[Править]Скорость звука

Средства звукового наблюдения, основанные на бинауральном эффекте

Основная статья: Скорость звука

Скорость звука — скорость распространения звуковых волн в среде.

Как правило, в газах скорость звука меньше, чем в жидкостях, а в жидкостях скорость звука меньше, чем в твёрдых телах, что связано в основном с убыванием сжимаемости веществ в этих фазовых состояниях соответственно.

В среднем в идеальных условиях в воздухе скорость звука составляет 340—344 м/с

Скорость звука в любой среде вычисляется по формуле:

где   — адиабатическая сжимаемость среды;   — плотность.

[Править]Громкость звука

Основная статья: Громкость звука

Гро́мкость зву́ка — субъективное восприятие силы звука (абсолютная величина слухового ощущения). Громкость главным образом зависит от звукового давления, амплитуды и частоты звуковых колебаний. Также на громкость звука влияют его спектральный состав, локализация в пространстве, тембр, длительность воздействия звуковых колебаний, индивидуальная чувствительность слухового анализатора человека и другие факторы^[3][4].

Билет№9

Основные характеристики ощущений

1) Диапазон чувствительности. Раздражитель способен вызвать ощущение только при достижении определенной величины или силы.

Нижним абсолютным порогом ощущения (Jo) называют минимальную силу (интенсивность, длительность, энергию или площадь) воздействия, которая вызывает едва заметное ощущение. Чем ниже Jo, тем выше чувствительность анализатора к раздражителю. Например, нижняя граница (порог) чувствительности высоты звука составляет 15 Гц, света — 0,001 свечи и так далее.

Раздражители меньшей силы называются подпороговыми (субсенсорными), и сигналы о них не передаются в кору головного мозга. Если снижать интенсивность света настолько, что человек уже не может сказать, видел ли он вспышку света, то от руки в данный момент тем не менее регистрируется кожно-гальваническая реакция. Это говорит, что световой сигнал, хотя и не осознавался, но был переработан нервной системой. На такой процедуре основано действие "детектора лжи".

Переход от подпорогового ощущения осуществляется скачкообразно — если воздействие почти достигло пороговой величины, то достаточно бывает едва заметного увеличения силы воздействия, для того, чтобы стимул сразу полностью превратился в ощущаемый. Подпороговые импульсы не безразличны для организма. Подтверждением тому служат многочисленные факты, получаемые в клиниках нервных болезней и психиатрии, когда именно слабые, подпороговые раздражители, идущие из внешней или внутренней среды, создают в коре больших полушарий доминантный очаг и способствуют возникновению "обманов чувств" — галлюцинаций.

Некоторые ученые отмечают сходство между подпороговым восприятием (ощущением) и экстрасенсорным, где речь также идет о сигналах, которые слишком слабы, чтобы дойти до уровня сознания, но все же некоторыми людьми в определенное время и в определенном состоянии эти сигналы улавливаются. К экстрасенсорному восприятию относят ясновидение (способность видеть недоступное видению на расстоянии), телепатию (получение информации о человеке, который находится далеко, передача мыслей), предвидение (способность угадывать будущее).

Пограничная зона психологии, изучающая пси-феномены, возникла в начале 30-х годов (Л. Васильев в СССР и Дж. Райн в США), хотя в научных кругах эти работы начали открыто обсуждаться только в последние десятилетия. Парапсихологическая ассоциация, исследовавшая "аномальные" явления, в 1969 году была принята в Американскую ассоциацию научного прогресса. Эта область, недавно признанная научной дисциплиной, в Германии и США называется парапсихологией, во Франции — метапсихикой, в России — биоинформатикой. Новое общее название — псилогия. Главная трудность в полном признании результатов в этой области — не всегда удается воспроизвести изучаемые феномены, что, безусловно, необходимо для фактов, претендующих быть научными.

Верхний абсолютный порог ощущения — максимальная величина раздражителя, которую способен адекватно воспринять анализатор (Jmax). Воздействия, превышающие Jmax, перестают дифференцированно ощущаться или вызывают боль. Jmax значительно более изменчив у разных людей и в разных возрастах, чем Jo. Интервал между Jo и Jmax носит название "диапазон чувствительности".

2) Дифференциальный (разностный) порог чувствительности. С помощью органов чувств мы можем не только констатировать наличие или отсутствие того или иного раздражителя, но и различать раздражители по их силе и качеству. Минимальная величина разности в силе двух однородных раздражителей, которую человек способен ощутить, называется порогом различения (aJ). Чем меньше величина разностного порога, тем выше способность данного анализатора дифференцировать раздражение.

Немецкий физиолог Э. Вебер (1795-1878) установил, что увеличение интенсивности раздражителя, способное вызвать едва заметное увеличение интенсивности ощущения, всегда составляет определенную часть первоначальной величины раздражителя (закон Вебера). Так, усиление давления на кожу уже ощущается, если увеличить груз всего на 3% (к гирьке весом 100 г надо добавить 3 г, а к гирьке в 200 г надо добавить 6 г и т.д.). Эта зависимость выражается следующей формулой: dJ/J=const, где J — сила раздражителя, dJ — ее едва различаемый прирост (порог различения), const — постоянная величина (константа), различная для разных ощущений (давление на кожу — 0,03,зрение — 0,01; слух — 0,1 ит.д.).

3) Оперативный порог различимости сигналов — это та величина различения между сигналами, при которой точность и скорость различения достигают своего максимума. Оперативный порог в 10-15 раз выше дифференциального порога.

4) Психофизический закон Вебера — Фехнера — описывает зависимость интенсивности ощущения (Е) от силы раздражителя (J).

