Раздел 1.Теоретические основы электроакустики Слуховое восприятие гармонических колебаний

Качество звуковой передачи можно оценить только на основе звуковых ощущений, это значит, что правильно определить технические требования к отдельным каскадам и целым трактам звуковой обработки можно только изучив закономерности, связывающие субъективные ощущения и конкретные физические величины. Простые гармонические колебания характеризуются всего 2-мя параметрами: амплитудой и частотой.

Частота вызывает ощущение такого качества звука, которое называется «высотой тона». Гармонические колебания воспринимаются на слух как чистые или простые, лишенные всякой музыкальной особенности. Постепенное увеличение частоты воспринимается на слух как увеличение высоты звука. Основной ступенью изменения высоты тона является октава. Ей соответствует изменение частоты в 2 раза. Если принять в качестве границ частотного диапазона слышимых звуков 20Гц-20кГц, то во всем диапазоне получится примерно 10 октав. Октава является довольно крупной единицей, обычно ее делят на 12 полутонов (увеличение частоты примерно на 5,4%). Минимальное относительное изменение частоты, которое человеческое ухо способно воспринять, называется дифференциальным порогом слышимости по частоте. Для частот менее 500Гц он составляет более 1%, для средних частот – 0,2-0,3%, для частот более 4кГц - более 0,5%.

Под амплитудой гармонического колебания, распространяющегося в звуковой среде, понимается чаще всего амплитуда звукового давления или колебательной скорости частиц среды. Однако, субъективное ощущение громкости зависит еще и от частоты звука и от др. факторов.

Едва уловимое слуховое восприятие наз. Порогом слышимости. Порог слышимости оценивается эффективным значением звукового давления, которое нужно создать непосредственно около человеческого уха. Постепенное увеличение звукового давления вызывает субъективное ощущение увеличения громкости, однако это увеличение соответствует количественным изменениям на разных частотах. Максимально допустимое звуковое давление, превышение которого вызывает боль, наз. болевым порогом. На частоте 1кГц ему соответствует давление 20 Па.

В электротехнике за стандартную исходную величину принимается мощность 1мВт (0 дБ).

Звуковой образ при естественном слушанье

Восприятие направлений возможно благодаря так называемому биноуральному эффекту. При этом явление азимутальной локализации объясняется действием двух факторов: интенсивностной и временной разностями сигналов, приходящих к ушам. На разных частотах данный фактор оказывает различное итоговое воздействие.

-На частотах меньше 500Гц направление определяется в основном за счет временной разности

-На частотах больше 5-6 кГц за счет интенсивностной разности.

-На средних частотах ниже 100Гц локализация невозможна.

Точность определения направления прихода звука в горизонтальной плоскости – 3-4 градуса, в вертикальной – 10-15 градусов.

Возможность слуховой оценки расстояния до источника звука основана на способности определять характеристики звукового поля. Определение расстояния производится по низкочастотным переходным процессам из-за способности регистрировать не только звуковое давление, но и колебательную скорость частиц среды. Данный механизм работает в ближней зоне, поскольку на больших расстояниях указанные величины связаны линейно. Расстояние до источника звука можно определить и тогда, когда в сигнале нет низких частот.

Данный механизм работает и в отсутствие биноурального эффекта, но последний существенно облегчает оценку расстояния. Подсознательно человек определяет расстояние, корректируя его по данной формуле:

З

N1

амечание: при расстоянии больше 10-ти метров требования, предъявляемые к разрешающей способности органа слуха по данной формуле значительно превышают возможности человека. Погрешность определения расстояния рассмотренными механизмами порядка 50%. Они играют главную роль при определении расстояния в условиях открытого пространства или заглушенной камеры.

В закрытых помещениях наиболее важным фактором для определения расстояния до источника становится ревербирация (процесс проявления доп. звуков). При изменении расстояния до звучащего объекта, слушатель воспринимает прямые отраженные звуки в разном соотношении, зависящем от акустических свойств помещения. Таким образом, в естественных условиях глубинная локализация большой точностью не отличается.

Несмотря на то, что оркестр включает в себя большое число инструментов, отличающихся по тембру и структуре звука, орган слуха способен объединять некоторые источники в ансамбле по каким-либо признакам и воспринимает всю звуковую картину в целом. В то же время он способен выделить конкретный инструмент из всей картины. Данное качество называется прозрачностью звучания.

Качество звучания во многом зависит от акустических свойств помещения, в котором находится оркестр. Отзвуки, воспринимаемые за прямым звуком и отличающиеся от него по спектру, уровню, времени запаздывания и направлению прихода, образуют единый ревербирационный процесс, который стимулируют не только глубинную локализацию, но и значительно увеличивают тембр отдельных инструментов, делает их более богатыми и тоньше ньюансированными.

Кроме того дискретные отражения более высокого уровня способствуют такой оценке объема помещения и таких его свойств как гулкость, мягкость, теплота звучания. Существенное значение имеет диффузность звукового поля.