Opažanje zvučnih valova različitih frekvencija i amplituda. Koliko decibela može osjetiti ljudsko uho

Psihoakustika - područje znanosti koje graniči između fizike i psihologije, proučava podatke o slušnom osjetu osobe kada fizički podražaj - zvuk - djeluje na uho. Prikupljena je velika količina podataka o ljudskim reakcijama na slušne podražaje. Bez ovih podataka teško je steći ispravno razumijevanje rada signalnih sustava audio frekvencije. Razmotrite najvažnije značajke ljudske percepcije zvuka.
Osoba osjeća promjene u zvučnom tlaku koje se javljaju na frekvenciji od 20-20 000 Hz. Zvukovi ispod 40 Hz relativno su rijetki u glazbi i ne postoje u govornom jeziku. Na vrlo visokim frekvencijama nestaje glazbena percepcija i nastaje određeni neodređeni zvučni osjećaj, ovisno o individualnosti slušatelja, njegovoj dobi. S godinama se kod ljudi smanjuje osjetljivost sluha, osobito u gornjim frekvencijama zvučnog raspona.
Ali bilo bi pogrešno na temelju toga zaključiti da je prijenos širokog frekvencijskog pojasa instalacijom za reprodukciju zvuka nevažan za starije ljude. Eksperimenti su pokazali da ljudi, čak i jedva percipirajući signale iznad 12 kHz, vrlo lako prepoznaju nedostatak visokih frekvencija u glazbenom prijenosu.

Frekvencijske karakteristike slušnih osjeta

Područje zvukova koje osoba čuje u rasponu od 20-20000 Hz ograničeno je intenzitetom pragovima: odozdo - čujnost i odozgo - osjećaji boli.
Prag sluha se procjenjuje minimalnim tlakom, točnije minimalnim povećanjem tlaka u odnosu na granicu; osjetljiv je na frekvencije od 1000-5000 Hz - ovdje je prag sluha najniži (zvučni tlak je oko 2 -10 Pa). U smjeru nižih i viših zvučnih frekvencija, osjetljivost sluha naglo opada.
Prag boli određuje gornju granicu percepcije zvučne energije i približno odgovara intenzitetu zvuka od 10 W / m ili 130 dB (za referentni signal s frekvencijom od 1000 Hz).
S porastom zvučnog tlaka povećava se i intenzitet zvuka, a slušni osjet se skokovito povećava, što se naziva pragom razlikovanja intenziteta. Broj ovih skokova na srednjim frekvencijama je oko 250, na niskim i visokim frekvencijama se smanjuje iu prosjeku preko frekvencijskog područja iznosi oko 150.

Budući da je raspon promjena intenziteta 130 dB, tada je elementarni skok osjeta u prosjeku u rasponu amplituda 0,8 dB, što odgovara promjeni intenziteta zvuka za 1,2 puta. Na niskim razinama sluha ti skokovi dosežu 2-3 dB, na visokim razinama smanjuju se na 0,5 dB (1,1 puta). Povećanje snage pojačala za manje od 1,44 puta ljudsko uho praktički ne bilježi. Uz niži zvučni tlak koji razvija zvučnik, čak ni dvostruko povećanje snage izlaznog stupnja možda neće dati opipljiv rezultat.

Subjektivne karakteristike zvuka

Kvaliteta prijenosa zvuka procjenjuje se na temelju slušne percepcije. Stoga je moguće ispravno odrediti tehničke zahtjeve za put prijenosa zvuka ili njegove pojedine veze samo proučavanjem obrazaca koji povezuju subjektivno percipirani osjećaj zvuka i objektivne karakteristike zvuka su visina, glasnoća i boja.
Koncept visine tona podrazumijeva subjektivnu procjenu percepcije zvuka u frekvencijskom području. Zvuk se obično ne karakterizira frekvencijom, već visinom.
Ton je signal određene visine, diskretnog spektra (glazbeni zvukovi, samoglasnici govora). Signal koji ima širok kontinuirani spektar, čije sve frekvencijske komponente imaju istu prosječnu snagu, naziva se bijeli šum.

