最初の音は2.5〜3か月です。 ハミング: ああ、グー、シー、ブー、ヘイなど。4 か月。 パイプ: al-le-e-ly、aty-ay など。7 ～ 8.5 か月。 せせらぎ、音節の発音: ババ、イエス・ダ・ダなど。8.5 ～ 9.5 か月。 変調されたせせらぎ: さまざまなイントネーションで音節を繰り返します。9.5 ～ 1 年 6 か月。 言葉：お母さん、

レヴェンコ・アルチョムとイスマイロフ・ディマ

この設計と研究作業では、学生は耳の構造、音の性質とその主な特徴、無生物や生物に対する音の影響を研究しました。

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プレビュー:

自治体による設計・研究作品のコンペティション

中学生「私は研究者です」

方向: 物理的

研究

主題： 「なぜ私たちは音を聞くのでしょうか？」

(音波研究)

レヴェンコ・アルチョム・アレクサンドロヴィッチ、

MBOU中等教育学校第5校4年生

シャトゥーラ

監督者: ストルチネヴァ・マリア・ドミトリエフナ

小学校の先生

2012年

導入。

1.1.音の歴史から。

1.2.音とは何ですか?

1.3.音と聴覚。 耳の構造。 なぜ耳のケアが必要なのでしょうか？ 1.4. 音の伝播。

1.5. 超音波と超低周波。 自然界のエコーロケーション。

第 2 章 私の研究。

2.1.音の形成。

2.2. 音響特性の研究: 高さ、音色、音量。

2.3. 音現象。 (経験。無生物や生き物に対する体積の影響)。

結論。

参考文献。

付録 1。

付録 2.

導入

彼らはポスターの切れ端をささやきかけようとしますが、

鉄の屋根が悲鳴を上げようとしている、

そしてパイプの中の水が歌おうとする

そして、電線は力なくうなり声を上げます。

E.エフトゥシェンコ

私たちは素晴らしい音の世界に住んでいます。 彼らはどこにいても私たちを取り囲んでいます。 風の音、葉の擦れる音、川のせせらぎ、雷鳴、楽器の音、ナイチンゲールの鳴き声、バッタの鳴き声、ドアの軋む音、そしてエンジンの騒音。

音とは何ですか？ それはどのようにして起こるのでしょうか？ ある音は他の音とどう違うのでしょうか？

なぜ私たちは音を聞くのでしょうか? これらすべての質問に私は興味を持ちました。 そして私は研究をすることにしました。

この点に関して、私は自分自身を設定しました目標： 音波の性質を探ります。

研究対象音波になり、私の研究テーマ： 彼らの 物理的特性.

仮説： 音波の振動は無生物や生物に影響を与えます。

タスク:

1. 文献を研究し、音に関する資料を選択します。
2. 音波を研究できる方法を特定する。
3. 音がどのように生成され、伝播されるかを確立する。
4. 耳の構造を研究します。
5. 音の物理的特性（ピッチ、音色、音量）を研究します。
6. 音量が無生物や生物にどのような影響を与えるかを調べます。
7. 必要な材料を準備します。
8. 実験と実験を実施し、結果を分析して結論を​​導き出します。

方法:

1. 文献レビューと分析。

1. 実験の行為、実験。
2. 辞書、文献、インターネットリソースを活用する。
3. での観察 自然条件（証拠の収集）、調査。
4. 分析 さまざまな情報源情報、得られた結果との比較、一般化。

10月から4か月間、教室と自宅で研究を行いました。 まず文献を選んで勉強しました。 次に、研究に利用できる機器を選択しました。 それから私は研究を始めました。

第1章 不思議な音の世界

1.1.音の歴史から

古代、人々にとって音は、超自然的な力が生み出す驚くべき神秘的な産物であるように見えました。 彼らは、音が野生動物を飼いならし、岩や山を動かし、水の通り道を遮断し、雨を引き起こし、その他の奇跡を起こすことができると信じていました。 古代エジプトでは、音楽が人々に与える驚くべき影響に気づいたため、儀式の聖歌なしには休日を終えることはできませんでした。 古代インディアンは他の人よりも早く高度な音楽文化を習得しました。 彼らは、ヨーロッパに楽譜が現れるずっと前に、楽譜を開発し、広く使用しました。 人々は太古の昔から音を理解し、研究するために努力してきました。 ギリシャの科学者であり哲学者であるピタゴラスは、楽器の低音は長い弦に固有のものであることを証明しました。 弦を半分に短くすると、音は 1 オクターブ上がります。 ピタゴラスの発見は音響科学の始まりとなりました。 最初の音響装置は劇場で作られました 古代ギリシャそしてローマでは、俳優たちは音を増幅するためにマスクに小さな角を挿入しました。 エジプトの寺院では、神々の「ささやき」像が置かれ、音響装置が使用されていたことも知られている。

1.2.音とは何ですか?

私は小学1年生の時から「音は物や生き物から出る」ということを知っていました。 私たちは声で音を伝えることができます。 彼は目に見えない波のように走ります。 私たちはこの波を検出する素晴らしいデバイスを持っています。 これらのデバイスは耳です。 私たちの耳の内部は非常に複雑です。 騒音、鋭い音、大きな音を恐れます。 耳を大事にする必要があります。

場合によっては、音が何らかの障害物 (山や森など) に到達して戻ってくることがあります。 するとエコーが聞こえます」 .

音とは何ですか？

簡単な実験を 2 つ行います。

体験１。 手のひらを喉頭に当てて母音を発音してみます。 喉頭が震え始め、変動し始めます。 これらの振動は手のひらではっきりと感じられます。 見えませんが、聞こえます。

体験２。 長い鉄製の定規を万力で固定します。 定規の大部分が万力の上に突き出ていると、定規が振動し、それによって生成される波は聞こえなくなります。 しかし、定規の突き出た部分を短くして振動の周波数を増やすと、定規が鳴り始めることがわかります。

経験に基づいて、私はそうしました結論はそれです 音は振動の結果として発生します。これらの波は、空気中や液体や固体の内部を伝播し、目に見えません。 ただし、特定の条件下では聞こえることがあります。

人間に聴覚を引き起こす可能性のある弾性波は、音波または単に音と呼ばれます。

で 説明辞書オジェゴワはこう言います。音 - これは聞こえ、耳で認識されるものです。 物理現象「空気やその他の媒体の粒子の振動運動によって引き起こされます。」

音の物理的本質を説明する例を考えてみましょう。 楽器の弦は、その振動を周囲の空気粒子に伝えます。 この振動はどんどん広がり、耳に到達すると鼓膜が振動します。 音が聞こえますよ。 それぞれの媒質において、粒子間の相互作用の結果として、振動はより多くの新しい粒子、すなわち、粒子に伝達されます。 音波は媒体中を伝播します。

音波を研究する科学は音響学と呼ばれます。 音響にはいくつかの種類があります。 したがって、物理音響学は音の振動そのものの研究を扱います。 電気音響学、または技術音響学は、電気機器を使用した音の取得、送信、受信、および録音を扱います。 建築音響学では、室内の音の伝播を研究します。 音楽音響学では、音楽の雰囲気やシステムだけでなく、音楽の音の性質も調べます。 水音響学 (海洋音響学) は、音波の放射、受信、伝播に関連して水生環境で発生する現象の研究を扱います。 大気音響学では、大気中の音のプロセス、特に超長距離の音の伝播条件である音波の伝播を研究します。 生理音響学では、聴覚器官の機能、その構造、作用を研究します。 彼女は、音声器官による音の形成と聴覚器官による音の認識、および音声分析と合成の問題を研究しています。 生物学的音響学では、動物における音と超音波の通信の問題を研究します。

文学に目を向けると、他の波と同じように、音にも次のような特徴があることが分かりました。振幅そして スペクトラム周波数。 通常は人 聞く空気を介して伝わる、周波数範囲 16 ～ 20 の音Hz 15〜20kHzまで。 20 Hz はおそらく雷の音で、18,000 Hz は最も細かい蚊の鳴き声です。

人間の可聴範囲を下回る音をこう呼びます。超低周波音; それ以上: 最大 1 GHz、- 超音波、1GHzから - ハイパーサウンド。 聞こえる音の中には、音声、話し声そして 音素(で構成される口頭でのスピーチ） そして 音楽の音(で構成される音楽).

