomu dźwięku. Mierzona wartość ciśnienia akustycznego jest wówczas odnoszona również do 2x10-5 Pa dla 1000 Hz, ale jednocześnie jest w funkcji częstotliwości korygowana tak, jak to robi słuch.

29. W tym celu do przyrządu pomiarowego wprowadza się korekcyjną krzywą tłumienia odpowiadającą tłumieniu wprowadzanemu przez narząd słuchu dla poszczególnych częstotliwości słyszalnych.

30. W tym celu do przyrządu pomiarowego wprowadza się korekcyjną krzywą tłumienia odpowiadającą tłumieniu wprowadzanemu przez narząd słuchu dla poszczególnych częstotliwości słyszalnych. Przyrząd który miałby odwzorować 120 krzywych izofonicznych musiałby mieć wprowadzone 120 krzywych tłumienia, stad teżaby uprościć konstrukcjęzastąpiono go przyrządem prostszym mającym tylko trzy krzywe tłumienia; krzywąA, B i C.

31. Te trzy krzywe tłumienia pozwalają nam określić trzy poziomy dźwięku; poziom dźwięku A, B i C.

32. Poziom dźwięku A mierzymy w decybelach [dB] korzystając z krzywej A - krzywej tłumienia mającej przebieg odwrotny do przebiegu izofony 40 (czasem 30 fonów).

33. Poziom dźwięku A mierzymy w decybelach [dB] korzystając z krzywej A - krzywej tłumienia mającej przebieg odwrotny do przebiegu izofony 40 (czasem 30 fonów). • Poziom dźwięku B w [dB] - korzystając z krzywej B - mającej przebieg odwrotny do izofony 70 fonów.

34. Poziom dźwięku A mierzymy w decybelach [dB] korzystając z krzywej A - krzywej tłumienia mającej przebieg odwrotny do przebiegu izofony 40 (czasem 30 fonów). • Poziom dźwięku B w [dB] - korzystając z krzywej B - mającej przebieg odwrotny do izofony 70 fonów. • Poziom dźwięku C w [dB]- - przebieg odwrotny do izofony 100 fonów.

35. W tabeli podane są wartości wyznaczające krzywą ważenia A w decybelach dla poszczególnych pasm oktawowych i tercjowych wg IEC 651, 1979.

36. W ten sposób mamy mierzone poziomy dźwięku A, B i C dla których wartości poziomu dźwięku odnoszone do wartości 2x10-5 Pa dla 1000 Hz i w funkcji częstotliwości korygowane są odpowiednią krzywą tłumienia, tak jak to robi słuch.Ale co to za krzywe D i N na wykresie? O tym za chwilę.

37. Okazało się , że w przypadku hałasu poziom głośności nie jest najlepszą miarą wpływu działania hałasu na człowieka, że dźwięki cichsze są czasem bardziej uciążliwe niż głośne (patrz głośnośćsamolotów śmigłowych i odrzutowych).

38. Okazało się , że w przypadku hałasu poziom głośności nie jest najlepszą miarą wpływu działania hałasu na człowieka, że dźwięki cichsze są czasem bardziej uciążliwe niż głośne (patrz głośnośćsamolotów śmigłowych i odrzutowych).Aby temu zaradzić wprowadzono pojęcie hałaśliwości hałasu i zestaw krzywych jednakowej hałaśliwości.

39. Zestaw krzywych jednakowej hałaśliwości otrzymany jest przez porównanie hałaśliwości pasma szumu tercjowego o dowolnej częstotliwości środkowej z pasmem szumu o fśr =1000Hz i takiej samej hałaśliwości.

40. Jednostką hałaśliwości jest 1 noj a taką hałaśliwość wytwarza tercjowe pasmo szumu białego o częstotliwości środkowej 1000Hz i poziomie 40dB.Dźwięk (szum) dwa razy bardziej hałaśliwy ma wartość 2 nojów itd..

41. Porównanie izofony 90 fonów, z krzywą jednakowej hałaśliwości 40 nojów, obrazuje większą uciążliwość hałasów w okolicy pasma 3000-10000Hz niż wynikałoby z oceny ich poziomu głośności.

42. Stąd też wprowadzono do miernika poziomu dźwięku dodatkową krzywą tłumienia D odpowiadającą odwrotnemu przebiegowi krzywej jednakowej hałaśliwości 40 nojów.

43. Krzywa N daje przybliżoną wartość percypowanego poziomu hałaśliwości (PNL). Odpowiadającą jej wartość otrzymuje się dodając 7 jednostek do wyniku pomiaru otrzymanego przy zastosowaniu krzywej D.

44. Dokładną wartość percypowanego poziomu hałasu (lub poziomu percypowanej hałaśliwości) można otrzymać po obliczeniu całkowitej hałaśliwości z podanego wzoru (oczywiście po wcześniejszym zmierzeniu hałaśliwości w tercjowych pasmach zmierzonego widma hałasu). Nc = nm + F S(ni – nm)

45. Dokładną wartość percypowanego poziomu hałasu (lub poziomu percypowanej hałaśliwości) można otrzymać po obliczeniu całkowitej hałaśliwości z podanego wzoru (oczywiście po wcześniejszym zmierzeniu hałaśliwości w tercjowych pasmach zmierzonego widma hałasu). Nc = nm + F S(ni – nm) gdzie nm jest hałaśliwością najbardziej hałaśliwego pasma tercjowego spośród wszystkich pasm ni i F = 0,15.

46. Mając całkowitą hałaśliwość można wyliczyć z wcześniej podanego wzoru wartość percypowanego poziomu hałasu lub można ją znaleźć na nomogramie (z prawej strony wykresu rodziny krzywych jednakowej hałaśliwości).

47. Percypowany poziom hałasu wynikający z obliczonej hałaśliwości wynosi:PNL = 40 + 33,3 log10Nc

48. Percypowany poziom hałasu wynikający z obliczonej hałaśliwości wynosi:PNL = 40 + 33,3 log10Nc w którym hałaśliwość wylicza się z podanego przed chwilą wzoru; Nc = nm + F S(ni – nm) a nm jest największym otrzymanym wskaźnikiem spośród ni i F = 0,15

49. Wróćmy do problematyki głośności.

50. Poziom dźwięku nie jest miarą addytywną ani multiplikatywną i to stworzyło konieczność wprowadzenia takiej skali głośności która by nie miała tych niedogodności.