Psihoacustica - un domeniu al științei care se învecinează cu fizica și psihologia, studiază date despre senzația auditivă a unei persoane atunci când iritația fizică - sunet, este aplicată la ureche. O cantitate mare de date a fost acumulată pe răspunsurile umane la iritațiile auditive. Fără aceste date, este dificil să vă faceți o idee corectă a funcționării sistemelor de transmisie a semnalelor de frecvență audio. Luați în considerare cele mai importante caracteristici ale percepției umane a sunetului.
O persoană simte modificări ale presiunii sonore care au loc la o frecvență de 20-20 000 Hz. Sunetele cu o frecvență sub 40 Hz sunt relativ rare în muzică și nu există în vorbirea colocvială. La frecvențe foarte mari, percepția muzicală dispare și apare o anumită senzație vagă de sunet, în funcție de personalitatea ascultătorului, de vârsta lui. Odată cu vârsta, sensibilitatea auzului uman scade și, mai ales, în regiunea frecvențelor mai înalte ale gamei de sunet.
Dar ar fi greșit să concluzionăm pe această bază că transmiterea unei benzi de frecvență largă de către o instalație de reproducere a sunetului nu are importanță pentru persoanele în vârstă. Experimentele au arătat că persoanele care abia percep semnalele peste 12 kHz pot recunoaște foarte ușor lipsa frecvențelor înalte într-un program muzical.
Caracteristicile de frecvență ale senzațiilor auditive
Gama de sunete auzite de o persoană în intervalul 20-20000 Hz este limitată în intensitate de praguri: de jos - de la audibilitate și de sus - de durere.
Pragul de audibilitate este estimat de presiunea minimă, mai exact, de creșterea minimă a presiunii în raport cu limita, este sensibil la frecvențele de 1000-5000 Hz - aici pragul de audibilitate este cel mai scăzut (presiunea sonoră este de aproximativ 2-10 Pa). În direcția frecvențelor de sunet mai mici și mai mari, sensibilitatea auzului scade brusc.
Pragul durerii determină limita superioară a percepției energiei sunetului și corespunde aproximativ intensității sunetului de 10 W / m sau 130 dB (pentru un semnal de referință cu o frecvență de 1000 Hz).
Odată cu creșterea presiunii sonore, intensitatea sunetului crește, de asemenea, iar senzația auditivă crește în salturi, numită prag pentru distingerea intensității. Numărul acestor salturi la frecvențe medii este de aproximativ 250, la frecvențe joase și înalte scade și media pe intervalul de frecvență de aproximativ 150.
Întrucât intervalul de variație a intensităților este de 130 dB, saltul elementar mediu în senzații peste intervalul de amplitudine este de 0,8 dB, ceea ce corespunde unei modificări de 1,2 ori a intensității sunetului. La niveluri scăzute de auz, aceste sărituri ating 2-3 dB, la niveluri ridicate scad până la 0,5 dB (de 1.1 ori). O creștere a puterii căii de amplificare cu mai puțin de 1,44 ori nu este practic fixată de urechea umană. Cu o presiune sonoră mai mică, dezvoltată de difuzor, este posibil să fie chiar și o creștere dublă a puterii treptei de ieșire.
Caracteristicile subiective ale sunetului
Calitatea sunetului este evaluată pe baza percepției auditive. Prin urmare, este posibilă determinarea corectă a cerințelor tehnice pentru calea de transmitere a sunetului sau a legăturilor sale individuale numai prin studierea tiparelor care leagă sensul sunetului perceput în mod subiectiv și caracteristicile obiective ale sunetului sunt tonul, volumul și timbrul.
Conceptul de ton înseamnă o evaluare subiectivă a percepției sunetului pe intervalul de frecvență. Sunetul este caracterizat de obicei nu prin frecvență, ci prin ton.
Un ton este un semnal de o anumită înălțime care are un spectru discret (sunete muzicale, sunete vocale ale vorbirii). Un semnal cu un spectru continuu larg, ale cărui componente de frecvență au aceeași putere medie, se numește zgomot alb.
O creștere treptată a frecvenței vibrațiilor sonore de la 20 la 20.000 Hz este percepută ca o modificare treptată a tonului de la cea mai mică (bass) la cea mai mare.
Gradul de precizie cu care o persoană determină tonul după ureche depinde de acuitatea, muzicalitatea și antrenamentul auzului său. Trebuie menționat că tonul sonor depinde într-o oarecare măsură de intensitatea sunetului (la niveluri ridicate, sunetele de intensitate mai mare par mai mici decât cele slabe.
Urechea umană distinge între două apropiate în ton. De exemplu, în domeniul de frecvență de aproximativ 2000 Hz, o persoană poate distinge între două tonuri care diferă între ele în frecvență cu 3-6 Hz.
Scara subiectivă a percepției sunetului în frecvență este apropiată de legea logaritmică. Prin urmare, o creștere de două ori a frecvenței oscilațiilor (independent de frecvența inițială) este întotdeauna percepută ca aceeași modificare a tonului. Intervalul de înălțime corespunzător unei schimbări de două ori a frecvenței se numește octava. Gama de frecvențe percepute de om, 20-20 000 Hz, acoperă aproximativ zece octave.
Octave - un interval suficient de mare de schimbare a tonului; o persoană distinge intervale semnificativ mai scurte. Deci, în zece octave percepute de ureche, se pot distinge mai mult de o mie de gradații ale tonului. În muzică, se folosesc intervale mai scurte, numite semitonuri, care corespund unei modificări a frecvenței de aproximativ 1.054 de ori.
O octavă este împărțită în jumătate de octave și o treime de octavă. Pentru acestea din urmă, este standardizată următoarea serie de frecvențe: 1; 1,25; 1.6; 2; 2.5; 3; 3.15; 4; 5; 6,3: 8; 10, care sunt limitele celei de-a treia octave. Dacă aceste frecvențe sunt aranjate la distanțe egale de-a lungul axei frecvenței, atunci se obține o scară logaritmică. Pe baza acestui lucru, toate caracteristicile de frecvență ale dispozitivelor de transmisie sonoră sunt construite pe o scară logaritmică.
