Percepción de ondas sonoras de diversas frecuencias y amplitudes. ¿Cuántos decibelios puede soportar el oído humano?Percibidos por el oído

La psicoacústica, un campo de la ciencia que limita entre la física y la psicología, estudia datos sobre la sensación auditiva de una persona cuando se aplica un estímulo físico (un sonido) al oído. Se ha acumulado una gran cantidad de datos sobre las reacciones humanas a los estímulos auditivos. Sin estos datos, es difícil obtener una comprensión correcta del funcionamiento de los sistemas de transmisión de audio. Consideremos las características más importantes de la percepción humana del sonido.
Una persona siente cambios en la presión del sonido que ocurren a una frecuencia de 20 a 20 000 Hz. Los sonidos con frecuencias inferiores a 40 Hz son relativamente raros en la música y no existen en el lenguaje hablado. En frecuencias muy altas, la percepción musical desaparece y aparece una cierta sensación sonora vaga, dependiendo de la individualidad del oyente y de su edad. Con la edad, la sensibilidad auditiva de una persona disminuye, principalmente en las frecuencias superiores del rango de sonido.
Pero sería un error concluir sobre esta base que la transmisión de una amplia banda de frecuencia mediante una instalación de reproducción de sonido no tiene importancia para las personas mayores. Los experimentos han demostrado que las personas, incluso si apenas pueden percibir señales por encima de 12 kHz, reconocen muy fácilmente la falta de altas frecuencias en una transmisión musical.

Características de frecuencia de las sensaciones auditivas.

La gama de sonidos audibles para los humanos en el rango de 20 a 20.000 Hz está limitada en intensidad por umbrales: por debajo, la audibilidad y por encima, el dolor.
El umbral de audición se estima por la presión mínima, o más precisamente, el incremento mínimo de presión con respecto al límite es sensible a frecuencias de 1000-5000 Hz; aquí el umbral de audición es el más bajo (presión sonora de aproximadamente 2-10 Pa). Hacia frecuencias de sonido más bajas y más altas, la sensibilidad auditiva cae bruscamente.
El umbral del dolor determina el límite superior de percepción de la energía sonora y corresponde aproximadamente a una intensidad sonora de 10 W/m o 130 dB (para una señal de referencia con una frecuencia de 1000 Hz).
A medida que aumenta la presión sonora, también aumenta la intensidad del sonido y la sensación auditiva aumenta a saltos, lo que se denomina umbral de discriminación de intensidad. El número de estos saltos en frecuencias medias es de aproximadamente 250, en frecuencias bajas y altas disminuye y en promedio en el rango de frecuencia es de aproximadamente 150.

Dado que el rango de cambios de intensidad es de 130 dB, el salto elemental en las sensaciones en promedio en el rango de amplitud es de 0,8 dB, lo que corresponde a un cambio en la intensidad del sonido de 1,2 veces. En niveles de audición bajos estos saltos alcanzan 2-3 dB, en niveles altos disminuyen a 0,5 dB (1,1 veces). El oído humano prácticamente no detecta un aumento en la potencia de la ruta de amplificación en menos de 1,44 veces. Con una presión sonora más baja desarrollada por el altavoz, incluso duplicar la potencia de la etapa de salida puede no producir un resultado notable.

Características sonoras subjetivas.

La calidad de la transmisión del sonido se evalúa en función de la percepción auditiva. Por lo tanto, es posible determinar correctamente los requisitos técnicos para la ruta de transmisión del sonido o sus enlaces individuales solo estudiando los patrones que conectan la sensación del sonido percibida subjetivamente y las características objetivas del sonido: altura, volumen y timbre.
El concepto de tono implica una evaluación subjetiva de la percepción del sonido en todo el rango de frecuencia. El sonido generalmente no se caracteriza por la frecuencia, sino por el tono.
Un tono es una señal de un cierto tono que tiene un espectro discreto (sonidos musicales, sonidos vocálicos del habla). Una señal que tiene un amplio espectro continuo, cuyos componentes de frecuencia tienen la misma potencia promedio, se llama ruido blanco.