Postupno povećanje frekvencije zvučnih titraja od 20 do 20 000 Hz percipira se kao postupna promjena tona od najnižeg (bas) prema najvišem.
Stupanj točnosti s kojim osoba na sluh određuje visinu tona ovisi o oštrini, muzikalnosti i utreniranosti njegova uha. Treba napomenuti da visina u određenoj mjeri ovisi o intenzitetu zvuka (na visokim razinama zvukovi većeg intenziteta djeluju niže od onih slabijih..
Ljudsko uho dobro razlikuje dva tona bliska po visini. Na primjer, u frekvencijskom području od približno 2000 Hz, osoba može razlikovati dva tona koji se međusobno razlikuju po frekvenciji za 3-6 Hz.
Subjektivna ljestvica percepcije zvuka po frekvenciji bliska je logaritamskom zakonu. Stoga se udvostručenje frekvencije osciliranja (bez obzira na početnu frekvenciju) uvijek percipira kao ista promjena visine tona. Interval visine tona koji odgovara promjeni frekvencije od 2 puta naziva se oktava. Frekvencijski raspon koji osoba percipira je 20-20 000 Hz, pokriva otprilike deset oktava.
Oktava je prilično velik interval promjene visine tona; osoba razlikuje mnogo manje intervale. Dakle, u deset oktava koje percipira uho, može se razlikovati više od tisuću stupnjevanja visine tona. Glazba koristi manje intervale zvane polutonovi, koji odgovaraju promjeni frekvencije od približno 1,054 puta.
Oktava se dijeli na pola oktave i tercu oktave. Za potonje je standardiziran sljedeći raspon frekvencija: 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3; 3.15; 4; 5; 6,3:8; 10, koje su granice jedne trećine oktava. Ako se te frekvencije postave na jednakim udaljenostima duž frekvencijske osi, tada će se dobiti logaritamsko mjerilo. Na temelju toga sve frekvencijske karakteristike uređaja za prijenos zvuka izgrađene su na logaritamskoj ljestvici.
Glasnoća prijenosa ne ovisi samo o intenzitetu zvuka, već io spektralnom sastavu, uvjetima percepcije i trajanju ekspozicije. Dakle, dva zvučna tona srednje i niske frekvencije, istog intenziteta (ili istog zvučnog tlaka), osoba ne percipira kao jednako glasna. Stoga je uveden koncept razine glasnoće u pozadini za označavanje zvukova iste glasnoće. Za razinu glasnoće zvuka u fonama uzima se razina zvučnog tlaka u decibelima iste glasnoće čistog tona frekvencije 1000 Hz, odnosno za frekvenciju od 1000 Hz razine glasnoće u fonima i decibelima su iste. Na drugim frekvencijama, za isti zvučni tlak, zvukovi mogu izgledati glasniji ili tiši.
Iskustvo inženjera zvuka u snimanju i montaži glazbenih djela pokazuje da radi boljeg otkrivanja nedostataka zvuka koji se mogu pojaviti tijekom rada, tijekom kontrolnog slušanja treba održavati visoku razinu glasnoće, približno odgovarajuću razini glasnoće u dvorani.
S produljenom izloženošću intenzivnom zvuku, osjetljivost sluha postupno opada, i to više, to je jačina zvuka veća. Uočljivo smanjenje osjetljivosti povezano je s odgovorom sluha na preopterećenje, tj. svojom prirodnom prilagodbom, Nakon prekida u slušanju, osjetljivost sluha se vraća. Ovome treba dodati da slušni aparat prilikom percipiranja signala visoke razine unosi vlastita, tzv. subjektivna, izobličenja (što ukazuje na nelinearnost sluha). Tako pri razini signala od 100 dB prvi i drugi subjektivni harmonik dostižu razine od 85 i 70 dB.
Značajna razina glasnoće i trajanje njegove izloženosti uzrokuju nepovratne pojave u slušnom organu. Primjećuje se da su posljednjih godina pragovi sluha naglo porasli među mladima. Razlog za to bila je strast prema pop glazbi koju karakterizira visoka razina zvuka.
Mjerenje glasnoće vrši se elektroakustičnim uređajem - mjeračem razine zvuka. Izmjereni zvuk mikrofon najprije pretvara u električne vibracije. Nakon pojačanja pomoću posebnog pojačala napona, te se oscilacije mjere pokazivačem podešenim u decibelima. Kako bi očitanja uređaja što više odgovarala subjektivnoj percepciji glasnoće, uređaj je opremljen posebnim filtrima koji mijenjaju njegovu osjetljivost na percepciju zvuka različitih frekvencija u skladu s karakteristikama osjetljivosti sluha.
Važna karakteristika zvuka je boja. Sposobnost sluha da ga razlikuje omogućuje vam da percipirate signale s različitim nijansama. Zvuk svakog od instrumenata i glasova, zbog svojih karakterističnih nijansi, postaje višebojan i dobro prepoznatljiv.
Tinbra, kao subjektivni odraz složenosti percipiranog zvuka, nema kvantitativnu procjenu i karakterizirana je pojmovima kvalitativnog reda (lijepo, meko, sočno itd.). Kada se signal prenosi kroz elektroakustički put, nastala izobličenja prvenstveno utječu na boju reproduciranog zvuka. Uvjet za pravilan prijenos tona glazbenih zvukova je neiskrivljeni prijenos spektra signala. Spektar signala je skup sinusoidnih komponenti složenog zvuka.
Takozvani čisti ton ima najjednostavniji spektar, sadrži samo jednu frekvenciju. Zvuk glazbenog instrumenta pokazuje se zanimljivijim: njegov se spektar sastoji od osnovne frekvencije i nekoliko "nečistoća" frekvencija, koje se nazivaju prizvuci (viši tonovi). Prizvuci su višekratnici osnovne frekvencije i obično su manje amplitude.
Boja zvuka ovisi o raspodjeli intenziteta preko prizvuka. Zvukovi različitih glazbenih instrumenata razlikuju se po boji.
Složeniji je spektar kombinacije glazbenih zvukova, koji se naziva akord. U takvom spektru postoji nekoliko osnovnih frekvencija zajedno s odgovarajućim prizvucima.
Razlike u boji uglavnom dijele nisko-srednje frekvencijske komponente signala, stoga je velika raznolikost boja povezana sa signalima koji leže u donjem dijelu frekvencijskog raspona. Signali koji se odnose na njegov gornji dio, kako se povećavaju, sve više gube svoju boju boje, što je posljedica postupnog odlaska njihovih harmonijskih komponenti izvan granica čujnih frekvencija. To se može objasniti činjenicom da do 20 ili više harmonika aktivno sudjeluje u formiranju boje niskih zvukova, srednjih 8 - 10, visokih 2 - 3, budući da su ostali ili slabi ili ispadaju iz područja zvučne frekvencije. Stoga su visoki zvukovi, u pravilu, siromašniji timbrom.
Gotovo svi prirodni izvori zvuka, uključujući i izvore glazbenih zvukova, imaju specifičnu ovisnost boje o glasnoći. Sluh je također prilagođen ovoj ovisnosti - njemu je prirodno da prema boji zvuka određuje jačinu izvora. Glasni zvukovi obično su oštriji.

Izvori glazbenog zvuka

Brojni čimbenici koji karakteriziraju primarne izvore zvukova imaju veliki utjecaj na kvalitetu zvuka elektroakustičkih sustava.
Akustički parametri glazbenih izvora ovise o sastavu izvođača (orkestar, ansambl, grupa, solist i vrsta glazbe: simfonijska, narodna, zabavna i dr.).

