آستانهٔ شنوایی: مرز سکوت و صدا
صدا چیست و چگونه اندازهگیری میشود؟
صدا در واقع نوعی انرژی است که به صورت امواج مکانیکی طولی در هوا (یا دیگر محیطها) منتشر میشود. این امواج با ایجاد تغییرات کوچک و سریع در فشار هوا، پردهٔ گوش را به لرزه درآورده و در نهایت در مغز به عنوان صدا تفسیر میشوند. برای توصیف و اندازهگیری این پدیده، به دو مفهوم کلیدی نیاز داریم: فرکانس و شدت.
فرکانس: به تعداد نوسانات یا سیکلهای کامل موج صوتی در یک ثانیه گفته میشود. واحد آن هرتز (Hz) است. فرکانس، زیروبمی3 صدا را تعیین میکند. صدای یک ویولن، فرکانس بالا (صدای زیر) و صدای یک طبل بزرگ، فرکانس پایین (صدای بم) دارد.
شدت صوت: به مقدار انرژی صوتی که در واحد زمان از واحد سطح عمود بر جهت انتشار صوت میگذرد، گفته میشود. این کمیت، بلندی4 یا قدرت صدا را نشان میدهد. اما دامنهٔ تغییرات شدت صوت در دنیای اطراف ما بسیار وسیع است. مثلاً صدای نجوا ممکن است شدتی در حدود 0.000001 وات بر مترمربع داشته باشد، در حالی که صدای یک موتور جت ممکن است به 100 وات بر مترمربع برسد! کار با چنین اعدادی دشوار است. بنابراین از یک مقیاس لگاریتمی به نام دسیبل5 استفاده میکنیم.
$L_I = 10 \log_{10} \left( \frac{I}{I_0} \right)$
در این فرمول:
- $L_I$: سطح شدت صوت بر حسب دسیبل (dB)
- $I$: شدت صوت مورد اندازهگیری (وات بر مترمربع)
- $I_0$: شدت صوت مرجع یا همان آستانهٔ شنوایی که مقدار آن تقریباً برابر است با: $10^{-12} \ \text{W/m}^2$
به زبان ساده، این فرمول میزان بلندی یک صدا را نسبت به کمترین صدای قابل شنیدن (آستانه) میسنجد. وقتی شدت صوت $(I)$ دقیقاً برابر با آستانه شنوایی $(I_0)$ باشد، لگاریتم برابر صفر شده و سطح شدت صوت 0 dB میشود. بنابراین صفر دسیبل به معنی سکوت مطلق نیست، بلکه نشاندهندهٔ حداقل صدای قابل تشخیص توسط گوش انساناست.
| منبع صدا | سطح شدت تقریبی (dB) | احساس شنیداری و خطرات |
|---|---|---|
| آستانهٔ شنوایی (مرجع) | 0 | سکوت کامل (در اتاق عایقبندی شده). اغلب قابل تشخیص نیست. |
| نفس کشیدن آرام | 10 | به زنگی قابل شنیدن. |
| اتاق ساکت کتابخانه | 30 | بسیار آرام. |
| مکالمهٔ معمولی | 60 | میزان راحت برای شنیدن. |
| ترافیک سنگین شهر | 85 | هشدار قرارگیری طولانیمدت (>8 ساعت) خطر آسیب به شنوایی دارد. |
| کنسرت راک / ارهبرقی | 110 | خطرناک آسیب در زمان کوتاه (حدود 2 دقیقه). |
| آستانهٔ درد | 130 | احساس درد فوری در گوش. آسیب قطعی و سریع به شنوایی. |
چه عواملی آستانه شنوایی را تغییر میدهند؟
عدد 0 dB برای یک فرد جوان و سالم و در فرکانس 1000 Hz (تن خالص) تعریف شده است. اما این آستانه ثابت نیست و تحت تأثیر عوامل مختلفی قرار میگیرد:
1. فرکانس صدا: گوش انسان به همهٔ فرکانسها با حساسیت یکسان پاسخ نمیدهد. بیشترین حساسیت (پایینترین آستانهٔ شنوایی) در محدودهٔ 1000 تا 5000 Hz قرار دارد که دامنهٔ فرکانسی صحبت کردن انسان است. در فرکانسهای خیلی پایین (مثل 20 Hz) یا خیلی بالا (مثل 20000 Hz)، آستانهٔ شنوایی به شدت افزایش مییابد، یعنی برای شنیدن آن صداها به شدت صوت بسیار بیشتری نیاز داریم. به نموداری که این رابطه را نشان میدهد «منحنی همشدت6» گفته میشود.
2. سن: با افزایش سن، بهویژه از 50 سالگی به بعد، سلولهای مویی حساس در گوش داخلی به تدریج تحلیل رفته و آستانهٔ شنوایی بالا میرود. این پدیده پیرگوشی7 نام دارد و معمولاً ابتدا فرکانسهای بالا را تحت تأثیر قرار میدهد (مثلاً فرد صدای جیرجیرک یا صدای سوت گاز را نمیشنود).
3. قرارگیری در معرض صداهای بلند: مهمترین عامل قابل پیشگیری برای افزایش آستانهٔ شنوایی (کاهش حساسیت گوش) است. اگر به طور مکرر و بدون محافظت در معرض صداهای بالای 85 dB قرار بگیریم، سلولهای مویی گوش برای همیشه آسیب دیده و دیگر ترمیم نمیشوند. این آسیب میتواند موقت (مانند حس گرفتگی گوش بعد از کنسرت که پس از چند ساعت برطرف میشود) یا دائمی باشد.