Un aumento gradual en la frecuencia de las vibraciones del sonido de 20 a 20.000 Hz se percibe como un cambio gradual en el tono desde el más bajo (grave) al más alto.
El grado de precisión con el que una persona determina de oído el tono de un sonido depende de la agudeza, la musicalidad y el entrenamiento de su oído. Cabe señalar que el tono de un sonido depende en cierta medida de la intensidad del sonido (en niveles altos, los sonidos de mayor intensidad parecen más bajos que los más débiles.
El oído humano puede distinguir claramente dos tonos de tono similar. Por ejemplo, en el rango de frecuencia de aproximadamente 2000 Hz, una persona puede distinguir entre dos tonos que difieren entre sí en frecuencia entre 3 y 6 Hz.
La escala subjetiva de percepción del sonido en frecuencia se acerca a la ley logarítmica. Por lo tanto, duplicar la frecuencia de vibración (independientemente de la frecuencia inicial) siempre se percibe como el mismo cambio de tono. El intervalo de altura correspondiente a un cambio de frecuencia de 2 veces se llama octava. El rango de frecuencias percibidas por los humanos es de 20 a 20.000 Hz, que cubre aproximadamente diez octavas.
Una octava es un intervalo bastante grande de cambio de tono; una persona distingue intervalos significativamente más pequeños. Así, en diez octavas percibidas por el oído se pueden distinguir más de mil gradaciones de tono. La música utiliza intervalos más pequeños llamados semitonos, que corresponden a un cambio de frecuencia de aproximadamente 1,054 veces.
Una octava se divide en medias octavas y un tercio de octava. Para estos últimos se estandariza el siguiente rango de frecuencias: 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3; 3,15; 4; 5; 6.3:8; 10, que son los límites de un tercio de octava. Si estas frecuencias se colocan a distancias iguales a lo largo del eje de frecuencias, se obtiene una escala logarítmica. En base a esto, todas las características de frecuencia de los dispositivos de transmisión de sonido se representan en una escala logarítmica.
El volumen de la transmisión depende no sólo de la intensidad del sonido, sino también de la composición espectral, las condiciones de percepción y la duración de la exposición. Por lo tanto, una persona no percibe como igualmente fuertes dos tonos sonoros de frecuencia media y baja, que tienen la misma intensidad (o la misma presión sonora). Por lo tanto, se introdujo el concepto de nivel de sonoridad en los fondos para designar sonidos del mismo volumen. El nivel de volumen del sonido de fondo se considera el nivel de presión sonora en decibelios del mismo volumen de un tono puro con una frecuencia de 1000 Hz, es decir, para una frecuencia de 1000 Hz los niveles de volumen de fondo y decibelios son los mismos. En otras frecuencias, los sonidos pueden parecer más fuertes o más bajos con la misma presión sonora.
La experiencia de los ingenieros de sonido en la grabación y edición de obras musicales muestra que para detectar mejor los defectos de sonido que pueden surgir durante el trabajo, el nivel de volumen durante la escucha de control debe mantenerse alto, aproximadamente correspondiente al nivel de volumen en la sala.
Con una exposición prolongada a sonidos intensos, la sensibilidad auditiva disminuye gradualmente y cuanto más, mayor es el volumen del sonido. La disminución de la sensibilidad detectada está asociada con la reacción de la audición a la sobrecarga, es decir. con su adaptación natural: tras una pausa en la escucha, se restablece la sensibilidad auditiva. A esto hay que añadir que el audífono, al percibir señales de alto nivel, introduce sus propias distorsiones, las llamadas subjetivas (lo que indica la no linealidad de la audición). Así, a un nivel de señal de 100 dB, el primer y segundo armónicos subjetivos alcanzan niveles de 85 y 70 dB.
Un nivel significativo de volumen y la duración de su exposición provocan fenómenos irreversibles en el órgano auditivo. Se ha observado que los umbrales de audición de los jóvenes han aumentado considerablemente en los últimos años. La razón de esto fue la pasión por la música pop, caracterizada por altos niveles de volumen de sonido.
El nivel de volumen se mide mediante un dispositivo electroacústico: un sonómetro. El sonido que se mide se convierte primero en vibraciones eléctricas mediante el micrófono. Después de la amplificación mediante un amplificador de voltaje especial, estas oscilaciones se miden con un instrumento puntero ajustado en decibelios. Para que las lecturas del dispositivo se correspondan con la mayor precisión posible con la percepción subjetiva del volumen, el dispositivo está equipado con filtros especiales que cambian su sensibilidad a la percepción del sonido de diferentes frecuencias de acuerdo con las características de la sensibilidad auditiva.
Una característica importante del sonido es el timbre. La capacidad del oído para distinguirlo le permite percibir señales con una amplia variedad de matices. El sonido de cada uno de los instrumentos y voces, gracias a sus matices característicos, se vuelve multicolor y bien reconocible.
El timbre, al ser un reflejo subjetivo de la complejidad del sonido percibido, no tiene valoración cuantitativa y se caracteriza por términos cualitativos (bello, suave, jugoso, etc.). Al transmitir una señal a lo largo de una trayectoria electroacústica, las distorsiones resultantes afectan principalmente el timbre del sonido reproducido. La condición para la correcta transmisión del timbre de los sonidos musicales es la transmisión sin distorsiones del espectro de la señal. El espectro de la señal es el conjunto de componentes sinusoidales de un sonido complejo.
El espectro más simple es el llamado tono puro; contiene una sola frecuencia. El sonido de un instrumento musical es más interesante: su espectro consta de la frecuencia del tono fundamental y varias frecuencias "impurezas" llamadas sobretonos (tonos más altos). Los sobretonos son un múltiplo de la frecuencia del tono fundamental y suelen tener menor amplitud. .
El timbre del sonido depende de la distribución de la intensidad sobre los armónicos. Los sonidos de diferentes instrumentos musicales varían en timbre.
Más complejo es el espectro de combinaciones de sonidos musicales llamado acorde. En dicho espectro hay varias frecuencias fundamentales junto con los armónicos correspondientes.
Las diferencias en el timbre se deben principalmente a los componentes de frecuencia media-baja de la señal, por lo que una gran variedad de timbres se asocia con señales que se encuentran en la parte inferior del rango de frecuencia. Las señales pertenecientes a su parte superior, a medida que aumentan, pierden cada vez más su coloración tímbrica, lo que se debe a la salida paulatina de sus componentes armónicos más allá de los límites de las frecuencias audibles. Esto puede explicarse por el hecho de que hasta 20 o más armónicos participan activamente en la formación del timbre de los sonidos bajos, medios 8 - 10, altos 2 - 3, ya que el resto son débiles o quedan fuera del rango audible. frecuencias. Por lo tanto, los sonidos altos, por regla general, tienen un timbre más pobre.
Casi todas las fuentes de sonido naturales, incluidas las fuentes de sonidos musicales, tienen una dependencia específica del timbre del nivel de volumen. El oído también está adaptado a esta dependencia: es natural que determine la intensidad de una fuente por el color del sonido. Los sonidos más fuertes suelen ser más ásperos.

Fuentes de sonido musical

Una serie de factores que caracterizan las fuentes sonoras primarias tienen una gran influencia en la calidad del sonido de los sistemas electroacústicos.
Los parámetros acústicos de las fuentes musicales dependen de la composición de los intérpretes (orquesta, conjunto, grupo, solista y tipo de música: sinfónica, folk, pop, etc.).