Nastanak i nastanak zvuka na svakom glazbenom instrumentu ima svoje specifičnosti povezane s akustičkim značajkama oblikovanja zvuka na pojedinom glazbenom instrumentu.
Važan element glazbenog zvuka je napad. To je specifičan prijelazni proces tijekom kojeg se uspostavljaju stabilne karakteristike zvuka: glasnoća, boja, visina. Svaki glazbeni zvuk prolazi kroz tri faze - početak, sredinu i kraj, a i početna i završna faza imaju određeno trajanje. Početna faza naziva se napad. Traje različito: za trzalačka, udaraljkaška i neka puhačka glazbala 0-20 ms, za fagot 20-60 ms. Napad nije samo povećanje glasnoće zvuka od nule do neke postojane vrijednosti, on može biti popraćen istom promjenom visine i boje zvuka. Štoviše, karakteristike napada instrumenta nisu jednake u različitim dijelovima njegova raspona s različitim stilovima sviranja: violina je najsavršeniji instrument u smislu bogatstva mogućih izražajnih metoda napada.
Jedna od karakteristika svakog glazbenog instrumenta je frekvencijski raspon zvuka. Osim osnovnih frekvencija, svaki instrument karakteriziraju i dodatne visokokvalitetne komponente - prizvuci (ili, kako je uobičajeno u elektroakustici, viši harmonici), koji određuju njegovu specifičnu boju.
Poznato je da je zvučna energija neravnomjerno raspoređena po cijelom spektru zvučnih frekvencija koje emitira izvor.
Većinu glazbala karakterizira pojačanje temeljnih frekvencija, kao i pojedinih prizvuka u određenim (jednom ili više) relativno uskih frekvencijskih pojasa (formanata), koji su različiti za svako glazbalo. Rezonantne frekvencije (u hercima) formantnog područja su: za trubu 100-200, rog 200-400, trombon 300-900, trubu 800-1750, saksofon 350-900, obou 800-1500, fagot 300-900, klarinet 250-600.
Još jedno karakteristično svojstvo glazbala je jakost njihova zvuka, koja je određena većom ili manjom amplitudom (rasponom) njihova zvučnog tijela ili zračnog stupca (veća amplituda odgovara jačem zvuku i obrnuto). Vrijednost vršnih akustičnih snaga (u vatima) je: za veliki orkestar 70, bas bubanj 25, timpane 20, mali bubanj 12, trombon 6, klavir 0,4, trubu i saksofon 0,3, trubu 0,2, kontrabas 0.( 6, pikolo 0,08, klarinet, rog i trokut 0,05.
Omjer zvučne snage izvučene iz instrumenta pri izvođenju "fortissima" i zvučne snage pri izvođenju "pianissima" obično se naziva dinamički raspon zvuka glazbenih instrumenata.
Dinamički raspon glazbenog izvora zvuka ovisi o vrsti izvođačke grupe i prirodi izvedbe.
Razmotrite dinamički raspon pojedinačnih izvora zvuka. Pod dinamičkim rasponom pojedinih glazbenih instrumenata i ansambala (orkestara i zborova različitog sastava), kao i glasova, podrazumijevamo omjer maksimalnog zvučnog tlaka koji stvara određeni izvor prema minimalnom, izražen u decibelima.
U praksi, pri određivanju dinamičkog raspona izvora zvuka, obično se radi samo s razinama zvučnog tlaka, računajući ili mjereći njihovu odgovarajuću razliku. Na primjer, ako je maksimalna razina zvuka orkestra 90, a minimalna 50 dB, tada se kaže da je dinamički raspon 90 - 50 = = 40 dB. U ovom slučaju, 90 i 50 dB su razine zvučnog tlaka u odnosu na nultu akustičnu razinu.
Dinamički raspon za određeni izvor zvuka nije konstantan. Ovisi o prirodi posla koji se izvodi io akustičnim uvjetima prostorije u kojoj se izvodi. Reverb proširuje dinamički raspon, koji obično doseže maksimalnu vrijednost u prostorijama s velikom glasnoćom i minimalnom apsorpcijom zvuka. Gotovo svi instrumenti i ljudski glasovi imaju dinamički raspon koji je neujednačen u zvučnim registrima. Na primjer, razina glasnoće najnižeg zvuka na "forteu" pjevača jednaka je razini najvišeg zvuka na "klaviru".

Dinamički raspon glazbenog programa izražava se na isti način kao i kod pojedinačnih izvora zvuka, ali se maksimalni zvučni tlak bilježi dinamičkom nijansom ff (fortissimo), a minimalni pp (pianissimo).

Najviša glasnoća, naznačena u notama fff (forte, fortissimo), odgovara razini akustičnog zvučnog tlaka od približno 110 dB, a najniža glasnoća, naznačena u notama prr (piano-pianissimo), približno 40 dB.
Treba napomenuti da su dinamičke nijanse izvedbe u glazbi relativne i da je njihova povezanost s odgovarajućim razinama zvučnog tlaka donekle uvjetna. Dinamički raspon određenog glazbenog programa ovisi o prirodi skladbe. Tako dinamički raspon klasičnih djela Haydna, Mozarta, Vivaldija rijetko prelazi 30-35 dB. Dinamički raspon raznolike glazbe obično ne prelazi 40 dB, dok dance i jazz - samo oko 20 dB. Većina djela za orkestar ruskih narodnih instrumenata također ima mali dinamički raspon (25-30 dB). To vrijedi i za limenu glazbu. Međutim, maksimalna razina zvuka limene glazbe u prostoriji može doseći prilično visoku razinu (do 110 dB).