Volumul de transmisie depinde nu numai de intensitatea sunetului, ci și de compoziția spectrală, condițiile de percepție și durata expunerii. Deci, două sunete de frecvență medie și joasă, având aceeași intensitate (sau aceeași presiune sonoră), sunt percepute de o persoană nu la fel de tare. Prin urmare, conceptul de nivel de volum din fundal este introdus pentru a indica sunete cu același volum. Nivelul presiunii sonore în fundal este luat ca nivel al presiunii sonore în decibeli cu același volum de ton pur cu o frecvență de 1000 Hz, adică pentru o frecvență de 1000 Hz, nivelurile de volum în fundal și decibeli sunt aceleași. La alte frecvențe, la aceeași presiune sonoră, sunetele pot apărea mai tare sau mai liniștite.
Experiența inginerilor de sunet în înregistrarea și editarea lucrărilor muzicale arată că, pentru a detecta mai bine defectele sonore care pot apărea în timpul funcționării, nivelul volumului în timpul ascultării controlului trebuie să fie menținut ridicat, aproximativ corespunzător nivelului de volum din sală.
Odată cu expunerea prelungită la sunet intens, sensibilitatea auzului scade treptat și cu atât volumul sunetului este mai mare. O scădere detectabilă a sensibilității este asociată cu răspunsul auditiv la suprasarcină, adică. cu adaptarea sa naturală.După o pauză de ascultare, sensibilitatea auzului este restabilită. Trebuie adăugat că aparatul auditiv, atunci când percepe semnale la nivel înalt, introduce așa-numitele distorsiuni subiective (ceea ce indică neliniaritatea auzului). Deci, la un nivel de semnal de 100 dB, prima și a doua armonică subiectivă ating 85 și 70 dB.
Un nivel semnificativ de volum și durata efectului său provoacă fenomene ireversibile în organul auditiv. S-a remarcat că pragurile de audibilitate au crescut brusc la tinerii din ultimii ani. Motivul pentru aceasta a fost pasiunea pentru muzica pop, care se caracterizează prin niveluri ridicate de volum sonor.
Nivelul volumului se măsoară cu ajutorul unui dispozitiv electroacustic - sonometru. Sunetul măsurat este transformat pentru prima dată de microfon în vibrații electrice. După amplificare cu un amplificator special, tensiunea acestor oscilații este măsurată cu un instrument de indicator reglat în decibeli. Pentru a se asigura că citirile dispozitivului se potrivesc cu percepția subiectivă a volumului cât mai strâns posibil, dispozitivul este echipat cu filtre speciale care își schimbă sensibilitatea la percepția sunetului de frecvențe diferite, în conformitate cu caracteristica sensibilității auzului.
O caracteristică importantă a sunetului este timbrul. Capacitatea auzului de a o distinge vă permite să percepeți semnale cu o mare varietate de nuanțe. Sunetul fiecăruia dintre instrumente și voci, datorită nuanțelor lor caracteristice, devine multicolor și bine recunoscut.
Timbrul, fiind o reflectare subiectivă a complexității sunetului perceput, nu are o evaluare cantitativă și se caracterizează prin termeni de o ordine calitativă (frumos, moale, suculent etc.). Când se transmite un semnal de-a lungul căii electro-acustice, distorsiunile rezultate afectează în primul rând timbrul sunetului reprodus. Condiția pentru transmiterea corectă a timbre a sunetelor muzicale este transmiterea nedistorsionată a spectrului semnalului. Spectrul semnalului este ansamblul componentelor sinusoidale ale unui sunet complex.
Spectrul cel mai simplu are așa-numitul ton pur, există o singură frecvență în el. Sunetul unui instrument muzical se dovedește a fi mai interesant: spectrul său constă în frecvența tonului fundamental și mai multe frecvențe de „impuritate” numite tonuri (tonuri mai înalte).
Tonul sunetului depinde de distribuția intensității asupra tonurilor. Sunetele diferitelor instrumente muzicale variază în funcție de timbre.
Spectrul combinației de sunete muzicale, numită coardă, este mai complex. În acest spectru există mai multe frecvențe fundamentale, împreună cu overtonele corespunzătoare
Diferențele de timbre sunt împărțite în principal la componentele de frecvență medie-joasă ale semnalului, prin urmare, o mare varietate de tonuri este asociată cu semnale situate în partea inferioară a intervalului de frecvență. Semnalele legate de partea sa superioară își pierd colorarea timbre pe măsură ce cresc, datorită plecării treptate a componentelor lor armonice dincolo de limitele frecvențelor audibile. Acest lucru se poate explica prin faptul că până la 20 sau mai multe armonice, mediu 8-10, înalt 2–3, participă activ la formarea timbre a sunetelor joase, deoarece celelalte sunt fie slabe, fie se încadrează în gama de frecvențe audibile. Prin urmare, tonurile înalte sunt de obicei mai sărace în timbre.
Aproape toate sursele naturale de sunet, inclusiv sursele de sunete muzicale, au o dependență specifică a timbrei de nivelul volumului. Auzul este adaptat și la o astfel de dependență - este firesc pentru el să determine intensitatea unei surse prin culoarea sunetului. Sunetele puternice sunt de obicei mai clare.
Surse de sunet muzical
O influență mare asupra calității sunetului a sistemelor electroacustice are o serie de factori care caracterizează sursele primare de sunete.
Parametrii acustici ai surselor muzicale depind de compoziția interpreților (orchestră, ansamblu, grup, solist și tipul de muzică: simfonică, populară, pop etc.).
Originea și formarea sunetului pe fiecare instrument muzical are propria sa specificitate asociată caracteristicilor acustice ale formării sunetului într-un anumit instrument muzical.
Un element important al sunetului muzical este atacul. Acesta este un proces de tranziție specific în timpul căruia se stabilesc caracteristici stabile ale sunetului: volum, timbre, ton. Orice sunet muzical trece prin trei etape - începutul, mijlocul și sfârșitul, atât etapele inițiale, cât și cele finale au o anumită durată. Etapa inițială se numește atac. Acesta durează în diferite moduri: cu smântână, percuție și unele instrumente de vânt 0-20 ms, cu un fag 20-60 ms. Un atac nu este doar o creștere a volumului sunetului de la zero la o anumită valoare de echilibru, ci poate fi însoțit de aceeași modificare a tonului sunetului și a timbrei acestuia. Mai mult, caracteristicile atacului unui instrument nu sunt aceleași în diferite părți ale gamei sale, cu o manieră diferită: o vioară în ceea ce privește bogăția posibilelor metode expresive de atac este cel mai perfect instrument.
