Psühhoakustika – füüsika ja psühholoogia piirnev teadusvaldkond, uurib andmeid inimese kuulmisaistingu kohta füüsilise stiimuli – heli – mõjul kõrva. Inimeste reaktsioonide kohta kuulmisstiimulitele on kogunenud suur hulk andmeid. Ilma nende andmeteta on raske saada õiget arusaama helisagedussignaalisüsteemide tööst. Mõelge inimese helitaju kõige olulisematele tunnustele.
Inimene tunneb helirõhu muutusi, mis toimuvad sagedusel 20-20 000 Hz. Alla 40 Hz helid on muusikas suhteliselt haruldased ja kõnekeeles neid ei eksisteeri. Väga kõrgetel sagedustel kaob muusikaline taju ja tekib teatav ebamäärane helitunnetus, mis sõltub kuulaja individuaalsusest, tema vanusest. Vanusega väheneb inimese kuulmise tundlikkus, eriti helivahemiku ülemistes sagedustes.
Kuid selle põhjal oleks vale järeldada, et laia sagedusriba edastamine heli taasesitava installatsiooni kaudu on vanemate inimeste jaoks ebaoluline. Katsed on näidanud, et inimesed, kes isegi vaevu tajuvad üle 12 kHz signaale, tunnevad väga kergesti ära kõrgete sageduste puudumise muusikaülekandes.
Kuulmisaistingu sagedusomadused
Inimese poolt kuuldavate helide ala vahemikus 20-20 000 Hz on intensiivsusega piiratud lävedega: altpoolt - kuuldavus ja ülalt - valuaistingud.
Kuulmislävi hinnatakse minimaalse rõhu, täpsemalt rõhu minimaalse tõusu järgi piiri suhtes; see on tundlik sagedustele 1000-5000 Hz - siin on kuulmislävi kõige madalam (helirõhk on umbes 2 -10 Pa). Madalamate ja kõrgemate helisageduste suunas langeb kuulmise tundlikkus järsult.
Valulävi määrab helienergia tajumise ülemise piiri ja vastab ligikaudu heli intensiivsusele 10 W / m või 130 dB (1000 Hz sagedusega võrdlussignaali korral).
Helirõhu tõusuga suureneb ka heli intensiivsus ja kuulmisaisting suureneb hüpetel, mida nimetatakse intensiivsuse eristamise läveks. Nende hüpete arv keskmistel sagedustel on umbes 250, madalatel ja kõrgetel sagedustel see väheneb ja keskmiselt on sagedusvahemikus umbes 150.
Kuna intensiivsuse kõikumise vahemik on 130 dB, siis aistingute elementaarne hüpe keskmiselt üle amplituudivahemiku on 0,8 dB, mis vastab helitugevuse muutusele 1,2 korda. Madalatel kuulmistasemetel ulatuvad need hüpped 2-3 dB-ni, kõrgel vähenevad 0,5 dB-ni (1,1 korda). Võimenditee võimsuse suurenemist vähem kui 1,44 korda inimkõrv praktiliselt ei fikseeri. Valjuhääldi poolt arendatava madalama helirõhu korral ei pruugi isegi väljundastme võimsuse kahekordne suurendamine anda käegakatsutavat tulemust.
Heli subjektiivsed omadused
Heli edastamise kvaliteeti hinnatakse kuulmistaju alusel. Seetõttu on võimalik heli ülekandetee või selle üksikute lülide tehnilisi nõudeid õigesti määrata vaid subjektiivselt tajutavat heliaistingut ühendavate mustrite uurimisel ning heli objektiivseteks omadusteks on helikõrgus, valjus ja tämber.
Kõrguse mõiste eeldab subjektiivset hinnangut heli tajumisele sagedusalas. Heli iseloomustab tavaliselt mitte sagedus, vaid helikõrgus.
Toon on teatud kõrgusega signaal, millel on diskreetne spekter (muusikahelid, kõne vokaalid). Laia pideva spektriga signaali, mille kõik sageduskomponendid on ühesuguse keskmise võimsusega, nimetatakse valgeks müraks.
Heli vibratsiooni sageduse järkjärgulist suurenemist 20-lt 20 000 Hz-le tajutakse tooni järkjärgulise muutumisena madalaimast (bassist) kõrgeimale.
See, millise täpsusega inimene kõrva järgi helikõrgust määrab, sõltub tema kõrva teravusest, musikaalsusest ja treenitusest. Tuleb märkida, et helikõrgus sõltub mingil määral heli intensiivsusest (kõrgetel helitugevustel tunduvad suurema intensiivsusega helid nõrgemad.
Inimkõrv oskab hästi eristada kahte helikõrgust lähedase tooni. Näiteks sagedusvahemikus ligikaudu 2000 Hz suudab inimene eristada kahte tooni, mis erinevad üksteisest sageduselt 3-6 Hz.
Helitaju subjektiivne skaala sageduse poolest on lähedane logaritmiseadusele. Seetõttu tajutakse võnkesageduse kahekordistumist (olenemata algsagedusest) alati samasuguse helikõrguse muutusena. Kõrguse intervalli, mis vastab 2-kordsele sageduse muutusele, nimetatakse oktaaviks. Inimese tajutav sagedusvahemik on 20-20 000 Hz, see hõlmab ligikaudu kümmet oktaavi.
Oktav on üsna suur helikõrguse muutmise intervall; inimene eristab palju väiksemaid intervalle. Seega võib kümnes kõrvaga tajutavas oktavis eristada enam kui tuhat helikõrguse gradatsiooni. Muusika kasutab väiksemaid intervalle, mida nimetatakse pooltoonideks, mis vastavad ligikaudu 1,054-kordsele sageduse muutusele.
Oktav jaguneb pooloktaaviks ja kolmandikuks oktaavist. Viimase jaoks on standarditud järgmine sagedusvahemik: 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3; 3,15; neli; 5; 6,3:8; 10, mis on ühe kolmandiku oktaavi piirid. Kui need sagedused on paigutatud piki sagedustelge võrdsele kaugusele, saadakse logaritmiline skaala. Sellest lähtuvalt on kõik heliedastusseadmete sageduskarakteristikud üles ehitatud logaritmilisel skaalal.
