Человеческое ухо может воспринимать звуковые волны в диапазоне от примерно 20 Гц до 20 000 Гц (20 кГц). Однако с возрастом этот диапазон может сужаться, особенно высокочастотная часть, что связано с естественным процессом старения и воздействием шумов.
Некоторые исследования показывают, что новорожденные способны слышать звуки в диапазоне от 25 Гц до 20 кГц, но у взрослых людей верхняя граница слуха обычно снижается до 15-17 кГц, что делает высокочастотные звуки менее различимыми с возрастом.
Анатомия слухового восприятия человека
Умение слышать является одним из основных органов чувств, благодаря которому мы можем воспринимать мир вокруг. Слуховой диапазон – это совокупность частот звуков, которые наше ухо в состоянии различить. У большинства людей этот диапазон колеблется от 20 Гц до 20 000 Гц, однако с течением времени верхняя граница этого диапазона, как правило, уменьшает свои показатели.
- частота – это высота звука;
- громкость – это сила звука.
Низкие частоты (басы) ощущаются как низкие вибрации, в то время как высокие (писк, свист) издаются как острые звуки. В пределах данного диапазона располагается человеческая речь (в диапазоне 250-4000 Гц) и muzykal’nye instrumenty, которые мы слышим.
Что касается животных, их слуховая способность имеет еще большее значение – многие виды используют звуки вне нашего слышимого диапазона для ориентации и общения. Например, летучие мыши применяют ультразвук для эхолокации, а слоны общаются с помощью инфразвуковых частот.
Интересно, что новорожденные способны улавливать звуки до 20 000 Гц, однако к 20 годам этот порог уже составляет 16-18 000 Гц. К 50 годам многие люди сталкиваются с трудностями при восприятии звуков на уровне 12-14 000 Гц. Эти изменения объясняются структурными особенностями внутреннего уха и постепенным угасанием чувства восприимчивости волосковых клеток.
Структура слуховой системы человека
Слуховая система человека представляет собой сложный механизм, состоящий из трех основных частей: наружного, среднего и внутреннего уха. Звуковые волны принимаются ушной раковиной, проходят через слуховой проход и вызывают вибрацию барабанной перепонки. В среднем ухе расположены три небольшие косточки — молоточек, наковальня и стремечко, которые усиливают эти вибрации и передают их во внутреннее ухо. Здесь, в улитке, находятся тысячи волосковых клеток, преобразующих механические колебания в нервные сигналы. Мозг обрабатывает эти сигналы, позволяя нам различать звуки с различными характеристиками высоты и громкости.
Обратите внимание! С возрастом диапазон слуха начинает сужаться, что связано с естественным старением волосковых клеток. Особенно заметно ухудшается восприятие высоких частот, из-за чего пожилые люди нередко не слышат детские крики или птичиные песни.
Исследования показывают, что в слуховом восприятии имеются гендерные различия:
- женщины в среднем лучше улавливают высокие частоты, что объясняет их большую чувствительность к детскому плачу и скрипу;
- мужчины зачастую имеют преимущества в восприятии низких частот.
Эти особенности связаны с анатомическими различиями в структурах слуховой системы и различиями в гормональном фоне.
Обратите внимание! Профессиональная деятельность зачастую значительно влияет на слух. Работники, занятые на шумных производственных площадках, как, например, строители, авиамеханики и музыканты, часто сталкиваются с потерей слуха на некоторых частотах. Примечательно, что в первую очередь страдает способность различать звуки в диапазоне 3-6000 Гц, где сосредоточены большинство согласных звуков речи. В связи с этим профессиональная тугоухость часто проявляется трудностями понимания речи в шумной обстановке.
К тому же, существуют и другие факторы, способствующие ухудшению слуха, такие как:
- влияние громкой музыки и звуков, особенно при использовании наушников;
- вирусные инфекции, такие как корь или краснуха, которые могут повредить слуховые нервные клетки;
- недостаток определенных витаминов и минералов, особенно витаминов группы B, что может негативно повлиять на нервную систему и слух;
- наследственные заболевания, которые могут иметь влияние на слуховую функцию.
Важно следить за состоянием слуха и обращаться к специалисту при первых признаках его ухудшения. Регулярные проверки у врача-отоларинголога помогут вовремя выявить и скорректировать проблемы со слухом.