Una dintre caracteristicile oricărui instrument muzical este domeniul de frecvență al sunetului. În plus față de frecvențele fundamentale, fiecare instrument este caracterizat de componente suplimentare de înaltă calitate - telefoane (sau, așa cum este obișnuit în electroacustică - armonice superioare) care determină timbrul său specific.
Se știe că energia sunetului este distribuită inegal în întregul spectru de frecvențe sonore emise de o sursă.
Cele mai multe instrumente sunt caracterizate prin amplificarea frecvențelor fundamentale, precum și a tonurilor individuale în anumite (una sau mai multe) benzi de frecvențe relativ reduse (formanți), diferite pentru fiecare instrument. Frecvențele rezonante (în hertz) ale regiunii formante sunt: \u200b\u200bpentru țeava 100-200, cornul 200-400, trombonul 300-900, conducta 800-1750, saxofonul 350-900, oboe 800-1500, fagotul 300-900, clarinetul 250-600 .
O altă proprietate caracteristică a instrumentelor muzicale este rezistența sunetului lor, datorită amplitudinii (intervalului) mai mare sau mai mică a corpului sau a coloanei de aer sonor (o amplitudine mai mare corespunde unui sunet mai puternic și invers). Valoarea puterilor acustice de vârf (în wați) este: pentru o orchestră mare 70, un tambur mare 25, un timpani 20, un tambur 12, un trombon 6, un pian 0,4, o trompetă și un saxofon 0,3, o conductă 0,2, o contrabasă 0. ( 6, flaut mic 0,08, clarinet, corn și triunghi 0,05.
Raportul dintre puterea sunetului extras din instrument atunci când se cântă „fortissimo” la puterea sunetului atunci când se cântă „pianissimo” se numește de obicei gama dinamică a sunetului instrumentelor muzicale.
Gama dinamică a unei surse de sunet muzical depinde de tipul de echipă performantă și de natura spectacolului.
Luați în considerare gama dinamică de surse de sunet individuale. Prin gama dinamică de instrumente și ansambluri muzicale individuale (orchestre și coruri de diferite compoziții), precum și voci, înțelegem raportul dintre presiunile sonore maxime create de această sursă la minim, exprimate în decibeli.
În practică, atunci când determină intervalul dinamic al unei surse de sunet, acestea funcționează de obicei numai cu niveluri de presiune sonoră, calculând sau măsurând diferența corespunzătoare. De exemplu, dacă nivelul sonor maxim al orchestrei este de 90 și minimul de 50 dB, atunci ei spun că intervalul dinamic este 90 - 50 \u003d \u003d 40 dB. În același timp, 90 și 50 dB sunt niveluri de presiune fonică în raport cu nivelul acustic zero.
Intervalul dinamic pentru o sursă de sunet dată este variabil. Depinde de natura lucrării executate și de condițiile acustice ale încăperii în care are loc spectacolul. Reverb extinde gama dinamică, care atinge de obicei valoarea maximă în camerele cu un volum mare și o absorbție fonică minimă. În aproape toate instrumentele și vocile umane, gama dinamică este inegală în registrele de sunet. De exemplu, nivelul de volum al sunetului cel mai scăzut de pe un „fort” de către un vocalist este egal cu nivelul celui mai înalt sunet de pe un „pian”.
Gama dinamică a unui anumit program muzical este exprimată în același mod ca și pentru surse individuale de sunet, dar presiunea sonoră maximă se notează cu o nuanță dinamică ff (fortissimo), iar minimul cu pp (pianissimo).
Cel mai mare volum indicat în notele fff (forte, fortissimo) corespunde nivelului de presiune acustică de aproximativ 110 dB, iar cel mai mic volum indicat în notele PPP (pian-pianissimo) este de aproximativ 40 dB.
Trebuie menționat că nuanțele dinamice ale performanței în muzică sunt relative și relația lor cu nivelurile de presiune sonore corespunzătoare este oarecum arbitrară. Gama dinamică a unui program muzical depinde de natura compoziției. Astfel, gama dinamică a lucrărilor clasice ale lui Haydn, Mozart, Vivaldi depășește rar 30-35 dB. Gama dinamică de muzică pop nu depășește de obicei 40 dB, iar muzica dance și jazz - doar aproximativ 20 dB. Majoritatea lucrărilor pentru orchestră de instrumente populare rusești au, de asemenea, o gamă dinamică mică (25-30 dB). Acest lucru este valabil pentru o bandă de alamă. Cu toate acestea, nivelul sonor maxim al unei benzi de alamă dintr-o cameră poate atinge un nivel suficient de mare (până la 110 dB).
Efect de camuflare
Evaluarea subiectivă a volumului depinde de condițiile în care sunetul este perceput de ascultător. În condiții reale, un semnal acustic nu există în liniște absolută. În același timp, zgomotele străine afectează auzul, care împiedică percepția sunetului, mascând într-o anumită măsură semnalul principal. Efectul mascării unui ton sinusoidal pur cu zgomot străin este estimat prin valoarea indicată. câți decibeli pragul de audibilitate al semnalului mascat se ridică deasupra pragului percepției sale în tăcere.
Experimentele pentru a determina gradul de camuflaj al unui semnal audio de către altul arată că un ton al oricărei frecvențe este mascat de tonuri inferioare mult mai eficient decât cele mai înalte. De exemplu, dacă două furci de reglare (1200 și 440 Hz) emit sunete cu aceeași intensitate, atunci nu mai auzim primul ton, este mascat de cel de-al doilea (după ce am amortizat vibrația celei de-a doua furci, vom auzi din nou primul).
Dacă în același timp există două semnale sonore complexe constând din anumite spectre de frecvențe sonore, atunci se produce un efect de mascare reciprocă. Mai mult, dacă energia principală a ambelor semnale se află în aceeași regiune a intervalului de frecvențe audio, atunci efectul de mascare va fi cel mai puternic. Astfel, atunci când se transmite o piesă de orchestră din cauza mascării prin însoțire, partea solo poate deveni slab inteligibilă, slabă.