Ülekande valjus ei sõltu ainult heli intensiivsusest, vaid ka spektraalsest koostisest, tajutingimustest ja kokkupuute kestusest. Seega ei taju inimene kahte sama intensiivsusega (või sama helirõhuga) keskmise ja madala sagedusega helitooni võrdselt valjuna. Seetõttu võeti sama valjuhäälsete helide tähistamiseks kasutusele mõiste helitugevuse tase taustal. Puhta tooni sagedusega 1000 Hz sama helitugevuse helitugevuse taset detsibellides võetakse helitugevuse tasemeks fonides, st sagedusel 1000 Hz on helitugevuse tasemed fonides ja detsibellides samad. Teistel sagedustel sama helirõhu korral võivad helid tunduda valjemad või vaiksemad.
Helitehnikute kogemus muusikateoste salvestamisel ja monteerimisel näitab, et töö käigus tekkida võivate helidefektide paremaks tuvastamiseks tuleks kontrollkuulamise ajal hoida helitugevust kõrgel, mis vastab ligikaudu saali helitugevusele.
Pikaajalisel intensiivse heliga kokkupuutel kuulmistundlikkus järk-järgult väheneb ja mida rohkem, seda suurem on heli tugevus. Tundlikkuse tuvastatav vähenemine on seotud kuulmisreaktsiooniga ülekoormusele, s.t. selle loomuliku kohanemisega, Pärast kuulamispausi taastatakse kuulmistundlikkus. Sellele tuleb lisada, et kuuldeaparaat toob kõrgetasemelisi signaale tajudes sisse omad, nn subjektiivsed moonutused (mis viitab kuulmise mittelineaarsusele). Seega ulatuvad 100 dB signaalitasemel esimene ja teine subjektiivne harmooniline tasemeni 85 ja 70 dB.
Märkimisväärne helitugevus ja selle kokkupuute kestus põhjustavad kuulmisorganis pöördumatuid nähtusi. Märgitakse, et viimastel aastatel on kuulmislävi noorte seas järsult tõusnud. Selle põhjuseks oli kirg popmuusika vastu, mida iseloomustavad kõrged helitasemed.
Helitugevust mõõdetakse elektroakustilise seadme - helitaseme mõõturi abil. Mõõdetud heli muundab mikrofon esmalt elektriliseks vibratsiooniks. Pärast võimendamist spetsiaalse pingevõimendiga mõõdetakse neid võnkumisi detsibellides reguleeritud osutiga. Tagamaks, et seadme näidud vastaksid võimalikult täpselt subjektiivsele helitugevuse tajumisele, on seade varustatud spetsiaalsete filtritega, mis muudavad selle tundlikkust erinevate sagedustega heli tajumise suhtes vastavalt kuulmistundlikkuse tunnusele.
Heli oluline omadus on tämber. Kuulmisvõime seda eristada võimaldab teil tajuda väga erinevate varjunditega signaale. Iga pilli ja hääle kõla muutub neile iseloomulike varjundite tõttu mitmevärviliseks ja hästi äratuntavaks.
Tämber, olles tajutava heli keerukuse subjektiivne peegeldus, ei oma kvantitatiivset hinnangut ja seda iseloomustavad kvalitatiivse järjestuse terminid (ilus, pehme, mahlane jne). Kui signaal edastatakse elektroakustilisel teel, mõjutavad tekkivad moonutused eelkõige taasesitatava heli tämbrit. Muusikahelide tämbri õige edastamise tingimus on signaali spektri moonutusteta edastamine. Signaali spekter on kompleksse heli sinusoidaalsete komponentide kogum.
Nn puhtal toonil on kõige lihtsam spekter, see sisaldab ainult ühte sagedust. Muusikariista heli osutub huvitavamaks: selle spekter koosneb põhisagedusest ja mitmest "ebapuhtus" sagedusest, mida nimetatakse ülemtoonideks (kõrgemad toonid) Ülemhelid on põhisageduse kordsed ja amplituudid on tavaliselt väiksemad.
Heli tämber sõltub intensiivsuse jaotusest ülemtoonide vahel. Erinevate muusikariistade helid erinevad tämbri poolest.
Keerulisem on muusikahelide kombinatsiooni spekter, mida nimetatakse akordiks. Sellises spektris on mitu põhisagedust koos vastavate ülemtoonidega.
Tämbrierinevused jagavad peamiselt signaali madala ja keskmise sagedusega komponendid, seetõttu on sagedusvahemiku alumises osas olevate signaalidega seotud palju erinevaid tämbreid. Selle ülemise osaga seotud signaalid kaotavad suurenedes üha enam oma tämbrivärvi, mis on tingitud nende harmooniliste komponentide järkjärgulisest väljumisest üle kuuldavate sageduste piiri. Seda võib seletada asjaoluga, et kuni 20 või enam harmoonilist osaleb aktiivselt madalate helide (keskmise 8–10, kõrge 2–3) tämbri moodustamisel, kuna ülejäänud on kas nõrgad või langevad helipiirkonnast välja. kuuldavad sagedused. Seetõttu on kõrged helid reeglina tämbri poolest kehvemad.
Peaaegu kõik looduslikud heliallikad, sealhulgas muusikahelide allikad, sõltuvad tämbrist helitugevuse tasemest. Ka kuulmine on selle sõltuvusega kohanenud – on loomulik, et ta määrab allika intensiivsuse heli värvi järgi. Valjud helid on tavaliselt karmimad.
Muusikalised heliallikad
Elektroakustiliste süsteemide helikvaliteeti mõjutavad suuresti mitmed tegurid, mis iseloomustavad esmaseid heliallikaid.
Muusikaallikate akustilised parameetrid sõltuvad esitajate koosseisust (orkester, ansambel, rühm, solist ja muusika liik: sümfooniline, folk, pop jne).
Heli päritolul ja kujunemisel igal muusikainstrumendil on oma spetsiifika, mis on seotud konkreetse muusikainstrumendi helitekke akustiliste tunnustega.
Muusikalise heli oluline element on rünnak. See on spetsiifiline mööduv protsess, mille käigus luuakse stabiilsed heliomadused: valjus, tämber, helikõrgus. Iga muusikaline heli läbib kolm etappi – alguse, keskpaiga ja lõpu ning nii alg- kui ka lõppfaasil on teatud kestus. Esialgset etappi nimetatakse rünnakuks. See kestab erinevalt: nätsu-, löök- ja mõnele puhkpillile 0-20 ms, fagotile 20-60 ms. Rünnak ei ole lihtsalt helitugevuse tõus nullist mingi püsiva väärtuseni, sellega võib kaasneda sama helikõrguse ja tämbri muutus. Pealegi ei ole pilli ründe omadused selle spektri eri osades erinevate mängustiilidega ühesugused: viiul on võimalike väljenduslike ründeviiside rohkuse poolest kõige täiuslikum pill.