結論： 音は弾性媒体中を伝播する弾性波です。 人は 16 ～ 20 Hz から 15 ～ 20 kHz の範囲の音を聞きます。 最大1 GHzの超音波、1 GHzからのハイパーサウンド、最大16〜20 Hzの超低周波があります。 音響学は音の振動を研究します。

1.3.音と聴覚。 耳の構造。 なぜ耳のケアが必要なのでしょうか？

私は、耳は何で構成されているのかという疑問に直面しました。 なぜ耳垢ができるのでしょうか？ なぜ耳のケアが必要なのでしょうか？

家族や友人を見ていると、同じ音でも人それぞれに聞こえ方が異なり、静かに聞こえる人もいれば、逆にうるさく聞こえる人もいるということに気づきました。 人間の耳は、1000 ～ 3000 Hz の周波数の音に最も敏感であることがわかっています。 最大の聴力は15〜20歳で観察されます。 加齢とともに聴力は低下します。 40歳未満の人では最大の感度は3000 Hz、40歳から60歳までは2000 Hz、60歳以上では1000 Hzの領域にあります。 音によって音色が異なる場合があります。 音の主音には、原則として、常に周波数が高く、主音にさらなる色付けを与える副音が伴います。 それらは倍音と呼ばれます。 基音に重畳される倍音が多いほど、サウンドは音楽的に「豊か」になります。 聴覚器官は、その驚くべき構造のおかげで、ある振動と別の振動、つまり愛する人や知人の声と他の人の声を簡単に区別します。 したがって、人が言うように、私たちはその人の気分、状態、経験を判断します。

生き物に聴覚を与えた自然は、かなりの創意工夫を見せてきました。 音を知覚する器官は、非常に異なった、時には予期しない領域に位置しています。たとえば、バッタやコオロギでは前足のすねの上、イナゴでは腹部、蚊では触角にあります。 U 脊椎動物の臓器進化の過程で聴覚は頭の側面に位置し、哺乳類も発達した耳介を発達させました。 下等動物は、外耳道を覆う皮膚のひだが保護することで満足しています。このようなひだは、ワニが水中に潜るときに役立ちます。 コウノトリ、アヒル、スズメなどの鳥類でも、薄い膜が同様の保護の役割を果たします。 耳介（単に耳と呼ばれることの方が多い）は、多くの動物で非常に可動性があります。 犬は耳を上げたり下げたり、横に動かしたりして「耳で遊んで」聞きます。 馬やハリネズミ、鹿やウサギは耳を動かして音の方向を決めます。 アフリカのサイは漏斗状の耳を持っており、前方と後方のカサカサ音を認識しようとして、互いに独立して行動できます。

耳の構造 (図 1、付録 1 を参照)。

それを解剖学的に学びました耳は3つの部分に分かれています。アウター、ミドル、 内耳.
外耳。
外耳の突き出た部分は耳介と呼ばれ、半硬質の支持組織である軟骨に基づいています。 外耳道の開口部は耳介の前部にあり、通路自体は内側やや前方に向いています。 耳介は音の振動を集中させて外耳道に伝えます。
それは、 環境オルガンには音だけではなく、さまざまな音が入ってきます。 異物、微生物。 したがって、外耳道には秘密が常に放出されます-耳垢 .
耳垢は、外耳道の皮脂腺と硫黄腺からのワックス状の分泌物です。 その機能は、細菌感染や耳に入る可能性のある昆虫などの異物からこの通路の皮膚を保護することです。 U さまざまな人硫黄の量が違います。 耳垢の塊（耳垢）が密集していると、音の伝導障害や難聴を引き起こす可能性があるため、綿棒で耳を定期的に掃除する必要があります。
中耳 、これは全体的な複合体です - を含む 鼓室そして聴覚（エウスタキオ）管は音を伝える装置を指します。 薄い平膜 鼓膜と呼ばれる鼓膜は、外耳道の内端を鼓室（空気で満たされた平らな長方形の空間）から隔てています。 中耳のこの空洞には、可動に連結された 3 つの小型の骨 (耳小骨) が連なり、鼓膜から内耳に振動を伝えます。 骨はその形状に応じて、ハンマー、アンビル、スターラップと呼ばれます（図 2、付録 1 を参照）。
ハンドルを備えたツチ骨は靱帯によって鼓膜の中心に取り付けられており、その頭はきぬた骨に接続されており、キヌタ骨はあぶみ骨に取り付けられています。 あぶみ骨の基部は楕円形の窓、つまり開口部に挿入されます。 骨壁内耳。 小さな筋肉は、耳小骨の動きを調節することで音の伝達を助けます。

鼓膜の振動にとって最適な条件は、両側の空気圧が等しいことです。

これは、鼓室が他のものと連絡しているという事実によって起こります。 外部環境鼻咽頭を通して、そして 耳管、キャビティの前下部隅に開いています。 飲み込んだり、あくびをしたりすると、空気がパイプに入り、そこから鼓膜腔に入り、大気圧と同じ圧力を維持できます。
内耳。 内耳の骨腔には、 大きな数部屋とそれらの間の通路は迷路と呼ばれます。 これは 2 つの部分で構成されます。

骨の迷路と

膜状の迷宮。
骨迷路は、側頭骨の密な部分に位置する一連の空洞です。 これには 3 つのコンポーネントがあります。 三半規管- 空間内の体の位置を反映する神経インパルスの源の 1 つ。 前室; そして蝸牛 - 聴覚器官。

に 音波が私たちの耳に到達すると、音波は耳に捕らえられ、耳介または外耳に「飛び込み」ます。 音が鼓膜に届きます。 鼓膜は比較的きつく伸ばされており、音によって鼓膜が振動し、振動します。 鼓膜の後ろには空気で満たされた小さな空洞である中耳があります。 外耳内の圧力が上昇すると、鼓膜が内側に曲がります。 中耳の圧力変化は音波の圧力変化を再現し、さらに内耳に伝わります。 内耳は蝸牛によって折り畳まれ、液体で満たされた空洞です。 耳には下限と上限の 2 つの聴覚閾値があります。 訓練された耳は、森の中で完全な静寂の中で葉が落ちる音を聞くことができます。 音量の上限を超えると耳に激しい痛みが生じます。

聴覚器官の働きにおいて 大きな役割共鳴を奏でます。 内耳である蝸牛に沿って張られた主膜は、多くの弾性繊維で構成されています。 総数その数は24,000に達し、蝸牛の基部では短く（0.04 mm）、薄くて張りがありますが、頂点では長く（最大0.5）mm、厚く、張りが弱くなります。 耳に入る音波は、内耳を満たす液体の強制振動を引き起こします。 そして、共鳴現象 - 一定の長さの繊維の震えのため。 音が高ければ高いほど、それに共鳴するファイバーは短くなります。 音が強ければ強いほど、繊維の振動範囲は大きくなります。 これは、人間の音を知覚する能力を説明するものです。 人間の場合、知覚される周波数の範囲は 16 Hz から 20 kHz の帯域にあります。 一方、猫の帯域はさらに広く、60 Hz から 60 kHz までです。 鳥、カメ、カエル、バッタの聞こえる範囲は非常に広いです。 夜行性の捕食者は非常に「繊細な聴覚」を持っています。

残念ながら、すべての人が聞こえるわけではありません。

聴覚障害 - 完全 (難聴）または部分的な（難聴）検出および理解する能力の低下音。 違反 聴覚誰でも苦しむ可能性がある生命体、知覚できる音. 音波変化する 頻度そして 振幅。 一部（またはすべて）の周波数を検出する能力の喪失、または低音を区別できない振幅、聴覚障害と呼ばれます。

http://ru.wikipedia.org/wiki/

付録 1

写真1。

図2.

図3.

図4.

付録 2.