efekt maskiranja

Subjektivna procjena glasnoće ovisi o uvjetima u kojima slušatelj percipira zvuk. U stvarnim uvjetima, zvučni signal ne postoji u apsolutnoj tišini. Istodobno, vanjski šumovi utječu na sluh, otežavaju percepciju zvuka, prikrivajući glavni signal u određenoj mjeri. Učinak maskiranja čistog sinusoidnog tona vanjskim šumom procjenjuje se vrijednošću koja pokazuje. za koliko se decibela podigne prag čujnosti maskiranog signala iznad praga njegove percepcije u tišini.
Eksperimenti za određivanje stupnja maskiranja jednog zvučnog signala drugim pokazuju da se ton bilo koje frekvencije maskira nižim tonovima puno učinkovitije nego višima. Na primjer, ako dvije vilice (1200 i 440 Hz) emitiraju zvukove istog intenziteta, tada prestajemo čuti prvi ton, on je maskiran drugim (ugasivši vibraciju druge vilice, čut ćemo opet prvi).
Ako istovremeno postoje dva složena audio signala, koja se sastoje od određenih spektara audio frekvencija, tada dolazi do efekta međusobnog maskiranja. Štoviše, ako glavna energija oba signala leži u istom području zvučnog frekvencijskog raspona, tada će učinak maskiranja biti najjači. Dakle, prilikom prijenosa orkestralnog djela, zbog maskiranja pratnjom, dionica solista može postati loša čitko, nejasno.
Postizanje jasnoće ili, kako se kaže, "prozirnosti" zvuka u prijenosu zvuka orkestara ili pop sastava postaje vrlo teško ako instrument ili pojedine skupine instrumenata orkestra istovremeno sviraju u istim ili bliskim registrima.
Pri snimanju orkestra redatelj mora voditi računa o osobitostima maskiranja. Na probama, uz pomoć dirigenta, uspostavlja ravnotežu između zvučne snage instrumenata jedne grupe, kao i između grupa cijelog orkestra. Jasnoća glavnih melodijskih linija i pojedinačnih glazbenih dijelova postiže se u tim slučajevima bliskim položajem mikrofona izvođačima, namjernim odabirom tonskih majstora najvažnijih instrumenata na danom mjestu i drugim posebnim tehnikama zvučne tehnike. .
Fenomenu maskiranja suprotstavlja se psihofiziološka sposobnost slušnih organa da iz opće mase izdvoje jedan ili više zvukova koji nose najvažniju informaciju. Na primjer, kada orkestar svira, dirigent primjećuje i najmanje netočnosti u izvedbi dionice na bilo kojem instrumentu.
Maskiranje može značajno utjecati na kvalitetu prijenosa signala. Jasna percepcija primljenog zvuka moguća je ako njegov intenzitet značajno premašuje razinu komponenti smetnje koje su u istom pojasu kao i primljeni zvuk. Uz jednoliku smetnju, višak signala trebao bi biti 10-15 dB. Ova značajka slušne percepcije nalazi praktičnu primjenu, na primjer, u procjeni elektroakustičkih karakteristika nosača. Dakle, ako je omjer signala i šuma analognog zapisa 60 dB, tada dinamički raspon snimljenog programa ne smije biti veći od 45-48 dB.

Vremenske karakteristike slušne percepcije

Slušni aparat je, kao i svaki drugi oscilatorni sustav, inercijalan. Kada zvuk nestane, slušni osjećaj ne nestaje odmah, već postupno, smanjujući se na nulu. Vrijeme tijekom kojeg se osjet u smislu glasnoće smanjuje za 8-10 fona naziva se vremenskom konstantom sluha. Ova konstanta ovisi o nizu okolnosti, kao io parametrima percipiranog zvuka. Ako dva kratka zvučna impulsa stignu do slušatelja s istim frekvencijskim sastavom i razinom, ali jedan od njih kasni, tada će se percipirati zajedno s kašnjenjem koje ne prelazi 50 ms. Za velike intervale kašnjenja oba se impulsa percipiraju odvojeno, javlja se odjek.
Ova se značajka sluha uzima u obzir pri projektiranju nekih uređaja za obradu signala, na primjer, elektroničkih linija kašnjenja, reverba itd.
Treba napomenuti da zbog posebnog svojstva sluha, percepcija glasnoće kratkotrajnog zvučnog impulsa ne ovisi samo o njegovoj razini, već io trajanju utjecaja impulsa na uho. Dakle, kratkotrajni zvuk, koji traje samo 10-12 ms, uho percipira tiše od zvuka iste razine, ali koji djeluje na uho, na primjer, 150-400 ms. Stoga, kada slušate prijenos, glasnoća je rezultat prosječne energije zvučnog vala u određenom intervalu. Osim toga, ljudski sluh ima inerciju, posebno kada percipira nelinearna izobličenja, on ih ne osjeća ako je trajanje zvučnog pulsa manje od 10-20 ms. Zbog toga se u pokazateljima razine kućne radio-elektroničke opreme za snimanje zvuka trenutne vrijednosti signala usrednjuju tijekom razdoblja odabranog u skladu s vremenskim karakteristikama slušnih organa.

Prostorna reprezentacija zvuka

Jedna od važnih ljudskih sposobnosti je sposobnost određivanja smjera izvora zvuka. Ta se sposobnost naziva binauralni efekt i objašnjava se činjenicom da osoba ima dva uha. Eksperimentalni podaci pokazuju odakle dolazi zvuk: jedan za visokofrekventne tonove, drugi za niskofrekventne tonove.