Üks iga muusikariista omadus on heli sagedusvahemik. Lisaks põhisagedustele iseloomustavad iga instrumenti täiendavad kvaliteetsed komponendid - ülemtoonid (või nagu elektroakustikas tavaks, kõrgemad harmoonilised), mis määravad selle spetsiifilise tämbri.
On teada, et helienergia jaotub ebaühtlaselt kogu allika poolt kiiratava helisageduste spektri peale.
Enamikule instrumentidele on iseloomulik põhisageduste võimendus, aga ka üksikud ülemhelid teatud (ühes või mitmes) suhteliselt kitsas sagedusribas (formants), mis on igal instrumendil erinevad. Formandpiirkonna resonantssagedused (hertsides) on: trompetile 100-200, metsasarvele 200-400, tromboonile 300-900, trompetile 800-1750, saksofonile 350-900, oboele 800-1500, fagotile 800-1500, fagotile 900. 250-600.
Muusikariistade teine iseloomulik omadus on nende kõla tugevus, mille määrab nende kõlakeha või õhusamba suurem või väiksem amplituud (ulatus) (suurem amplituud vastab tugevamale helile ja vastupidi). Akustiliste tippvõimsuste väärtus (vattides) on: suurel orkestril 70, bassitrumm 25, timpanid 20, trompet 12, tromboon 6, klaver 0,4, trompet ja saksofon 0,3, trompet 0,2, kontrabass 0.( 6, piccolo 0,08, klarnet, metsasarv ja kolmnurk 0,05.
"Fortissimo" esitamisel instrumendist eraldatud helitugevuse ja "pianissimo" esitamise helitugevuse suhet nimetatakse tavaliselt muusikariistade heli dünaamiliseks ulatuseks.
Muusikalise heliallika dünaamiline ulatus sõltub esineva rühma tüübist ja esituse iseloomust.
Võtke arvesse üksikute heliallikate dünaamilist ulatust. Üksikute muusikariistade ja ansamblite (erineva koosseisuga orkestrid ja koorid), aga ka häälte dünaamilise ulatuse all mõistame antud allika tekitatava maksimaalse helirõhu ja miinimumi suhet, väljendatuna detsibellides.
Praktikas opereeritakse heliallika dünaamilise ulatuse määramisel tavaliselt ainult helirõhutasemetega, arvutades või mõõtes nende vastavat erinevust. Näiteks kui orkestri maksimaalne helitase on 90 ja minimaalne 50 dB, siis öeldakse, et dünaamiline ulatus on 90 - 50 = = 40 dB. Sel juhul on 90 ja 50 dB helirõhutasemed nullakustilise taseme suhtes.
Teatud heliallika dünaamiline ulatus ei ole konstantne. See sõltub teostatava töö iseloomust ja ruumi akustilistest tingimustest, kus etendus toimub. Reverb laiendab dünaamilist ulatust, mis tavaliselt saavutab maksimumväärtuse suure helitugevuse ja minimaalse heli neeldumisega ruumides. Peaaegu kõikide instrumentide ja inimhäälte dünaamiline ulatus on heliregistrite lõikes ebaühtlane. Näiteks vokalisti "forte" madalaima heli helitugevus on võrdne "klaveri" kõrgeima heli tasemega.
Muusikaprogrammi dünaamilist ulatust väljendatakse samamoodi nagu üksikute heliallikate puhul, kuid maksimaalne helirõhk märgitakse dünaamilise ff (fortissimo) varjundiga ja minimaalne pp (pianissimo) varjundiga.
Suurim helitugevus, mis on näidatud nootides fff (forte, fortissimo), vastab umbes 110 dB akustilisele helirõhutasemele ja madalaim helitugevus, mis on näidatud nootides prr (piano-pianossimo), umbes 40 dB.
Tuleb märkida, et esituse dünaamilised varjundid muusikas on suhtelised ja nende seos vastavate helirõhutasemetega on teatud määral tinglik. Konkreetse muusikaprogrammi dünaamiline ulatus sõltub kompositsiooni olemusest. Seega ületab Haydni, Mozarti, Vivaldi klassikaliste teoste dünaamiline ulatus harva 30-35 dB. Varieteemuusika dünaamiline ulatus ei ületa tavaliselt 40 dB, tantsu ja jazzi puhul aga vaid umbes 20 dB. Enamik teoseid vene rahvapillide orkestrile on ka väikese dünaamilise ulatusega (25-30 dB). See kehtib ka puhkpilliorkestri kohta. Puhkpilliorkestri maksimaalne helitase ruumis võib aga küündida üsna kõrgele tasemele (kuni 110 dB).
maskeeriv toime
Valjuduse subjektiivne hinnang sõltub sellest, millistes tingimustes kuulaja heli tajub. Reaalsetes tingimustes akustiline signaal absoluutses vaikuses ei eksisteeri. Samal ajal mõjutab kõrvaline müra kuulmist, raskendades heli tajumist, varjates teatud määral põhisignaali. Puhta sinusoidaalse tooni maskeerimise mõju kõrvalise müraga hinnatakse väärtusega, mis näitab. mitme detsibelli võrra tõuseb maskeeritud signaali kuuldavuse lävi üle selle vaikides tajumise läve.
Katsed ühe helisignaali varjamise astme määramiseks teisega näitavad, et mis tahes sageduse toon maskeeritakse madalamate toonidega palju tõhusamalt kui kõrgemate toonidega. Näiteks kui kaks häälehargi (1200 ja 440 Hz) väljastavad ühesuguse intensiivsusega helisid, siis me lõpetame esimese tooni kuulmise, see varjab teise tooni (kui teise häälekahvli vibratsioon on kustutatud, kuuleme jälle esimene).
Kui korraga on kaks keerulist helisignaali, mis koosnevad teatud helisageduste spektritest, siis ilmneb vastastikuse maskeerimise efekt. Veelgi enam, kui mõlema signaali põhienergia asub heli sagedusvahemiku samas piirkonnas, siis on maskeerimisefekt kõige tugevam, mistõttu orkestriteose edastamisel võib saate maskeerimise tõttu solisti partii halvasti muutuda. loetav, ebaselge.