Obținerea clarității sau, așa cum se spune, „transparența” sunetului în timpul transmiterii sunetului de orchestre sau ansambluri pop devine foarte dificilă dacă instrumentul sau grupurile individuale de instrumente ale orchestrei cântă în unul sau în registrele apropiate în același timp.
Regizorul, înregistrând orchestra, ține cont întotdeauna de trăsăturile deghizării. La repetiții, el, cu ajutorul unui dirijor, stabilește un echilibru între puterea sonoră a instrumentelor unui grup, precum și între grupurile întregii orchestre. Claritatea principalelor linii melodice și a pieselor muzicale individuale este obținută în aceste cazuri prin aranjarea strânsă a microfoanelor pentru interpreți, selectarea deliberată de către inginerul de sunet al celor mai importante instrumente într-un loc dat și alte tehnici speciale de inginerie a sunetului.
Fenomenul de mascare este opus de capacitatea psihofiziologică a organelor auditive de a izola unul sau mai multe dintre sunetele cele mai comune de masa totală a sunetelor. De exemplu, când sună orchestra, dirijorul observă cele mai mici inexactități în interpretarea piesei pe orice instrument.
Mascarea poate afecta semnificativ calitatea transmisiei semnalului. O percepție clară a sunetului primit este posibilă dacă intensitatea acestuia este semnificativ mai mare decât nivelul componentelor de interferență localizate în aceeași bandă cu sunetul primit. Cu o interferență uniformă, depășirea semnalului trebuie să fie de 10-15 dB. Această caracteristică a percepției auditive găsește o aplicare practică, de exemplu, în evaluarea caracteristicilor electroacustice ale transportatorilor. Deci, dacă raportul semnal-zgomot al unei înregistrări analogice este de 60 dB, atunci intervalul dinamic al programului înregistrat nu poate fi mai mult de 45-48 dB.
Caracteristicile temporale ale percepției auditive
Aparatul auditiv, ca orice alt sistem oscilator, este inerțial. Când sunetul dispare, senzația auditivă nu dispare imediat, ci treptat, scăzând la zero. Timpul în care senzația în termeni de volum scade cu 8-10 fundal se numește constantă a timpului de auz. Această constantă depinde de o serie de circumstanțe, precum și de parametrii sunetului perceput. Dacă două ascultări de sunet scurt ajung la ascultător, care sunt identice în compoziția și nivelul frecvenței, dar unul dintre ele întârzie, atunci acestea vor fi percepute împreună atunci când întârzierea nu depășește 50 ms. Pentru intervale mari de întârziere, ambele impulsuri sunt percepute separat, apare un ecou.
Această caracteristică a auzului este luată în considerare la proiectarea unor dispozitive de procesare a semnalului, de exemplu, linii de întârziere electronice, reverbe etc.
Trebuie menționat că, datorită proprietății speciale a auzului, senzația de zgomot a unui puls sonor pe termen scurt depinde nu numai de nivelul său, ci și de durata impactului pulsului asupra urechii. Așadar, un sunet pe termen scurt care durează doar 10-12 ms este perceput mai ușor decât urechea decât un sunet de același nivel, dar afectează auzul, de exemplu, 150-400 ms. Prin urmare, la ascultarea transmisiei, volumul este rezultatul mediei energiei undei sonore pe un anumit interval. În plus, auzul unei persoane are inerție, în special atunci când percepe distorsiuni neliniare, nu se simte astfel dacă durata pulsului sonor este mai mică de 10-20 ms. De aceea, în indicatorii de nivel ai echipamentelor electronice de înregistrare a sunetului, valorile instantanee ale semnalului sunt mediate pe intervalul selectat în conformitate cu caracteristicile temporale ale organelor auditive.
Reprezentarea spațială a sunetului
Una dintre abilitățile umane importante este capacitatea de a determina direcția sursei de sunet. Această abilitate se numește efect binaural și se explică prin faptul că o persoană are două urechi. Datele experimentale arată de unde provine sunetul: unul pentru tonuri de înaltă frecvență, celălalt pentru tonuri de frecvență joasă.
Spre urechea orientată către sursă, sunetul parcurge o cale mai scurtă decât cea de-a doua ureche. Ca urmare, presiunea undelor sonore în canalele urechii variază în fază și amplitudine. Diferențele de amplitudine sunt semnificative numai la frecvențe înalte, când lungimea undei sonore devine comparabilă cu dimensiunea capului. Când diferența de amplitudini depășește o valoare a pragului de 1 dB, se pare că sursa de sunet se află pe partea în care amplitudinea este mai mare. Unghiul de deviere a sursei de sunet de la linia medie (linia de simetrie) este aproximativ proporțional cu logaritmul raportului de amplitudine.
Pentru a determina direcția sursei de sunet cu frecvențe sub 1500-2000 Hz, diferențele de fază sunt semnificative. I se pare omului că sunetul provine din partea din care unda, care se depășește în fază, ajunge la ureche. Unghiul de deviere a sunetului de la linia medie este proporțional cu diferența de timp de sosire a undelor sonore la ambele urechi. O persoană instruită poate observa o diferență de fază cu o diferență de timp de 100 ms.
Capacitatea de a determina direcția sunetului în plan vertical este mult mai puțin dezvoltată (de aproximativ 10 ori). Această caracteristică fiziologică este asociată cu orientarea organelor auditive în plan orizontal.
O caracteristică specifică a percepției spațiale a sunetului de către o persoană se manifestă prin faptul că organele auditive pot simți localizarea totală și integrală creată cu ajutorul mijloacelor artificiale de influență. De exemplu, două camere sunt instalate în cameră de-a lungul frontului, la o distanță de 2-3 m unul de celălalt. La aceeași distanță de axa sistemului de conectare, ascultătorul este situat exact în centru. În cameră, prin difuzoare sunt emise două difuzoare cu aceeași fază, frecvența și intensitatea sunetului. Ca urmare a identității sunetelor care trec în organul auzului, o persoană nu le poate separa, senzațiile sale dau idei despre o singură sursă aparentă (virtuală) de sunet, care se află strict în centru pe axa simetriei.
