Характеристики студийных звуковых сигналов (стр. 2 из 2)
Эксперименты, проделанные с большой группой слушателей, среди которых не было профессиональных музыкантов (поскольку их слух натренирован на заученные образцы консонансных и диссонансных созвучий), позволили установить, при какой разнице по частоте два чистых синусоидальных звука воспринимаются как «приятные» консонансные или как резкие, неприятные «диссонансные».
Максимальная приятность звучания (консонанс) обозначен 1, диссонанс – 0, максимальная неприятность (резкость) – консонанс=0, диссонанс=1.
Если разница частот равна нулю, то есть два тона звучат в унисон, то это совершенный консонанс. Если разница частот больше, чем критическая полоса, то это созвучие тоже звучит как консонанс. Для частот, разница между которыми составляет от 5 до 50% от критической полосы, созвучие воспринимается как диссонанс. Максимальный диссонанс прослушивается, когда разница составляет одну четверть от ширины критической полосы. Следует помнить, что ширина эта меняется с частотой (смотри рисунок). Поэтому два тона могут звучать как консонансный интервал в одной октаве, и как значительно менее консонансный (или даже диссонансный) – в другой.
Эти результаты полезно иметь в виду при составлении различных электронных музыкальных композиций и компьютерной обработке звука. Следует с осторожностью использовать сочетания звуков, частотная разница между которыми порядка одной четверти критической полосы, если не ставить специальной задачи создать такую музыку, чтобы слушатель от нее впадал в нервное расстройство.
2.2 Восприятие по амплитуде
Звуковые колебания воспринимаются на слух как звуки, имеющие определенную громкость. Наименьшее значение интенсивности звука, которое вызывает ощущение, называется порогом слышимости.
Рисунок 1– Кривые равной громкости
Порог слышимости наименьший в диапазоне 1-5 кГц. На частоте 1000 Гц пороговое значение интенсивности звука равно 10-12 Вт/м2, а давления – 2•10-5 Па. Как указывалось ранее, уровни этих величин приняты за нулевые.
С увеличением интенсивности звука растет и ощущение ее громкости. Это происходит до тех пор, когда дальнейшее повышение интенсивности звука, не изменяя ощущения громкости, вызывает болевые ощущения. Наименьшее значение интенсивности звука, которое вызывает ощущение боли, определяется порогом болевого ощущения (порогом осязания). Динамический диапазон слуха (Dc) есть разность уровней интенсивности звука, соответствующих порогу осязания и порогу слышимости:
Dc=No –Nc.
На средних частотах Dc=120...130 дБ.
Изменение интенсивности звука вызывает изменение громкости лишь тогда, когда первая изменяется на определенную величину, т. е. при непрерывном изменении интенсивности звука, ощущение громкости меняется не непрерывно, а дискретно, т. е. скачками. Такие скачки- называют порогом различения интенсивности. При небольших громкостях величина скачка (градации) равна на 2-3 дБ, а с повышением громкости –уменьшается до 0,4 дБ. Можно считать, что по диапазону от порога слышимости до порота осязания величина элементарного скачка составляет в среднем 0,8—1 дБ. Общее число различимых ухом градаций силы звука в диапазоне средних частот составляет 250, на низких и средних частотах оно уменьшается, так что в среднем по звуковому диапазону составляет 160.
Для количественной оценки громкости применяется метод субъективного сравнения. В соответствии с этим методом эталонный звук (в качестве эталонного применяется тон с частотой 1000 Гц) уравнивается по громкости с исследуемым, полученный при этом уровень эталонного звука и принимается в качестве уровня громкости исследуемого звука. Единица измерения уровня громкости — фон.
Таким образом, на частоте 1000 Гц уровень громкости (в фонах), совпадает с уровнем силы звука (в децибелах).
На рис. 1 показаны частотные зависимости кривых равной громкости. Параметром кривых является уровень громкости; каждая кривая показывает, каким образом с изменением частоты должен изменяться уровень интенсивности звука, чтобы громкость синусоидальных сигналов оставалась неизменной.