Heli selguse või, nagu öeldakse, "läbipaistvuse" saavutamine orkestrite või popansamblite heliülekandes muutub väga keeruliseks, kui orkestri instrument või üksikud pillirühmad mängivad samaaegselt samades või lähedastes registrites.
Orkestri salvestamisel peab direktor arvestama maskeerimise iseärasusi. Proovides seab ta dirigendi abiga tasakaalu nii ühe rühma pillide kõlajõu kui ka kogu orkestri rühmade vahel. Peamiste meloodialiinide ja üksikute muusikapartiide selgus saavutatakse nendel juhtudel mikrofonide lähedase asukohaga esinejatele, helitehniku poolt antud kohas kõige olulisemate instrumentide tahtliku valikuga ja muude spetsiaalsete helitehniliste võtetega. .
Maskeerimise fenomenile vastandub kuulmisorganite psühhofüsioloogiline võime üldisest massist välja tuua üks või mitu heli, mis kannavad endas kõige olulisemat informatsiooni. Näiteks kui orkester mängib, märkab dirigent kõige väiksemaid ebatäpsusi partii esituses ükskõik millisel pillil.
Maskeerimine võib oluliselt mõjutada signaali edastamise kvaliteeti. Vastuvõetud heli selge tajumine on võimalik, kui selle intensiivsus ületab oluliselt vastuvõetava heliga samas ribas olevate häirekomponentide taseme. Ühtlaste häirete korral peaks signaali ülejääk olema 10-15 dB. See kuulmistaju omadus leiab praktilist rakendust näiteks kandjate elektroakustiliste omaduste hindamisel. Seega, kui analoogsalvestuse signaali-müra suhe on 60 dB, ei tohi salvestatud programmi dünaamiline ulatus olla suurem kui 45–48 dB.
Kuulmistaju ajalised omadused
Kuuldeaparaat, nagu iga teinegi võnkesüsteem, on inertsiaalne. Kui heli kaob, ei kao kuulmisaisting kohe, vaid järk-järgult, vähenedes nullini. Aega, mille jooksul aisting helitugevuse osas väheneb 8-10 foni võrra, nimetatakse kuulmisaja konstandiks. See konstant sõltub paljudest asjaoludest ja ka tajutava heli parameetritest. Kui kuulajani jõuavad kaks lühikest heliimpulssi sama sageduskoostise ja -tasemega, kuid üks neist hilineb, siis tajutakse neid koos mitte üle 50 ms hilinemisega. Suurte viivitusintervallide korral tajutakse mõlemat impulssi eraldi, tekib kaja.
Seda kuulmise omadust võetakse arvesse mõne signaalitöötlusseadme, näiteks elektrooniliste viivitusliinide, reverbide jms projekteerimisel.
Tuleb märkida, et kuulmise erilise omaduse tõttu ei sõltu lühiajalise heliimpulsi helitugevuse tajumine mitte ainult selle tasemest, vaid ka impulsi kõrva mõju kestusest. Niisiis, lühiajalist, vaid 10–12 ms kestvat heli tajub kõrv vaiksemalt kui sama taseme heli, kuid mõjub kõrva näiteks 150–400 ms. Seetõttu on ülekande kuulamisel helitugevus helilaine energia keskmistamise tulemus teatud intervalli jooksul. Lisaks on inimese kuulmisel inerts, eriti mittelineaarsete moonutuste tajumisel ei tunne ta seda, kui heliimpulsi kestus on alla 10-20 ms. Sellepärast keskmistatakse helisalvestusega kodumajapidamises kasutatavate raadioelektrooniliste seadmete tasemeindikaatorites hetkesignaali väärtused perioodi jooksul, mis valitakse vastavalt kuulmisorganite ajalistele omadustele.
Heli ruumiline esitus
Üks olulisi inimvõimeid on võime määrata heliallika suunda. Seda võimet nimetatakse binauraalseks efektiks ja seda seletatakse asjaoluga, et inimesel on kaks kõrva. Katseandmed näitavad, kust heli tuleb: üks kõrgsageduslike, teine madalsageduslike toonide jaoks.
Heli liigub allika poole suunatud kõrva juurde lühemat teed kui teise kõrva. Sellest tulenevalt erineb helilainete rõhk kõrvakanalites faasi ja amplituudi poolest. Amplituudierinevused on olulised ainult kõrgetel sagedustel, kui helilaine pikkus muutub võrreldavaks pea suurusega. Kui amplituudide erinevus ületab 1 dB läve, näib heliallikas olevat sellel poolel, kus amplituud on suurem. Heliallika keskjoonest (sümmeetriajoonest) kõrvalekaldumise nurk on ligikaudu võrdeline amplituudisuhte logaritmiga.
Heliallika suuna määramiseks sagedustega alla 1500-2000 Hz on faasierinevused märkimisväärsed. Inimesele tundub, et heli tuleb sellelt küljelt, kust faasis ees olev laine kõrva jõuab. Heli keskjoonest kõrvalekaldumise nurk on võrdeline helilainete mõlemasse kõrva saabumise aja erinevusega. Koolitatud inimene võib märgata faasierinevust 100 ms ajavahega.
Heli suuna määramise võime vertikaaltasandil on palju vähem arenenud (umbes 10 korda). See füsioloogia tunnus on seotud kuulmisorganite orientatsiooniga horisontaaltasandil.
Inimese heli ruumilise taju eripära avaldub selles, et kuulmisorganid suudavad tajuda kunstlike mõjutusvahendite abil loodud totaalset, terviklikku lokalisatsiooni. Näiteks kaks kõlarit on paigaldatud ruumi piki esiosa üksteisest 2-3 m kaugusele. Ühendussüsteemi teljest samal kaugusel asub kuulaja rangelt keskel. Ruumis kostub kõlaritest kaks sama faasi, sageduse ja intensiivsusega heli. Kuulmisorganisse sisenevate helide identiteedi tõttu ei saa inimene neid eraldada, tema aistingud annavad aimu ühest näivast (virtuaalsest) heliallikast, mis asub teljel rangelt keskel. sümmeetriast.
Kui nüüd ühe kõlari helitugevust vähendada, siis näiv allikas liigub valjema kõlari poole. Heliallika liikumise illusiooni saab saada mitte ainult signaali taseme muutmisega, vaid ka ühe heli kunstliku viivitusega teise suhtes; sel juhul nihkub näiv allikas kõlari poole, mis annab signaali enne tähtaega.