El origen y formación del sonido en cada instrumento musical tiene sus propias particularidades asociadas con las características acústicas de la producción de sonido en un instrumento musical en particular.
Un elemento importante del sonido musical es el ataque. Se trata de un proceso de transición específico durante el cual se establecen características sonoras estables: volumen, timbre, tono. Cualquier sonido musical pasa por tres etapas: principio, medio y final, y tanto la etapa inicial como la final tienen una duración determinada. La etapa inicial se llama ataque. Su duración es diferente: para los instrumentos punteados, percusión y algunos instrumentos de viento dura de 0 a 20 ms, para el fagot dura de 20 a 60 ms. Un ataque no es simplemente un aumento en el volumen de un sonido desde cero hasta un valor estable; puede ir acompañado del mismo cambio en el tono del sonido y su timbre. Además, las características de ataque del instrumento no son las mismas en diferentes partes de su rango con diferentes estilos de ejecución: el violín es el instrumento más perfecto en términos de la riqueza de posibles métodos expresivos de ataque.
Una de las características de cualquier instrumento musical es su rango de frecuencia. Además de las frecuencias fundamentales, cada instrumento se caracteriza por componentes adicionales de alta calidad: armónicos (o, como es habitual en electroacústica, armónicos superiores), que determinan su timbre específico.
Se sabe que la energía sonora se distribuye de manera desigual en todo el espectro de frecuencias sonoras emitidas por una fuente.
La mayoría de los instrumentos se caracterizan por la amplificación de frecuencias fundamentales, así como de armónicos individuales, en determinadas (una o más) bandas de frecuencia (formantes) relativamente estrechas, diferentes para cada instrumento. Las frecuencias de resonancia (en hercios) de la región formante son: para trompeta 100-200, trompa 200-400, trombón 300-900, trompeta 800-1750, saxofón 350-900, oboe 800-1500, fagot 300-900, clarinete 250 -600.
Otra propiedad característica de los instrumentos musicales es la fuerza de su sonido, que está determinada por la mayor o menor amplitud (envergadura) de su cuerpo sonoro o columna de aire (a mayor amplitud corresponde un sonido más fuerte y viceversa). Los valores máximos de potencia acústica (en vatios) son: para orquesta grande 70, bombo 25, timbales 20, caja 12, trombón 6, piano 0,4, trompeta y saxofón 0,3, trompeta 0,2, contrabajo 0.( 6, flauta pequeña 0,08, clarinete, trompa y triángulo 0,05.
La relación entre la potencia del sonido extraída de un instrumento cuando se toca "fortissimo" y la potencia del sonido cuando se toca "pianissimo" generalmente se denomina rango dinámico del sonido de los instrumentos musicales.
El rango dinámico de una fuente de sonido musical depende del tipo de grupo que lo ejecuta y de la naturaleza de la interpretación.
Consideremos el rango dinámico de fuentes de sonido individuales. Se entiende por rango dinámico de instrumentos musicales individuales y conjuntos (orquestas y coros de diversas composiciones), así como de voces, la relación entre la presión sonora máxima creada por una fuente determinada y la mínima, expresada en decibelios.
En la práctica, a la hora de determinar el rango dinámico de una fuente sonora, se suele trabajar únicamente con los niveles de presión sonora, calculando o midiendo su diferencia correspondiente. Por ejemplo, si el nivel sonoro máximo de una orquesta es 90 y el mínimo es 50 dB, entonces se dice que el rango dinámico es 90 - 50 = 40 dB. En este caso, 90 y 50 dB son niveles de presión sonora relativos al nivel acústico cero.
El rango dinámico de una fuente de sonido determinada no es un valor constante. Depende de la naturaleza del trabajo que se realiza y de las condiciones acústicas de la sala en la que se desarrolla la actuación. La reverberación amplía el rango dinámico, que normalmente alcanza su máximo en habitaciones con grandes volúmenes y mínima absorción de sonido. Casi todos los instrumentos y voces humanas tienen un rango dinámico desigual en todos los registros sonoros. Por ejemplo, el nivel de volumen del sonido más bajo de un fuerte para un vocalista es igual al nivel del sonido más alto de un piano.

El rango dinámico de un programa musical en particular se expresa de la misma manera que para las fuentes de sonido individuales, pero la presión sonora máxima se observa con un tono dinámico ff (fortissimo) y la mínima con pp (pianissimo).

El volumen más alto, indicado en las notas fff (forte, fortissimo), corresponde a un nivel de presión sonora acústica de aproximadamente 110 dB, y el volumen más bajo, indicado en las notas ppr (piano-pianissimo), de aproximadamente 40 dB.
Cabe señalar que los matices dinámicos de la interpretación musical son relativos y su relación con los niveles de presión sonora correspondientes es hasta cierto punto condicional. El rango dinámico de un programa musical en particular depende de la naturaleza de la composición. Por tanto, el rango dinámico de las obras clásicas de Haydn, Mozart y Vivaldi rara vez supera los 30-35 dB. El rango dinámico de la música pop no suele superar los 40 dB, mientras que el de la música dance y jazz es de sólo unos 20 dB. La mayoría de las obras para orquesta de instrumentos folclóricos rusos también tienen un rango dinámico pequeño (25-30 dB). Esto también es válido para una banda de música. Sin embargo, el nivel sonoro máximo de una banda de música en una habitación puede alcanzar un nivel bastante alto (hasta 110 dB).