Do uha koje je okrenuto prema izvoru, zvuk putuje kraćim vremenom nego do drugog uha. Zbog toga se pritisak zvučnih valova u ušnim kanalima razlikuje u fazi i amplitudi. Razlike u amplitudi su značajne samo na visokim frekvencijama, kada duljina zvučnog vala postane usporediva s veličinom glave. Kada razlika amplitude prijeđe prag od 1 dB, čini se da je izvor zvuka na strani gdje je amplituda veća. Kut odstupanja izvora zvuka od središnje crte (linije simetrije) približno je proporcionalan logaritmu omjera amplituda.
Za određivanje smjera izvora zvuka s frekvencijama ispod 1500-2000 Hz značajne su fazne razlike. Čovjeku se čini da zvuk dolazi s one strane s koje val, koji je u fazi ispred, dopire do uha. Kut odstupanja zvuka od središnje linije proporcionalan je razlici u vremenu dolaska zvučnih valova do oba uha. Uvježbana osoba može primijetiti faznu razliku s vremenskom razlikom od 100 ms.
Sposobnost određivanja smjera zvuka u okomitoj ravnini znatno je slabije razvijena (oko 10 puta). Ova značajka fiziologije povezana je s orijentacijom organa sluha u vodoravnoj ravnini.
Posebnost čovjekove prostorne percepcije zvuka očituje se u činjenici da su organi sluha sposobni osjetiti cjelokupnu, cjelovitu lokalizaciju stvorenu uz pomoć umjetnih sredstava utjecaja. Na primjer, dva zvučnika postavljena su u prostoriju duž prednje strane na udaljenosti od 2-3 m jedan od drugog. Na istoj udaljenosti od osi spojnog sustava, slušatelj se nalazi strogo u središtu. U prostoriji se kroz zvučnike emitiraju dva zvuka iste faze, frekvencije i intenziteta. Kao rezultat identiteta zvukova koji prolaze u organ sluha, osoba ih ne može razdvojiti, njegovi osjećaji daju ideju o jednom, prividnom (virtualnom) izvoru zvuka, koji se nalazi strogo u središtu na osi simetrije.
Ako sada smanjimo glasnoću jednog zvučnika, tada će se prividni izvor pomaknuti prema glasnijem zvučniku. Iluzija kretanja izvora zvuka može se dobiti ne samo promjenom razine signala, već i umjetnim odgađanjem jednog zvuka u odnosu na drugi; u ovom slučaju, prividni izvor će se pomaknuti prema zvučniku, koji emitira signal prije vremena.
Dat ćemo primjer za ilustraciju integralne lokalizacije. Razmak između zvučnika je 2m, udaljenost od prednje linije do slušatelja je 2m; da bi se izvor pomaknuo kao za 40 cm ulijevo ili udesno, potrebno je primijeniti dva signala s razlikom u razini intenziteta od 5 dB ili s vremenskom odgodom od 0,3 ms. S razlikom razina od 10 dB ili vremenskom odgodom od 0,6 ms, izvor će se "pomaknuti" 70 cm od središta.
Dakle, ako promijenite zvučni tlak koji stvaraju zvučnici, tada se javlja iluzija pomicanja izvora zvuka. Taj se fenomen naziva totalna lokalizacija. Za stvaranje potpune lokalizacije koristi se dvokanalni stereofonski sustav prijenosa zvuka.
U primarnoj prostoriji postavljena su dva mikrofona od kojih svaki radi na svom kanalu. U sekundaru - dva zvučnika. Mikrofoni se nalaze na određenoj udaljenosti jedan od drugog duž linije paralelne s postavljanjem emitera zvuka. Kada se emiter zvuka pomakne, na mikrofon će djelovati različiti zvučni pritisak i vrijeme dolaska zvučnog vala će biti različito zbog nejednake udaljenosti između emitera zvuka i mikrofona. Ova razlika stvara učinak potpune lokalizacije u sekundarnoj prostoriji, uslijed čega je prividni izvor lokaliziran na određenoj točki u prostoru koja se nalazi između dva zvučnika.
Treba reći o binouralnom sustavu prijenosa zvuka. Kod ovog sustava, nazvanog sustav "umjetne glave", dva odvojena mikrofona postavljena su u primarnu prostoriju, postavljena na međusobnoj udaljenosti koja je jednaka udaljenosti između ušiju osobe. Svaki od mikrofona ima neovisni kanal za prijenos zvuka, na čijem izlazu se u sekundarnoj prostoriji uključuju telefoni za lijevo i desno uho. Uz identične kanale prijenosa zvuka, takav sustav precizno reproducira binauralni efekt stvoren u blizini ušiju "umjetne glave" u primarnoj prostoriji. Prisutnost slušalica i potreba za njihovim dugotrajnim korištenjem je nedostatak.
Organ sluha određuje udaljenost do izvora zvuka nizom neizravnih znakova i s određenim pogreškama. Ovisno o tome je li udaljenost izvora signala mala ili velika, njegova se subjektivna procjena mijenja pod utjecajem različitih čimbenika. Utvrđeno je da ako su utvrđene udaljenosti male (do 3 m), onda je njihova subjektivna procjena gotovo linearno povezana s promjenom glasnoće izvora zvuka koji se kreće po dubini. Dodatni čimbenik složenog signala je njegov ton, koji postaje sve "teži" kako se izvor približava slušatelju. To je zbog sve većeg porasta prizvuka niskog u odnosu na prizvuka visokog registra, uzrokovanog rezultirajuće povećanje razine glasnoće.
Za prosječne udaljenosti od 3-10 m, udaljavanje izvora od slušatelja bit će popraćeno proporcionalnim smanjenjem glasnoće, a ta će se promjena jednako odnositi na osnovnu frekvenciju i na harmonijske komponente. Kao rezultat toga, dolazi do relativnog pojačanja visokofrekventnog dijela spektra i zvuk postaje svjetliji.
Kako se udaljenost povećava, gubitak energije u zraku će se povećavati proporcionalno kvadratu frekvencije. Povećani gubitak prizvuka visokog registra rezultirat će smanjenjem svjetline tona. Dakle, subjektivna procjena udaljenosti povezana je s promjenom njezine glasnoće i boje.
U uvjetima zatvorenog prostora, signali prvih refleksija, koji kasne 20-40 ms u odnosu na izravni, uho percipira kao da dolaze iz različitih smjerova. Istodobno, njihovo sve veće kašnjenje stvara dojam značajne udaljenosti od točaka iz kojih ti odrazi potječu. Dakle, prema vremenu kašnjenja može se prosuditi relativna udaljenost sekundarnih izvora ili, što je isto, veličina prostorije.

Neke značajke subjektivne percepcije stereo emisija.

Stereofoni sustav prijenosa zvuka ima niz značajnih značajki u usporedbi s konvencionalnim monofonim.
Kvaliteta koja razlikuje stereofonski zvuk, surround, tj. prirodna akustička perspektiva može se procijeniti pomoću nekih dodatnih pokazatelja koji nemaju smisla s tehnikom monofonog prijenosa zvuka. Ovi dodatni pokazatelji uključuju: kut sluha, tj. kut pod kojim slušatelj percipira zvučnu stereo sliku; stereo razlučivost, tj. subjektivno određena lokalizacija pojedinih elemenata zvučne slike na određenim točkama prostora unutar kuta čujnosti; akustična atmosfera, tj. učinak da se slušatelj osjeća prisutnim u primarnoj prostoriji u kojoj se događa emitirani zvučni događaj.

O ulozi akustike prostorija

Briljantnost zvuka postiže se ne samo uz pomoć opreme za reprodukciju zvuka. Čak i uz dovoljno dobru opremu, kvaliteta zvuka može biti loša ako prostorija za slušanje nema određena svojstva. Poznato je da u zatvorenoj prostoriji postoji pojava koja se zove reverberacija. Utječući na slušne organe, reverberacija (ovisno o trajanju) može poboljšati ili pogoršati kvalitetu zvuka.