Toome integraalse lokaliseerimise illustreerimiseks näite. Kõlarite vaheline kaugus on 2m, kaugus esijoonest kuulajani on 2m; selleks, et allikas nihkuks justkui 40 cm vasakule või paremale, on vaja rakendada kahte signaali, mille intensiivsuse taseme erinevus on 5 dB või viivitusega 0,3 ms. 10 dB taseme erinevuse või 0,6 ms viivituse korral "nihkub" allikas keskelt 70 cm kaugusele.
Seega, kui muuta kõlarite tekitatavat helirõhku, tekib illusioon heliallika liigutamisest. Seda nähtust nimetatakse täielikuks lokaliseerimiseks. Täieliku lokaliseerimise loomiseks kasutatakse kahe kanaliga stereofoonilist heliedastussüsteemi.
Põhiruumi on paigaldatud kaks mikrofoni, millest igaüks töötab oma kanalil. Teises - kaks valjuhääldit. Mikrofonid asuvad üksteisest teatud kaugusel piki joont, mis on paralleelne heli emitteri paigutusega. Heli tekitaja liigutamisel mõjub mikrofonile erinev helirõhk ja helilaine saabumise aeg on erinev, kuna heli tekitaja ja mikrofonide vahel on ebavõrdne kaugus. See erinevus loob sekundaarses ruumis täieliku lokaliseerimise efekti, mille tulemusel näiv allikas lokaliseerub teatud ruumipunktis, mis asub kahe kõlari vahel.
Seda tuleks öelda binouraalse heliedastussüsteemi kohta. Selle süsteemiga, mida nimetatakse "kunstliku pea" süsteemiks, asetatakse põhiruumi kaks eraldi mikrofoni, mis asetsevad üksteisest inimese kõrvade vahelise kaugusel. Igal mikrofonil on iseseisev heliedastuskanal, mille väljundis lülitatakse teises ruumis sisse vasaku ja parema kõrva telefonid. Identsete heliedastuskanalitega reprodutseerib selline süsteem täpselt esmases ruumis "tehispea" kõrvade lähedal tekkivat binauraalset efekti. Puuduseks on kõrvaklappide olemasolu ja vajadus neid pikka aega kasutada.
Kuulmisorgan määrab kauguse heliallikast mitmete kaudsete märkide ja mõningate vigadega. Olenevalt sellest, kas kaugus signaaliallikast on väike või suur, muutub selle subjektiivne hinnang erinevate tegurite mõjul. Selgus, et kui määratud kaugused on väikesed (kuni 3 m), siis on nende subjektiivne hinnang peaaegu lineaarselt seotud sügavust mööda liikuva heliallika helitugevuse muutusega. Täiendavaks teguriks keerulise signaali puhul on selle tämber, mis muutub allika lähenedes kuulajale üha "raskemaks". Selle põhjuseks on madala registri ülemtoonide suurenev tõus võrreldes kõrge registri ülemtoonidega, mis on põhjustatud. helitugevuse suurenemise tõttu.
Keskmiste kauguste puhul 3-10 m kaasneb allika eemaldamisega kuulajast proportsionaalne helitugevuse vähenemine ja see muutus kehtib võrdselt nii põhisageduse kui ka harmooniliste komponentide kohta. Selle tulemusena toimub spektri kõrgsagedusliku osa suhteline võimendus ja tämber muutub heledamaks.
Kui kaugus suureneb, suureneb energiakadu õhus võrdeliselt sageduse ruuduga. Kõrge registri ülemtoonide suurem kadu toob kaasa tämbri heleduse vähenemise. Seega on kauguste subjektiivne hindamine seotud selle helitugevuse ja tämbri muutumisega.
Suletud ruumi tingimustes tajub kõrv eri suundadest tulevate esimeste peegelduste signaalid, mis hilinevad otsese suhtes 20–40 ms. Samal ajal loob nende kasvav viivitus mulje, et peegelduspunktidest on märkimisväärne kaugus. Seega saab viiteaja järgi hinnata sekundaarsete allikate suhtelist kaugust või, mis on sama, ruumi suurust.
Mõned stereosaadete subjektiivse tajumise tunnused.
Stereofoonilisel heliedastussüsteemil on tavapärase monofoonilise süsteemiga võrreldes mitmeid olulisi omadusi.
Kvaliteet, mis eristab stereoheli, ruumilist heli, st. loomulikku akustilist perspektiivi saab hinnata mõningate lisanäitajate abil, millel pole monofoonilise heliedastustehnika puhul mõtet. Nende lisanäitajate hulka kuuluvad: kuulmisnurk, s.o. nurk, mille all kuulaja heli stereopilti tajub; stereo eraldusvõime, st. helipildi üksikute elementide subjektiivselt määratud lokaliseerimine teatud ruumipunktides kuuldavuse nurga piires; akustiline atmosfäär, st. mõju, mis paneb kuulaja tundma end esmases ruumis, kus edastatav helisündmus toimub.
Ruumiakustika rollist
Heli sära ei saavutata ainult heli taasesitusseadmete abil. Isegi piisavalt hea varustuse korral võib helikvaliteet olla kehv, kui kuulamisruumil puuduvad teatud omadused. Teada on, et suletud ruumis esineb ülekõlamise nähtus, mida nimetatakse järelkõlamiseks. Mõjutades kuulmisorganeid, võib järelkõla (olenevalt selle kestusest) parandada või halvendada helikvaliteeti.
Inimene ruumis ei taju mitte ainult otse heliallika poolt tekitatud otseseid helilaineid, vaid ka laineid, mis peegelduvad ruumi laest ja seintelt. Peegeldunud lained on veel mõnda aega kuuldavad pärast heliallika lõppemist.
Mõnikord arvatakse, et peegeldunud signaalid mängivad ainult negatiivset rolli, segades põhisignaali tajumist. See seisukoht on aga vale. Teatud osa esialgsete peegeldunud kajasignaalide energiast, jõudes inimese kõrvu lühikeste viivitustega, võimendab põhisignaali ja rikastab selle heli. Vastupidi, hiljem kajastuvad kajad. mille viiteaeg ületab teatud kriitilist väärtust, moodustavad helitausta, mis raskendab põhisignaali tajumist.