efecto de enmascaramiento

La evaluación subjetiva del volumen depende de las condiciones en las que el oyente percibe el sonido. En condiciones reales, no existe una señal acústica en absoluto silencio. Al mismo tiempo, los ruidos extraños afectan la audición, complicando la percepción del sonido y enmascarando hasta cierto punto la señal principal. El efecto de enmascarar una onda sinusoidal pura por ruido extraño se mide mediante el valor que indica. en cuántos decibeles aumenta el umbral de audibilidad de la señal enmascarada por encima del umbral de su percepción en silencio.
Los experimentos para determinar el grado de enmascaramiento de una señal de sonido por otra muestran que un tono de cualquier frecuencia queda enmascarado por tonos más bajos de manera mucho más efectiva que por tonos más altos. Por ejemplo, si dos diapasones (1200 y 440 Hz) emiten sonidos con la misma intensidad, entonces dejamos de escuchar el primer tono, queda enmascarado por el segundo (al extinguir la vibración del segundo diapasón, escucharemos el primero). de nuevo).
Si dos señales sonoras complejas que constan de determinados espectros de frecuencias sonoras existen simultáneamente, se produce un efecto de enmascaramiento mutuo. Además, si la energía principal de ambas señales se encuentra en la misma región del rango de frecuencia de audio, entonces el efecto de enmascaramiento será más fuerte, por lo que al transmitir una pieza orquestal, debido al enmascaramiento por el acompañamiento, la parte del solista puede resultar deficiente. inteligible e indistinto.
Lograr claridad o, como dicen, “transparencia” del sonido en la transmisión sonora de orquestas o conjuntos pop se vuelve muy difícil si un instrumento o grupos individuales de instrumentos de orquesta tocan al mismo tiempo en uno o registros similares.
El director, al grabar una orquesta, debe tener en cuenta las características del camuflaje. En los ensayos, con la ayuda del director, establece un equilibrio entre la fuerza del sonido de los instrumentos de un grupo, así como entre los grupos de toda la orquesta. La claridad de las líneas melódicas principales y de las partes musicales individuales se logra en estos casos mediante la colocación de micrófonos cerca de los intérpretes, la selección deliberada por parte del ingeniero de sonido de los instrumentos más importantes en un lugar determinado de la obra y otros sonidos especiales. técnicas de ingeniería.
Al fenómeno del enmascaramiento se opone la capacidad psicofisiológica de los órganos auditivos para distinguir de la masa general de sonidos uno o más que contienen la información más importante. Por ejemplo, cuando toca una orquesta, el director nota las más mínimas imprecisiones en la interpretación de una parte de cualquier instrumento.
El enmascaramiento puede afectar significativamente la calidad de la transmisión de la señal. Es posible una percepción clara del sonido recibido si su intensidad excede significativamente el nivel de los componentes de interferencia ubicados en la misma banda que el sonido recibido. Con una interferencia uniforme, el exceso de señal debe ser de 10 a 15 dB. Esta característica de la percepción auditiva encuentra aplicación práctica, por ejemplo, en la evaluación de las características electroacústicas de los medios. Entonces, si la relación señal-ruido de una grabación analógica es de 60 dB, entonces el rango dinámico del programa grabado no puede superar los 45-48 dB.

Características temporales de la percepción auditiva.

El audífono, como cualquier otro sistema oscilatorio, es inercial. Cuando el sonido desaparece, la sensación auditiva no desaparece inmediatamente, sino gradualmente, disminuyendo hasta cero. El tiempo durante el cual el nivel de ruido disminuye de 8 a 10 niveles se denomina constante de tiempo de audición. Esta constante depende de una serie de circunstancias, así como de los parámetros del sonido percibido. Si al oyente llegan dos impulsos de sonido cortos, idénticos en composición de frecuencia y nivel, pero uno de ellos con retraso, se percibirán juntos con un retraso que no excederá los 50 ms. En intervalos de retardo grandes, ambos impulsos se perciben por separado y se produce un eco.
Esta característica de la audición se tiene en cuenta al diseñar algunos dispositivos de procesamiento de señales, por ejemplo, líneas de retardo electrónicas, reverberaciones, etc.
Cabe señalar que, debido a la propiedad especial de la audición, la sensación del volumen de un pulso sonoro de corta duración depende no sólo de su nivel, sino también de la duración del impacto del pulso en el oído. Por lo tanto, un sonido de corta duración, que dura solo 10 a 12 ms, es percibido por el oído de manera más silenciosa que un sonido del mismo nivel, pero que afecta la audición durante, por ejemplo, 150 a 400 ms. Por lo tanto, cuando se escucha una transmisión, el volumen es el resultado de promediar la energía de la onda sonora durante un intervalo determinado. Además, el oído humano tiene inercia, en particular, cuando percibe distorsiones no lineales, no las siente si la duración del pulso de sonido es inferior a 10-20 ms. Es por eso que en los indicadores de nivel de equipos radioelectrónicos domésticos de grabación de sonido, los valores instantáneos de la señal se promedian durante un período seleccionado de acuerdo con las características temporales de los órganos auditivos.

Representación espacial del sonido.

Una de las habilidades humanas importantes es la capacidad de determinar la dirección de una fuente de sonido. Esta capacidad se llama efecto binaural y se explica por el hecho de que una persona tiene dos oídos. Los datos experimentales muestran de dónde proviene el sonido: uno para los tonos de alta frecuencia y otro para los tonos de baja frecuencia.

