Az emberi fül érzékenységének frekvenciafüggése

Az emberi fül nem egyformán érzékeny a különböző frekvenciájú hangokra. 1 kHz frekvencián a hallásküszöbnek megfelelő intenzitás 10^–12 W/m² (0 dB intenzitásszint), a fájdalomküszöb 1 W/m² (120 dB), más források szerint 100 W/m² (140 dB).

         (Azért szerepelnek ilyen különböző értékek, mert a fájdalom fogalma sem egyértelmű).

A fülünk 3 kHz körül a legérzékenyebb, egészséges hallású fiatalok már 0 dB-nél alacsonyabb intenzitásszinten is hallják. 1 kHz alatt a frekvencia csökkenésével, illetve 3 kHz fölött a frekvencia növelésével a hallásküszöb gyorsan növekszik.

A hallható tartomány körülbelül 20 Hz-től 20 kHz-ig tart. (Meghallgatható frekvenciaspektrum.) Velünk szemben a kutyák kb. 40 kHz-ig, a macskák pedig 50 kHz-ig hallanak.

A fájdalomküszöbnek megfelelő intenzitás az egész hallható tartományban közelítőleg ugyanannyi, nem mutat akkora változásokat, mint a hallásküszöb.

Számít az életkor is: A közepes és magas frekvenciákon az idősebbek hallásküszöbe lényegesen megemelkedik. Az alacsony frekvenciákra való érzékenység ugyanakkor nem romlik jelentős mértékben.

Mindezek természetesen csak átlagértékek, nagyok az egyéni különbségek.

Az emberi fül frekvenciaérzékenységét veszi figyelembe a jogszabályokban, egészségügyi és ipari szabályozásokban is alkalmazott súlyozott decibel-skála (dB A skála).

Az egyenlő hangosság görbéi és a hangosságszint (fon skála)

A fenti grafikon hallásküszöbnek megfelelő görbéje olyan pontokat köt össze, amelyeket az átlagember egyforma hangosnak, azaz éppen hallhatónak érzékel. A görbét tehát sok kísérleti személy segítségével állították elő.

Ugyanezt a kísérletet az épphogy hallhatónál erősebb hangok esetében is elvégezték: az ilyen kísérletek eredményét tükrözik az úgynevezett egyenlő hangosság görbéi és a rájuk épülő fon skála. Ezek a görbék képezik a nemzetközi (ISO) szabványok alapját. Az újabb kísérleti eredmények nyomán a hivatalos görbéket 2003-ban módosították.

Míg a decibelben kifejezett intenzitásszint egyértelmű, műszerrel mérhető fizikai mennyiség, a szubjektív hangosságérzetet számszerűsítő fon skála, illetve son skála a pszichoakusztika tárgykörébe tartozik.

A fon a hangosságszint mértéke. Például 70 fon azt jelenti, hogy a sok kísérleti személy az illető hangot átlagosan ugyanolyan hangosnak érzékeli, mint a 70 dB intenzitásszintű tiszta 1 kHz-es hangot. 1 kHz frekvencián tehát a fonban kifejezett hangosságszint értéke megegyezik a decibelben kifejezett intenzitásszinttel (hangnyomásszinttel).

A hangosságérzet (son skála)

Az egyenlő hangosság görbéi megadják a hangosság frekvenciafüggését, de nem adnak hangosságskálát, azaz nem adnak útmutatást arról, hogy mennyire hangos az adott hang.

Régebben úgy gondolták, hogy mértani sorozat szerint (azaz mindig ugyanannyiszorosára) növelt intenzitás hatására számtani sorozat szerint (mindig ugyanannyival) nő az érzékelt hangosság, vagyis a hangosságérzet az intenzitás logaritmusával arányos (Ez az úgynevezett Weber−Fechner-féle pszichofizikai törvény). A törvény arra a megfigyelésre alapult, hogy az átlagembernek bármilyen intenzitású hang esetén ugyanakkora intenzitásszint-növekedésre (körülbelül 3 dB) van szüksége ahhoz, hogy hangosságnövekedést érzékeljen. Feltételezték, hogy ez az éppen érzékelhető hangosság­növekedés is minden esetben ugyanakkora.

Ha így lenne, egy hang intenzitását rendre tízszerezve, vagyis az intenzitásszintet 10 decibel lépésekben emelve egyenletesen növekvő hangosságérzetet váltanánk ki. A tapasztalat azonban nem ezt mutatja. A 40 dB intenzitásszintű csendes utca és a 60 dB intenzitásszintű társalgás között, illetve a fülünk mellett 80 dB-lel megszólaló ébresztőóra és a 100 dB-lel zakatoló metrókocsi között egyaránt 20 dB a különbség, az utóbbi eltérést mégis nagyobbnak érzékeljük.

Az intenzitásszint egyenletes növelése (a nagyon halk hangok kivételével) egyre nagyobb mértékű hangosságérzet-növekedést okoz. Kísérletek alapján megállapítható, hogy 10 dB intenzitásszint-növelés az átlagos kísérleti személynél körülbelül kétszeres hangosságérzetet vált ki. Vagyis mértani sorozat szerint növelt intenzitás hatására  nem számtani sorozat szerint nő az érzékelt hangosság (ahogyan korábban gondolták), hanem szintén mértani sorozat szerint, de ennek a sorozatnak a kvóciense lényegesen kisebb.

A son skálán

1 son 40 fonnak felel meg, és a son-érték minden 10 fon növekedéssel kétszereződik.

Példa

Hány son egy 70 dB intenzitásszintű hang, ha f = 100 Hz, illetve ha f = 400 Hz?

Az egyenlő hangosság görbéiről leolvasva

         100 Hz-nél a hangosságszint kb. 50 fon

         400 Hz-nél a hangosságszint kb. 68 fon