Dải tần số đáp ứng của tai con người

Một thống kê thường thấy (và thường là khá cường điệu) cho các thiết bị âm thanh là: “Phẳng (flat), từ 20Hz đến 20kHz” Ngay cả loại bỏ sự cường điệu sang một bên, nó cũng vẫn rất thuận tiện để so sánh giữa các phép đo điện tử và những gì một người nghe có tai nhạy cảm với tất cả các tần số, là giống nhau qua toàn bộ âm phổ này. Tuy nhiên, trường hợp này không như vậy.

Khả năng thính giác tốt hơn trong khoảng giữa hơi cao, và ít nhạy cảm đối với cả hai cực của âm phổ. Tính đến sự khác biệt riêng, độ nghe nhạy cảm nhất bình quân trong khoảng 2.5kHz đến 4kHz, một phần lớn vì cộng hưởng trong tai và ống tai, đã khuếch đại ảnh hưởng của giải tần số này vào màng nhĩ. (Đối với người lớn, sự nhạy cảm tối đa này có thể thấp hơn ở tần số; ở trẻ em thường cao hơn).

Các giới hạn tần số thấp có thể thay đổi đáng kể theo từng người, và tại cực thấp nhất nó có thể phân biệt rất khó khăn, cho dù đang nghe hay nhận thấy âm thanh. Nói chung, sự nghe sắc sảo bắt đầu rơi xuống mạnh khi ở dưới 100 Hz.

Giới hạn tần số cao cũng mỗi người mỗi khác, thông thường giảm dần theo tuổi. Trẻ em đôi khi có thể nghe thấy ở trên 20kHz, trong khi người rất già thường không thể nghe thấy ở trên 5kHz. Trong những người trẻ hơn, tiếp xúc quá nhiều và lâu dài với âm thanh lớn nhất thường giảm nhạy cảm với các tần số cao hơn, mặc dù thiệt hại cho khả năng nghe có thể xảy ra ở bất kỳ khu vực nào của phổ âm thanh, tuỳ theo tính chất của sự tiếp xúc quá mức.

Xem thêm Tần số đáp ứng của loa là gì?

Tần số đáp ứng của tai không hề phẳng (flat), nó cũng bị thay đổi đáng kể theo cường độ của âm thanh. Hình 3.4 cho thấy các đường biểu diễn đáp tần của tai trung bình, tại một số cấp độ cường độ khác nhau (hãy nhớ rằng mỗi cá nhân có thể rất khác nhau từ chuẩn trung bình). Lưu ý rằng sự giảm, hay tụt xuống, của độ nhạy cảm bên dưới 1kHz trở nên ít triệt để hơn so với sự tăng cường độ .

Hiển thị này là đặc điểm của một người trung bình ở mức độ âm thanh 30dB, 60dB, 90db và áp lực120dB. Lưu ý rằng các đường cong có khuynh hướng san bằng ở cấp độ cao hơn trong tất cả nhưngphần cao nhất của âm phổnhư thế nào. Thật thú vị, mặc dù ở các tần số rất cao, đáp ứng có khuynh hướng tương đối giảm ởmức độ âm thanh rất cao.

Những đường biểu diễn đáp ứng cho sự nghe này thường bị đảo ngược để hiển thị các đáp tần của các thiết bị âm thanh là gì, được dùng với một âm lượng định sẵn, phải để cho tất cả các tần số xuất hiện đều lớn. Khi trình bày theo cách này, các đường này được gọi là đường đồ thị âm lượng quân bình. (equal loudness contour). Các đường nét này hiển thị đồ họa mà các thiết bị âm thanh với đáp tần phẳng (flat) sẽ có khuynh hướng đều thiếu cả các tần số thấp lẫn tần số rất cao, và dư quá nhiều các tần số tầm trung (mid-range). Khi mức độ (level) của hệ thống được tăng lên, tác động này dần dần trở nên ít nổi bật, và âm thanh sẽ xuất hiện phong phú hơn ở cả các tần số thấp lẫn cao hơn nó đã làm khi vặn nhỏ âm thanh lại. (Công tắc loudness trên hệ thống âm thanh hifi dân dụng là để bù đắp mức âm lượng thấp đặc trưng này bằng cách nâng các tần số thấp).

Ở mức độ cao, lại có sự quan tâm quan trọng. Thí dụ, 110dB SPL tại 50Hz là rất lớn, nhưng 110dB SPL trong khoảng 2kHz đến 4kHz có thể vượt qua ngưỡng đau tai cho tất cả mọi người. (Xem các đường biểu diễn trong hình 3.5 cho 120dB loudness level, mà thường được coi là giới hạn của sự đau tai cho người trung bình. Tham khảo thêm thảo luận trong “Nhận thức về cường độ” (The Perception of Intensity) của chương này).

Những đường cong cho thấy những gì thính giả nghe trung bình cảm nhận lớn như nhau ở các tần số khác nhau, khi đo mức độ áp lực thực tế của âm thanh. Âm lượng cũng có thể được gọi là phons (đơn vị âm lượng). Thí dụ: 90db LL = 90 phons.

Đường biểu diễn 120dB LL thường được coi là ngưỡng đau tai cho một người trung bình, cho dù tiếp xúc nhiều lần hay lâu dài ở các cấp thấp hơn cũng vẫn có thể gây thiệt hại cho thính giác. (Thế nào là tiếp xúc nhiều và ở mức độ là bao nhiêu? điều này vẫn đang được thảo luận và tranh luận rộng rãi giữa các nhà thính học (audiologists), kỹ sư âm thanh (audio engineer) và nhà âm học (acousticians)). Những đường biểu diễn rất quan trọng. Lưu ý rằng trong khoảng 3kHz, SPL chỉ 90db là cần thiết để đạt được 100db LL, trong khi ở 50Hz, sẽ là 110dB SPL. Lưu ý thêm, giải tần có khuynh hướng đạt mức bão hòa của nó xa và nhanh hơn thông qua phần còn lại của âm phổ (thường là cộng hưởng trung bình của ống tai của người lớn trong khoảng 2.5kHz đến 3kHz).