Отметим одну особенность, которая определяется формой кривых равной громкости: при изменении уровня интенсивности уровень громкости на низких частотах изменяется сильнее, чем на средних и высоких частотах. Следовательно, частотно-независимая регулировка уровня в звуковоспроизводящих устройствах приводит к более резкому изменению громкости низкочастотных составляющих сигнала, т. е. к искажению тембра (АЧХ) сигнала. Поэтому в высококачественных звуковоспроизводящих устройствах применяют тонкомпенсированные регуляторы уровня.
При измерении различного рода акустических шумов и помех необходимо также учитывать свойства слухового восприятия. В шумомерах, например, для этой цели используется три вида частотных характеристик — А, В, С. Характеристика А применяется, для измерения шумов с уровнем громкости 20—55 фон, В — с уровнем 55—85 фон, С — с уровнем выше 85 фон. Характеристика С прямолинейная, а характеристики А и В — обратны к изофонам с уровнями громкости, равными соответственно 40 и 70 фон.
2.3 Временные характеристики слуха
Орган слуха обладает определенной инерционностью при восприятии быстро нарастающих звуков. Ощущение громкости, близкое к предельному, возникает примерно через 50 мс после появления звукового импульса, что свидетельствует об интегрирующей способности слуха.
Слух обладает и «памятью» — ощущение громкости исчезает лишь спустя некоторое время после исчезновения сигнала.
Время, в течение которого ощущение по уровню громкости уменьшается на 8—10 фон, называется постоянной времени слуха. Постоянная времени слуха равна 150— 200 мс. Наличие у слуха «памяти» объясняет тот известный факт, что запаздывающие повторения сигнала не воспринимаются как раздельный сигнал, если время запаздывания не превышает 50 мс. Происходит это потому, что за время 50 мс ощущение от прямого сигнала уменьшается незначительно (при мгновенном исчезновении сигнала ощущение уменьшилось бы примерно на 3 фона) и запаздывающий сигнал принимается как продолжение прямого.
2.4 Нелинейные свойства слуха
Синусоидальный сигнал с большим уровнем воспринимается на слух как сигнал, имеющий гармонические составляющие. Если, например, уровень исходного колебания 100 дБ, то уровни субъективно ощущаемых вторых и третьих гармоник равны соответственно 88 и 74 дБ. Колебание сложной формы с достаточно высоким уровнем может привести к появлению субъективных комбинационных составляющих, причем разностные составляющие воспринимаются на слух как более мощные по сравнению с суммарными.
2.5 Маскировка звука
Мешающий сигнал повышает порог слышимости полезного сигнала. Это явление называется маскировкой. Количественно маскировка оценивается величиной, указывающей, на сколько децибел повышается порог слышимости полезного сигнала в присутствии шумов по сравнению с его порогом слышимости в тишине. Различают маскировку «снизу вверх» и «сверху вниз». В первом случае помеха по частоте находится ниже частот сигнала, во втором — выше. Маскировка «снизу вверх» оказывает большее мешающее действие. Если частота гармонического сигнала располагается внутри полосы шума, то маскировка увеличивается с возрастанием полосы шума, пока последняя не достигнет критической полосы. Дальнейший рост полосы шума приводит к незначительному увеличению маскировки.
2.6 Бинауральный эффект
Способность органа слуха определять направление на источник звука называется бинауральным эффектом. Точность, с которой может быть определено направление на источник звука в горизонтальной плоскости, достаточно высока, ошибка составляет 3—4°.
Можно указать три причины, которые способствуют правильному определению направления на источник звука.
1. К уху, расположенному дальше от источника, сигнал приходит с небольшим запаздыванием во времени по отношению к другому уху, по этой разности во времени человек может судить о направлении на источник звука на низких частотах.
2. На высоких частотах сигнал у одного и другого уха будет иметь разный уровень вследствие экранирующего действия головы.
3. Форма спектра на высоких частотах из-за экранирующего действия головы у левого и правого уха также будет различна.
Бинауральные свойства слуха используются при построении стереофонической аппаратуры.