Dacă acum reduceți volumul unui difuzor, atunci sursa aparentă se va muta spre un difuzor mai puternic. Iluzia mișcării sursei de sunet poate fi obținută nu numai prin modificarea nivelului semnalului, ci și prin întârzierea artificială a unui sunet în raport cu altul; în acest caz, sursa aparentă se va deplasa către difuzorul care emite semnalul în timp.
Pentru a ilustra localizarea integrală, dăm un exemplu. Distanța dintre difuzoare este de 2 m, distanța de la linia frontală la ascultător este de 2 m; pentru ca sursa să se deplaseze cu 40 cm spre stânga sau spre dreapta, este necesar să se aplice două semnale cu o diferență de nivel de intensitate de 5 dB sau cu un interval de timp de 0,3 ms. Cu o diferență de nivel de 10 dB sau o întârziere de 0,6 ms, sursa „se mișcă” la 70 cm de centru.
Astfel, dacă presiunea sonoră creată de difuzor este schimbată, apare iluzia de a muta sursa de sunet. Acest fenomen se numește localizare totală. Pentru a crea o localizare totală, este utilizat un sistem stereo de transmisie a sunetului cu două canale.
Două microfoane sunt instalate în camera primară, fiecare funcționând pe propriul canal. În secundar - două difuzoare. Microfoanele sunt situate la o anumită distanță unul de altul de-a lungul unei linii paralele cu amplasarea emițătorului de sunet. Când mutați emițătorul de sunet la microfon, va apărea o presiune sonoră diferită, iar timpul de sosire a undei sonore va fi diferit, datorită distanței inegale dintre emițătorul de sunet și microfoane. Această diferență creează efectul localizării totale în perturbarea secundară, în urma căreia sursa aparentă este localizată într-un anumit punct din spațiu situat între cele două difuzoare.
Ar trebui spus despre sistemul binoural de transmitere a sunetului. Când utilizați acest sistem, numit sistem „cap artificial”, în camera primară sunt așezate două microfoane separate, așezându-le la o distanță una de cealaltă egală cu distanța dintre urechile persoanei. Fiecare microfon are un canal de sunet independent, a cărui ieșire în camera secundară include telefoane pentru urechea stângă și cea dreaptă. Având în vedere canalele sonore identice, un astfel de sistem transmite cu exactitate efectul binaural creat lângă urechile „capului artificial” din camera primară. Prezența căștilor și necesitatea utilizării lor îndelungate este un dezavantaj.
Organul auzului determină distanța până la sursa de sunet printr-o serie de semne indirecte și cu unele erori. În funcție de dacă distanța până la sursa semnalului este mică sau mare, evaluarea subiectivă a acestuia se schimbă sub influența diverșilor factori. S-a constatat că dacă distanțele determinate sunt mici (până la 3 m), atunci evaluarea lor subiectivă este aproape liniar legată de modificarea volumului sursei de sunet care se deplasează în profunzime. Un factor suplimentar pentru un semnal complex este timbrul său, care devine din ce în ce mai „greoi” pe măsură ce sursa se apropie de ascultător, ceea ce se datorează amplificării crescânde a tonurilor de frecvență scăzute în comparație cu tonele cu registru ridicat cauzate de creșterea nivelului de volum.
Pentru distanțe medii de 3-10 m. Îndepărtarea sursei din ascultător va fi însoțită de o scădere proporțională a volumului, iar această modificare se va aplica în mod egal frecvenței fundamentale și componentelor armonice. Drept urmare, are loc o amplificare relativă a părții de înaltă frecvență a spectrului și timbrul devine mai luminos.
Odată cu distanța în creștere, pierderea de energie în aer va crește proporțional cu pătratul frecvenței. Pierderea crescută a nivelurilor de înregistrare ridicate va duce la scăderea luminozității timbrale. Astfel, o evaluare subiectivă a distanțelor este asociată cu o modificare a volumului și a timbrei sale.
Într-un mediu închis, semnalele primelor reflecții, care se întârzie relativ la cea directă cu 20-40 ms, sunt percepute de organul auditiv ca provenind din direcții diferite. În același timp, decalajul lor din ce în ce mai mare dă impresia unei distanțe semnificative față de punctele din care apar aceste reflecții. Astfel, prin timpul de întârziere, se poate judeca distanța relativă a surselor secundare sau, ceea ce este același, despre dimensiunea camerei.
Unele caracteristici ale percepției subiective a emisiilor stereo.
Sistemul de sunet stereo are o serie de caracteristici semnificative în comparație cu monofonic obișnuit.
Calitatea care distinge sunetul stereo, sunetul surround, adică. Perspectiva acustică naturală poate fi estimată folosind niște indicatori suplimentari care nu au sens cu tehnica monofonică de transmitere a sunetului. Acești indicatori suplimentari ar trebui să includă: unghiul de audibilitate, adică. unghiul în care ascultătorul percepe o imagine sonoră stereo; rezoluție stereo, adică localizarea determinată subiectiv a elementelor individuale ale imaginii sonore în anumite puncte din spațiu în limitele unghiului de auz; atmosferă acustică adică efectul ascultătorului având un simț al prezenței în camera primară unde are loc evenimentul sonor transmis.
Cu privire la rolul acusticii de cameră
Sunetul colorat este obținut nu numai cu ajutorul echipamentelor de reproducere a sunetului. Chiar și cu echipamente destul de bune, calitatea sunetului poate fi slabă dacă camera destinată ascultării nu are anumite proprietăți. Se știe că într-o cameră închisă apare un fenomen nazoacustic, numit reverberație. Prin afectarea organelor auzului, reverberația (în funcție de durata sa) poate îmbunătăți sau degrada calitatea sunetului.
O persoană din cameră percepe nu numai undele sonore directe create direct de sursa de sunet, ci și undele reflectate de tavanul și pereții camerei. Undele reflectate se aud chiar și după ceva timp după încetarea sursei de sunet.
