ГОСТ Р ИСО 226-2009 Акустика. Стандартные кривые равной громкости

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСТ Р исо 226-2009

Акустика

СТАНДАРТНЫЕ КРИВЫЕ РАВНОЙ ГРОМКОСТИ

ISO 226:2003
Acoustics – Normal equal-loudness-level contours
(IDT)

Предисловие

Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. № 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила применения национальных стандартов Российской Федерации – ГОСТ Р 1.0-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения»

Сведения о стандарте

1 ПОДГОТОВЛЕН Автономной некоммерческой организацией «Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем» (АНО «НИЦ КД») на основе собственного аутентичного перевода стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 358 «Акустика»

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 15 декабря 2009 г. № 863-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 226:2003 «Акустика. Стандартные кривые равной громкости» (ISO 226:2003 «Acoustics – Normal equal-loudness-level contours»)

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты Российской Федерации и межгосударственные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок – в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования – на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Кривые в координатах «частота – уровень звукового давления», определяющие совокупность чистых тонов, воспринимаемых равными по громкости, выражают фундаментальные свойства слуха человека и являются основой психоакустики. Порог слышимости в свободном и диффузном звуковых полях и кривые равной громкости были введены ИСО 226:1987.

Примечание – Равные уровни громкости могут быть определены и для частотных полос шума. Однако настоящий стандарт устанавливает кривые равной громкости только чистых тонов, так как для построения кривых в частотных полосах недостаточно данных, но он может быть применен для шума в третьоктавных/октавных полосах.

В ходе пересмотра настоящего стандарта ввиду необходимости установления порогов слышимости и выявившейся недостаточности данных об уровнях громкости принято решение разделить пороговые и не относящиеся к порогам слышимости данные на два отдельных документа. Пороги слышимости установлены ИСО 389-7:1996 «Акустика. Опорный нуль для калибровки аудиометрического оборудования. Часть 7. Опорные пороги слышимости в условиях свободного и диффузного звукового поля» как части серии международных стандартов, относящихся к опорным нулевым значениям для калибровки аудиометрического оборудования. Кривые равной громкости представлены в настоящем стандарте. Они уточнены по сравнению с ИСО 226:1987.

ГОСТ Р ИСО 226-2009

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Акустика СТАНДАРТНЫЕ КРИВЫЕ РАВНОЙ ГРОМКОСТИ Acoustics. Normal equal-loudness-level contours

Дата введения – 2010-12-01

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает совокупности уровня звукового давления (далее – УЗД) и частоты непрерывных чистых тонов, воспринимаемых испытуемыми, равными по громкости. Устанавливаемые значения получены при следующих условиях:

a) звуковое поле при отсутствии испытуемого образовано свободно распространяющейся плоской волной;

b) источник звука находится прямо перед испытуемым;

c) звуковые сигналы являются чистыми тонами;

d) УЗД измеряют в точке расположения центра головы испытуемого, но при его отсутствии;

e) прослушивание является бинауральным;

f) испытуемыми являются люди с нормальным слухом в возрасте от 18 до 25 лет включительно. В приложении А в графическом виде и в табличном в приложении В приведены данные для третьоктавного ряда частот от 20 до 12500 Гц включительно в соответствии с ИСО 266.

2 Нормативные ссылки

Следующий ссылочный стандарт является обязательным для применения настоящего стандарта. Недатированную ссылку относят к последней редакции ссылочного стандарта, включая его изменения. ИСО 266 Акустика. Предпочтительные частоты (ISO 266, Acoustics – Preferred frequencies)

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 человек с нормальным слухом (otologically normal person): Человек с нормальным состоянием здоровья, не имеющий симптомов ушных болезней, без серных пробок в ушных каналах, не подвергавшийся в прошлом чрезмерному воздействию звука, токсичных для ушей веществ и не имеющий в роду наследственной потери слуха.

