Человеческий фактор. Том 5 - Крёмер К.
ISBN 5-03-001817-4
Скачать (прямая ссылка):
Слуховая система чувствительна к частотам в диапазоне примерно от 20 до 20000 Гц с наилучшей чувствительностью в области от 2000 до 4000 Гц. Нижняя кривая на рис. 6.1 показывает, как изменяется абсолютный порог слышимости в зависимости от частоты звука. Уровни абсолютного порога в области частот наилучшей слышимости находятся вблизи 0 дБ (или 2-10-5 Па). В практических ситуациях звуковые уровни, необходимые для обнаружения сигналов, должны быть выше абсолютного порога, причем такое превышение зависит от уровня фонового шума, особенностей слуха оператора и ряда условий работы.
Чувствительность к звукам с частотой ниже 500 Гц почти не ухудшается с возрастом (потери меньше 10 дБ). Иначе обстоит дело с высокими частотами. В возрасте 45 лет у многих людей повышение абсолютного порога для частот свыше 10 кГц составляет 20 дБ и более [20]. Кроме того, длительная шумовая экспозиция способна вызвать значительные потери чувствитель-
180 Глава 6
ности в диапазоне от 4000 до 6000 Гц. Эти возрастные и вызванные шумом потери чувствительности являются факторами высокой вариабельности слуха в области высоких частот в пределах данной популяции пользователей.
Слушатели способны различать небольшие изменения в уровне звука; наименьшее обнаруживаемое изменение интенсивности источника называется разностным порогом. В общем разностные пороги возрастают с увеличением интенсивности источника: чем она больше, тем труднее обнаружить небольшое изменение в интенсивности. Разностный порог для чистых звуковых тонов (синусоидальные сигналы) равен примерно 0,5 дБ
20 100 1000 10000 Частота, Гц
Рис. 6.1. Диапазон слышимости у человека [49]. Уровень звукового давления определяется относительно значения 2- Ю-4 Па.
в широком диапазоне начальных уровней и частот. Однако в практических слуховых дисплеях изменения уровня звукового давления, передающие информацию, должны во много раз превышать 0,5 дБ. Минимальные пороги 0,5 дБ соответствуют лишь условиям, когда в качестве сигналов применяются чистые тоны при практически полном отсутствии фоновых шумов.
При некоторых условиях можно обнаруживать очень небольшие изменения в частоте тона. Величина едва обнаруживаемых изменений частоты зависит от основной частоты. Эта зависимость описывается уравнением
А///= 0,005, (2)
где А/ — разностный порог по частоте, / — основная частота. Для частот ниже 500 Гц А/ является постоянной величиной,
Представление слуховой и тактильной информации
181
приблизительно равной 4 Гц. Для передачи информации частотным кодом в реальных дисплейных системах требуется выбрать значительно большие значения А/. При этом следует также учитывать весь ансамбль предъявляемых сигналов и возможность появления интерферирующих сигналов в окружении дисплея.
Воспринимаемая человеком высота звука не обязательно соответствует частотной области, имеющей наивысшую концентрацию звуковой энергии; она определяется разными свойствами комплекса. При разработке кода дисплея практическое значение имеет не столько спектральное распределение энергии звука, сколько воспринимаемая высота. Высота аудиосигналов и ее применение в качестве кода рассматриваются в разд. 6.2.5.
6.2.2. Громкость
Воспринимаемая громкость звуковых сигналов зависит и от уровня звука, и от частоты. Увеличение уровня звука на 10 дБ приблизительно соответствует удвоению громкости. Эта зависимость описывается следующим соотношением:
5= 100,03(Lp-40)> (3)
где S — громкость тона в сонах, Lp — уровень звука в децибелах. Данная зависимость связана с соглашением о том, что значение громкости 1 сон соответствует звуковому тону с частотой 1 кГц и уровнем 40 дБ. Громкость тонов с другими частотами, отличными от 1 кГц, определяется с помощью семейства кривых равной громкости, представленных на рис. 6.2. Кривая, со-
Частота, Гц
Рис 6.2. Линии равной громкости. По каждой линии можно определить интенсивность и частоту тонов, которые имеют одинаковую громкость со стандартным го но* частотой 1 кГц [16].
182 Глава 6
ответствующая уровню 40 дБ, показывает, какие должны быть звуковые уровни у тонов частот, чтобы они имели такую же громкость, что и тон частотой 1 кГц и уровнем 40 дБ.
Зависимость (3) изменяется при увеличении шумового фона, а также у людей с частичной потерей слуха. В подобных случаях громкость возрастает значительно быстрее, чем при нормальных условиях, когда удвоение громкости происходит при повышении уровня звука на 10 дБ. В результате люди испытывают неприятные и очень беспокоящие их уровни громкости.
Вообще говоря, уровни свыше 90 дБ неприятны, вероятно, для большей части людей и могут явиться причиной прерывания звуковой связи и нарушения выполнения других задач. В следующих двух разделах описываются способы вычисления уровней сигналов, приемлемых для конкретных условий шумового фона.
6.2.3. Уровень сигнала
При низких уровнях слухового сигнала его обнаружение человеком имеет по существу характер вероятностного процесса вследствие флуктуаций внешнего шумового фона и фона в слуховой системе наблюдателя. При этом вероятность того, что сигнал будет обнаружен, возрастает от 0 до 100%, когда уровень сигнала повышается примерно на 20 дБ.