表1。

音楽

冷静に

少し動く

飛び跳ねたり

リアナ

動きがない

動きがない

ゆっくりと動く

クリスティーナ・アジレラ

少し動く

わずかに跳ねる

活発にジャンプする

ラディ・ガガの電話

動きがない

動きがない

動きはベースが演奏されているときにのみ表示されます

代表者

エミネム

動きがない

ゆっくりと動く

積極的に動く

童謡

母親

動きがない

クロール

わずかに跳ねる

クラシック

リヒャルト・ワーグナー「ヴァルハラへの道」

クロール

活発に跳ねる

シュトラウスワルツ

クロール

這う、わずかに跳ねる

積極的に這ったりジャンプしたりする

可聴音と不可聴音の組み合わせは、原理的には太陽光のスペクトルに似ており、そこには赤色から赤色までの可視領域があります。 紫そして目に見えない2つのもの - 赤外線と紫外線。 人間の耳に知覚されない音は、太陽のスペクトルと同様に、超低周波音、超音波、ハイパーサウンドと名付けられています。
人々の音の感じ方は非常に個人的です。 いわば、誰もが独自の方法で聞いています。 たとえば、子供は高齢者よりも高い周波数の音を聞きます。
すでに述べたように、音は客観的かつ主観的な観点から考慮される必要があります。 主観的な現象としての音は、客観的な物理的本質よりも複雑で、あまり研究されていません。
私たちは音をどのように認識するのでしょうか？
外耳は、耳介と鼓膜につながる外耳道で構成されています。 外耳の主な機能は、音源の方向を決定することです。 外耳道は、内側に向かって先細りになっている長さ 2 センチメートルの管で、耳の内部を保護し、共鳴器の役割を果たしています。 耳道は、音波の影響で振動する膜である鼓膜で終わります。 ここで 外枠中耳を通過すると、客観的な音から主観的な音への変換、つまり音波がその主観的な感覚への変換が起こります。
鼓膜のすぐ後ろには、槌骨、きぬた骨、あぶみという 3 つの小さな相互接続された骨があり、これらの骨を通じて振動が内耳に伝わります。 そこで、聴覚神経において、それらは生体電気信号に変換されます。 ハンマー、キヌタ骨、あぶみ骨が位置する小さな空洞は空気で満たされており、耳管によって口腔に接続されています。 後者のおかげで、内部と内部に等しい圧力が維持されます。 外鼓膜。 通常、耳管は閉じており、圧力が急激に変化したとき（あくびや飲み込み時）にのみ開き、圧力を均等にします。 たとえば次のような理由で耳管が詰まっている場合、 風邪、その後、圧力が均等にならず、人は耳に痛みを感じます。
振動が鼓膜から内耳の始まりである楕円窓に伝わるとき、最初の音のエネルギーはいわば中耳に集中します。 これは、よく知られた機械原理に基づいた 2 つの方法で実現されます。 まず、振幅は減少しますが、同時に発振パワーは増加します。 ここで、バランスを維持するために、大きな肩には少ない力がかかり、小さな肩にはより大きな力がかかるときのレバーに例えることができます。 このような変換が人間の耳で正確に行われることは、鼓膜の振動の振幅が水素原子の直径（10〜8センチメートル）に等しいという事実と、ハンマー、アンビル、およびハンマーの振動の振幅からわかります。あぶみを3回減らします。 第二に、これはより重要なことですが、音の集中は鼓膜と内耳の楕円窓の直径の差によって決まります。
鼓膜に作用する力は、圧力と鼓膜の面積の積に等しい。 この力は、ハンマー、きぬた骨、あぶみ骨を通じて、楕円形の窓に作用し、その反対側には流体があります。 楕円形の窓の面積は15〜30倍です 面積が少ないしたがって、鼓膜にかかる圧力は 15 ～ 30 倍になります。 さらに（すでに述べたように、ハンマー、キヌタ骨、あぶみによって振動力は 3 倍に増加します）、中耳のおかげで、楕円窓にかかる圧力は、鼓膜に作用する最初の圧力のほぼ 90 倍を超えます。 音波は液体中をさらに進むため、これは非常に重要です。 圧力が増加しないと、音波は反射効果により液体に浸透できなくなります。 槌骨、きぬた骨、あぶみ骨は小さな筋肉で、大きな音にさらされたときに内耳を損傷から保護します。 突然の非常に激しい音は、この保護機構を破壊し、耳に重大な損傷を引き起こす可能性があります。
人間の補聴器は驚異的です 複雑な仕組み。 特に、いわゆる楕円窓、つまり内耳の入り口から始まる部分です。 ここでの音波は、蝸牛が満たされている液体 (外リンパ) 内をすでに伝播しています。 この内耳の器官は、実際には蝸牛に似ており、長さは 3 センチメートルで、隔壁によって全長に沿って 2 つの部分に分かれています。 蝸牛の楕円窓に当たった音波は中隔に到達し、中隔を一周してから、最初に中隔に触れた場所とほぼ同じ場所の反対側に広がります。
蝸牛中隔は基本的に主膜で構成されており、卵円窓付近では非常に薄くて張りがありますが、卵円窓に近づくほど厚くなって弛緩します。<хвосту>カタツムリ 音の振動は主膜の表面に波状のさざ波を引き起こし、特定の周波数ごとの隆起が膜の非常に特定の領域に存在します。 高周波音は主膜の最も伸びている領域、つまり楕円窓の近くで最大の振動を生み出しますが、低周波音は主膜が張られている蝸牛尾部で最大の振動を生み出します。厚くて弛んでいる。 このメカニズムは、人がさまざまな周波数の音をどのように区別するかを説明するのに役立ちます。
機械的振動は、上部にある特別な器官（コルチ器）で電気的振動に変換されます。 上部メインメンブレンは23.5千枚のセットです<мясистых>細胞は臓器の長さに沿って4列に配置されています。 コルチ器の上には弁のような蓋膜があります。 これらの器官は両方とも内リンパに浸されており、ライスナー膜によって蝸牛の残りの部分から分離されています。 コルチ器官の細胞から生えている毛は、胸膜の表面をほぼ貫通しています。 コルチ器官とその毛状細胞が位置する主膜は、いわば、胸膜上にヒンジで吊り下げられています。 主膜が変形すると、それらの間に接線方向の応力が発生し、2 つの膜を接続する毛髪が曲がります。 この曲げのおかげで、サウンドの最終的な変換が発生します。サウンドはすでに電気信号の形でエンコードされています。 毛の曲がりは、何らかの形で細胞内の電気化学反応のトリガーの役割を果たします。 それらは電気信号の源です。
音の次に何が起こり、どのような形をとるのかは、まったく解明されていない謎のままです。 知られているのは、各有毛細胞が電気インパルスを発するため、音は電気活動のバーストとしてエンコードされるということです。 このコードの性質もまだ不明です。 有毛細胞は音がなくても電気インパルスを発するため、解読は複雑になります。 このコードを解明することによってのみ、主観的な音の本質を理解し、私たちが聞いている音がどのように聞こえるかを理解することが可能になります。
振動運動の主な物理的特性は、振動の周期と振幅であり、音に関して言えば、振動の周波数と強度です。
振動周期とは、例えば振り子が左端から右端まで移動し、元の位置に戻るときに、1回の完全な振動が起こる時間のことです。
発振周波数は、1 秒あたりの完全な発振 (周期) の数です。 この量は、国際単位系ではヘルツ (Hz) と呼ばれます。 周波数は、私たちが音を区別するための主な特徴の 1 つです。 振動周波数が高いほど、私たちが聞く音は高く、つまり音のピッチは高くなります。
私たち人間は、15 ～ 20 ヘルツ以上、16 ～ 20,000 ヘルツ以下の周波数制限に限定された音にアクセスできます。 この限界以下は超低周波音 (15 ヘルツ未満) で、それ以上は超音波と超音波、つまりそれぞれ 1.5 ～ 10 4 ～ 10 9 ヘルツと 10 9 ～ 10 13 ヘルツです。
人間の耳は、2000 ～ 5000 ヘルツの周波数の音に最も敏感です。 最大の聴力は15〜20歳で観察されます。 その後、聴力はさらに悪くなります。 40歳未満の人では最大の感度は3000ヘルツ、40歳から60歳までは2000ヘルツ、60歳以上では1000ヘルツになります。 最大 500 ヘルツの範囲では、人はわずか 1 ヘルツの周波数の増加または減少を区別します。 周波数が高くなると、人々はそのような小さな周波数の変化に対してあまり敏感になりません。 たとえば、2000 ヘルツを超える周波数では、周波数の差が少なくとも 5 ヘルツである場合にのみ、人間の耳はある音を別の音から区別できます。 差が小さいほど、同じ音として認識されます。 ただし、例外のないルールはありません。 異常に聴覚が優れている人がいます。 たとえば、才能のある音楽家は、単一の振動のほんの一部の変化にも反応することがあります。
波長の概念は周期と周波数に関連付けられています。 音の波長は、媒体の 2 つの連続する凝縮または希薄化の間の距離です。 水面を伝播する波の例では、これは 2 つの山 (または谷) 間の距離です。
音はそれぞれ音色が異なることがありますか? これは、音の主音には、原則として周波数が常に高い副音を伴うため、同じピッチの音でも異なって聞こえる可能性があることを意味します。 それらはメインサウンドに追加の色を与え、倍音と呼ばれます。 言い換えれば、音色は音の定性的な特性です。 主音に倍音を重ねるほど、<сочнее>音楽用語で言えばサウンド。 主音に高さの近い倍音が含まれていると、音自体が柔らかくなりますが、<бархатным>。 倍音が基音よりも著しく高い場合、<металличность>音や声で。