3.2 свободное звуковое поле (free sound field): Звуковое поле, в котором влиянием ограждающих поверхностей помещения на звуковые волны можно пренебречь.

3.3 уровень громкости (loudness level): Величина в фонах, численно равная УЗД опорного звука в децибелах, созданного фронтально падающей плоской бегущей синусоидальной волной частотой 1000 Гц, громкость которого равна громкости оцениваемого звука.

3.4 соотношение равной громкости (equal-loudness relationship): Кривая или функция, выражающая связь между уровнем громкости и УЗД чистого тона на данной частоте.

3.5 кривая равной громкости (equal-loudness-level contour): График в координатах «УЗД – частота», ординаты точек которого соответствуют частоте чистых тонов, воспринимаемых равными по громкости.

3.6 стандартная кривая равной громкости (normal equal-loudness-level contour): Кривая равной громкости, построенная по усредненным ощущениям людей с нормальным слухом в возрасте от 18 до 25 лет включительно.

Примечание – Метод построения стандартных кривых равной громкости приведен в приложении С.

3.7 порог слышимости (threshold of hearing): УЗД, при котором испытуемый в 50 % случаев повторных испытаний, соответствующих определенным условиям, правильно указывает наличие звука.

4 Формулы для построения стандартных кривых равной громкости

4.1 Расчет УЗД по уровню громкости

УЗД L_p, дБ, чистого тона частотой f, имеющий уровень громкости L_N, фон, рассчитывают по формуле

(1)

где

T_f– порог слышимости;

a_f– показатель экспоненты для ощущения громкости;

L_u– модуль передаточной функции линейной системы, нормированный на частоте 1000 Гц. Значения данных величин приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Значения параметров для расчета стандартных кривых равной громкости по формуле (1)

Частота f, Гц	af	LU, ДБ	Тf, дБ	Частота f, Гц	af	LU, ДБ	Тf, дБ
20	0,532	-31,6	78,5	630	0,259	0,3	3,0
25	0,506	-27,2	68,7	800	0,253	0,5	2,2
31,5	0,480	-23,0	59,5	1000	0,250	0,0	2,4
40	0,455	-19,1	51,1	1250	0,246	-2,7	3,5
50	0,432	-15,9	44,0	1600	0,244	-4,1	1,7
63	0,409	-13,0	37,5	2000	0,243	-1,0	-1,3
80	0,387	-10,3	31,5	2500	0,243	1,7	-А,2
100	0,367	-8,1	26,5	3150	0,243	2,5	-6,0
125	0,349	-6,2	22,1	4000	0,242	1,2	-5,4
160	0,330	-4,5	17,9	5000	0,242	-2,1	-1,5
200	0,315	-3,1	14,4	6300	0,245	-7,1	6,0
250	0,301	-2,0	11,4	8000	0,254	-11,2	12,6
315	0,288	-1,1	8,6	10000	0,271	-10,7	13,9
400	0,276	-0,4	6,2	12500	0,301	-3,1	12,3
500	0,267	0,0	4,4

Формулу (1) применяют на всех частотах для значений уровня громкости, превышающих 20 фон, но меньших указанных ниже пределов:

90 фон для частот от 20 до 4000 Гц;

80 фон для частот от 5000 до 12500 Гц.

Вследствие недостатка экспериментальных данных для уровней громкости менее 20 фон, а также для уровней громкости в интервале от 90 до 100 фон в диапазоне частот от 20 до 1000 Гц (имеются данные только одной исследовательской организации для значения 100 фон) формула (1) может служить лишь для ориентировочной оценки УЗД.

4.2 Расчет уровней громкости по УЗД

Уровень громкости L_N, фон, чистого тона частотой f c УЗД L_p, дБ, рассчитывают по формуле

(2)

где

T_f, a_fи L_uприведены no 4.1.

При расчете по формуле (2) имеют место те же ограничения, что при расчетах по формуле (1).