Немецким физиком Д.Т. Фехнером (1801-1887) эта зависимость выражена следующей формулой (основной психофизический закон): E=k*logJ+c (интенсивность ощущения увеличивается пропорционально логарифму силы раздражителя), где к — коэффициент пропорциональности, с — константа, различная для ощущений разных модальностей.

Американский ученый С. Стивенс полагает, что основной психофизический закон лучше выражается не логарифмической, а степенной функцией. Однако в любом случае сила ощущения нарастает существенно медленнее, чем величина физических стимулов. Эти закономерности связаны с особенностями электрохимических процессов, происходящих в рецепторах при преобразовании воздействия в нервный импульс.

Психофизика Вебера и Фехнера имела большое значение для введения в психологию статистических методов и для творческого контакта с физиологией. Однако надо отметить, что выявленные закономерности распространяются не на всю область органов чувств. Кроме того, самая большая проблема психофизики до сих пор остается нерешенной: мы видим, что физические и биохимические процессы трансформируются в психические уже во время ощущений, но мы не знаем, как нервные процессы в коре головного мозга переходят в психические. Иногда также говорят о специфической энергии органов чувств, имея в виду, что орган чувств и на неадекватное раздражение дает адекватную реакцию. Так, например, орган зрения и на давление или удар отвечает адекватно — световым или цветовым ощущением.

5) Временной порог — минимальная длительность воздействия раздражителя, необходимая для возникновения ощущений. Для зрения он составляет 0,1 -0,2 сек, а для слуха 50 мсек.

6) Пространственный порог — определяется минимальным размером едва ощутимого раздражителя. Например, острота зрения выражается способностью глаза различать мелкие детали предметов. Их размеры выражаются в угловых величинах, которые связаны с линейными размерами по формуле tgC/2=h/2L, где С — угловой размер объекта, h — линейный размер, L — расстояние от глаза до объекта. При нормальном зрении пространственный порог остроты зрения равен 1 угловой минуте, но минимально допустимые размеры элементов изображения для уверенного опознания объектов должны быть для простых предметов 15 угловых минут, а для сложных — не менее 30-40.

7) Латентный период реакции — промежуток времени от момента подачи сигнала до момента возникновения ощущения. Для ощущений разной модальности он различен. Например, для зрения он составляет 160-240 мсек. Следует также помнить, что после окончания воздействия раздражителя ощущения исчезают не сразу, а постепенно (инерция зрения составляет 0,1-0,2 сек), поэтому время действия сигнала и интервал между появляющимися сигналами должен быть не меньше времени сохранения ощущений.

При проектировании современной техники инженерам необходимо знать и учитывать психологические возможности человека по приему информации. Основные характеристики анализаторов можно найти в соответствующих руководствах и справочниках по инженерной психологии.

Закон Вебера — Фехнера — эмпирический психофизиологический закон, заключающийся в том, что интенсивность ощущения пропорциональна логарифму интенсивности раздражителя.

В ряде экспериментов, начиная с 1834 года, Э. Вебер показал, что новый раздражитель, чтобы отличаться по ощущениям от предыдущего, должен отличаться от исходного на величину, пропорциональную исходному раздражителю. Так, чтобы два предмета воспринимались как различные по весу, их вес должен различаться на 1/30, а не на x грамм. Для различения двух источников света по яркости необходимо, чтобы их яркость отличалась на 1/100, а не на x люмен и т. д.

На основе этих наблюдений Г. Фехнер в 1860 году сформулировал «основной психофизический закон», по которому сила ощущения   пропорциональна логарифму интенсивности раздражителя  :

где   — значение интенсивности раздражителя.   — нижнее граничное значение интенсивности раздражителя: если  , раздражитель совсем не ощущается.   - константа, зависящая от субъекта ощущения.

Так, люстра, в которой 8 лампочек, кажется нам настолько же ярче люстры из 4-х лампочек, насколько люстра из 4-х лампочек ярче люстры из 2-х лампочек. То есть количество лампочек должно увеличиваться в одинаковое число раз, чтобы нам казалось, что прирост яркости постоянен. И наоборот, если абсолютный прирост яркости (разница в яркости «после» и «до») постоянен, то нам будет казаться, что абсолютный прирост уменьшается по мере роста самого значения яркости. Например, если добавить одну лампочку к люстре из двух лампочек, то кажущийся прирост в яркости будет значительным. Если же добавить одну лампочку к люстре из 12 лампочек, то мы практически не заметим прироста яркости.

Можно сказать и так: отношение минимального приращения силы раздражителя, впервые вызывающего новые ощущения, к исходной величине раздражителя есть величина постоянная.

Закон Вебера — Фехнера можно объяснить тем, что константы скорости химических реакций, проходящих при рецептировании, нелинейно зависят от концентрации химических посредников физических раздражителей или собственно химических раздражителей.^{[источник не указан 565 дней]}

В XX веке Стивенсом была доказана ограниченность закона Вебера-Фехнера, справедливого лишь для средних значений ощущения некоторых модальностей. В целом же зависимость носит характер общей степенной функции с различными показателями степени для каждого рода условий (Закон Стивенса).

Билет №9

Ультразву́к — упругие колебания в среде с частотой за пределом слышимости человека. Обычно под ультразвуком понимают частоты выше 20 000 Герц.

Хотя о существовании ультразвука известно давно, его практическое использование достаточно молодо. В наше время ультразвук широко применяется в различных физических и технологических методах. Так, по скорости распространения звука в среде судят о её физических характеристиках. Измерения скорости на ультразвуковых частотах позволяет с весьма малыми погрешностями определять, например, адиабатические характеристики быстропротекающих процессов, значения удельной теплоёмкости газов, упругие постоянные твёрдых тел.