El sonido viaja una distancia más corta hasta el oído que mira hacia la fuente que hacia el otro oído. Como resultado, la presión de las ondas sonoras en los canales auditivos varía en fase y amplitud. Las diferencias de amplitud son significativas sólo a altas frecuencias, cuando la longitud de onda del sonido se vuelve comparable al tamaño de la cabeza. Cuando la diferencia de amplitud supera un valor umbral de 1 dB, la fuente de sonido parece estar en el lado donde la amplitud es mayor. El ángulo de desviación de la fuente de sonido desde la línea central (eje de simetría) es aproximadamente proporcional al logaritmo de la relación de amplitud.
Para determinar la dirección de una fuente de sonido con frecuencias inferiores a 1500-2000 Hz, las diferencias de fase son significativas. A una persona le parece que el sonido proviene del lado desde el cual la onda, que está adelantada en fase, llega al oído. El ángulo de desviación del sonido desde la línea media es proporcional a la diferencia en el tiempo de llegada de las ondas sonoras a ambos oídos. Una persona entrenada puede notar una diferencia de fase con una diferencia de tiempo de 100 ms.
La capacidad de determinar la dirección del sonido en el plano vertical está mucho menos desarrollada (unas 10 veces). Esta característica fisiológica está asociada con la orientación de los órganos auditivos en el plano horizontal.
Una característica específica de la percepción espacial del sonido por parte de una persona se manifiesta en el hecho de que los órganos auditivos son capaces de sentir la localización total e integral creada con la ayuda de medios de influencia artificiales. Por ejemplo, en una habitación, se instalan dos altavoces en el frente a una distancia de 2 a 3 m entre sí. El oyente está ubicado a la misma distancia del eje del sistema de conexión, estrictamente en el centro. En una habitación se emiten a través de los altavoces dos sonidos de igual fase, frecuencia e intensidad. Como resultado de la identidad de los sonidos que pasan al órgano auditivo, una persona no puede separarlos; sus sensaciones dan ideas sobre una única fuente de sonido aparente (virtual), que se encuentra estrictamente en el centro del eje de simetría.
Si ahora reducimos el volumen de un altavoz, la fuente aparente se moverá hacia el altavoz más fuerte. La ilusión de una fuente de sonido en movimiento se puede obtener no solo cambiando el nivel de la señal, sino también retrasando artificialmente un sonido con respecto a otro; en este caso, la fuente aparente se desplazará hacia el altavoz que emite la señal con antelación.
Para ilustrar la localización integral, damos un ejemplo. La distancia entre los oradores es de 2 m, la distancia desde la primera línea hasta el oyente es de 2 m; Para que la fuente se mueva 40 cm hacia la izquierda o hacia la derecha, es necesario enviar dos señales con una diferencia en el nivel de intensidad de 5 dB o con un retardo de tiempo de 0,3 ms. Con una diferencia de nivel de 10 dB o un retardo de tiempo de 0,6 ms, la fuente se “moverá” 70 cm desde el centro.
Por lo tanto, si cambia la presión sonora creada por el altavoz, surge la ilusión de mover la fuente de sonido. Este fenómeno se llama localización resumida. Para crear una localización resumida, se utiliza un sistema de transmisión de sonido estereofónico de dos canales.
En la sala principal se instalan dos micrófonos, cada uno de los cuales funciona en su propio canal. La secundaria tiene dos altavoces. Los micrófonos están ubicados a cierta distancia entre sí a lo largo de una línea paralela a la ubicación del emisor de sonido. Al mover el emisor de sonido, actuará una presión sonora diferente sobre el micrófono y el tiempo de llegada de la onda sonora será diferente debido a la distancia desigual entre el emisor de sonido y los micrófonos. Esta diferencia crea un efecto de localización total en la sala secundaria, como resultado del cual la fuente aparente se localiza en un determinado punto del espacio ubicado entre dos altavoces.
Cabe decir sobre el sistema de transmisión de sonido binaural. Con este sistema, llamado sistema de cabeza artificial, se colocan dos micrófonos separados en la sala principal, espaciados entre sí a una distancia igual a la distancia entre los oídos de una persona. Cada uno de los micrófonos dispone de un canal de transmisión de sonido independiente, cuya salida a la sala secundaria incluye teléfonos para el oído izquierdo y derecho. Si los canales de transmisión de sonido son idénticos, dicho sistema transmite con precisión el efecto binaural creado cerca de los oídos de la "cabeza artificial" en la sala principal. Tener auriculares y tener que usarlos durante mucho tiempo es una desventaja.
El órgano del oído determina la distancia a la fuente del sonido mediante una serie de signos indirectos y con algunos errores. Dependiendo de si la distancia a la fuente de la señal es pequeña o grande, su valoración subjetiva cambia bajo la influencia de diversos factores. Se encontró que si las distancias determinadas son pequeñas (hasta 3 m), entonces su evaluación subjetiva está relacionada casi linealmente con el cambio en el volumen de la fuente de sonido que se mueve a lo largo de la profundidad. Un factor adicional para una señal compleja es su timbre, que se vuelve cada vez más “pesado” a medida que la fuente se acerca al oyente, debido a la amplificación cada vez mayor de los armónicos bajos en comparación con los altos, causada por el aumento resultante en el nivel de volumen.
Para distancias promedio de 3 a 10 m, alejar la fuente del oyente irá acompañado de una disminución proporcional del volumen, y este cambio se aplicará igualmente a la frecuencia fundamental y a los componentes armónicos. Como resultado, hay un fortalecimiento relativo de la parte de alta frecuencia del espectro y el timbre se vuelve más brillante.
A medida que aumenta la distancia, las pérdidas de energía en el aire aumentarán en proporción al cuadrado de la frecuencia. Una mayor pérdida de armónicos de registros altos dará como resultado una disminución del brillo tímbrico. Así, la valoración subjetiva de las distancias se asocia a cambios en su volumen y timbre.
En una habitación cerrada, el órgano auditivo percibe las señales de las primeras reflexiones, retrasadas con respecto a la reflexión directa entre 20 y 40 ms, como si provinieran de diferentes direcciones. Al mismo tiempo, su retraso creciente crea la impresión de una distancia considerable respecto de los puntos desde los que se producen estas reflexiones. Así, por el tiempo de retardo se puede juzgar la distancia relativa de las fuentes secundarias o, lo que es lo mismo, el tamaño de la habitación.

Algunas características de la percepción subjetiva de las transmisiones estereofónicas.

Un sistema de transmisión de sonido estereofónico tiene una serie de características importantes en comparación con uno monofónico convencional.
La cualidad que distingue al sonido estereofónico es el volumen, es decir. La perspectiva acústica natural se puede evaluar utilizando algunos indicadores adicionales que no tienen sentido con una técnica de transmisión de sonido monofónica. Dichos indicadores adicionales incluyen: ángulo de audición, es decir el ángulo en el que el oyente percibe la imagen sonora estereofónica; resolución estéreo, es decir localización determinada subjetivamente de elementos individuales de la imagen sonora en determinados puntos del espacio dentro del ángulo de audibilidad; atmósfera acústica, es decir el efecto de dar al oyente una sensación de presencia en la habitación principal donde ocurre el evento sonoro transmitido.

Sobre el papel de la acústica ambiental

El sonido colorido se consigue no sólo con la ayuda de equipos de reproducción de sonido. Incluso con un equipo bastante bueno, la calidad del sonido puede ser mala si la sala de escucha no tiene ciertas propiedades. Se sabe que en una habitación cerrada se produce un fenómeno sonoro nasal llamado reverberación. Al afectar a los órganos de la audición, la reverberación (según su duración) puede mejorar o empeorar la calidad del sonido.