Приложение А
(обязательное)

Стандартные кривые равной громкости чистых тонов при прослушивании
в условиях свободного звукового поля

Примечания:

1 График порога слышимости T_f изображен пунктирной линией.

2 Кривая с уровнем громкости 10 фон изображена точками, так как недостаточно данных в интервале от порога слышимости до 20 фон. Кривая с уровнем громкости 100 фон также изображена точками, так как для ее построения имеются данные только одной исследовательской организации.

Рисунок А.1 – Стандартные кривые равной громкости чистых тонов (бинауральное прослушивание
в свободном звуковом поле, фронтальное падение звука на испытуемого)

Приложение В
(обязательное)

Таблицы стандартных кривых равной громкости чистых тонов при прослушивании
в условиях свободного звукового поля

Таблица В.1 – УЗД, соответствующий заданному уровню громкости чистых тонов, в диапазоне частот от 20 до 12500 Гц

Продолжение таблицы В.1

Окончание таблицы В.1

Таблица В.2 – Уровни громкости, соответствующие заданному УЗД чистых тонов в диапазоне частот от 20 до 12500 Гц

Приложение С
(справочное)

Комментарии к методу построения стандартных кривых равной громкости

С.1 Экспериментальные данные

Стандартные кривые равной громкости чистых тонов при прослушивании в условиях свободного звукового поля, устанавливаемые ИСО 226, получены по результатам 12 независимых исследований [1] – [12]. В большинстве случаев условия экспериментов по требованиям к испытательным воздействиям и испытуемым лицам удовлетворяли рекомендуемым (см. [13]). Отклонения от рекомендуемых условий испытаний могут быть признаны несущественными. Отличительные особенности исследований приведены в таблице С.1.

С.2 Расчетные формулы

Кривые равной громкости строят в координатах «частота-УЗД». Поскольку экспериментальные данные для построения кривых дискретны, они должны соответствующим образом интерполироваться. Для этого строят модельную функцию, представляющую собой соотношение равной громкости. Значения параметров этой функции получают по экспериментальным данным методом наименьших квадратов.

Интерполяция по оси УЗД выполнялась с помощью модельной функции громкости. Функция громкости представляет собой зависимость громкости звука от его УЗД. В качестве модельной функции громкости чистого тона l могут быть взяты, очевидно, функции различного вида. В настоящем стандарте использована функция:

(C.1)

где с – размерная постоянная;

r – звуковое давление чистого тона;

q – показатель экспоненты восприятия громкости;

r_t – звуковое давление, соответствующее порогу слышимости.

Данная функция приведена в [14] и [15] и, несмотря на простоту, хорошо описывает громкость чистого тона при условии отсутствия маскирующего шума (см. [16]).

Кроме того, в [17] отмечается, что при оценке громкости имеют место два процесса: «процесс восприятия громкости» и «процесс численной оценки». В соответствии с этим предложена двухзвенная модель, в которой результаты обоих процессов описаны раздельным преобразованием звуковой энергии. Более того, в реальной слуховой системе излученный источником звук преобразуется передаточной функцией некоторой линейной системы, включающей в себя передаточную функцию головы человека, передаточные функции наружного и среднего уха, а также линейной механической части внутреннего уха. Передаточная функция данной линейной системы исчерпывающе описывает передаточную функцию между источником звука и восприятием громкости. В соответствии с вышесказанным процесс оценки громкости представляют состоящим из трех частей:

– преобразование звука линейной системой;

– восприятие громкости;

– численная оценка громкости.

На рисунке С.1 приведена блок-схема описанной модели.

Рисунок С.1 – Блок-схема модели процесса оценки громкости

Громкость в соответствии с данной моделью и функцией громкости (С.1) рассчитывают по формуле

(С.2)

где U – объединенная передаточная функция линейной системы;

с – объединенная размерная постоянная;

a – показатель экспоненты «процесса восприятия громкости»;

b и b – аналогичные параметры «процесса численной оценки».