Kuulamisruumis ei tohiks olla pikka järelkaja aega. Elutubadel on tavaliselt madal kaja nende piiratud suuruse ja helisummutavate pindade, pehme mööbli, vaipade, kardinate jms tõttu.
Erineva iseloomu ja omadustega tõkkeid iseloomustab helineeldumistegur, mis on neeldunud energia suhe langeva helilaine koguenergiasse.
Vaiba helisummutavate omaduste suurendamiseks (ja elutoa müra vähendamiseks) on soovitatav vaip riputada mitte seina lähedale, vaid 30-50 mm vahega.
Helil, nagu signaalil, on lõpmatu arv vibratsioone ja see võib kanda sama lõpmatu hulga teavet. Selle tajumise aste on erinev sõltuvalt kõrva füsioloogilistest võimalustest, antud juhul psühholoogilised tegurid välja arvatud. Sõltuvalt müra tüübist, selle sagedusest ja rõhust tunneb inimene selle mõju iseendale.
Inimkõrva tundlikkuse lävi detsibellides
Inimene tajub heli sagedust vahemikus 16 kuni 20 000 Hz. Kuulmetõri on tundlikud helivibratsiooni rõhule, mille taset mõõdetakse detsibellides (dB). Optimaalne tase on 35-60 dB, müra 60-70 dB parandab vaimset tööd, üle 80 dB, vastupidi, nõrgestab tähelepanu ja halvendab mõtlemisprotsessi ning pikaajaline heli tajumine üle 80 dB võib põhjustada kuulmist. kaotus.
Sagedus kuni 10-15 Hz on infraheli, mida kõrv ei taju, mis põhjustab resonantsvibratsiooni. Heli tekitatud vibratsiooni kontrollimise võime on võimsaim massihävitusrelv. Kõrvale kuuldamatu infraheli suudab läbida pikki vahemaid, edastades korraldusi, mis panevad inimesi teatud stsenaariumi järgi tegutsema, tekitavad paanikat ja õudust, panevad unustama kõik, millel pole midagi pistmist sooviga peituda, selle eest põgeneda. hirm. Ja teatud sageduse ja helirõhu suhtega on selline aparaat võimeline mitte ainult tahet alla suruma, vaid ka tapma, vigastama inimkudesid.
Inimkõrva absoluutse tundlikkuse lävi detsibellides
Vahemik 7–13 Hz kiirgab looduskatastroofe: vulkaane, maavärinaid, taifuunisid ning tekitab paanika- ja õudustunnet. Kuna inimkehas on ka võnkesagedus, mis jääb vahemikku 8–15 Hz, siis sellise infraheli abil ei maksa resonantsi tekitamine ja amplituudi kümnekordistamine, et inimest enesetapuni ajada või siseorganeid kahjustada.
Madalatel sagedustel ja kõrgel rõhul ilmnevad iiveldus ja kõhuvalu, mis muutuvad kiiresti tõsisteks seedetrakti häireteks ning rõhu tõus 150 dB-ni toob kaasa füüsilise kahjustuse. Siseorganite resonants madalatel sagedustel põhjustab verejooksu ja spasme, keskmistel sagedustel - närvilist erutust ja siseorganite vigastusi, kõrgetel sagedustel - kuni 30 Hz - kudede põletusi.
Kaasaegses maailmas on helirelvade väljatöötamine aktiivselt käimas ja ilmselt ei ennustanud Saksa mikrobioloog Robert Koch asjata, et on vaja otsida "vaktsineerimist" müra, nagu katku või koolera, vastu.
Inimese helide tajumine
1. Inimkõrva helide tajumise tunnused
Kõik ringhäälingu-, side- ja helisalvestussüsteemide kaudu edastatavad programmid on mõeldud inimese teabe tajumiseks. Seetõttu ei saa nende süsteemide põhiomaduste nõudeid mõistlikult sõnastada ilma täpse teabeta kuulmise omaduste kohta. Igasugune süsteemi täiustamine, mida kõrvaga ei tunneta, toob kaasa mõttetu raha ja aja raiskamise. Seetõttu peab helisalvestus- ja taasesitussüsteemide arendamise või käitamisega tegelev spetsialist teadma inimkõrva helide tajumise põhijooni.
Inimese kuulmisorgan paikneb oimusluude paksuses ja jaguneb väliskõrvaks, keskkõrvaks ja sisekõrvaks. Väliskõrv hõlmab auriklit ja kuulmislihast, pimesi lõppedes kuulmekilega. Kuulmekäiku on nõrk resonants sagedusel umbes 3 kHz ja tõus resonantssagedusel ~ 3. Kuulmekile moodustab elastne sidekude, mis vibreerib helilainete toimel. Trummikesta taga on keskkõrv, mis hõlmab: õhuga täidetud trummikile; kuulmisluud ja kuulmistoru (Eustachia), mis ühendab keskkõrvaõõnt neeluõõnsusega. Kuulmeluud: vasar, alasi ja jalus moodustavad kangisüsteemi, mis edastab trummikile vibratsiooni ovaalsele aknamembraanile, mis eraldab kesk- ja sisekõrva. See kangisüsteem muudab trummikile suure kiirusamplituudiga ja väikese rõhuamplituudiga vibratsioonid väikese kiiruse amplituudiga ja suure rõhuamplituudiga membraani vibratsioonideks. Selle süsteemi teisendussuhe on umbes 50 - 60. Trummiõõnes on nõrgalt väljendunud resonants sagedusel ~ 1200 Hz. Foramen ovale'i membraani taga on sisekõrv, mis koosneb eeskojast, kolmest poolringikujulisest kanalist ja vedelikuga täidetud kõrvakõrvast. Poolringikujulised kanalid on osa tasakaaluorganist ja sisekõrv on osa kuulmisorganist. Sigu on ~32 mm pikkune kanal, keerdunud. Kanal on kogu pikkuses jagatud kahe vaheseinaga: Reisneri membraan ja basilar (põhi) membraan (vt joonis 1).
| Autor a - a |
| L" 2 |
Joonis 2. Kuulmisanalüsaatori ekvivalentne elektriahel.
Samaväärne vooluring sisaldab ~ 140 paralleelset lüli - resonaatorit, mis simuleerivad basilaarmembraani kiude, järjestikku ühendatud induktiivsused L "i on samaväärsed lümfi massiga, vool resonaatorites on võrdeline kiudude kiirusega. Resonaatorite selektiivsus on madal.
