Для различения уровня силы от уровня громкости последний предлагается выражать в фонах, в отличие от децибелов, которыми обозначают уровень силы. Таким образом, численно фон соответствует уровню интенсивности (в децибелах) равногромкого звука в 1000 гц.
Нельзя, однако, думать, что уровень громкости в достаточной мере характеризует истинную громкость, т. е. количественную оценку этого качества ощущения. Уровень громкости дает только возможность сравнения двух звуков по их громкости. Существует еще и непосредственная оценка человеком громкости звука. Так, например, в музыке давно применяется обозначение пианиссимо, пиано, меццопиано, меццофорте, форте и фортиссимо. Каждая ступень оценивается примерно в 2 раза громче, чем предыдущая. Весь диапазон музыкальных звуков охватывается интенсивностями в 70—80 дб. Поэтому можно приблизительно считать, что увеличение уровня силы на 10 дб удваивает громкость. Из данного примера видно, что увеличение уровня громкости не идет параллельно с нарастанием истинного ощущения громкости. Оказалось, что большинство людей может довольно точно определить двойную громкость звука.
Анализ звуков. Важнейшей способностью уха является способность к анализу сложных звуков. Все природные звуки, кроме основного тона, содержат ряд обертонов, или гармоник, придающих им определенную окраску — тембр. Звуки арфы, скрипки, рояля одинаковой силы и высоты отличаются величиной, числом и качеством обертонов и легко распознаются ухом. Анализ сложного звука на составные компоненты может быть проведен до известной степени натренированным ухом, а также при помощи резонаторов и сложных записывающих приборов.
Непериодические звуковые колебания, быстро меняющиеся во времени и непостоянные в силе и частоте, называются шумами. В смысле способности уха разлагать сложный звук на отдельные компоненты звуковой анализатор превосходит световой. Как известно, глаз не способен разлагать сложный белый цвет на составляющие его цвета радуги, т. е. не способен различать отдельные длины световых волн в их смеси.
При воздействии на слуховой анализатор звуков происходят изменения его функциональных свойств. Повышение или понижение чувствительности, имеющее характер физиологического приспособления, носит название адаптации. Под влиянием сильных звуков чувствительность уха падает, а в тишине происходит адаптация к ней и чувствительность обостряется. Понижение чувствительности начинается сразу же по включении звука, достигает известного максимума и наблюдается в течение всего времени, пока действует звук, а после прекращения его держится еще в течение некоторого времени (последействие); затем чувствительность восстанавливается. Кроме чувствительности, меняется и ощущение высоты тона. Величина падения чувствительности, а также время восстановления ее зависят от интенсивности, высоты и времени действия раздражающего тона. Интересно отметить, что воздействие звуков небольшой силы вызывает падение чувствительности в основном для частоты тона раздражения. При сильных же звуках (70—110 дб выше порога) наступает падение чувствительности на широком диапазоне частот, причем наиболее выражено оно в зоне более высоких звуков, так что максимум падения чувствительности сдвинут в сторону соседних, более высоких звуков. Все это указывает на то, что явления адаптации происходят не только на периферии, но и в центральных звеньях анализатора. Особенно сильный адаптационный эффект дают высокие звуки (от 2000 до 4000 гц). При некоторых условиях (после дачи< слабых басовых звуков) иногда можно наблюдать енсибилизацию чувствительности.
От адаптации следует отличать утомление. Утомление наступает при перераздражении звукового анализатора, оно является процессом более длительным и, в отличие от адаптации, которая способствует работоспособности, всегда снижает работоспособность анализатора. После отдыха явления утомления постепенно сглаживаются и затем бесследно проходят. При частых и длительных перераздражениях наступает уже стойкое понижение функции, выявляется картина шумовой или звуковой травмы (акутравма), в основе которой лежат уже органические изменения в рецепторном аппарате (дегенерация волосковых клеток, нервных волокон и ганглиозных клеток спирального узла). Процессы адаптации при заболеваниях уха протекают по-разному, и изучение их представляет ценность для дифференциальной диагностики.