Una persona en una habitación percibe no solo ondas sonoras directas creadas directamente por la fuente de sonido, sino también ondas reflejadas por el techo y las paredes de la habitación. Las ondas reflejadas se escuchan durante algún tiempo después de que la fuente de sonido se ha detenido.
A veces se cree que las señales reflejadas solo juegan un papel negativo, interfiriendo con la percepción de la señal principal. Sin embargo, esta idea es incorrecta. Una cierta parte de la energía de las señales de eco reflejadas iniciales, que llega con breves retrasos al oído humano, amplifica la señal principal y enriquece su sonido. Por el contrario, los ecos reflejados posteriormente. cuyo tiempo de retardo supera un determinado valor crítico, forman un fondo sonoro que dificulta la percepción de la señal principal.
La sala de escucha no debería tener un tiempo de reverberación prolongado. Las salas de estar, por regla general, tienen poca reverberación debido a su tamaño limitado y a la presencia de superficies fonoabsorbentes, muebles tapizados, alfombras, cortinas, etc.
Los obstáculos de diferente naturaleza y propiedades se caracterizan por un coeficiente de absorción acústica, que es la relación entre la energía absorbida y la energía total de la onda sonora incidente.

Para aumentar las propiedades de absorción acústica de la alfombra (y reducir el ruido en la sala de estar), es aconsejable colgar la alfombra no cerca de la pared, sino con un espacio de 30 a 50 mm).

El hombre es verdaderamente el más inteligente de los animales que habitan el planeta. Sin embargo, nuestra mente a menudo nos priva de capacidades superiores como percibir nuestro entorno a través del olfato, el oído y otras sensaciones sensoriales.

Por lo tanto, la mayoría de los animales están muy por delante de nosotros en lo que respecta a su rango auditivo. El rango de audición humana es el rango de frecuencias que el oído humano puede percibir. Intentemos comprender cómo funciona el oído humano en relación con la percepción del sonido.

Rango de audición humana en condiciones normales.

En promedio, el oído humano puede detectar y distinguir ondas sonoras en el rango de 20 Hz a 20 kHz (20.000 Hz). Sin embargo, a medida que una persona envejece, su rango auditivo disminuye, en particular, disminuye su límite superior. En las personas mayores suele ser mucho menor que en los jóvenes, siendo los bebés y los niños los que tienen la mayor capacidad auditiva. La percepción auditiva de las altas frecuencias comienza a deteriorarse a partir de los ocho años.

La audición humana en condiciones ideales

En el laboratorio, el rango auditivo de una persona se determina mediante un audiómetro que emite ondas sonoras de diferentes frecuencias y unos auriculares sintonizados en consecuencia. En estas condiciones ideales, el oído humano puede detectar frecuencias que oscilan entre 12 Hz y 20 kHz.

Rango de audición en hombres y mujeres.

Existe una diferencia significativa entre el rango de audición de hombres y mujeres. Se ha descubierto que las mujeres son más sensibles a las altas frecuencias que los hombres. La percepción de las bajas frecuencias está más o menos al mismo nivel en hombres y mujeres.

Varias escalas para indicar el rango de audición.

Aunque la escala de frecuencia es la escala más común para medir el rango de audición humana, también suele medirse en pascales (Pa) y decibeles (dB). Sin embargo, medir en pascales se considera inconveniente, ya que esta unidad implica trabajar con números muy grandes. Un microPascal es la distancia recorrida por una onda sonora durante la vibración, que equivale a una décima parte del diámetro de un átomo de hidrógeno. Las ondas sonoras viajan una distancia mucho mayor en el oído humano, lo que dificulta indicar el rango de audición humana en pascales.

El sonido más suave que puede detectar el oído humano es de aproximadamente 20 µPa. La escala de decibeles es más fácil de usar porque es una escala logarítmica que hace referencia directa a la escala Pa. Toma 0 dB (20 µPa) como punto de referencia y luego continúa comprimiendo esta escala de presión. Por tanto, 20 millones de μPa equivalen a sólo 120 dB. Resulta que el rango del oído humano es de 0 a 120 dB.

El rango de audición varía significativamente de una persona a otra. Por lo tanto, para detectar la pérdida auditiva, es mejor medir el rango de sonidos audibles en relación con una escala de referencia, en lugar de con una escala estandarizada convencional. Las pruebas se pueden realizar utilizando sofisticados instrumentos de diagnóstico auditivo que pueden determinar con precisión el alcance y diagnosticar las causas de la pérdida auditiva.

Es un órgano complejo y especializado que consta de tres secciones: el oído externo, medio e interno.

El oído externo es un aparato colector de sonidos. Las vibraciones del sonido son captadas por los oídos y transmitidas a través del canal auditivo externo hasta el tímpano, que separa el oído externo del oído medio. La percepción del sonido y todo el proceso de escuchar con los dos oídos, la llamada audición biniural, es importante para determinar la dirección del sonido. Las vibraciones sonoras procedentes de un lado llegan al oído más cercano unas fracciones decimales de segundo (0,0006 s) antes que al otro. Esta diferencia extremadamente pequeña en el tiempo de llegada del sonido a ambos oídos es suficiente para determinar su dirección.

El oído medio es una cavidad de aire que se conecta con la nasofaringe a través de la trompa de Eustaquio. Las vibraciones del tímpano a través del oído medio se transmiten mediante 3 huesecillos auditivos conectados entre sí: el martillo, el yunque y el estribo, y este último, a través de la membrana de la ventana ovalada, transmite estas vibraciones al líquido ubicado en el oído interno. perilinfa. Gracias a los huesecillos auditivos, la amplitud de las vibraciones disminuye y aumenta su fuerza, lo que permite que la columna de líquido del oído interno se mueva. El oído medio tiene un mecanismo especial para adaptarse a los cambios de intensidad del sonido. Con sonidos fuertes, músculos especiales aumentan la tensión del tímpano y reducen la movilidad del estribo. Esto reduce la amplitud de las vibraciones y protege el oído interno de daños.