聴覚器官は、その驚くべき構造のおかげで、ある振動と別の振動の特徴、愛する人や知人の声と他の人の声を簡単に区別します。 人の話し方によって、私たちはその人の気分、状態、経験を判断します。 喜び、痛み、怒り、恐怖、危険への恐怖 - これらすべては、声の主を見ることなく聞くことができます。
2 番目の主な特性は、振動の振幅です。 これは、次の時点での平衡位置からの最大の偏差です。 調和振動。 振り子の例では、振幅は平衡位置から右端または左端への最大偏差です。 振動の振幅と周波数が音の強さ（強さ）を決定します。 音波が伝播するにつれて、弾性媒体の個々の粒子が連続的に移動します。 この変位は、ある程度の遅れを伴いながら粒子から粒子へと伝達され、その大きさは媒体の慣性特性によって決まります。 粒子から粒子への変位の伝達には、これらの粒子間の距離の変化が伴い、その結果、媒体の各点での圧力が変化します。
音波は、その進行方向に特定のエネルギーを運びます。 このおかげで、私たちは自分から一定の距離にある音源によって生成された音を聞くことができます。 人の耳に届く音響エネルギーが多ければ多いほど、音は大きく聞こえます。 音の強さ、つまりその強さは、1 平方センチメートルの面積を 1 秒間に流れる音響エネルギーの量によって決まります。 したがって、音波の強度は、媒体内で音源によって生成される音圧の大きさに依存し、音圧は音源によって引き起こされる媒体の粒子の変位の大きさによって決まります。 たとえば、水中では、非常に小さな変位でも大きな強度の音波が発生します。
人間の耳で知覚される通常の音の強度は非常に低いです。 たとえば、大声での会話は、1 平方センチメートルあたり約 10 億分の 1 ワットの音響強度に相当します。 しかし、人間の耳の2つの耳道の面積はほぼ1つに等しいため、 平方センチメートル、その場合、人はワットの10億分の1の電力をかなり大きな音として知覚します。 音声音声のエネルギーを損失なく熱に変換してやかんを沸騰させたい場合、モスクワ全住民が24時間継続して大声で会話するエネルギーが必要となるが、ガスストーブではそのようなやかんが沸騰する。 10分間。 そして全員が同時に叫べば得られる力 グローブ、車のエンジンの半分の出力になります<Жигули>.
音量は音の強さに関係します。 音の強度が大きいほど、音は大きくなります。 ただし、音量と強度の概念は同等ではありません。 ラウドネスは、音によって引き起こされる聴覚の強さの尺度です。 同じ強さのサウンドが作成可能 さまざまな人音量が等しくない聴覚知覚。 たとえば、強度は同じでもピッチが異なる音は、聴覚の特性に応じて異なる音量で耳に知覚されます。 私たちは非常に弱い音も非常に大きな音も知覚しません。 各人にはいわゆる聴力閾値があり、これは音が聞こえるために必要な最低音の強度によって決まります。
周波数で最も知覚しやすい音は、音量でもよりよく区別されます。 周波数 32 ヘルツでは 3 つの音の音量が異なり、周波数 125 ヘルツでは 94 音、周波数 1000 ヘルツでは 374 です。この増加は無限ではありません。 8000 ヘルツの周波数から始まると、音量内で識別可能な音の数が減少します。 16,000 ヘルツの周波数では、人は 16 音しか区別できません。
人は非常に強度の高い音を聞くのをやめ、それを圧迫感や痛みとして知覚します。 この音の強さは痛みの閾値と呼ばれます。 研究によると、異なる周波数の音で痛みを引き起こす強度が異なることがわかっています。 音の強さを100万倍にしても、音量は数百倍にしか増えません。 耳は複雑な対数法則に従って音の強さを音量に変換し、過度の影響から内部を保護していることが判明しました。
ほとんどの人が日常生活で遭遇する最も強力な音は、イライラや痛みさえ引き起こします。 耳。 しかし、耳の痛みを引き起こす音のパワーが1000万分の1に減少すると、その音は空気中に広がるのに十分な強度になることがわかります。
対数スケールは、音に対する主観的な知覚を測定するために使用されます。 ある音のパワーが別の音のパワーより 10 倍大きい場合、最初の音の強度は 2 番目の音に対して 10 デシベル、100 倍 - 20 デシベル、1000 倍 - 30 デシベルなどと言われます。つまり、音響パワー比が 10 倍に増加すると、デシベルで表される音響強度も 10 増加します。このアプローチでは、絶対的なスケールではなく、相対的なスケールのみが得られます。 そこからカウントするには、何らかの方法でゼロ強度レベルを識別する必要があります。 このレベルは主観的な指標に基づいて選択されました。これは人間の耳による音の知覚の最小しきい値であり、1 あたり 10 ～ 12 ワットです。 平方メートル。 10 倍強力な音の強度レベルは 10 デシベル、100 万倍強力な音の強度レベルは 60 デシベル、1,000 万倍強力な音の強度レベルは 130 デシベルで、これは 10 ワットあたりに相当します。平方メートル。
人間の聴覚にはもう一つの特徴があります。 特定の音量の音に同じまたは近い周波数の音を追加すると、合計音量は同じ音量の数学的合計より小さくなります。 同時に鳴っている音はお互いを補い合ったり、覆い隠したりしているように見えます。 そして、周波数が遠く離れた音は互いに影響を及ぼさず、その音量は最大になります。 作曲家は、オーケストラの音響パワーを最大限に高めるためにこのパターンを使用します。
聴覚器官による音の認識の観点から、音は主に騒音、音楽、音声の 3 つのカテゴリに分類できます。 この区分が正当化されるのは、現象や物体を分類する私たちの習慣だけではありません。 騒音、音楽、スピーチは、人に特有の情報を持つ音イベントの異なる領域です。 だからこそ、それらはさまざまな専門家によって研究されています。
ノイズ - 無計画な組み合わせ 大量これらすべての音が融合して混沌とした不調和なものになるとき。 私たち一人一人は、この必ずしも楽しいとは限らない現象をよく知っています。 考えることに忙しく、騒音に気づいていないように見えても、騒音は私たちにマイナスの影響を及ぼします。 1 ～ 2 時間後、頭が痛くなり、脱力感が現れるのを感じます。
さらに、これらすべてが一見理由もなく起こっているように見えることがあります。 騒音が私たちを徹底的に悩ませ、イライラさせる場合にのみ、それが私たちに頭痛を引き起こすことを確信します。
現在、専門家は都市、特に都市における騒音との闘いを検討しています。 産業企業の一つ 最も重要な問題。 もちろん、これはどこにでも完全な沈黙があるという意味ではありません。 はい、それは単純であり、現代の都市と現代の生産環境では達成できません。 さらに、人は完全な沈黙の中で生きることはできませんし、それを目指して努力することもありません。 宇宙飛行の準備をしている人たちにとって、防音室の静寂さが最も難しい試練の一つであることは偶然ではありません。 長い間完全な沈黙の中にいた人は、次のような経験をします。<информационный голод>それは精神障害につながる可能性があります。 一言で言えば、完全な沈黙が長く続くことは、継続的な沈黙と同じくらい精神に有害です。 騒音の増加。 これらの条件はいずれも、何百万年もの進化を経て、特定の背景騒音、つまり多様で目立たない自然の音に適応してきた人間にとっては不自然なものです。
騒音の多い作業場で作業員の健康状態を観察したところ、騒音が中枢神経系の動態や自律神経系の機能を乱すことが判明した。 簡単に言えば、騒音は血圧を上昇させ、脈拍を速くしたり遅くしたり、胃液の酸性度や脳内の血液循環を低下させ、記憶力を弱め、聴力を低下させる可能性があります。 騒々しい業界で働く労働者は、神経質で緊張感のある人の割合が高くなります。 血管系、 消化管。
騒音による悪影響の理由の 1 つは、聞こえを良くしようと集中すると補聴器に過負荷がかかることです。 一度限りの過負荷はひどいものではありませんが、毎日毎日、毎年、過負荷になると、それが跡形もなく消えることはありません。
人がどの程度の騒音を出せるか、またどのような種類の騒音を出せるかは年齢によって異なります。 一般に、若者は高齢者よりも騒音に耐えることができますが、10代の若者が好むオーケストラの轟音や甲高い歌は、高齢者を完全に激怒させる可能性があります。 医師や音響技師は騒音レベルをどのように判断するのでしょうか? 音の強さを測定するには 聴覚国際ラウドネス スケールが採用され、13 ベル、つまり 130 デシベルに分割されます。 このスケールでは、ゼロは可聴性のしきい値に対応し、10 デシベルは小さな音量のささやき声、20 デシベルは中程度の音量のささやき声、40 デシベルは静かな会話、50 デシベルは中程度の音量の会話、70 デシベルは静かな会話です。タイプライターの音、80 デシベルは走行中のトラックのエンジン音、100 デシベルは 5 ～ 7 メートルの距離での大きな車のクラクション、120 デシベルは 1 メートルの距離で作動するトラクターの騒音、そして最後に, 130デシベルは痛みの閾値、つまり耳の耐久閾値です。 身体に影響を与えないと思われる最大値は 30 ～ 35 デシベルであることが確認されていますが、そのような騒音に長時間さらされると、ほとんど影響を受けなくなります。 健康な人与えることができる<сбой> 神経系、通常は睡眠障害として表現されます。