Определение частоты
Для начала давайте разберёмся, почему тематика частот важна. Звук образуется механическими колебаниями источника, которые распространяются через воздух, жидкости или твердые тела в форме волн. Звуковая волна состоит из множества отдельных колебаний, периодично повторяющихся с определёнными временными промежутками. Количество колебаний за единицу времени называется частотой.
Понятие частоты применимо не только к звуку, но и в других областях физики — например, речь идет о свете, электрическом токе и механических процессах. В этих случаях частота измеряется в герцах (Гц), что является данью уважения немецкому физику Генриху Герцу, впервые изучавшему многие свойства электромагнитных волн.
Акустические частоты
Когда речь идет об акустических волнах, частота определяет высоту звука, который мы воспринимаем. Чем медленнее происходят колебания, тем ниже звук, и с увеличением частоты звук становится выше. Наш слуховой диапазон — от 20 до 20 000 Гц (либо 20 кГц). В этот диапазон укладываются 11 музыкальных октав, из которых мы можем полностью слышать всего девять — что вполне достаточно для любых инструментов и, безусловно, для наших голосов. Ниже указанных значений располагается инфразвук, выше — ультразвук.
Значения слышимого диапазона являются относительными — они варьируются от человека к человеку, не говоря уже о возрастных изменениях. С возрастом наша способность улавливать высокие частоты снижается. Обычно острота слуха взрослого человека уменьшается до 15-17 кГц, а в пожилом возрасте верхняя граница может достигать 12-13 кГц.
На слух Влияют различные повреждения слухового аппарата — даже при отсутствии серьезных травм, частое пребывание в шумной среде наносит вред. Чтобы предотвратить потерю слуха, стоит соблюдать хотя бы минимальные меры предосторожности — использовать беруши на громких концертах и не выставлять максимальный звук в наушниках у себя дома.
Частоты в музыке: ноты, октавы и обертоны
В традиционной музыкальной системе каждой ноте соответствует своя определенная частота. Например, нота «ля» первой октавы звучит на частоте 440 Гц. Это целое число, которое без дробных частей используется как стандарт для настройки всех музыкальных инструментов с помощью камертона.
Нота в одной октаве отличается от ноты в смежной октаве в два раза. В следующей октаве нота «ля» издается на частоте 880 Гц, а если же двинуться вниз, то ее можно будет услышать на частоте 220 Гц.
Каждая нота также имеет свой набор обертонов — дополнительных звуков, возникающих благодаря сложной природе и неоднородности источников звука. На их формирование влияют такие факторы, как длина струн, вибрация корпуса и другие. Обертоны могут быть гармоническими (то есть совпадающими с частотами музыкального звукоряда) или негармоническими (выходящими за пределы звукоряда).
Гармонические обертоны способствуют обогащению и улучшению оригинального звука, в то время как негармонические могут затруднять восприятие. Таким образом, контроль над обертонами становится важным аспектом как при исполнении музыки, так и при проектировании и настройке акустических систем.
Характеристики частот: от 20 Гц до 20 кГц
Различные части звукового спектра характеризуются устойчивыми признаками и определенными обозначениями. Восприятие звуков зависит от их расположения в диапазоне — некоторые могут утомлять и раздражать, в то время как другие важны для создания музыкальной гармонии. Более тонкое распределение различных частотных диапазонов можно провести по ранее упомянутым октавам, однако для упрощенного понимания часто используется деление на семь категорий.
Суббас — от 20 до 60 Гц
Суббас находится на начальных уровнях слышимого диапазона. Это очень низкие bass frequencies, которые чаще ощущаются телом, чем слышатся ушами. Для работы с такими низкими частотами нужна не только высокая чувствительность слуха, но и очень качественная акустическая система. Подойдет мощный сабвуфер или акустика с высокой чувствительностью. Частоты суббаса также играют ключевую роль в создании атмосферы и глубины звука в электронной музыке и фильмах.
Бас — от 60 до 250 Гц
Бас уже находится в комфортной для слуха области и служит основой для большинства современных музыкальных произведений. Если суббас можно рассматривать как способ создания дополнительных ощущений, то бас необходим — в этот диапазон входят бас-гитары, ударные и низкие октавы пианино, а также множество других инструментов. Хорошее воспроизведение низких частот — важный аспект качественной аудиосистемы. Оптимальная настройка басов может значительно повысить удовольствие от прослушивания музыки и улучшить восприятие музыкального контента.