El oído interno con la cóclea ubicada en él se encuentra en la pirámide del hueso temporal. La cóclea humana forma 2,5 vueltas en espiral. El canal coclear está dividido por dos tabiques (la membrana principal y la membrana vestibular) en 3 pasajes estrechos: el superior (scala vestibularis), el medio (canal membranoso) y el inferior (scala tympani). En la parte superior de la cóclea hay una abertura que conecta los canales superior e inferior en uno solo, yendo desde la ventana ovalada hasta la parte superior de la cóclea y luego a la ventana redonda. Su cavidad está llena de líquido: perilinfa, y la cavidad del canal membranoso medio está llena de líquido de diferente composición: endolinfa. En el canal medio hay un aparato receptor de sonido, el órgano de Corti, en el que se encuentran los receptores de vibraciones del sonido, las células ciliadas.

Mecanismo de percepción del sonido. El mecanismo fisiológico de la percepción del sonido se basa en dos procesos que ocurren en la cóclea: 1) separación de sonidos de diferentes frecuencias en el lugar de su mayor impacto en la membrana principal de la cóclea y 2) conversión de vibraciones mecánicas en excitación nerviosa por parte del receptor. células. Las vibraciones sonoras que ingresan al oído interno a través de la ventana ovalada se transmiten a la perilinfa y las vibraciones de este líquido provocan desplazamientos de la membrana principal. La altura de la columna de líquido vibrante y, en consecuencia, el lugar de mayor desplazamiento de la membrana principal dependen de la altura del sonido. Así, con sonidos de diferentes tonos se excitan diferentes células ciliadas y diferentes fibras nerviosas. Un aumento en la intensidad del sonido conduce a un aumento en el número de células ciliadas y fibras nerviosas excitadas, lo que permite distinguir la intensidad de las vibraciones del sonido.
La transformación de vibraciones en un proceso de excitación se lleva a cabo mediante receptores especiales: las células ciliadas. Los pelos de estas células están sumergidos en la membrana tegumentaria. Las vibraciones mecánicas bajo la influencia del sonido provocan un desplazamiento de la membrana tegumentaria con respecto a las células receptoras y la flexión de los pelos. En las células receptoras, el desplazamiento mecánico de los pelos provoca un proceso de excitación.

Conductividad del sonido. Hay conducción aérea y ósea. En condiciones normales, la conducción aérea predomina en los humanos: las ondas sonoras son captadas por el oído externo y las vibraciones del aire se transmiten a través del canal auditivo externo al oído medio e interno. En el caso de la conducción ósea, las vibraciones sonoras se transmiten a través de los huesos del cráneo directamente a la cóclea. Este mecanismo de transmisión de vibraciones sonoras es importante cuando una persona se sumerge bajo el agua.
Una persona suele percibir sonidos con una frecuencia de 15 a 20.000 Hz (en el rango de 10 a 11 octavas). En los niños, el límite superior alcanza los 22.000 Hz; con la edad disminuye. La mayor sensibilidad se encontró en el rango de frecuencia de 1000 a 3000 Hz. Esta región corresponde a las frecuencias más comunes del habla y la música humanas.

El sonido, como señal, tiene un número infinito de vibraciones y puede transportar la misma cantidad infinita de información. El grado de su percepción variará en función de las capacidades fisiológicas del oído, excluyendo en este caso los factores psicológicos. Dependiendo del tipo de ruido, su frecuencia y presión, una persona siente su influencia.

Umbral de sensibilidad del oído humano en decibelios.

Una persona percibe frecuencias de sonido de 16 a 20.000 Hz. Los tímpanos son sensibles a la presión de las vibraciones sonoras, cuyo nivel se mide en decibelios (dB). El nivel óptimo es de 35 a 60 dB, el ruido de 60-70 dB mejora el trabajo mental, más de 80 dB, por el contrario, debilita la atención y perjudica el proceso de pensamiento, y la percepción a largo plazo de un sonido superior a 80 dB puede provocar pérdida de la audición.

Las frecuencias de hasta 10-15 Hz son infrasonidos, no percibidos por el órgano auditivo, lo que provoca vibraciones resonantes. La capacidad de controlar las vibraciones que crea el sonido es una poderosa arma de destrucción masiva. Inaudible para el oído, el infrasonido es capaz de recorrer largas distancias, transmitir órdenes que obligan a las personas a actuar según un determinado escenario, provocan pánico y horror, y les obligan a olvidarse de todo lo que no tiene nada que ver con el deseo de esconderse, de escapar de este miedo. Y con una cierta proporción de frecuencia y presión sonora, dicho dispositivo es capaz no solo de suprimir la voluntad, sino también de matar y dañar el tejido humano.

Umbral absoluto de sensibilidad del oído humano en decibelios

El rango de 7 a 13 Hz lo emiten los desastres naturales: volcanes, terremotos, tifones y provoca sensación de pánico y horror. Dado que el cuerpo humano también tiene una frecuencia de oscilación que oscila entre 8 y 15 Hz, con la ayuda de este tipo de infrasonidos no cuesta nada crear una resonancia y aumentar la amplitud decenas de veces para llevar a una persona al suicidio o dañar los órganos internos.

A bajas frecuencias y alta presión, aparecen náuseas y dolor de estómago, que rápidamente se convierten en graves trastornos gastrointestinales, y un aumento de la presión hasta 150 dB provoca daño físico. Las resonancias de los órganos internos a bajas frecuencias causan sangrado y espasmos, a frecuencias medias - excitación nerviosa y lesiones de los órganos internos, a altas frecuencias - hasta 30 Hz - quemaduras de tejidos.

En el mundo moderno, el desarrollo de armas sonoras está en marcha y, al parecer, no en vano el microbiólogo alemán Robert Koch predijo que sería necesario buscar una “vacuna” contra el ruido, como contra la peste o el cólera. .

A menudo evaluamos la calidad del sonido. Al elegir un micrófono, un software de procesamiento de audio o un formato de grabación de archivos de audio, una de las preguntas más importantes es qué tan bien sonará. Pero existen diferencias entre las características del sonido que se pueden medir y las que se pueden escuchar.

Tono, timbre, octava.