Хорошо известно, что при постороннем шуме звуки воспринимаются хуже. Так, в шумных цехах, в трамвае речь воспринимается хуже, многие более слабые звуки вовсе не слышны. Такое заглушение одного звука другим называется маскировкой. Звук, который заглушает другой, называется маскирующим, а исследуемый на этом фоне другой звук — маскируемым. Оказывается, как и следовало ожидать, что чем сильнее интенсивность маскирующего звука, тем сильнее его действие. Значительно маскируются все вышележащие частоты. Наиболее сильный эффект отмечается на звуки, близкие по частоте к маскирующему тону. Поэтому низкие звуки дают маскировочный эффект в большой зоне, при этом резко падает чувствительность ко всем вышележащим тонам. Явления маскировки имеют большой теоретический и практический интерес. При аудиометрии нередко приходится при помощи маскирующего звука заглушить противоположное, неисследуемое ухо. Однако маскирующий звук может вызывать нежелательный маскировочный эффект и на исследуемое ухо, — во-первых, тем, что изменяет функциональное состояние центров (центральная маскировка); во-вторых, он может передаться через ткани черепа на исследуемое ухо. Маскирующий звук в этом случае теряет в своей силе 40-50 дб, так как при прохождении звука через голову от одного до другого уха он ослабевает на эту величину.
Музыкальный и абсолютный слух. Следует отметить особую способность органа слуха отличать определенные отношения частот. Так, например, интервал частот 1:2 называется октавой, и она воспринимается одинаково по всему диапазону частот. Также специфически звучат для уха интервалы 3:2 — квинта, 4:3 — кварта, и т. д. Тонкое распознавание интервалов и звуковая память лежат в основе музыкального слуха.
Абсолютным слухом называется способность узнавать высоту любого звука (музыкального тона), а также в созвучии звуков — входящие частоты (например, в нотном обозначении). Как видно из этого определения, абсолютный слух можно исследовать главным образом у лиц, хорошо знакомых с музыкой. Одним из основных условий для абсолютного слуха является хорошая музыкальная память. Известно, что способность узнавать высоту звуков поддается тренировке. Так, например, музыканты относительно хорошо запоминают тон настройки своего инструмента и с ним сравнивают задаваемый тон. Поэтому у дирижеров упомянутая способность встречается относительно чаще. Высота тембровых и особенно хорошо знакомых исследуемому звуков распознается легче, чем высота звуков, лишенных окраски. Упомянутые выше свойства звукового анализатора обнаруживаются даже при наличии одного уха. Однако выполнение некоторых особых функций требует наличия парного органа слуха (бинауральный слух).
В связи с бинауральным слухом стоит способность узнавать направление звука — так называемая ототопика. Это свойство в биологическом отношении имеет огромное значение, особенно в мире животных. Определение места, откуда исходит сигнал опасности, имеет первостепенное значение.
При определении места, откуда идет звук, играют существенную роль в основном два фактора: различие в громкости, с которой слышен звук тем и другим ухом, а также различие во времени восприятия. Если, например, источник звука помещается справа, то правое ухо подвергается воздействию звука раньше левого, и интенсивность подходящего звука будет больше. Последнее зависит от того, что правое ухо ближе к источнику звука и, кроме того, левое ухо находится в тени головы. Экранирующее действие головы очень резко выступает для высоких звуков, поэтому различие в силе их играет существенную роль при определении источника высоких звуков. Для распознавания направления низких звуков особенно важным является временной фактор. Максимальная разница во времени будет наблюдаться, естественно, при помещении источника звука на линии, соединяющей оба уха. Расстояние между ушами в среднем составляет 21 см, звук проходит его в течение 0,63 мс. Так как некоторые лица различают отклонение источника звука от срединной линии всего на 3-4°, то следует считать, что они определяют разницу во времени в 0,03 мс. Естественно, чем шире расставлены уши, тем больше различие во времени прихода волны, тем точнее ототопика. Важным условием точной ототопики является наличие связи между обеими звуковыми зонами коры. С помощью методики условных рефлексов К. М. Быков показал, что способность узнавать направление, откуда идет звук, резко нарушается после перерезки мозолистого тела. Наиболее точно определяется направление при прерывистых, тембровых звуках, распространяющихся в горизонтальной плоскости. Хуже различается направление звуков в сагиттальной плоскости, например сзади или спереди. В данном случае придают известное значение ушным раковинам. Роль ушных раковин хорошо заметна у животных с подвижными раковинами (например, у лошади). Человек компенсирует эту способность при помощи легких поворотов головы.
Звукопроводящий аппарат является весьма совершенной механической системой. Она отвечает и на минимальные колебания воздуха, которые вызывают сдвиги барабанной перепонки величиной меньше диаметра молекулы и способна передавать также колебания, в миллиарды раз (в 1013 и более превышающие их пороговую силу. Наконец, эта система разлагает сложный звук на его компоненты (синусоидные колебания), т. е. производит первичный анализ его.