4. عوامل دیگر: بیماریها (مثل عفونت گوش)، وراثت، مصرف برخی داروها و حتی جنسیت میتوانند بر آستانهٔ شنوایی تأثیر بگذارند.
چگونه آستانه شنوایی را در عمل اندازهگیری میکنند؟
آزمایش رایج برای سنجش آستانهٔ شنوایی، «ادیومتری8» نام دارد. این آزمایش معمولاً توسط ادیولوژیست (شنواییشناس) در یک اتاقک عایق صوتی انجام میشود. مراحل آن به زبان ساده چنین است:
- فرد مورد آزمایش روی صندلی مینشیند و هدفونی مخصوص روی گوشهایش قرار میگیرد.
- شنواییشناس، تنهای خالص با فرکانسهای مختلف (مثلاً 250، 500، 1000، 2000، 4000، 8000 Hz) را از طریق هدفون پخش میکند.
- شدت هر تن از سطح بسیار پایین (زیر آستانهٔ پیشبینی) شروع شده و به تدریج افزایش مییابد.
- از فرد خواسته میشود هر زمان که صدا را میشنود، دکمهای را فشار دهد یا دستش را بلند کند.
- کمترین شدتی که فرد در هر فرکانس بتواند صدا را در 50% موارد تشخیص دهد، به عنوان آستانهٔ شنوایی او در آن فرکانس ثبت میشود.
نتیجهٔ این آزمایش به صورت یک نمودار به نام «ادیوگرام9» ترسیم میشود. در ادیوگرام، فرکانسها روی محور افقی و سطح شدت مورد نیاز برای شنیدن (بر حسب دسیبل) روی محور عمودی نشان داده میشود. هرچه نقطهٔ ثبت شده برای یک فرکانس در سطح پایینتری (مثلاً 10 dB) قرار گیرد، شنوایی فرد در آن فرکانس حساستر و بهتر است. اگر نقطهای در سطح 40 dB باشد، یعنی فرد برای شنیدن آن فرکانس خاص به صدایی با شدت 40 dB بالاتر از آستانهٔ استاندارد (0 dB) نیاز دارد که نشاندهندهٔ کاهش شنوایی خفیف است.
این آزمایش نه تنها برای تشخیص کمشنوایی، بلکه برای بررسی سلامت گوش افرادی که در محیطهای پرسروصدا کار میکنند (مانند کارگران کارخانه یا نوازندگان) به صورت دورهای انجام میشود.
پرسشهای مهم و اشتباهات رایج
پاسخ: خیر. این یک اشتباه رایج است. صفر دسیبل نشاندهندهٔ کمترین شدت صوت قابل تشخیص برای گوش انسان سالم است، نه نبود مطلق صدا. در خلأ فضا که محیطی برای انتقال امواج صوتی وجود ندارد، اصلاً مفهومی به نام سطح شدت صوت معنی ندارد. در یک اتاق عایقبندی شده ویژه (اتاق آناکوئیک10) ممکن است سطح صدا به زیر 0 dB برسد (مثلاً -10 dB)، ولی انسان در آن اتاق همچنان صدای ضربان قلب و جریان خون خودش را میشنود!
پاسخ: از آنجایی که مقیاس دسیبل لگاریتمی است، افزایش خطی شدت صوت، به افزایش خطی دسیبل منجر نمیشود. طبق فرمول، اگر شدت صوت $(I)$ دو برابر شود $(I_2 = 2 \times I_1)$، افزایش سطح شدت صوت برابر خواهد بود با:
$\Delta L = 10 \log_{10}(2) \approx 10 \times 0.301 \approx 3 \ \text{dB}$
بنابراین، دو برابر شدن شدت صوت، تنها حدود 3 dB به بلندی صدا میافزاید. گوش انسان معمولاً تغییرات حدود 3 dB را به زحمت متوجه میشود. برای اینکه صدا «دو برابر بلندتر» به نظر برسد، نیاز به افزایشی حدود 10 dB داریم که معادل ده برابر شدن شدت صوت است.
پاسخ: بله، کاملاً. محدودهٔ شنوایی بسیاری از حیوانات با انسان متفاوت است. به عنوان مثال:
- سگها: میتوانند صداهای با فرکانس بسیار بالا (تا حدود 45000 Hz) را بشنوند. بنابراین سوتهای مخصوص سگها که ما صدایی از آنها نمیشنویم، برای سگها کاملاً قابل شنیدن است.
- خفاشها و دلفینها: برای جهتیابی و شکار از امواج فراصوت (با فرکانسهای بسیار بالاتر از محدودهٔ انسان) استفاده میکنند.
- فیلها: برعکس، میتوانند امواج فروصوت (فرکانسهای بسیار پایین، زیر 20 Hz) را از طریق زمین و هوا از فواصل دور تشخیص دهند.
پاورقی
1 آستانهٔ شنوایی (Threshold of hearing / Absolute threshold of hearing)
2 فرکانس (Frequency): تعداد تکرار یک پدیدهٔ تناوبی در واحد زمان.
3 زیروبمی (Pitch)
4 بلندی (Loudness)
5 دسیبل (Decibel – dB): یک واحد لگاریتمی برای بیان نسبت دو مقدار.
6 منحنی همشدت (Equal-loudness contour)
7 پیرگوشی (Presbycusis)
8 ادیومتری (Audiometry)
9 ادیوگرام (Audiogram)
10 اتاق آناکوئیک (Anechoic chamber)