El cerebro percibe sonidos de determinadas frecuencias. Esto se debe a las peculiaridades del mecanismo del oído interno. Los receptores ubicados en la membrana principal del oído interno convierten las vibraciones del sonido en potenciales eléctricos que excitan las fibras del nervio auditivo. Las fibras del nervio auditivo tienen selectividad de frecuencia debido a la excitación de las células del órgano de Corti ubicadas en diferentes lugares de la membrana principal: las altas frecuencias se perciben cerca de la ventana ovalada, las bajas frecuencias se perciben en el vértice de la espiral.

La característica física del sonido, la frecuencia, está estrechamente relacionada con el tono que percibimos. La frecuencia se mide como el número de ciclos completos de una onda sinusoidal en un segundo (hercios, Hz). Esta definición de frecuencia se basa en el hecho de que una onda sinusoidal tiene exactamente la misma forma de onda. En la vida real, muy pocos sonidos tienen esta propiedad. Sin embargo, cualquier sonido se puede representar como un conjunto de oscilaciones sinusoidales. Generalmente llamamos a esto establecer un tono. Es decir, un tono es una señal de cierta altura que tiene un espectro discreto (sonidos musicales, sonidos vocálicos del habla), en el que se resalta la frecuencia de una onda sinusoidal, que tiene la amplitud máxima en este conjunto. Una señal con un amplio espectro continuo, cuyos componentes de frecuencia tienen la misma intensidad promedio, se llama ruido blanco.

Un aumento gradual en la frecuencia de las vibraciones del sonido se percibe como un cambio gradual de tono desde el más bajo (grave) al más alto.

El grado de precisión con el que una persona determina de oído el tono de un sonido depende de la agudeza y el entrenamiento de su audición. El oído humano puede distinguir claramente dos tonos de tono similar. Por ejemplo, en el rango de frecuencia de aproximadamente 2000 Hz, una persona puede distinguir entre dos tonos que difieren entre sí en frecuencia entre 3 y 6 Hz o incluso menos.

El espectro de frecuencias de un instrumento musical o de una voz contiene una secuencia de picos espaciados uniformemente: los armónicos. Corresponden a frecuencias que son múltiplos de una determinada frecuencia base, la más intensa de las ondas sinusoidales que componen el sonido.

El sonido particular (timbre) de un instrumento musical (voz) está asociado con la amplitud relativa de varios armónicos, y el tono percibido por una persona transmite con mayor precisión la frecuencia base. El timbre, al ser un reflejo subjetivo del sonido percibido, no tiene valoración cuantitativa y se caracteriza sólo cualitativamente.

En un tono “puro” sólo hay una frecuencia. Normalmente, el sonido percibido consta de la frecuencia del tono principal y varias frecuencias "impurezas", llamadas armónicos. Los armónicos son múltiplos de la frecuencia del tono principal y tienen una amplitud menor. El timbre del sonido depende de la distribución de la intensidad. entre los armónicos. El espectro de combinaciones de sonidos musicales, llamado acorde, depende de la distribución de intensidad entre los armónicos. Dicho espectro contiene varias frecuencias fundamentales junto con los armónicos que las acompañan.

Si la frecuencia de un sonido es exactamente el doble de la frecuencia de otro, las ondas sonoras "encajan" entre sí. La distancia de frecuencia entre dichos sonidos se llama octava. El rango de frecuencias percibidas por los humanos, 16-20.000 Hz, cubre aproximadamente de diez a once octavas.

Amplitud de vibraciones sonoras y volumen.

La parte audible del rango de sonido se divide en sonidos de baja frecuencia (hasta 500 Hz), frecuencia media (500-10 000 Hz) y alta frecuencia (más de 10 000 Hz). El oído es más sensible a una gama relativamente estrecha de sonidos de frecuencia media, entre 1.000 y 4.000 Hz. Es decir, los sonidos de la misma intensidad en el rango de frecuencia media pueden percibirse como fuertes, pero en el rango de frecuencia baja o alta pueden percibirse como silenciosos o no escucharse en absoluto. Esta característica de la percepción del sonido se debe al hecho de que la información sonora necesaria para la existencia humana (el habla o los sonidos de la naturaleza) se transmite principalmente en el rango de frecuencia media. Así, el volumen no es un parámetro físico, sino la intensidad de la sensación auditiva, una característica subjetiva del sonido asociada a las características de nuestra percepción.

El analizador auditivo percibe un aumento en la amplitud de la onda sonora debido a un aumento en la amplitud de vibración de la membrana principal del oído interno y la estimulación de un número cada vez mayor de células ciliadas con la transmisión de impulsos eléctricos a mayor frecuencia y a lo largo de un mayor número de fibras nerviosas.

Nuestro oído puede distinguir la intensidad del sonido en el rango desde el más leve susurro hasta el ruido más fuerte, lo que corresponde aproximadamente a un aumento en la amplitud de movimiento de la membrana principal en 1 millón de veces. Sin embargo, el oído interpreta esta enorme diferencia en la amplitud del sonido como un cambio de aproximadamente 10.000 veces. Es decir, la escala de intensidad está fuertemente "comprimida" por el mecanismo de percepción del sonido del analizador auditivo. Esto permite a una persona interpretar diferencias en la intensidad del sonido en un rango extremadamente amplio.

La intensidad del sonido se mide en decibelios (dB) (1 belio equivale a diez veces la amplitud). El mismo sistema se utiliza para determinar los cambios de volumen.

A modo de comparación, podemos dar un nivel aproximado de intensidad de diferentes sonidos: sonido apenas audible (umbral de audibilidad) 0 dB; susurrar cerca del oído 25-30 dB; volumen medio del habla 60-70 dB; habla muy alta (gritos) 90 dB; en conciertos de rock y música pop en el centro de la sala 105-110 dB; junto a un avión de pasajeros que despega 120 dB.

La magnitud del incremento en el volumen del sonido percibido tiene un umbral de discriminación. El número de gradaciones de sonoridad que se distinguen en frecuencias medias no supera los 250; en frecuencias bajas y altas disminuye bruscamente y promedia alrededor de 150.