Този сайт използва бисквитки (cookies). Ако желаете можете да научите повече тукПриемам
29 май 2017
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Разни
FACEBOOK

Какво чува човекът? Психоакустика

Защо човек привиква към определени звуци?

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 01 януари 2017 в 10:23125370

Психоакустиката е науката, която може да Ви обясни как внезапно пляскане с ръце може да е силно в едно тихо помещение (напр. в библиотека), а на улицата да е незначителен шум, който бихте пренебрегнали.

Психоакустиката изучава психологическите и физиологическите особености на възприемането на звука от страна на човека. Може да бъде класифицирана като клон на психофизиката. По-точно, в звукозаписването и звуковъзпроизвеждането (ЗЗВ) основните задачи на психоакустическата наука са следните:

- да обясни как човешкото слухово възприятие разшифрова един или друг звуков образ

- да установи основните взаимовръзки между физическите стимули и слуховите усещания

- да разкрие кои параметри на звуковия сигнал са най-значими за предаване на семантична (смислова) и естетическа (емоционална) информация

Защо всъщност е нужно това?

В много компютърни програми за обработка на записани акустични сигнали (предимно предназначени за звукозаписната индустрия) е важно да се знае какво чуват хората. Звукът като трептене на материята, което се предава като периодична промяна на налягането (вследствие сгъстяване и разреждане на средата) и се възприема от слуховия апарат, може да бъде точно измерен със съвременно оборудване. Но да се разбере и обясни как звуковите вълни се приемат и изобразяват в главния мозък на човека не е толкова лесно.

Разбирането на процесите на възприемане на звука позволява на учените да се съсредоточат върху възможностите на слуха, игнорирайки не по-малките възможности на други сетива. Също така трябва да се отбележи, че въпросът "какво чува човекът?" е не само въпрос на физиологическите възможности на ухото, но и на психологията на възприятието.

В ЗЗВ е позната и т.н. приложна психоакустика (applied psychophysics), която се използва главно за да се открият нови цифрови аудиоформати с компресия на съдържанието и такива, при които загубите на качество са намалени.

Какво чува човекът

За описание на времевите характеристики на звуковата вълна се използва понятието "фаза на звуковата вълна". Човешкият слух в много отношения е подобен на спектрален анализатор. Ухото разпознава спектралния състав (тембъра) на звуковите вълни без анализ на фазата на вълната. Но анализът на звуковите вълни, постъпващи в лявото и в дясното ухо, е важен за определянето на звука в пространството. Между двете уши има известно разстояние и поради това звукът постъпва в различно време във всяко едно от тях. По разликата във фазите мозъкът определя пространственото положение на звуковия източник.

Част от целия процес на чуване е разлагането от ухото на звуковия сигнал на съставните му тонове. Базиларната мембрана разделя звуците в зависимост от тяхната честота. Те се преобразуват в нервни импулси, като част от всичката информация остава нечуваема. MP3, OGG Vorbis и другите компресирани формати със загуба на качество се възползват именно от това.

Като звуков приемник ухото има нелинейна реакция спрямо звуци с различен интензитет. Една нейна особеност е, че при два близки един до друг тона ухото, освен че ги възприема като самостоятелни, възприема и разликата между тях като тон фантом – тон, който е нещо средно между двата. Подобни физиологични ефекти в ухото, породени от неговото устройство, се наричат физиологично-акустични. Хората понякога наричат това и психоакустичен модел, но това не отговаря напълно на истината.

Съществуват и реални психоакустични ефекти, например това нещо се получава и при хора, които дълго време са живели на шумни места – например булеварди. С течение на времето те започват да игнорират околния шум и се съсредоточават върху всекидневието си. Когато на гости им дойде някой, който живее на по-тихо място, силните странични шумове от клаксони, трамваи и др. му правят силно впечатление, а дългогодишният обитател на шумния апартамент въобще не се впечатлява. Подобен ефект е налице и когато човек слуша съскащ и пукащ запис на грамофонна плоча. Ако той прави това много пъти в продължение на години, човекът спира да възприема шумовете и се концентрира върху музиката. Ако това става постоянно и редовно, слушателят до такава степен свиква с този ефект, че в края на записа, ако го попитат има ли шум, той няма да може да Ви отговори. Това се нарича психоакустично маскиране.

