Cường độ âm thanh: xác định bởi hệ thính giác

Cường độ được xác định bởi hệ thính giác bằng ít nhất ba cách.

Một là khi âm thanh lớn hơn, biên độ rung của màng nền và tế bào lông cũng tăng theo vì vậy tế bào lông kích thích đầu thần kinh tận cùng với tốc độ nhanh hơn.

Hai là, khi biên độ rung tăng lên, nó làm cho càng nhiều tế bào lông trên rìa của phần cộng hưởng của màng nền được kích thích, vì vậy gây ra sự cộng kích thích theo không gian - đó là sự dẫn truyền qua nhiều sợi thần kinh hơn.

Ba là, tế bào lông bên ngoài không được kích thích đáng kể cho đến khi màng nền rung đạt tới cường độ cao, và sự kích thích của các tế bào có thể báo cho hệ thần kinh biết âm thanh lớn.

Nhận biết sự thay đổi cường độ - Quy luật năng lượng

Diễn giải sự thay đổi về cường độ của kích thích cảm giác là tương quan với một hàm nghịch đảo lũy thừa của cường độ thực tế. Còn đối với âm thanh, cảm giác nhận được tương đương với căn bậc ba của cường độ âm thanh thực tế. Để diễn giải khái niệm này bằng cách khác, tai có thể phân biệt sự khác nhau về cường độ âm thanh từ tiếng thì thào nhẹ nhất cho đến những tiếng ồn lớn nhất có thể, tương ứng với tăng một tỷ tỷ lần về năng lượng âm thanh hoặc một triệu lần về biên độ vận động của màng nền. Chưa hết, tai nhận thấy nhiều khác biệt hơn về mức âm thanh như thay đổi xấp xỉ 10,000 lần. Vì vậy, cường độ âm thanh đã được “nén” rất nhiều bởi hoạt động tri giác âm thanh của hệ thính giác, điều này cho phép một người có thể phân biệt được sự khác nhau về cường độ âm thanh trong một phạm vi rộng hơn nhiều nếu như cường độ âm thanh không được nén xuống.

Đơn vị decibel

Bởi vì sự thay đổi trong cường độ âm thanh mà tai có thể nghe và phân biệt được, cường độ âm thanh thường được thể hiện bằng hàm logarit của cường độ thực tế của chúng. Tăng 10 lần năng lượng âm thanh được gọi là 1 bel và 0.1 bel gọi là 1 decibel. Một decibel tương ứng với tăng 1.26 lần về năng lượng âm thanh.

Một lý do khác để sử dụng hệ đơn vị decibel để thể hiện sự thay đổi về độ lớn, trong phạm vi cường độ âm thanh bình thường trong giao tiếp, tai có thể phân biệt được sự thay đổi khoảng 1 decibel về cường độ âm thanh.

Ngưỡng nghe âm thanh tại những tần số khác nhau

Ngưỡng áp suất mà tại đó âm thanh có tần số khác nhau chỉ có thể vừa đủ nghe bằng tai. Chứng minh rằng một âm thanh có tần số 3000 chu kì/giây có thể được nghe thậm chí khi cường độ của nó thấp bằng 70 decibel dưới 1 dyne/cm2 mức áp suất âm, bằng 10 phần triệu microwatt mỗi centimet vuông. Ngược lại, một âm thanh có tần số 100 chu kì/giây có thể được phát hiện khi cường độ của nó lớn gấp 10,000 lần như này.

Hình. Mối liên hệ giữa ngưỡng nghe và ngưỡng nhận thức thẩm mỹ (ngưỡng nhạy cảm và xúc giác) với mức năng lượng âm thanh tại mỗi tần số âm thanh.

Phạm vi tần số của thính giác

Tần số âm thanh mà một người trẻ tuổi có thể nghe là từ 20 đến 20,000 chu kì/giây. Mặc dù vậy, ta có thể thấy rằng phạm vi tần số âm thanh phụ thuộc nhiều vào độ lớn âm thanh. Nếu độ lớn là 60 decibel dưới 1 dyne/cm2 mức áp suất âm thanh, thì phạm vi âm thanh vào khoảng 500 đến 5000 chu kì; chỉ âm thanh có cường độ lớn mới đạt được phạm vi toàn bộ từ 20 đến 20,000 chu kì. Ở tuổi cao, phạm vi tần số này thường thu hẹp hơn vào khoảng từ 50 đến 8000 chu kì/giây hoặc ít hơn.