Osoba u prostoriji percipira ne samo izravne zvučne valove koje stvara izravno izvor zvuka, već i valove reflektirane od stropa i zidova prostorije. Reflektirani valovi čujni su još neko vrijeme nakon prestanka izvora zvuka.
Ponekad se vjeruje da reflektirani signali igraju samo negativnu ulogu, ometajući percepciju glavnog signala. Međutim, ovo gledište je netočno. Određeni dio energije početnih reflektiranih eho signala, dopirući do ušiju osobe s kratkim kašnjenjima, pojačava glavni signal i obogaćuje njegov zvuk. Naprotiv, kasnije reflektirani odjeci. čije vrijeme kašnjenja prelazi određenu kritičnu vrijednost, stvaraju zvučnu pozadinu koja otežava percepciju glavnog signala.
Prostorija za slušanje ne bi trebala imati dugo vrijeme odjeka. Dnevne sobe obično imaju nisku reverberaciju zbog svoje ograničene veličine i prisutnosti površina koje apsorbiraju zvuk, tapeciranog namještaja, tepiha, zavjesa itd.
Barijere različite prirode i svojstava karakterizirane su koeficijentom apsorpcije zvuka, koji je omjer apsorbirane energije i ukupne energije upadnog zvučnog vala.

Da biste povećali svojstva upijanja zvuka tepiha (i smanjili buku u dnevnoj sobi), preporučljivo je objesiti tepih ne blizu zida, već s razmakom od 30-50 mm).

Čovjek je uistinu najinteligentnija od životinja koje obitavaju na planeti. Međutim, naš um često nam oduzima nadmoć u takvim sposobnostima kao što je percepcija okoline putem mirisa, sluha i drugih osjetilnih senzacija.

Dakle, većina životinja je daleko ispred nas kada je u pitanju slušni domet. Raspon ljudskog sluha je raspon frekvencija koje ljudsko uho može percipirati. Pokušajmo razumjeti kako ljudsko uho funkcionira u odnosu na percepciju zvuka.

Raspon ljudskog sluha u normalnim uvjetima

Prosječno ljudsko uho može uhvatiti i razlikovati zvučne valove u rasponu od 20 Hz do 20 kHz (20 000 Hz). Međutim, kako osoba stari, slušni raspon osobe se smanjuje, posebice njegova gornja granica. Kod starijih osoba obično je mnogo niža nego kod mlađih, dok dojenčad i djeca imaju najbolje slušne sposobnosti. Slušna percepcija visokih frekvencija počinje se pogoršavati od osme godine života.

Ljudski sluh u idealnim uvjetima

U laboratoriju se pomoću audiometra koji emitira zvučne valove različitih frekvencija i slušalica prilagođenih slušalicama utvrđuje raspon sluha osobe. Pod tim idealnim uvjetima, ljudsko uho može prepoznati frekvencije u rasponu od 12 Hz do 20 kHz.

Raspon sluha za muškarce i žene

Postoji značajna razlika između raspona sluha muškaraca i žena. Utvrđeno je da su žene osjetljivije na visoke frekvencije od muškaraca. Percepcija niskih frekvencija manje-više je ista kod muškaraca i žena.

Razne skale za označavanje raspona sluha

Iako je frekvencijska ljestvica najčešća ljestvica za mjerenje raspona ljudskog sluha, također se često mjeri u paskalima (Pa) i decibelima (dB). Međutim, mjerenje u paskalima smatra se nezgodnim jer ova jedinica uključuje rad s vrlo velikim brojevima. Jedan µPa je udaljenost koju prijeđe zvučni val tijekom vibracije, što je jednako jednoj desetini promjera atoma vodika. Zvučni valovi u ljudskom uhu putuju puno veću udaljenost, što otežava dati raspon ljudskog sluha u paskalima.

Najtiši zvuk koji može prepoznati ljudsko uho je otprilike 20 µPa. Ljestvica decibela lakša je za korištenje jer je to logaritamska ljestvica koja se izravno odnosi na ljestvicu Pa. Uzima 0 dB (20 µPa) kao referentnu točku i nastavlja komprimirati ovu ljestvicu tlaka. Stoga je 20 milijuna µPa jednako samo 120 dB. Tako ispada da je raspon ljudskog uha 0-120 dB.

Raspon sluha uvelike se razlikuje od osobe do osobe. Stoga je za otkrivanje gubitka sluha najbolje mjeriti raspon čujnih zvukova u odnosu na referentnu ljestvicu, a ne u odnosu na uobičajenu standardiziranu ljestvicu. Testovi se mogu provesti pomoću sofisticiranih alata za dijagnostiku sluha koji mogu točno odrediti opseg i dijagnosticirati uzroke gubitka sluha.

To je složen specijalizirani organ koji se sastoji od tri dijela: vanjskog, srednjeg i unutarnjeg uha.

Vanjsko uho je aparat za hvatanje zvuka. Zvučne vibracije hvataju ušne školjke i prenose ih kroz vanjski zvukovod do bubne opne, koja odvaja vanjsko uho od srednjeg uha. Za određivanje smjera zvuka važan je hvatanje zvuka i cijeli proces slušanja s dva uha, takozvani biniuralni sluh. Zvučne vibracije koje dolaze sa strane dopiru do najbližeg uha nekoliko decimalnih djelića sekunde (0,0006 s) prije drugog. Ta iznimno mala razlika u vremenu dolaska zvuka u oba uha dovoljna je da se odredi njegov smjer.

Srednje uho je zračna šupljina koja je Eustahijevom tubom povezana s nazofarinksom. Vibracije iz bubne opne kroz srednje uho prenose 3 međusobno povezane slušne koščice - čekić, nakovanj i stremen, a potonji kroz membranu ovalnog prozora prenosi te vibracije tekućine unutarnjeg uha - perilimfe . Zahvaljujući slušnim koščicama, amplituda oscilacija se smanjuje, a njihova snaga raste, što omogućuje pokretanje stupca tekućine u unutarnjem uhu. Srednje uho ima poseban mehanizam za prilagodbu promjenama intenziteta zvuka. Kod jakih zvukova posebni mišići povećavaju napetost bubnjića i smanjuju pokretljivost stremena. Time se smanjuje amplituda vibracija, a unutarnje uho je zaštićeno od oštećenja.