При физиологично-акустичния модел всичко се определя от ухото, нервната система и как й е подаден звуковият сигнал. При психоакустичния модел обаче говорим за обработването на сигнала след неговото постъпване в мозъка, и това как той го обработва. Това е още една причина различните хора да чуват едно и също нещо различно.

Тази способност на мозъка да маскира подобни шумове се използва в много технологии.

Ефект на маскирането

В някои случаи наистина един звук може да бъде скрит от друг. Например, разговор близо до железопътна линия може да бъде невъзможен, ако по нея преминава влак. Това именно се нарича ефект на аудио маскиране. Един звук е маскиран тогава, когато е станал неразличим поради близкото наличие на друг по-силен. По-силният звук изкривява кривите на абсолютна чуваемост, и слабият звук, иначе нормално чуваем, става нечуваем, защото попада под кривите на абсолютната чуваемост.

Съществуват няколко вида маскировка, сред които най-общо могат да се откроят:

- по времето на идване на маскирания и маскиращия звук

- по вида на маскирания и маскиращия звук

Ако два звукови сигнала звучат едновременно и единият маскира другия, говорим за симултантно (едновременно) маскиране. По-силният звук води до изчезване на чуваемостта на по-слабия. Колкото по-близо е честотата на маскирания звук до тази на маскиращия, толкова по-добре ще бъде скриван той. Ефектът на маскирането не е еднакъв, ако маскираният звук има честота, по-висока или по-ниска от тази на маскиращия. Нискочестотният звук маскира високочестотните, но те не могат да маскират нискочестотните.

Ако внезапно маскиращият звук изчезне, маскираният продължава известно време да не е чуваем. Времето на маскиране зависи от честотата и амплитудата на сигнала и може да достигне 100 ms. Съществува и т.н. предходно или последващо звуково маскиране. Слаб звук, произведен веднага след силен, не се чува, но и слаб сигнал веднага преди силния също не се чува, защото и в двата случая по-силният сигнал надделява над по-слабия.

Звуци фантоми

Някога чудили ли сте се как малки колонки вадят неочаквано силен за категорията си бас? Ето как става това.

В някои случаи човек може да чуе звуци в нискочестотния диапазон, които всъщност не съществуват. Това се получава поради факта, че трептенията на базиларната мембрана в ушния охлюв не са линейни, а в нея могат да възникнат вибрации с различна честота между две по-високочестотни.

Този ефект се използва в различни бюджетни аудиосистеми, за да се разшири диапазонът на възпроизводимите ниски честоти, ако това поначало е трудно да се стори. Става дума обикновено за по-достъпни звукови устройства, като слушалки, мобилни телефони, нискобюджетни говорители и т.н.

Граници на възприемането на звука

Човекът обикновено може да чуе звук в честотния диапазон от 16 до 20 000 Hz, като има тенденция горната граница да се снижава с възрастта. Повечето възрастни хора не могат да чуят звук с честота повече от 16 kHz. Ухото само по себе си не реагира на честоти под 20 Hz, но те могат да бъдат усетени чрез органите на осезанието.

Диапазонът на силата на възприеманите звуци (възприеманата гръмкост на звука) е много широк. Тъпанчето на ухото обаче е чувствително само към промяната на налягането. Долната пределна граница на чуваемост на звука от страна на човека теоретично е определена като 0 dB (налягане 20 микропаскала), а дефинирането на горната пределна граница се отнася първо към прага на поява на дискомфорт и след това – към нарушението на слуха, причиняване на слухови увреждания и т.н. Тази граница обаче зависи и от това колко дълго човек слуша даден звук. Ухото е способно да понесе без последствия кратковременно увеличение на силата до 120 dB, но дълговременното възприемане на звук със сила над 80 dB причинява увреждане на звука.

