Важной характеристикой слуховой системы человека является способность различать два тона с разными частотами. Опыты показали, что в полосе от 0 до 16 кГц человеческий слух способен различать до 620 градаций частот (в зависимости от интенсивности звука). На восприятии высоты звука для чистых тонов сказываются также интенсивность и длительность звучания. В частности, низкий чистый тон покажется еще более низким, если увеличить интенсивность его звучания. Обратная ситуация наблюдается с высокочастотным чистым тоном – увеличение интенсивности звучания сделает субъективно воспринимаемую высоту тона еще более высокой.

Длительность звучания сказывается на воспринимаемой высоте тона критическим образом. Так, очень кратковременное звучание (менее 15 мс) любой частоты покажется на слух просто резким щелчком – слух будет неспособен различить высоту тона для такого сигнала. Высота тона начинает восприниматься лишь спустя 15 мс для частот в полосе 1000-2000 Гц и лишь спустя 60 мс – для частот ниже 500 Гц. Это явление называется инерционностью слуха.

Мы почти не сталкиваемся с чистыми тонами в природе. Звучание любого музыкального инструмента является сложным и состоит из множества частотных составляющих. Тем не менее, даже при одинаковой высоте звучания, звук, например, скрипки отличается на слух от звука рояля. Это связано с тем, что помимо высоты звучания слух способен оценить также общий характер, окрас звучания, его тембр. Тембром звука называется такое качество восприятия звука, которое, в не зависимости от частоты и амплитуды, позволяет отличить одно звучание от другого. Тембр звука зависит от общего спектрального состава звучания и интенсивности спектральных составляющих, то есть от общего вида звуковой волны, и фактически не зависит от высоты основного тона. На распознавание тембра слуху требуется около 200 мс.

Громкость звука – это психологическая характеристика восприятия звука, определяющая ощущение силы звука. На громкость влияет частота и длительность звукового сигнала.

Есть несколько единиц измерения громкости звука. Первая единица – «фон» (в англ. обозначении – «phon»). Говорят, «уровень громкости звука составляет n фон». Фон, как и децибел, по сути не является единицей измерения, а представляет собой относительную субъективную характеристику интенсивности звука.

Человеческий слух по разному реагирует на звуки различной частоты. Наиболее чувствительно ухо к звукам средних частот. Эту особенность изучали ученые Флетчер и Менсон, они проводили многочисленные эксперименты и представили интересные графики зависимости чувствительности слуха от частоты и интенсивности (т. н. кривые равной громкости)

На рисунке представлен график с кривыми равных громкостей.

Каждая кривая на графике показывает уровень равной громкости с начальной точкой отсчета на частоте 1000 Гц. Иначе говоря, каждая линия соответствует некоторому значению громкости, измеренной в фонах.

Например, линия «10 фон» показывает уровни сигнала в дБ на разных частотах, воспринимаемых слушателем как равные по громкости сигналу с частотой 1000 Гц и уровнем 10 дБ.

Одним из параметров восприятия звука слуховым аппаратом человека является так называемый порог слышимости – минимальная интенсивность звука, с которой начинается восприятие сигнала. Как мы видели, уровни равной громкости звука для человека не остаются постоянным с изменением частоты. Иными словами, чувствительность слуховой системы сильно зависит как от громкости звука, так и от его частоты. В частности, и порог слышимости также не одинаков на разных частотах. Например, порог слышимости сигнала на частоте около 3 кГц составляет чуть менее 0 дБ, а на частоте 200 Гц – около 15 дБ. Напротив, болевой порог слышимости мало зависит от частоты и колеблется в пределах 100-130 дБ. График порога слышимости представлен на рисунке. Обратите внимание, что поскольку острота слуха с возрастом меняется, график порога слышимости в верхней полосе частот различен для разных возрастов.

Звуки ниже порога слышимости (то есть находящиеся под графиком порога слышимости) оказываются незаметными на слух.