Unutarnje uho s pužnicom smještenom u njemu nalazi se u piramidi temporalne kosti. Ljudska pužnica ima 2,5 zavojnice. Kohlearni kanal podijeljen je s dvije pregrade (glavnom membranom i vestibularnom membranom) u 3 uska prolaza: gornji (scala vestibularis), srednji (membranski kanal) i donji (scala tympani). Na vrhu pužnice nalazi se rupica koja spaja gornji i donji kanal u jedan, a ide od ovalnog prozora do vrha pužnice i dalje do okruglog prozora. Njihova je šupljina ispunjena tekućinom - perilimfom, a šupljina srednjeg membranoznog kanala ispunjena je tekućinom različitog sastava - endolimfom. U srednjem kanalu nalazi se aparat za primanje zvuka - Cortijev organ, u kojem se nalaze receptori za zvučne vibracije - dlačice.

Mehanizam percepcije zvuka. Fiziološki mehanizam percepcije zvuka temelji se na dva procesa koji se odvijaju u pužnici: 1) odvajanje zvukova različitih frekvencija na mjestu njihovog najvećeg utjecaja na glavnu membranu pužnice i 2) transformacija mehaničkih vibracija u živčanu ekscitaciju. receptorskim stanicama. Zvučne vibracije koje ulaze u unutarnje uho kroz ovalni prozorčić prenose se na perilimfu, a vibracije te tekućine dovode do pomaka glavne membrane. Visina stupca oscilirajuće tekućine i, prema tome, mjesto najvećeg pomaka glavne membrane ovisi o visini zvuka. Stoga se pri različitim visinama pobuđuju različite stanice s dlakama i različita živčana vlakna. Povećanje intenziteta zvuka dovodi do povećanja broja pobuđenih dlačica i živčanih vlakana, što omogućuje razlikovanje intenziteta zvučnih vibracija.
Pretvorbu vibracija u proces uzbude provode posebni receptori - stanice kose. Dlake ovih stanica uronjene su u pokrovnu membranu. Mehaničke vibracije pod djelovanjem zvuka dovode do pomicanja pokrovne membrane u odnosu na receptorske stanice i savijanja dlačica. U receptorskim stanicama mehaničko pomicanje dlačica uzrokuje proces ekscitacije.

provođenje zvuka. Razlikovati zračnu i koštanu provodljivost. U normalnim uvjetima kod čovjeka prevladava provodljivost zraka: zvučne valove hvata vanjsko uho, a vibracije zraka prenose se vanjskim zvukovodom u srednje i unutarnje uho. U slučaju koštane vodljivosti, zvučne vibracije se prenose kroz kosti lubanje izravno u pužnicu. Ovaj mehanizam prijenosa zvučnih vibracija važan je kada osoba roni pod vodom.
Osoba obično percipira zvukove frekvencije od 15 do 20 000 Hz (u rasponu od 10-11 oktava). Kod djece gornja granica doseže 22 000 Hz, s godinama se smanjuje. Najveća osjetljivost utvrđena je u frekvencijskom području od 1000 do 3000 Hz. Ovo područje odgovara frekvencijama koje se najčešće pojavljuju u ljudskom govoru i glazbi.

Zvuk, poput signala, ima beskonačan broj vibracija i može nositi istu beskonačnu količinu informacija. Stupanj njegove percepcije bit će različit ovisno o fiziološkim mogućnostima uha, u ovom slučaju isključujući psihološke čimbenike. Ovisno o vrsti buke, njezinoj učestalosti i pritisku, čovjek osjeća njezin utjecaj na sebi.

Prag osjetljivosti ljudskog uha u decibelima

Osoba percipira frekvenciju zvuka od 16 do 20 000 Hz. Bubnjići su osjetljivi na pritisak zvučnih vibracija čija se razina mjeri u decibelima (dB). Optimalna razina je od 35 do 60 dB, buka od 60-70 dB poboljšava mentalni rad, više od 80 dB, naprotiv, slabi pažnju i otežava proces razmišljanja, a dugotrajna percepcija zvuka iznad 80 dB može uzrokovati sluh gubitak.

Frekvencija do 10-15 Hz je infrazvuk, koji se ne percipira uhu, što uzrokuje rezonantne vibracije. Sposobnost kontrole vibracija koje stvara zvuk najmoćnije je oružje masovnog uništenja. Nečujan za uho, infrazvuk može putovati na velike udaljenosti, odašiljajući naredbe koje tjeraju ljude da se ponašaju prema određenom scenariju, izazivaju paniku i užas, tjeraju ih da zaborave na sve što nema veze sa željom da se sakriju, da pobjegnu od ovoga strah. A s određenim omjerom frekvencije i zvučnog tlaka, takav aparat je sposoban ne samo potisnuti volju, već i ubiti, ozlijediti ljudska tkiva.

Prag apsolutne osjetljivosti ljudskog uha u decibelima

Raspon od 7 do 13 Hz emitira prirodne katastrofe: vulkane, potrese, tajfune i izaziva osjećaj panike i užasa. Budući da ljudsko tijelo ima i frekvenciju osciliranja, a to je od 8 do 15 Hz, uz pomoć ovakvog infrazvuka ne košta ništa stvoriti rezonanciju i udeseterostručiti amplitudu kako bi se čovjek natjerao na samoubojstvo ili oštetio unutarnje organe.

Pri niskim frekvencijama i visokom tlaku javljaju se mučnina i bolovi u želucu koji vrlo brzo prelaze u ozbiljne poremećaje gastrointestinalnog trakta, a povećanje tlaka do 150 dB dovodi do tjelesnih oštećenja. Rezonancije unutarnjih organa na niskim frekvencijama uzrokuju krvarenje i grčeve, na srednjim frekvencijama - živčano uzbuđenje i ozljede unutarnjih organa, na visokim frekvencijama - do 30 Hz - opekline tkiva.

U suvremenom svijetu aktivno je u tijeku razvoj zvučnog oružja, a očito nije uzalud njemački mikrobiolog Robert Koch predvidio da će biti potrebno tražiti "cijepljenje" protiv buke poput kuge ili kolere.

Često procjenjujemo kvalitetu zvuka. Prilikom odabira mikrofona, programa za obradu zvuka ili formata snimanja audio datoteke, jedno od najvažnijih pitanja je koliko će dobro zvučati. Ali postoje razlike između karakteristika zvuka koji se može izmjeriti i onih koji se mogu čuti.