По-точни изследвания на долната граница на слуха обаче показват, че минималният праг, до който звукът остава чуваем, зависи от честотата. Графиката на тази зависимост е получила названието долен (абсолютен) праг на чуване. Ориентировъчно, той има област с най-висока чувствителност в диапазона от 1 kHz до 5 kHz, макар с възрастта чувствителността да намалява в диапазона над 2 kHz.

Кривата с минимална гръмкост 0 се получава при едва доловим звук. Прагът на чуване определя това, което наричаме острота на слуха. Методът за измерване се нарича аудиометрия.

Минималната разлика между честотата на два прости звукови тона, които ухото може да възприеме като различни, се нарича честотна разделителна способност. Тя е най-добра и достига до 3 Hz при честота около 3 kHz, където прагът на чуваемост е най-нисък.

Кривата на долния праг на чуване е частен случай на по-общи – на кривите на еднаква гръмкост (изофоните). Това са стойности на звуковото налягане при различни честоти, при което обаче човекът усеща звуците еднакво силни.

Тези криви са за първи път са получени от Флетчър и Мънсън (H. Fletcher and W. A. Munson) и публикувани през 1933 г. в статията им Loudness, its definition, measurement and calculation. По-късно по-точни измервания са извършили Робинсън и Дадсън в труда си A re-determination of the equal-loudness relations for pure tones. Получените резултати имат значителна разлика, но това не значи грешка на единия или другия колектив, а различни условия на провеждане на експеримента. Първите двама изследователи са използвали слушалки като източник на звукови вълни, а другите – фронтално разположен говорител в безехова камера.

Изследванията на Робинсън и Дадсън са използвани за създаването на стандарта ISO 226 през 1986 год. През 2003 този стандарт беше редактиран, като са използвани данни от 12 независими проучвания в различни лаборатории.

Освен това съществува и начин за възприемане на звука без участие на тъпанчето – т.н. микровълнов слухов ефект. Той се появява, когато импулсното или модулирано излъчване в микровълновия диапазон въздейства на тъканта около ушния охлюв.

Психоакустиката в софтуера

Психоакустичните модели на слуха позволяват да се създадат нови цифрови формати за компресирано музикално съдържание, при които част от информацията може безопасно да се "загуби" без значително влошаване на крайното качество. На пръв поглед може би изглежда, че едва ли по такъв начин може да се постигне значително свиване на сигнала, обаче тези хитри програми позволяват да се получи намаляване на файловия обем 10-12 пъти, при това без сериозна загуба на качество.

С такъв вид компресия си служат следните видове музикални формати:

- МР3 – или просто MPEG-1 Layer 3. В някои страни се използва и за цифрово аудиоизлъчване

- Ogg Vorbis, WMA, ААС, Musepack, ATRAC – последният се използва в цифровия магнитооптичен носител MiniDisc и в някои преносими МР3 плейъри на Sony.

Антон Оруш, Sandacite.bg – https://www.sandacite.bg

Източници:

Fletcher H., Munson W. A. Loudness, its definition, measurement and calculation // J.Acoust. Soc Am.5, 82-108 (1933).

Psychoacoustics - https://en.wikipedia.org/wiki/Psychoacoustics

Psychoacoustics: Where Sound Meets Your Brain - http://www.uaudio.com/blog/how-the-ear-works/

Robinson D. W., Dadson R. S. A re-determination of the equal-loudness relations for pure tones // Br. J. Appl. Phys. 7, 166—181, 1956).

Звук и слух - http://otix-perm.ru/2016/07/01/zvuk-i-sluh/

Психоакустика - https://ru.wikipedia.org/wiki/Психоакустика


Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Биология

Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.