医師たちは騒音が人間の健康に及ぼす影響を粘り強く研究し続けています。 たとえば、騒音が増加すると、アドレナリンの放出が増加することがわかりました。 アドレナリンは心臓の機能に影響を与え、特に血中への遊離脂肪酸の放出を促進します。 これを行うには、人が60〜70デシベルの強度の騒音に短時間さらされるだけで十分です。 90 デシベルを超える騒音は、より多くの影響を及ぼします。 アクティブリリースコルチゾン。 そしてこれは、がんの発生に寄与する物質など、体に有害な物質と戦う肝臓の能力をある程度弱めます。
騒音は人間の視覚にも有害であることが判明しました。 この結論は、この問題を研究したブルガリアの医師のグループによって到達されました。 実験に参加した専門家らは暗い部屋で数時間を過ごし、そこではテープに記録された機械や機構の作動音が常に放送されていた。 同時に、仕事が依存する目の網膜の活動が著しく低下することがわかりました。 視神経、したがって視力。 したがって、騒音は人間にとって非常に好ましくない現象であり、精神的および肉体的労働の生産性を著しく低下させます。 積極的な保護が必要となる人為的なノイズ源をすべてリストすることは不可能です。 しかし、現代の大都市の街路騒音を念頭に置くと、その主な発生源を特定するのはそれほど難しくありません。それは交通機関、特に絶え間なく轟音を立てたり、単に車が轟音を立てたりすることです。 一部では 主要都市日中の世界の騒音は 120 ～ 130 デシベルに達します。 で 西ヨーロッパ数年間にわたり、住民が日中働くことも夜に眠ることもできず、ジェット機が家の上空を絶えず飛び交う都市もある。
ノイズに対処することは可能でしょうか?またその方法は?という疑問が生じます。
ソ連では、騒音との闘いと音響条件の改善が広く注目を集めています。 飛行機は通常、都市上空を飛行することを禁止されています。 騒がしい企業は緑地によって住宅地から隔離されているか、市の境界外に移転しようとしています。 新しい地域では、家の壁で繰り返し音が反射されることなく、音がより吸収される広い通りが建設されています。 で 人口密集地域あらゆる種類の交通機関での音響信号は禁止されています（例外は交通規則で規定されています）。
植物は優れた防音効果を発揮します。 木や低木は騒音を 5 デシベル、10 デシベル、場合によっては 20 デシベルも低減します。 もちろん、緑地の効果はその配置や樹種によって異なります。 歩道と歩道の間にある緑のストライプが効果的です。 交通量の多い広い道路では、歩道の隣に幅 10 ～ 12 メートルの路地を設けることが推奨されます。 ターゲットはシナノキの木の騒音を弱めるのに最適です。
トウヒの木は街路の騒音を吸収するので、そのような針葉樹の象の後ろにある家の住人は迷惑な街路の騒音をほぼ完全に取り除くことができます。 大都市.
モスクワ標準実験設計研究所（MNIITEP）の建築音響研究室で働く専門家は、住宅用のいわゆる防音窓を提案した。 アパートの騒音を 44 デシベル低減します (通常、窓は街路騒音を約 22 デシベルしか低減しません)。 窓にはサイレンサーバルブが装備されており、アクセスが可能です。 新鮮な空気騒音保護を大幅に低下させることなく室内に届けることができます。
産業企業でも騒音との粘り強い闘いが続いています。 この目的のために、個人用保護具が使用されます -<противошумы>そして<антифоны>さまざまな設計を採用し、高品質ノイズのレベルを 30 ～ 50% 削減します。 騒音を低減するより効果的な方法は、さまざまな遮音製品や吸音塗料を使用することです。
騒音との戦いにおいて、エルモリンスキー綿協会では優れた取り組みが行われています。 デシベル攻撃は数年前にここで始まりました。 ソ連医学アカデミーの労働衛生・職業病研究所の職員らは、舞台裏で吸音性の吊り下げスラブの使用を提案した。 科学者、衛生士、エンジニアは、これらの音響トラップをできるだけ効果的にするために多大な労力を費やさなければなりませんでした。 たとえば、当初、壁には平らなスラブが並べられていました。 それから彼らはそれらを波状にし始めました、そしてそれがさらに大きな効果を与えることを彼らは発見しました 最良の選択肢シーンの配置。 結果は明らかです。騒音レベルは半分以下に減少し、労働生産性は向上し、織工の病気の発生率は 30% 減少しました。 エルモリンスキー版の騒音制御は、ローザ・ルクセンブルクにちなんで名付けられたモスクワ製糸工場で採用されました。<Красная Роза>、首都織物工場<Красные текстильщики>、ラーメンスキー繊維工場など。
騒音と戦うもう 1 つの方法は、物理的に使い古された旧式の機器をより高度な機器に置き換えることです。 産業機器の計画的かつ高品質な修理や近代化などの対策も適用できます。
産業騒音対策の問題は、社会の社会的および経済的利益によって必要とされているため、最終的には解決されると確信できます。
規制および技術的根拠 包括的なソリューションこの問題は標準化であり、何らかの形でノイズを発生させるすべての要因を厳密に規制し、それに対する保護方法と手段を確立することを目的とした目的的かつ体系的な活動です。 これはまさに経済相互援助評議会の加盟国の専門家が行っていることであり、職場や家庭での沈黙の基準を策定しています。 この場合、特定の国、特定の業界で蓄積された経験を考慮する必要があります。 国民経済。 各 CMEA 規格は、経験と最新の技術を統合したものです。 科学的成果高度な機器とテクノロジーの使用に完全に焦点を当てています。
ハンガリーの専門家が標準を開発しました<Допустимые уровни звукового давления в жилых и общественных зданиях>。 この文書は、沈黙の概念が定量的な表現を獲得するためのいくつかの音響限界を確立します。 それで、例えば――！ 基準の策定に参加した医師らによると、アパート内の静寂さの目安は日中40デシベル、夜間30デシベルだという。 比較のために、25 デシベルは適度な風の中での葉の擦れる音、30 デシベルは 1 メートル離れた時計のチクタク音、75 ～ 80 デシベルは小さな都市の通りの騒音です。
住宅地、レクリエーションエリア、子供の遊び場における最大許容騒音レベル1を確立する基準に関する作業が進行中です。 この規格に含まれる規格は、設計者と建設者にとって必須となります。
もちろん、ノイズと効果的に戦うためです。 それを測定できる必要があります。 しかしそれだけではなく、統一された測定方法と評価方法も必要です。 これはまさに、大都市の路上で交通の流れによって生じる騒音の測定方法に関する新しい CMEA 標準によって正当化されると考えられているものです。
CMEA の下には、次の作業グループ 1 を含む常設委員会があります。 労働保護、CMEA諸国で進行中の標準化作業を調整します。 1976 年に、知られているように主に女性が働いている繊維産業企業の騒音を制限するための技術基準が承認されました。
騒音保護の手段と方法は、ソビエトの専門家によって開発された規格、L規格によって分類されています。 一般的な要件騒音を測定する方法は、チェコスロバキア社会主義共和国の専門家によって作成されました。 東ドイツの専門家が CMEA 基準を実証<Допустимые уро ни шума на рабочих местах>、それによると、騒音レベルは85デシベルを超えてはなりません。 もちろん、これらは衛生士が夢見る理想的な状況にはまだ程遠いですが、すべての企業で例外なく生産騒音をこのレベルまで低減できれば、労働条件の大幅な改善につながるでしょう。
ノイズ対策に向けた標準化への取り組みは続いています。 そこで、CMEA常設委員会はソ連の専門家に、騒音の悪影響から人々を包括的に保護することを目的とした長期プログラム草案の作成を委託した。
その言葉で<музыка>私たちはすぐに、特に音の助けを借りて、芸術の形式を想像します。 芸術的な画像- 現実を反映し、人々の精神や感情に同様に具体的な影響を与えます。
私たちは音楽が特別な方法で組織された多様な音の世界であり、そのおかげで人々の感情的な経験や心の状態を十分に完全に表現できるという事実に長い間慣れてきました。 同時に、音一般を研究するときに物理学者によって確立され測定されたすべての特性がそれに適用できるということがどういうわけか忘れられています。 ただし、その特性を考慮すると適用可能であるため、音響学一般ではなく、音響学、音楽学、心理学、生理学が交わって生まれた科学である音楽音響学の研究対象となっています。 結局のところ、音楽言語は、その起源と目的の両方において、人間化されたサウンドであると言えるでしょう。
しかし、さらに大きな権利として、私たちの言語を構成する音についても同じことが言えます。言語は思考や意識と密接に結びついています。
したがって、騒音、音楽、音声音声は、音の世界の組織化、秩序性の向上、情報コンテンツの増加につながるはしごのようなものです。