Seega on sagedusel 250 Hz resonaatori ribalaius ~ 35 Hz (Q = 7), sagedusel 1000 Hz on see 50 Hz (Q = 20) ja sagedusel 4000 Hz on see 200 Hz ( Q = 20). Need ribalaiused iseloomustavad nn. kriitilised triibud. Kriitiliste kuulmisribade mõistet kasutatakse kõne arusaadavuse jne arvutamisel.
Kuna ühe närvikiuga on seotud mitu juukserakku, ei mäleta inimene kogu sagedusvahemikus rohkem kui 250 gradatsiooni.Heli intensiivsuse vähenemisel see arv väheneb ja on keskmiselt 150 gradatsiooni.
Naabersageduse väärtused erinevad vähemalt 4%. Mis ühtib ligikaudu kriitiliste kuulmisribade laiusega (Sel põhjusel saab 24 kaadrit sekundis filmitud filme televisioonis näidata -25 kaadrit sekundis. Isegi kogenud muusikud ei märka heli erinevust).
Kahe vibratsiooni samaaegsel esinemisel tuvastab kõrv aga löökide ilmnemise tõttu sageduste erinevuse ~ 0,5 Hz.
Heli vibratsiooni sagedus tekitab tunde helikvaliteedist, mida nimetatakse kõrguseks. Vibratsioonisageduse järkjärguline suurendamine põhjustab tunde, et toon muutub madalast (bass) kõrgeks. Kõrgust kirjeldab noodiskaala, mis on ainulaadselt seotud sagedusskaalaga.
Kahe sageduse vaheline intervall määrab helikõrguse muutuse suuruse. Kõrguse muutuse põhiühik on oktav. Üks oktaav vastab sageduse muutusele kaks korda: 1 oktav
. Oktavite arvu, mille võrra toon on muutunud, saab määrata järgmiselt: . Oktav on suur helikõrguse intervall, seega kasutatakse väiksemaid intervalle: tertsi, pooltooni, sente. oktav = 3 kolmandikku = 12 pooltooni = 1200 senti. Sagedussuhe: kolmandikus - 1,26, pooltooni puhul - 1,06, sendi puhul - 1,0006.Heliteema tasub inimkuulmisest veidi lähemalt rääkida. Kui subjektiivne on meie taju? Kas saate oma kuulmist testida? Täna saate teada, kuidas teha kindlaks, kas teie kuulmine vastab täielikult tabeli väärtustele.
On teada, et keskmine inimene suudab tajuda akustilisi laineid vahemikus 16 kuni 20 000 Hz (16 000 Hz olenevalt allikast). Seda vahemikku nimetatakse kuuldavaks vahemikuks.
| 20 Hz | Sumin, mida saab ainult tunda, aga mitte kuulda. Seda reprodutseerivad peamiselt tipptasemel helisüsteemid, nii et vaikuse korral on süüdi tema |
| 30 Hz | Kui te seda ei kuule, on tõenäoliselt taasesitusprobleem. |
| 40 Hz | See on kuuldav eelarve- ja tavakõlarites. Aga väga vaikne |
| 50 Hz | Elektrivoolu kohin. Peab kuulma |
| 60 Hz | Kuuldav (nagu kõik kuni 100 Hz, kuulmekäigust peegelduse tõttu pigem käegakatsutav) ka kõige odavamate kõrvaklappide ja kõlarite kaudu |
| 100 Hz | Bassi lõpp. Otsese kuulmise ulatuse algus |
| 200 Hz | Keskmised sagedused |
| 500 Hz | |
| 1 kHz | |
| 2 kHz | |
| 5 kHz | Kõrgsagedusvahemiku algus |
| 10 kHz | Kui seda sagedust ei kuule, on tõenäolised tõsised kuulmisprobleemid. Vajad arsti konsultatsiooni |
| 12 kHz | Suutmatus seda sagedust kuulda võib viidata kuulmislanguse algfaasile. |
| 15 kHz | Heli, mida mõned üle 60-aastased inimesed ei kuule |
| 16 kHz | Erinevalt eelmisest ei kuule seda sagedust peaaegu kõik üle 60-aastased. |
| 17 kHz | Sagedus on paljude jaoks probleem juba keskeas |
| 18 kHz | Probleemid selle sageduse kuuldusega on vanusega seotud kuulmismuutuste algus. Nüüd olete täiskasvanud. :) |
| 19 kHz | Piirake keskmise kuulmise sagedust |
| 20 kHz | Seda sagedust kuulevad ainult lapsed. Tõde |
»
See test on umbkaudseks hinnanguks piisav, kuid kui te ei kuule helisid üle 15 kHz, peaksite konsulteerima arstiga.
Pange tähele, et madala sagedusega kuuldavuse probleem on tõenäoliselt seotud.
Enamasti pole karbil olev kiri stiilis "Reproducible range: 1–25 000 Hz" isegi mitte turunduslik, vaid otsene tootja vale.
Kahjuks ei pea ettevõtted mitte kõiki helisüsteeme sertifitseerima, mistõttu on peaaegu võimatu tõestada, et see on vale. Kõlarid või kõrvaklapid ehk taasesitavad piirsagedusi... Küsimus on selles, kuidas ja millise helitugevusega.
Üle 15 kHz spektriprobleemid on üsna levinud vanusenähtus, millega kasutajad tõenäoliselt kokku puutuvad. Kuid 20 kHz (sama need, mille eest audiofiilid nii palju võitlevad) kuulevad tavaliselt ainult alla 8-10-aastased lapsed.
Piisab, kui kuulata kõiki faile järjest. Üksikasjalikuma uuringu jaoks saate esitada näidiseid, alustades minimaalsest helitugevusest, suurendades seda järk-järgult. See võimaldab teil saada õigema tulemuse, kui kuulmine on juba kergelt kahjustatud (tuletage meelde, et mõne sageduse tajumiseks on vaja ületada teatud läviväärtus, mis justkui avab ja aitab kuuldeaparaadil kuulda see).
Kas kuulete kogu sagedusvahemikku, mis on võimeline?
Sageli hindame helikvaliteeti. Mikrofoni, helitöötlusprogrammi või helifaili salvestusvormingu valimisel on üks olulisemaid küsimusi, kui hästi see kõlab. Kuid mõõdetava heli ja kuuldava heli omaduste vahel on erinevusi.