Uneori se crede că semnalele reflectate joacă doar un rol negativ, interferând cu percepția semnalului principal. Cu toate acestea, această părere este greșită. O anumită parte din energia semnalelor ecologice reflectate inițial, care ajunge la urechile unei persoane cu mici întârzieri, amplifică semnalul principal și îmbogățește sunetul său. În schimb, ecouri reflectate ulterior. al cărui timp de întârziere depășește o anumită valoare critică, formează un fundal sonor care împiedică percepția semnalului principal.
Sala de ascultare nu ar trebui să aibă un timp de reverberație îndelungat. Camerele de zi, de regulă, au o cantitate mică de reverb datorită dimensiunii limitate și prezenței suprafețelor absorbante de sunet, mobilier tapițat, covoare, perdele etc.
Obstacolele de natură și proprietăți variate se caracterizează printr-un coeficient de absorbție a sunetului, care este raportul dintre energia absorbită și energia totală a undei sonore incidente.
Pentru a crește proprietățile absorbante fonice ale covorului (și pentru a reduce zgomotul în camera de zi), este recomandat să atârnați covorul nu aproape de perete, ci cu un decalaj de 30-50 mm).
Dacă auziți câteva sunete pe care alții nu le pot auzi, acest lucru nu înseamnă că aveți halucinații auditive și este timpul pentru un psihiatru. Poate că aparțineți categoriei așa-numitelor Hamers. Termenul provine de la cuvântul englez hum, care înseamnă hum, buzz, buzz.
Plângeri ciudate
Fenomenul a fost observat pentru prima dată în anii 50 ai secolului trecut: oamenii care trăiau în diferite părți ale planetei s-au plâns că au auzit constant un anumit sunet uniform. Cel mai adesea, locuitorii din mediul rural au vorbit despre acest lucru. Aceștia au afirmat că un sunet de neînțeles a fost amplificat noaptea (aparent, deoarece fondul sonor general a fost redus în acel moment). Cei care au auzit-o au avut adesea reacții adverse - dureri de cap, greață, amețeli, tulburări de nas și insomnie.
În 1970, 800 de britanici s-au plâns imediat de zgomotul misterios. Episoade similare au avut loc și în New Mexico și Sydney.
În 2003, specialistul în acustică Jeff Leventhal a descoperit că doar 2% dintre locuitorii lumii au putut auzi sunete ciudate. În mare parte, sunt persoane cu vârste cuprinse între 55 și 70 de ani. Într-un caz, Hamer s-a sinucis, deoarece nu a putut suporta zumzetul neîncetat.
„Este un fel de tortură, uneori vrei doar să urli”, a spus Katie Jacques din Leeds (Marea Britanie). „Este greu să adormi pentru că aud continuu acest sunet palpitant”. Începi să arunci și să te întorci și să te gândești mai mult la asta. "
De unde este zgomotul?
Cercetătorii încearcă să găsească sursa zgomotului de mult timp. La începutul anilor 1990, angajații Laboratorului Național Los Alamos de la Universitatea din New Mexico au ajuns la concluzia că Hamers aude sunete care însoțesc traficul și procesele de fabricație din fabrici. Dar această versiune este controversată: la urma urmei, după cum am menționat mai sus, majoritatea hamerilor trăiesc în mediul rural.
Conform unei alte versiuni, nu există niciun zumzet: aceasta este o iluzie generată de un creier bolnav. În cele din urmă, cea mai interesantă ipoteză este că unii oameni au o sensibilitate crescută la radiațiile electromagnetice de joasă frecvență sau la activitatea seismică. Adică ei aud „zumzetul Pământului”, căruia majoritatea oamenilor nu le acordă atenție.
Paradoxuri ale auzului
Cert este că persoana obișnuită este capabilă să perceapă sunete în intervalul de la 16 hertzi la 20 kilohertzi, dacă vibrațiile sonore sunt transmise prin aer. La transmiterea sunetului de-a lungul oaselor craniului, intervalul crește până la 220 kilohertz.
De exemplu, fluctuațiile vocii umane pot varia între 300-4000 hertz. Sună peste 20.000 de hertzi pe care îi auzim mai rău. Și vibrațiile sub 60 hertz sunt percepute de noi ca fiind vibrații. Frecvențele înalte se numesc ultrasunete, frecvențele joase sunt numite infrasunete.
Nu toți oamenii răspund în mod egal la diferite frecvențe de sunet. Depinde de mulți factori individuali: vârsta, sexul, ereditatea, prezența patologiilor auditive etc. Deci, se știe că există oameni care sunt capabili să perceapă sunete de înaltă frecvență - până la 22 de kilograme și mai mari. În același timp, animalele pot auzi uneori vibrații acustice într-o gamă inaccesibilă oamenilor: liliecii folosesc ultrasunete pentru a echoloca în timpul zborurilor, iar balenele și elefanții, probabil, comunică între ele folosind vibrații infrasonice.
La începutul anului 2011, oamenii de știință israelieni au descoperit că în creierul uman există grupuri speciale de neuroni care vă permit să evaluați sunetul până la 0,1 tonuri. Majoritatea speciilor de animale, cu excepția liliecilor, nu au astfel de „adaptări”. Odată cu vârsta, din cauza modificărilor în urechea internă, oamenii încep să perceapă frecvențele mai ridicate și se dezvoltă o pierdere de auz senzorială.
Dar, se pare, nu totul este atât de simplu cu creierul nostru, de vreme ce cineva de-a lungul anilor nu mai aude chiar sunete obișnuite, iar cineva, dimpotrivă, începe să audă ceea ce este inaccesibil auzului celorlalți.
Cum îi poți ajuta pe Hamers, pentru că suferă atât de mult de „darul” lor? Unii experți cred că așa-numita terapie cognitiv-comportamentală le-ar putea vindeca. Dar poate funcționa numai dacă problema este conectată exclusiv la starea mentală a unei persoane.
Jeff Leventhal observă că astăzi fenomenul lui Hamer este unul dintre secrete, al cărui indiciu nu a fost încă găsit.
Urechea exterioară include auriculul, canalul urechii și timpanul, care închide capătul interior al canalului urechii. Carnea auditivă are o formă curbă neregulată. La un adult, lungimea sa este de aproximativ 2,5 cm, iar diametrul său este de aproximativ 8 mm. Suprafața canalului urechii este acoperită cu fire de păr și conține glande care secretă ceara urechii, care este necesară pentru menținerea umidității pielii. Canalul urechii asigură, de asemenea, o temperatură și umiditate constantă a timpanului.