「音、超音波、超低周波」

私たちの多くは、聞こえ方に関する単純な生理学的疑問に時々興味を持ちます。 私たちの聴覚器官が何で構成され、どのように機能するかを見てみましょう。

まず、聴覚アナライザーには 4 つの部分があることに注意してください。

1. 外耳。 これには、聴覚駆動、耳介、鼓膜が含まれます。 後者は、聴覚ワイヤーの内側端を環境から隔離するのに役立ちます。 外耳道は完全に湾曲した形をしており、長さは約2.5センチメートルです。 外耳道の表面には腺があり、また毛で覆われています。 耳垢を分泌するのはこれらの腺であり、朝に耳垢を取り除きます。 外耳道は、耳の中の必要な湿度と温度を維持するためにも必要です。
2. 中耳。 そのコンポーネント 聴覚分析装置鼓膜の後ろにあり、空気で満たされている部分を中耳と呼びます。 耳管を介して鼻咽頭に接続されています。 エウスタキー管これはかなり狭い軟骨管であり、通常は閉じています。 私たちが飲み込む動作をすると、穴が開き、そこから空気が空洞に入ります。 中耳の中には、きぬた骨、つち骨、あぶみ骨という 3 つの小さな耳小骨があります。 槌骨の一端はあぶみに接続されており、あぶみはすでに内耳の鋳物に接続されています。 音の影響下で、鼓膜は絶えず動き、耳小骨はさらにその振動を内部に伝えます。 これは人間の耳の構造を考える際に研究しなければならない最も重要な要素の 1 つです。
3. 内耳。 聴覚アンサンブルのこの部分には、一度に複数の構造がありますが、聴覚を制御するのはそのうちの 1 つ、つまり蝸牛だけです。 その螺旋状の形状からこの名前が付けられました。 リンパ液で満たされた 3 つの管があります。 中央のチャネルでは、液体の組成が残りのチャネルと大きく異なります。 聴覚を司る器官はコルチ器と呼ばれ、中管に位置しています。 これは、チャネル内を移動する液体によって生成される振動を捕捉する数千本の毛で構成されています。 ここで電気インパルスが生成され、大脳皮質に伝達されます。 特定の有毛細胞が反応する 特別な種類音。 有毛細胞が死ぬと、人はさまざまな音を知覚しなくなります。 また、人がどのように聞こえるかを理解するには、聴覚経路も考慮する必要があります。

聴覚経路

それらは、蝸牛自体から頭の聴覚中枢まで神経インパルスを伝導する一連の線維です。 私たちの脳がさまざまな音を認識できるのは、これらの経路のおかげです。 聴覚中枢は脳の側頭葉にあります。 外耳を通って脳に伝わる音は約10ミリ秒続きます。

私たちは音をどのように認識するのか

人間の耳は、環境から受け取った音を特別な機械的振動に処理し、その後、蝸牛内の液体の動きを電気インパルスに変換します。 それらは中枢聴覚系の経路を通って脳の側頭部分に到達し、認識されて処理されます。 ここで、中間ノードと脳自体が、音の音量とピッチだけでなく、音の取得時間や音の方向などの他の特性に関する情報を抽出します。 したがって、脳は、単一の感覚を受信しながら、各耳から受信した情報を順番に、または共同で認識することができます。

私たちの耳の中に、脳が認識した学習済みの音の特定の「テンプレート」が保存されていることが知られています。 これらは、脳が主な情報源を正しく分類し、決定するのに役立ちます。 音が減少すると、それに応じて脳は誤った情報を受け取り始め、それが音の誤った解釈につながる可能性があります。 しかし、音が歪むだけではなく、時間の経過とともに脳が特定の音を誤って解釈してしまうこともあります。 その結果、人の誤った反応や情報の誤った解釈が生じる可能性があります。 正しく聞いて、聞いた内容を確実に解釈するには、脳と聴覚分析装置の両方の同期作業が必要です。 そのため、人は耳だけでなく脳でも聞いていることがわかります。

このように、人間の耳の構造は非常に複雑です。 聴覚器官と脳のすべての部分が協調して機能することによってのみ、私たちは聞いた内容を正しく理解して解釈することができます。

人間の聴覚系は複雑であると同時に、非常に興味深いメカニズムです。 私たちにとって音が何であるかをより明確に想像するには、私たちが何をどのように聞いているのかを理解する必要があります。

解剖学では、人間の耳は通常、外耳、中耳、内耳の 3 つの構成要素に分かれています。 外耳には、音の振動を集中させるのに役立つ耳介と外耳道が含まれます。 耳介に入った音波は、外耳道（長さ約3cm、直径約0.5cm）に沿ってさらに進み、中耳に入り、薄い半透明の膜である鼓膜に当たります。 鼓膜は音波を振動に変換します（弱い音波の効果を増幅し、強い音波の効果を弱めます）。 これらの振動は接続されたものを介して伝達されます。 鼓膜内耳には、直径約 0.2 mm、長さ約 4 cm の液体が入ったカールした管があり、この管は蝸牛と呼ばれます。 蝸牛の内部には、基底膜と呼ばれる別の膜があり、これは長さ 32 mm の糸に似ており、それに沿って感覚細胞 (2 万以上の線維) が配置されています。 カタツムリの最初と上部では糸の太さが異なります。 この構造の結果、膜はさまざまな高さの音の振動に応じてさまざまな部分で共振します。 したがって、高周波音は蝸牛の先頭にある神経終末に影響を与え、低周波音の振動は蝸牛の頂点にある神経終末に影響を与えます。 音の振動の周波数を認識するメカニズムは非常に複雑です。 一般に、振動の影響を受ける神経終末の位置の分析と、神経終末から脳に入るインパルスの周波数の分析で構成されます。