Toon, tämber, oktav.
Aju tajub teatud sagedusega helisid. See on tingitud sisekõrva mehhanismi iseärasustest. Sisekõrva põhimembraanil asuvad retseptorid muudavad helivibratsiooni elektrilisteks potentsiaalideks, mis erutavad kuulmisnärvi kiude. Kuulmisnärvi kiududel on sageduse selektiivsus põhimembraani erinevates kohtades paiknevate Corti elundi rakkude ergutamise tõttu: kõrgeid sagedusi tajutakse ovaalse akna lähedal, madalaid sagedusi - spiraali ülaosas.
Heli füüsikalise omaduse, sagedusega, on tihedalt seotud helikõrgus, mida me tunneme. Sagedust mõõdetakse siinuslaine täielike tsüklite arvuna ühes sekundis (hertsides, Hz). See sageduse määratlus põhineb asjaolul, et siinuslainel on täpselt sama lainekuju. Päriselus on see omadus väga vähestel helidel. Kuid mis tahes heli võib kujutada siinusvõnkumiste komplektina. Tavaliselt nimetame sellist seadistust tooniks. See tähendab, et toon on teatud kõrgusega signaal, millel on diskreetne spekter (muusikahelid, kõne vokaalihelid), milles eristatakse siinuslaine sagedust, millel on selles komplektis maksimaalne amplituud. Laia pideva spektriga signaali, mille kõik sageduskomponendid on ühesuguse keskmise intensiivsusega, nimetatakse valgeks müraks.
Heli vibratsiooni sageduse järkjärgulist suurenemist tajutakse kui tooni järkjärgulist muutumist madalaimast (bassist) kõrgeimale.
See, millise täpsusega inimene kõrva järgi heli kõrgust määrab, sõltub tema kõrva teravusest ja treenitusest. Inimkõrv oskab hästi eristada kahte helikõrgust lähedase tooni. Näiteks sagedusalas ligikaudu 2000 Hz suudab inimene eristada kahte tooni, mis erinevad üksteisest sageduselt 3-6 Hz või isegi vähem.
Muusikariista või hääle sagedusspekter sisaldab ühtlaste vahedega piikide jada – harmoonilisi. Need vastavad sagedustele, mis on mõne põhisageduse kordsed, mis on heli moodustavatest siinuslainetest kõige intensiivsem.
Muusikariista (hääle) eriline heli (tämber) on seotud erinevate harmooniliste suhtelise amplituudiga ning inimese tajutav helikõrgus annab kõige täpsemalt edasi baassagedust. Tämbril, olles tajutava heli subjektiivne peegeldus, puudub kvantitatiivne hinnang ja seda iseloomustatakse ainult kvalitatiivselt.
"Puhtas" toonis on ainult üks sagedus. Tavaliselt koosneb tajutav heli põhitooni sagedusest ja mitmest "lisandi" sagedusest, mida nimetatakse ülemtooniks. Ülemtoonid on põhitooni sageduse kordsed ja väiksemad selle amplituudist Heli tämber sõltub intensiivsusest Ülemtoonide jaotus. Muusikahelide kombinatsiooni spekter, mida nimetatakse akordiks, osutub keerulisemaks. Sellises spektris on mitu põhisagedust koos kaasnevate ülemtoonidega.
Kui ühe heli sagedus on täpselt kaks korda suurem kui teise heli sagedus, siis "sobib" helilaine üks teise sisse. Selliste helide vahelist sageduskaugust nimetatakse oktaaviks. Inimese tajutav sagedusvahemik 16–20 000 Hz hõlmab ligikaudu kümmet kuni ühtteist oktaavi.
Heli vibratsiooni amplituud ja valjus.
Helivahemiku kuuldav osa jaguneb madala sagedusega helideks - kuni 500 Hz, keskmise sagedusega helideks - 500-10 000 Hz ja kõrgsageduslikeks helideks - üle 10 000 hertsi. Kõrv on kõige tundlikum keskmise sagedusega helide suhteliselt kitsale vahemikule 1000–4000 Hz. See tähendab, et sama tugevusega helisid kesksagedusalas võib tajuda valjuna ja madala sagedusega või kõrgsagedusalas - vaiksetena või üldse mitte kuulda. See helitaju omadus tuleneb sellest, et inimese olemasoluks vajalik heliinformatsioon – kõne või loodushääled – edastatakse peamiselt kesksagedusalas. Seega ei ole valjus mitte füüsiline parameeter, vaid kuulmisaistingu intensiivsus, heli subjektiivne omadus, mis on seotud meie taju iseärasustega.
Kuulmisanalüsaator tajub helilaine amplituudi suurenemist, mis on tingitud sisekõrva põhimembraani vibratsiooni amplituudi suurenemisest ja kasvava arvu karvarakkude stimuleerimisest elektriliste impulsside ülekandega kõrgemal sagedusel ja piki suuremat arvu närvikiude.
Meie kõrv suudab eristada heli intensiivsust vahemikus nõrgimast sosinust kõige valjema mürani, mis vastab ligikaudu 1 miljonikordsele põhimembraani liikumise amplituudi suurenemisele. Kuid kõrv tõlgendab seda heli amplituudi tohutut erinevust ligikaudu 10 000-kordsena. See tähendab, et intensiivsuse skaala on tugevalt "kokkusurutud" kuulmisanalüsaatori helitaju mehhanismi poolt. See võimaldab inimesel tõlgendada helitugevuse erinevusi äärmiselt laias vahemikus.
Heli intensiivsust mõõdetakse detsibellides (dB) (1 bel võrdub kümnekordse amplituudiga). Sama süsteemi kasutatakse ka mahu muutuse määramiseks.
Võrdluseks saame anda erinevate helide ligikaudse intensiivsuse taseme: vaevukuuldav heli (kuulmislävi) 0 dB; sosistamine kõrva lähedal 25-30 dB; keskmise helitugevusega kõne 60-70 dB; väga vali kõne (karjumine) 90 dB; rokk- ja popmuusika kontsertidel saali keskel 105-110 dB; lendu tõusva lennuki kõrval 120 dB.
Tajutava heli helitugevuse suurenemise suurusel on diskrimineerimislävi. Keskmistel sagedustel eristatavate helitugevuse gradatsioonide arv ei ületa 250, madalatel ja kõrgetel sagedustel väheneb see järsult ja on keskmiselt umbes 150.