- Urechea mijlocie
Urechea medie este cavitatea plină de aer din spatele timpanului. Această cavitate este conectată la nazofaringe prin tubul Eustachian, un canal îngust de cartilaj care este de obicei închis. Mișcările de înghițire deschid tubul Eustachian, care asigură fluxul de aer în cavitate și egalizarea presiunii pe ambele părți ale timpanului pentru mobilitatea sa optimă. În cavitatea urechii medii există trei osicule auditive în miniatură: un maleol, o nicovală și un etrier. Un capăt al maleolei este conectat la timpan, celălalt capăt este conectat la nicovală, care, la rândul său, este conectat la etrier, iar etrierul la cohlea urechii interne. Timpul fluctuează constant sub influența sunetelor surprinse de ureche, iar osicele auditive își transmit vibrațiile către urechea internă.
- Urechea internă
Urechea internă conține mai multe structuri, dar numai cohleea, care și-a luat numele datorită formei sale în spirală, este legată de auz. Cochlea este împărțită în trei canale umplute cu fluide limfatice. Lichidul din canalul mijlociu diferă prin compoziție față de lichidul din celelalte două canale. Organul responsabil direct de auz (organul lui Corti) este situat în canalul mijlociu. Organul din Corti conține aproximativ 30.000 de celule de păr, care ridică vibrațiile lichidului din canal cauzate de mișcarea stelelor și generează impulsuri electrice care sunt transmise prin nervul auditiv către zona auditivă a scoarței cerebrale. Fiecare celulă de păr răspunde la o frecvență sonoră specifică, frecvențele înalte fiind capturate de celulele din partea inferioară a cohleei, iar celulele reglate la frecvențe joase sunt localizate în partea superioară a cohleei. Dacă celulele părului mor din orice motiv, persoana nu mai percepe sunetele frecvențelor corespunzătoare.
- Căi auditive
Căile auditive sunt o colecție de fibre nervoase care conduc impulsurile nervoase de la cohleă până la centrele auditive ale cortexului cerebral, rezultând o senzație auditivă. Centrele auditive sunt localizate în lobii temporari ai creierului. Timpul necesar pentru a trece semnalul auditiv de la urechea externă la centrele auditive ale creierului este de aproximativ 10 milisecunde.
Cum funcționează urechea umană (desen oferit de Siemens)
Percepția sunetului
Urechea transformă secvențial sunetele în vibrații mecanice ale timpanului și ale osicilor auditive, apoi în vibrații ale fluidului din cohleă și, în final, în impulsuri electrice, care sunt transmise pe căile de conducere ale sistemului auditiv central în lobii temporari ai creierului pentru recunoaștere și prelucrare.
Creierul și nodurile intermediare ale căilor de conducție auditivă extrag nu numai informații despre înălțimea și volumul sunetului, ci și alte caracteristici ale sunetului, de exemplu, intervalul de timp dintre momentele de achiziție a sunetului de către urechea dreaptă și stânga - aceasta este baza capacității persoanei de a determina direcția în care vine sunetul. În acest caz, creierul evaluează ambele informații primite de la fiecare ureche separat și combină toate informațiile primite într-o singură senzație.
În creierul nostru sunt stocate „tiparele” sunetelor din jurul nostru - voci familiare, muzică, sunete periculoase etc. Acest lucru ajută creierul în procesul de procesare a informațiilor despre sunet să distingă rapid între sunetele familiare și cele necunoscute. Odată cu pierderea auzului, creierul începe să primească informații distorsionate (sunetele devin mai liniștite), ceea ce duce la erori în interpretarea sunetelor. Pe de altă parte, funcționarea creierului afectată ca urmare a îmbătrânirii, traumatismului capului sau a bolilor neurologice și a tulburărilor poate fi însoțită de simptome similare simptomelor de pierdere a auzului, de exemplu, neatenție, detașare de mediu, răspuns inadecvat. Pentru a auzi și înțelege corect sunetele, este necesară activitatea coordonată a analizorului auditiv și a creierului. Astfel, fără exagerare, putem spune că o persoană nu aude cu urechile, ci cu creierul!
Toată lumea a văzut pe audiograme sau echipamente audio un astfel de parametru de volum sau asociat cu acesta. Aceasta este o unitate de măsură pentru volum. Odată ce oamenii au fost de acord și au indicat că, în mod normal, o persoană aude de pe 0dB, ceea ce înseamnă de fapt un fel de presiune sonoră care este percepută de ureche. Statisticile spun că intervalul de norme este deopotrivă o ușoară scădere la 20dB, iar auzul este peste norma sub forma de -10dB! Delta „normei” este 30dB, ceea ce este oarecum mult.
Care este domeniul dinamic al auzului? Aceasta este o oportunitate de a auzi sunete cu volume diferite. În general, se acceptă faptul că urechea umană poate auzi de la 0dB până la 120-140dB. Nu recomandă să asculți sunete de la 90dB sau mai mari pentru o lungă perioadă de timp.
Gama dinamică de funcționare a fiecărei urechi ne spune că la 0dB urechea aude bine și în detaliu, la 50dB aude bine și în detaliu. Este posibil la 100dB. În practică, toată lumea a fost la un club sau un concert unde muzica a cântat tare - iar detaliile sunt minunate. Au ascultat înregistrarea, abia în liniște prin căști, întinse într-o cameră liniștită - și, de asemenea, toate detaliile de pe teren.
De fapt, pierderea auzului poate fi descrisă ca o reducere a intervalului dinamic. De fapt, o persoană cu auz deficitar nu aude detaliile la volum redus. Gama sa dinamică se restrânge. În loc de 130dB, devine 50-80dB. De aceea: în niciun caz nu puteți „împărți” informații care, în realitate, sunt cuprinse între 130dB și intervalul de 80dB. Și dacă ne amintim și că decibelii sunt o dependență neliniară, atunci întreaga tragedie a situației devine clară.