人間の音の知覚の心理的および生理学的特性を研究する科学全体があります。 この科学はと呼ばれています 音響心理学。 過去数十年間で、音響心理学は音響技術の分野で最も重要な分野の 1 つになりました。これは、現代の音響技術が発展したのは主に音響心理学の分野の知識のおかげであるためです。 音響心理学によって確立された最も基本的な事実を見てみましょう。

に関する基本情報 音の振動脳は最大 4 kHz の領域で受信します。 この事実は、主要な重要な要素すべてを考慮すると、非常に論理的であることがわかります。 人にとって必要な音は、最大 4 kHz までのこのスペクトル帯域内に正確に存在します (他の人や動物の声、水の音、風など)。 4 kHz を超える周波数は人間にとって補助的なものにすぎず、これは多くの実験によって確認されています。 一般に、低周波はオーディオ情報の明瞭さ、明瞭さに「関与し」、高周波は主観的な音質に関与すると考えられています。 人間の補聴器は、20 ～ 30 Hz から約 20 kHz までの範囲の音の周波数成分を区別できます。 記載されている上限は、リスナーの年齢やその他の要因によって異なる場合があります。

ほとんどの楽器の音のスペクトルでは、振幅の点で最も顕著な周波数成分が観察されます。 彼らは彼女をこう呼びます 基本周波数 または メイントーン。 基本周波数は非常に重要なサウンドパラメータであり、その理由は次のとおりです。 周期的な信号の場合、人間の聴覚系はピッチを区別できます。 国際標準化機構によって定義されているように、 ピッチ- これは、低音から高音まで一定のスケールでサウンドを分配する主観的な特性です。 知覚される音のピッチは主にピッチ周波数 (振動の周期) によって影響されますが、音波の全体的な形状とその複雑さ (周期の形状) も影響する可能性があります。 複雑な信号の場合、ピッチは聴覚系によって決定できますが、それは信号の基本音が次の場合に限られます。 定期的な(たとえば、拍手や銃声の音では、音は周期的ではないため、耳はそのピッチを推定できません)。

一般に、スペクトル成分の振幅に応じて、音は異なる色を獲得し、次のように知覚されます。 トーンあるいはどうやって ノイズ。 スペクトルが離散的である (つまり、スペクトル グラフ上に明確に定義されたピークがある) 場合、サウンドはピークが 1 つであればトーンとして認識され、ピークが 1 つであれば音として認識されます。 協和音、いくつかの明確に定義されたピークが存在する場合。 音が連続スペクトルを持っている場合、つまりスペクトルの周波数成分の振幅がほぼ等しい場合、そのような音は耳にノイズとして知覚されます。 明確な例を示すために、さまざまな楽音やハーモニーを実験的に「作成」してみることができます。 これを行うには、複数の純音ジェネレーターをコンバイナーを介してスピーカーに接続する必要があります ( 発振器)。 さらに、生成される各純音の振幅と周波数を調整できるようにこれを実行します。 この作業の結果、すべてのオシレーターからの信号を希望の割合でミックスし、まったく異なるサウンドを作成することが可能になります。 結果として得られるデバイスは、シンプルなサウンド シンセサイザーです。

人間の聴覚系の非常に重要な特性は、周波数の異なる 2 つの音を区別できることです。 実験によると、人間の聴覚は、0 ～ 16 kHz の帯域では最大 620 の周波数階調 (音の強さに応じて) を区別でき、0 ～ 500 Hz の範囲では約 140 階調が識別可能です。

純音のピッチの知覚は、音の強さと持続時間にも影響されます。 特に低い純音は、音の強さを大きくするとさらに低く感じられます。 高周波純音では逆の状況が観察されます。音の強度が増加すると、主観的に知覚される音のピッチがさらに高くなります。

音の長さは、知覚されるピッチに重大な影響を与えます。 したがって、任意の周波数の非常に短い音（15 ミリ秒未満）は、耳には単なる鋭いクリック音として聞こえ、耳はそのような信号のピッチを区別できません。 ピッチは、1000 ～ 2000 Hz の範囲の周波数では 15 ミリ秒後にのみ知覚され始め、500 Hz 未満の周波数では 60 ミリ秒後にのみ知覚され始めます。 この現象はと呼ばれます 聴覚の慣性 。 聴覚の慣性は、基底膜の構造に関連しています。 短い音のバーストでは膜を目的の周波数で共鳴させることができません。これは、脳が非常に短い音のピッチに関する情報を受け取らないことを意味します。 ピッチ認識に必要な最小時間は、オーディオ信号の周波数、より正確には波長によって異なります。 音の周波数が高いほど、音の波長は短くなります。これは、基底膜の振動がより早く「固定」されることを意味します。

自然界では、純粋な音に出会うことはほとんどありません。 どの楽器の音も複雑であり、多くの周波数成分で構成されています。 上で述べたように、そのような音であっても、耳は基音および/またはその倍音の周波数に従って音のピッチを設定することができます。 しかし、同じ音程であっても、例えばヴァイオリンの音とピアノの音は耳に聞こえます。 これは、耳は音のピッチに加えて、音の一般的な特徴、色、音の特徴も評価できるという事実によるものです。 音色. 音の音色これは、周波数や振幅に関係なく、ある音を別の音から区別できる音の知覚の質です。 音の音色は、音の全体的なスペクトル構成とスペクトル成分の強度によって決まります。 一般的な見解音波であり、実際には基音のピッチには依存しません。 聴覚系の慣性現象は音の音色に大きな影響を与えます。 これは、たとえば、耳が音色を認識するのに約 200 ミリ秒かかるという事実に表れています。

音量は、私たちが日常的にそれが持つ物理的な意味を考えずに使用している概念の 1 つです。 音量- これ 心理的特徴 音のパワーの感覚を決定する音の知覚。 音の音量は厳密には強度に関係しますが、音声信号の強度の増加に不釣り合いに増加します。 音量は音声信号の周波数と持続時間の影響を受けます。 音の感覚 (音量) と刺激 (音の強さのレベル) の関係を正しく判断するには、人間の聴覚系の感度の変化が対数法則に厳密に従わないことを考慮する必要があります。

音量を測定するための単位はいくつかあります。 最初のユニットは「 背景"（英語の指定 - "phon"）。 平均的なリスナーが信号の大きさが周波数 1000 Hz、圧力レベル n dB の音と等しいと判断する場合、その音の大きさは n phon であると言われます。 デシベルと同様、バックグラウンドは本質的に測定単位ではなく、音の強さの相対的な主観的な特性です。 図では、 図 5 は、等体積の曲線を含むグラフを示しています。

グラフ上の各曲線は、1000 Hz を開始点とする等ラウドネスのレベルを示しています。 言い換えれば、各ラインはフォンで測定された特定のラウドネス値に対応します。 たとえば、「10 von」の線は、リスナーが周波数 1000 Hz、レベル 10 dB の信号と音量が等しいと知覚する、さまざまな周波数での信号レベルを dB 単位で示します。 示されている曲線は基準曲線ではなく、例として示されていることに注意することが重要です。 現代の研究曲線の形状は、測定条件、部屋の音響特性、音源の種類 (スピーカー、ヘッドフォン) に大きく依存することが明確に示されています。 したがって、等ラウドネス曲線の標準的なグラフは存在しません。

人間の補聴器による音の知覚における重要な詳細は、いわゆる 聴力閾値 - 信号の知覚が始まる最小の音の強さ。 これまで見てきたように、人間にとっての等音量レベルは、周波数が変化しても一定ではありません。 言い換えれば、聴覚系の感度は音の大きさと周波数の両方に大きく依存します。 特に、聴覚閾値も異なる周波数では同じではありません。 たとえば、約 3 kHz の周波数の信号の可聴閾値は 0 dB 未満であり、200 Hz の周波数では約 15 dB です。 反対に、聴覚の痛みの閾値は周波数にはほとんど依存せず、100 ～ 130 dB の範囲です。 聴力閾値のグラフを図に示します。 6. 聴力は年齢とともに変化するため、高周波帯域の聴力閾値のグラフは年齢によって異なることに注意してください。