Ton, timbar, oktava.

Mozak percipira zvukove određenih frekvencija. To je zbog osobitosti mehanizma unutarnjeg uha. Receptori koji se nalaze na glavnoj membrani unutarnjeg uha pretvaraju zvučne vibracije u električne potencijale koji pobuđuju vlakna slušnog živca. Vlakna slušnog živca imaju frekvencijsku selektivnost zbog ekscitacije stanica Cortijevog organa koji se nalaze na različitim mjestima glavne membrane: visoke frekvencije se percipiraju u blizini ovalnog prozora, niske frekvencije - na vrhu spirale.

Visina koju osjećamo usko je povezana s fizičkom karakteristikom zvuka, frekvencijom. Frekvencija se mjeri kao broj potpunih ciklusa sinusnog vala u jednoj sekundi (herc, Hz). Ova definicija frekvencije temelji se na činjenici da sinusni val ima potpuno isti valni oblik. U stvarnom životu vrlo malo zvukova ima ovo svojstvo. Međutim, bilo koji zvuk može se prikazati skupom sinusoidnih oscilacija. Takav sklop obično nazivamo tonom. To jest, ton je signal određene visine, koji ima diskretni spektar (glazbeni zvukovi, samoglasnici govora), u kojem se razlikuje frekvencija sinusoidnog vala, koja ima najveću amplitudu u ovom skupu. Signal koji ima širok kontinuirani spektar, čije sve frekvencijske komponente imaju isti prosječni intenzitet, naziva se bijeli šum.

Postupno povećanje frekvencije zvučnih vibracija percipira se kao postupna promjena tona od najnižeg (bas) prema najvišem.

Stupanj točnosti s kojim osoba uhom određuje visinu zvuka ovisi o oštrini i uvježbanosti njegova sluha. Ljudsko uho dobro razlikuje dva tona bliska po visini. Na primjer, u frekvencijskom području od približno 2000 Hz, osoba može razlikovati dva tona koji se međusobno razlikuju po frekvenciji za 3-6 Hz ili čak manje.

Frekvencijski spektar glazbenog instrumenta ili glasa sadrži niz ravnomjerno raspoređenih vrhova – harmonika. Oni odgovaraju frekvencijama koje su višekratnici neke osnovne frekvencije, najintenzivnijeg od sinusnih valova koji čine zvuk.

Poseban zvuk (timbar) glazbenog instrumenta (glas) povezan je s relativnom amplitudom različitih harmonika, a visina koju osoba percipira najtočnije prenosi osnovnu frekvenciju. Tinbra, kao subjektivni odraz percipiranog zvuka, nema kvantitativnu procjenu i karakterizira se samo kvalitativno.

U "čistom" tonu postoji samo jedna frekvencija. Obično se percipirani zvuk sastoji od frekvencije osnovnog tona i nekoliko "nečistoća" frekvencija, koje se nazivaju prizvuci. Prizvuci su višekratnik frekvencije osnovnog tona i manji od njegove amplitude. Boja zvuka ovisi o intenzitetu raspodjela po prizvucima.Spektar kombinacije glazbenih zvukova, nazvan akord, pokazuje se složenijim.U takvom spektru postoji nekoliko temeljnih frekvencija uz popratne prizvuke.

Ako je frekvencija jednog zvuka točno dvostruko veća od frekvencije drugog, zvučni valovi "staju" jedan u drugi. Frekvencijska udaljenost između takvih zvukova naziva se oktava. Frekvencijski raspon koji osoba percipira, 16-20 000 Hz, pokriva približno deset do jedanaest oktava.

Amplituda zvučnih vibracija i glasnoća.

Čujni dio raspona zvukova dijeli se na zvukove niske frekvencije - do 500 Hz, zvukove srednje frekvencije - 500-10 000 Hz i zvukove visoke frekvencije - preko 10 000 herca. Uho je najosjetljivije na relativno uzak raspon zvukova srednje frekvencije od 1000 do 4000 Hz. To jest, zvukovi iste jačine u srednjem frekvencijskom rasponu mogu se percipirati kao glasni, au niskofrekventnom ili visokofrekventnom rasponu - kao tihi ili se uopće ne mogu čuti. Ova značajka percepcije zvuka posljedica je činjenice da se zvučne informacije potrebne za postojanje osobe - govor ili zvukovi prirode - prenose uglavnom u srednjem frekvencijskom rasponu. Dakle, glasnoća nije fizički parametar, već intenzitet slušnog osjeta, subjektivna karakteristika zvuka povezana s osobitostima naše percepcije.

Slušni analizator percipira povećanje amplitude zvučnog vala zbog povećanja amplitude vibracije glavne membrane unutarnjeg uha i stimulacije sve većeg broja stanica dlačica uz prijenos električnih impulsa na višoj frekvenciji i duž većeg broja živčanih vlakana.

Naše uho može razlikovati intenzitet zvuka u rasponu od najslabijeg šapata do najglasnijeg šuma, što otprilike odgovara milijun puta povećanju amplitude kretanja glavne membrane. Međutim, uho tumači ovu ogromnu razliku u amplitudi zvuka kao promjenu od približno 10 000 puta. To jest, ljestvica intenziteta je snažno "komprimirana" mehanizmom percepcije zvuka slušnog analizatora. To omogućuje osobi tumačenje razlika u intenzitetu zvuka u iznimno širokom rasponu.

Intenzitet zvuka mjeri se u decibelima (dB) (1 bel je jednak deseterostrukoj amplitudi). Isti sustav koristi se za određivanje promjene volumena.

Za usporedbu možemo dati približnu razinu intenziteta različitih zvukova: jedva čujni zvuk (prag čujnosti) 0 dB; šapat uz uho 25-30 dB; govor prosječne glasnoće 60-70 dB; vrlo glasan govor (vikanje) 90 dB; na koncertima rock i pop glazbe u središtu dvorane 105-110 dB; pored aviona koji uzlijeće 120 dB.

Veličina povećanja glasnoće percipiranog zvuka ima diskriminacijski prag. Broj gradacija glasnoće koji se razlikuju na srednjim frekvencijama ne prelazi 250, na niskim i visokim frekvencijama naglo se smanjuje i prosječno iznosi oko 150.