Нижняя середина — от 250 до 500 Гц
В этой области обитают главные обертоны басов и основные частоты большинства стандартных музыкальных инструментов. Низкий средний диапазон играет важную роль в формировании характерного звучания, создавая плотность и интерес, а Выделяя каждому инструменту его место в композиции. Необработанные частоты в этой зоне могут привести к «грязному» звуку, в котором детали теряются, что делает важным использование качественных звуковых карт и процессов эквализации.
Середина — от 500 Гц до 2 кГц
Настоящая середина — это зона, отвечающая за читаемость, где сосредоточена информация, обеспечивающая ясность звука. В этой категории находятся большинство привычных нам пластиков, гитар и вокала. Правильная обработка и воспроизведение данного диапазона критически важно, чтобы избежать смешивания звуков и обеспечить четкость изображения звуковых инструментов. Чрезмерный акцент на частоте 1 кГц может привести к появлению «металлического» звучания, характерного для низкокачественных аудиосистем. Профессиональная работа с этой областью может также помочь в создании более «живого» звучания.
Верхняя середина — от 2 до 4 кГц
Эта зона полна резонансов и обертонов. Наш слух особенно чувствителен в этой переходной области между серединой и верхними частотами, так как именно здесь могут проявляться неприятные артефакты, несоответствия исполнения, записи и обработки звука. Важно добиться абсолютно линейного звучания, чтобы избежать неприятных ощущений от взрывных согласных или нечеткого микса. Также стоит учитывать, что небольшие изменения в эквализации могут существенно повлиять на восприятие вокала и инструментов в аудиозаписи.
Зона присутствия — от 4 до 6 кГц
Зона присутствия включает небольшой диапазон в начале высоких частот. Этот диапазон отвечает за дополнительную четкость, яркость и объемность звука. Название зоны происходит от того, что должная настройка этого диапазона может создать иллюзию, что музыкальные инструменты находятся рядом с нами, будто мы находимся на живом концерте. Умеренное подчеркивание этих частот может добавить выразительности вокалу и акцентировать важные элементы музыки.
Верхний диапазон — от 6 до 20 кГц
Верхний диапазон охватывает высокочастотные звуки, которые отвечают за «воздушность» и чистоту записи. Хотя восприятие частот выше 10 кГц человеческим ухом может быть снижено, эти частоты все равно играют важную роль в формировании общего впечатления от звучания, добавляя яркость и детальность. Для достижения качественного звучания в этом диапазоне необходимы высококачественные наушники или акустика, а также правильное распределение частот, чтобы избежать излишнего «шипения» и резкости.
Верхняя граница слышимого диапазона — зона «воздушности»
Верхняя граница слышимого диапазона представляет собой сферу «воздушных» звуков. Это нюансы, которые едва ли улавливаются, но их отсутствия достаточно, чтобы ощутить разницу. Именно здесь сосредоточены самые изысканные обертоны, играющие решающую роль в создании чувства пространства и дыхания в музыкальном произведении. Вокруг этой области ведутся обсуждения — достаточно ли для нас верхнего предела в 20 кГц или же акустические системы должны обеспечивать более широкий диапазон для отображения всех тонкостей?
Бинауральный слух
Способность человека слушать с помощью обоих ушей и обрабатывать получаемую информацию в симметричных слуховых центрах мозга называется бинауральным слухом. Это качество позволяет осуществлять процесс бинаурального слияния, при котором различные звуки, доходящие до правого и левого ушей, воспринимаются как единое целое. Благодаря сопоставлению звуков, поступающих с обеих сторон, слуховая система может определить местоположение источника звука.
Именно бинауральный слух позволяет нам различать речь даже на фоне значительного шума, благодаря эффекту, известному как «бинауральное освобождение от маскировки».
Слуховая адаптация
Как и другие сенсорные системы в организме человека, слуховая система способна адаптироваться к окружающим условиям. Это проявляется в временном снижении чувствительности, когда пороги слуха повышаются в ответ на чрезмерное звуковое воздействие. Таким образом, слуховая система защищает себя от возможных повреждений.
Порог слуха увеличивается при воздействии звука, превышающего его уровень на 10-20 дБ. В случаях кратковременного воздействия на уровне 80-90 дБ это увеличение будет временным. При более мощном звуке пороги слуха могут оставаться повышенными на протяжении нескольких минут. После прекращения звукового воздействия пороги постепенно возвращаются к своему первоначальному уровню.
Ольга Анатольевна Янмаева