Dar acum să ne amintim de o audiere bună. Aici cineva aude totul la vreo 10dB. Acest lucru este normal și social acceptabil. În practică, o astfel de persoană poate auzi vorbirea de la 10 metri normal. Dar aici apare o persoană cu auz perfect - peste 0 cu 10dB - și aude același discurs de la 50 de metri cu condiții egale. Gama dinamică este mai largă - există mai multe detalii și posibilități.
O gamă dinamică largă face ca creierul să funcționeze complet diferit. Mult mai multe informații, mult mai exacte și mai detaliate, deoarece se aud din ce în ce mai multe tonuri și armonici, care dispar cu o gamă dinamică restrânsă: eludează atenția umană, deoarece imposibil să-i aud.
Apropo, din moment ce gama dinamică de 100dB + este disponibilă, aceasta înseamnă, de asemenea, că o persoană o poate folosi în mod constant. Tocmai am ascultat la un volum de 70dB, apoi am început să ascult brusc - 20dB, apoi 100dB. Tranziția ar trebui să dureze timpul minim. Și, de fapt, putem spune că o persoană cu cădere nu își permite să aibă o gamă dinamică mare. Oamenii surzi par să înlocuiască ideea că acum totul este foarte tare - iar urechea se pregătește să audă tare sau foarte tare, în locul situației reale.
În același timp, gama dinamică a prezenței sale arată că urechea nu numai că înregistrează sunete, dar se adaptează și la volumul curent pentru a auzi totul bine. Parametrul general de volum este de asemenea transmis creierului în același mod ca semnalele sonore.
Dar o persoană cu auz perfect poate varia foarte flexibil intervalul său dinamic. Iar pentru a auzi ceva - nu se încordează, ci pur și simplu se relaxează. Astfel, auzul rămâne excelent atât în \u200b\u200bintervalul dinamic, cât și în același timp în intervalul de frecvență.
Internetul a fost din nou împărțit în două tabere, ceea ce nu s-a întâmplat de la celebra „rochie a discordiei”, culoarea pe care oamenii o percepeau diferit. Acum, utilizatorii sunt ocupați cu o nouă ghicitoare, care se bazează pe un fragment audio.
Pentru prima dată, au vorbit despre un nou fenomen pe forumul Reddit pe 13 aprilie. Un videoclip a fost atașat la publicația autorului, în care o voce robotizată pronunță un nume. Însă utilizatorii nu pot fi de acord cu ce anume - fapt este că jumătate din forum îl ascultă pe Yanny („Yenny”), iar al doilea - Laurel („Laurel”).
Cel mai popular comentariu la această intrare numește videoclipul „magia neagră”. Mistica acestei situații se adaugă nu numai prin faptul că „Yenny” și „Laurel” sună în principiu diferite, ci și că aceeași persoană poate auzi două nume diferite dacă ascultă înregistrarea de mai multe ori.
Unii utilizatori sincer nu pot înțelege cum este posibil acest lucru și nu cred cei care aud un nume diferit. Desigur, mai mulți oameni de știință din diferite domenii științifice, care până acum nu pot fi de acord, s-au alăturat deja soluției fenomenului.
Una dintre cele mai populare versiuni este una care are legătură cu frecvența sunetului. Lars Ricky, profesor asistent la Universitatea Maastricht, a declarat pentru The Verge că „Yenny” sună la frecvențe mai înalte, iar „Laurel” - la frecvențe joase. Drept urmare, persoanele care sunt mai sensibile la sunetele de înaltă frecvență aud „Yenny”, iar restul aud „Laurel”.
Aceeași situație este observată și la cei care ascultă înregistrarea pe diferite dispozitive sau în căști diferite - din cauza frecvenței, percepția aceleiași persoane se poate schimba radical.
În plus, unii utilizatori cred că întregul punct este în viteză de redare - o înregistrare misterioasă a fost plasată într-un editor video și s-a pierdut într-un ritm diferit. Astfel, majoritatea utilizatorilor aud „Yenny” la începutul videoclipului și „Laurel” aproape de sfârșit. Din păcate, nici totul nu este clar aici - ziarul Gazeta.Ru a efectuat un experiment și a aflat că oamenii încep să audă numele de laur cu viteze diferite, iar unii nu îl aud deloc.
Există o altă versiune. Un grup de oameni de știință consideră că, datorită calității slabe a înregistrării, aparatul auditiv al diferitelor persoane percepe audio în mod ambiguu - creierul nu are informații și independent „gândește” sunetele care lipsesc.
De asemenea, se raportează că persoanele în vârstă aud doar o singură opțiune (de obicei „Yenny”), deoarece, în timp, auzul se deteriorează și nu mai pot interpreta sunete ambigue.
În sfârșit, o altă circumstanță este așteptarea însuși a ascultătorului. Autorul textului a auzit de mai multe ori atât „Yenny” cât și „Laurel”, dacă în ajunul ascultării să se concentreze pe o singură opțiune posibilă.
Ce culoare este rochia
Noua iluzie sonică este o continuare a „rochiei discordiei”, care a disputat întregul Internet în februarie 2015. Atunci oamenii nu au putut decide ce culoare rochia ilustrată în fotografie este albastru-negru sau alb-auriu.
wired.com
Discuției li s-au alăturat utilizatori obișnuiți, oameni de știință și chiar celebrități. După cum s-a dovedit mai târziu, caracteristicile biologice ale corpului uman sunt de vină - oamenii percep lumina în fotografii în mod diferit. Cei care văd o rochie albastru-neagră sugerează că culoarea neagră sub influența unei culori strălucitoare pare brună sau chiar aurie.
O altă „echipă”, care susține că rochia este de fapt albă, presupune că este în umbră, întrucât sursa de lumină se află în spatele ei. În acest caz, culoarea albă pură începe să devină albastru și, prin urmare, arată albăstrui.
Doi ani mai târziu, au apărut „adidași ai discordiei”, ceea ce ia făcut din nou pe oameni să se certe peste percepții de culoare diferite. Britanicul a publicat o fotografie cu pantofi care i se păreau roz și albi. Prietena ei, dimpotrivă, a susținut că adidașii sunt gri cu accente turcoaz. Fata a postat o poză pe Facebook pentru a afla părerea prietenilor ei, care au împărțit din nou internetul în două tabere.