可聴閾値を下回る振幅を持つ周波数成分 (つまり、可聴閾値グラフの下にある周波数成分) は、耳に知覚できないことがわかります。

興味深い、そして非常に重要な事実は、聴覚系の聴力閾値と等ラウドネス曲線が一定ではないということです。 さまざまな条件。 上に示した聴力閾値のグラフは、沈黙の場合に有効です。 完全な静寂ではなく、たとえば騒がしい部屋や一定の背景音が存在する環境で聴覚閾値を測定する実験を実行した場合、グラフは異なることが判明します。 一般に、これはまったく驚くべきことではありません。 結局のところ、通りを歩いていて対話者と話していると、トラックが通り過ぎると、トラックの騒音で対話者の声が聞こえないため、会話を中断せざるを得なくなります。 この効果はと呼ばれます 周波数マスキング 。 周波数マスキング効果の理由は、聴覚系が音を知覚する方法にあります。 特定の周波数 f m の強力な振幅信号は、基底膜の特定の部分に強い撹乱を引き起こします。 周波数が似ているが振幅が弱い周波数 f の信号は、膜の振動に影響を与えることができないため、神経終末と脳によって「検出されない」ままになります。

周波数マスキングの効果は、信号スペクトル内に同時に存在する周波数成分に対して有効です。 ただし、聴覚の慣性により、マスキング効果は時間の経過とともに広がる可能性があります。 したがって、ある周波数成分が同時にではなく時間遅れを持ってスペクトル内に現れる場合でも、ある周波数成分が別の周波数成分をマスクする可能性があります。 この効果はと呼ばれます 一時的○ 3番目の変装。 マスキングトーンがマスクされたトーンよりも時間的に早く現れる場合、そのエフェクトはと呼ばれます。 マスキング後 。 マスキングトーンよりもマスキングトーンが後に現れる場合（そのような場合もありえます）、そのエフェクトを呼び出します。 プレマスキング.

2.5. 空間音響。

人は二つの耳で聴覚を持っており、そのおかげで到来方向を区別することができます。 音声信号。 人間の聴覚系のこの能力はと呼ばれます バイノーラル効果 。 音の到来方向を認識するメカニズムは複雑であり、その研究や応用方法はまだ終わりが見えていないと言わざるを得ません。

人の耳は、頭の幅全体にわたってある程度の間隔をあけて配置されています。 音波の伝播速度は比較的遅いです。 リスナーの反対側の音源からの信号は両方の耳に同時に到達し、脳はこれを信号源が横ではなく後ろまたは前にあると解釈します。 信号が頭の中心からオフセットされた音源から来ている場合、音は一方の耳にもう一方の耳により早く到着します。これにより、脳はこれを左または右から到着する信号として適切に解釈し、おおよその位置を決定することができます。到達角度。 数値的には、左右の耳に信号が到達する時間の差が 0 ～ 1 ミリ秒の範囲であり、仮想の音源は信号をより早く知覚する耳に向かって移動します。 音の到来方向を決定するこの方法は、300 Hz ～ 1 kHz の周波数帯域で脳によって使用されます。 1 kHz を超える周波数の音の到来方向は、人間の脳が音量を分析することによって決定されます。 実際のところ、1kHzを超える周波数の音波は空間内では急速に減衰します。 そのため、リスナーの左右の耳に届く音波の強度は大きく異なり、脳は振幅の違いによって信号の到来方向を判断できます。 音が一方の耳でもう一方の耳よりよく聞こえる場合、音の発生源は音がよく聞こえる側の耳側にあります。 音の到来方向を決定するための重要な助けとなるのは、決定の正確さをチェックするために、人が音源と思われる方向に頭を向けることができることである。 信号の音量を分析するだけでなく、左右の耳に信号が到達する時間の違いによって音の到達方向を判断する脳の能力が利用されています。 立体音響.

音源が 2 つだけあると、リスナーの中に 2 つの物理的な音源の間に想像上の音源があるような感覚が生まれます。 さらに、この架空の音源は、2 つの物理的音源を接続する線上の任意の点に「配置」できます。 これを行うには、両方の物理ソースを通じて 1 つのオーディオ録音 (たとえば、ピアノの音) を再生する必要がありますが、ある程度の時間遅延を設けて実行します。 ○そのうちの 1 つの遅延とそれに対応する音量の差。 ここで説明したエフェクトを正しく使用すると、2 チャンネルのオーディオ録音を使用して、たとえばコンサートなどに個人的にその場にいた場合に感じるのとほぼ同じ音のイメージをリスナーに伝えることができます。 この 2 チャンネル録音は次のように呼ばれます。 立体音響。 シングルチャンネル録音と呼ばれます モノラル.

実際、高品質でリアルな空間サウンドをリスナーに伝えるには、従来のステレオ録音だけでは必ずしも十分ではありません。 この主な理由は、2 つの物理的な音源からリスナーに届くステレオ信号が、実際の音源が位置する平面内でのみ仮想音源の位置を決定するという事実にあります。 物理的ソース音。 当然、「リスナーを音で包み込む」ことはできません。 同じ理由で、概して、サラウンド サウンドがクアドラフォニック (4 チャンネル) システム (リスナーの前に 2 つ、後ろに 2 つのソース) によって提供されるという考えも誤解です。 一般に、マルチチャンネル録音を行うことによって、私たちは、私たちが設置した受音装置（マイク）によって「聞こえた」音をそのままリスナーに伝えることができるだけであり、それ以上のものではありません。 多かれ少なかれ現実的な、真のサラウンドサウンドを再現するために、彼らは根本的に異なるアプローチの使用に頼っています。これらのアプローチは、人間の聴覚系の機能や、物理的な特徴や伝達の効果をシミュレートする、より複雑な技術に基づいています。空間内の音響信号。

そのようなツールの 1 つは、HRTF (頭部伝達関数) の使用です。 このメソッド (基本的には関数のライブラリ) を使用すると、オーディオ信号を特別な方法で変換し、ヘッドフォンでも聴けるように設計されたかなりリアルなサラウンド サウンドを提供できます。

HRTF の本質は、人間の聴覚系による 3 次元音の知覚の心理物理学的モデルを記述する関数のライブラリの蓄積です。 HRTF ライブラリを作成するには、人工マネキン KEMAR (Knowles Electronics Manikin for Auditory Research) または特別な「デジタル耳」が使用されます。 マネキンを使用した場合の採寸の要点は以下の通りです。 マネキンの耳にはマイクが組み込まれており、それを利用して録音が行われます。 音はマネキンの周囲にある音源から発生します。 その結果、各マイクからの録音は、音が耳に届くまでに受けたすべての変化（マイクの周囲で曲がった結果としての減衰と歪み）を考慮して、マネキンの対応する耳で「聞こえた」音を表します。頭とそのさまざまな部分からの反射）。 HRTF 関数は、元の音とマネキンが「聞いた」音を考慮して計算されます。 実際、実験自体は、さまざまなテスト信号と実際の音声信号を再現し、マネキンを使用して記録し、さらに分析することで構成されます。 こうして蓄積された機能をベースに、あらゆる音を加工し、ヘッドフォンで再生したときに、リスナーはその音がヘッドフォンからではなく、周囲の空間のどこかから聞こえてくるような印象を与えることができます。

したがって、HRTF は、音声信号が音源から人間の聴覚系に到達する過程で受ける一連の変換です。 経験的に計算されると、HRTF を使用してオーディオ信号を処理し、音源からリスナーに伝わるときの実際のサウンドの変化をシミュレートできます。 このアイデアは成功しましたが、HRTF にはもちろん独自の課題があります。 マイナス面ただし、一般的に、HRTF を使用するというアイデアは非常に成功しています。 何らかの形での HRTF の使用は、多くの根底にあります。 現代のテクノロジー QSound 3 D (Q3 D)、EAX、Aureal3 D (A3 D) などの空間サウンド。