Главная страница

Алдошина. Основы психоакустики. Ирина Алдошина Основы психоакустики


Скачать 6,63 Mb.
НазваниеИрина Алдошина Основы психоакустики
АнкорАлдошина. Основы психоакустики.pdf
Дата08.04.2018
Размер6,63 Mb.
Формат файлаpdf
Имя файлаAldoshina_Osnovy_psikhoakustiki.pdf
оригинальный pdf просмотр
ТипДокументы
#31647
страница4 из 22
Каталогid32618330

С этим файлом связано 79 файл(ов). Среди них: Aldoshina_Osnovy_psikhoakustiki.pdf, Straus.pdf, Zvukorezhissyor_7_2010.pdf, Zvukorezhissyor_6_2010.pdf, Proizvodstvo_svezhevyzhatykh_sokov_Juice.pdf, Proizvodstvo_derevyannykh_mini-domikov_i_bytovo.pdf, Скачать квитанцию для оплаты.doc, Инструкция по посадке Сосна горная.doc и ещё 69 файл(а).
Показать все связанные файлы
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   22

Часть 5. Бинуаральный слух (продолжение)
Как уже было отмечено в предыдущей статье, кроме эффектов пространственной локализации, наличие бинаурального слуха, то есть двух слуховых приемников, обеспечивает целый ряд других преимуществ в получении и переработке слуховой информации.
К их числу можно отнести: бинауральную чувствительность и суммацию громкости, бинауральные слияния звукового образа и биения, эффект предшествования, бинауральную маскировку и демаскировку, эффекты "правого" и "левого" уха при восприятии речи и музыки и др.
Каждое из этих свойств слуха имеет огромное значение для восприятия окружающего нас звукового пространства и все в большей степени используется в современных звуковых технологиях записи, передачи и воспроизведения, особенно с помощью быстро развивающихся компьютерных методов обработки звука.
Остановимся в данной статье на первых трех свойствах бинаурального слуха, поскольку анализ двух последних требует дополнительных сведений о законах маскировки (на которых постараемся остановиться в дальнейшем).
Суммация звуков при бинауральном слухе
Анализ порогов слышимости, выполненный при моноуральном слушании и при бинауральном показал, что уровень слуховых порогов при бинауральном восприятии сигналов (синус, речь, шум, музыка) ниже, чем при моноуральном. Интенсивность звука для достижения порога слышимости при восприятии звука двумя слуховыми приемниками ниже на 3 дБ, то есть нужно создать в два раза больше акустическую мощность, чтобы звуковой сигнал, находящийся на пороге слышимости при прослушивании бинаурально, услышать при переходе на моноуральное прослушивание (одним ухом).
Таким образом, наличие двух слуховых приемников позволяет услышать значительно более тихие звуки, что имеет существенное значение для оценки окружающего звукового пространства.
Бинауральная суммация громкости проявляется в том, что, как показали эксперименты Флетчера, сигнал при заданном уровне громкости, например, 70 дБ, будет звучать в два раза громче, если он подается на два уха, чем на одно, то есть громкость удваивается (суммируется).
Построенные на разных частотах кривые зависимости оцененной громкости (сон) от уровня подаваемого сигнала показали, что по мере повышения уровня подаваемого сигнала преимущества бинаурального слуха возрастают: при уровне сигнала ниже 35 дБ, чтобы звуки были равногромкими при моно- и бинауральном слушании, подаваемый на два уха сигнал может быть на 3 дБ ниже по интенсивности. При уровне выше 35 дБ эта разница увеличивается, и остается примерно постоянной при дальнейшем увеличении уровня подводимого сигнала.
Дифференциальная чувствительность (то есть способность замечать различия в звуках, как по частоте, так и по интенсивности), как показали многочисленные эксперименты, при бинауральном слушании выше, чем при моноуральном.
Результаты, полученные в различных исследованиях, позволяют считать, что при бинауральном слушании дифференциальная чувствительность по интенсивности выше в 1,65 раза, по частоте выше в 1,44 раза.
Таким образом, наличие двух слуховых приемников позволяет услышать более тонкое различие звуков по высоте и по громкости, что имеет принципиально важное значение как для аудиотехники, так и для восприятия музыки.
Бинуаральное слияние звуков и биения
Несмотря на то, что в обычных условиях в оба уха звуки поступают с определенным различием во времени, по интенсивности и спектру, мы воспринимаем один слуховой образ. Мы воспринимаем один мир двумя ушами. Точнее, в оба уха поступают подобные, но не идентичные звуки, сливающиеся в единый образ. Этот процесс носит название бинаурального слияния.
Слуховая система воспроизводит бинауральное слияние в течение всего времени подачи в оба уха звуков, сходных в определенном отношении (однако совершенно разные звуки не сливаются).
Наиболее важным для бинаурального слияния являются звуки с частотой ниже 1500 Гц. Эксперименты показали, что если подавать через наушники два высокочастотных звука с разными частотами, то они воспринимаются как отдельные звуковые сигналы, однако если эти сигналы промодулировать каким- либо низкочастотным звуком, то оба сигнала сливаются в единый слуховой образ.
Полученный результат свидетельствует о том, что для бинаурального слияния слуховая система использует низкочастотную огибающую комплексного звука (его макроструктуру), несмотря на то, что детали составляющих комплексного звука (его микроструктура) различны.
Бинауральное слияние речи, например, выявляется, когда в одно ухо поступают только высокочастотные компоненты речевого звука, а в другое - только низкочастотные. Несмотря на то, что ни одно ухо не получает
25
достаточной информации для распознавания речевого сигнала, получаемый в результате бинаурального слияния слуховой образ позволяет понять речь.
Бинауральное слияние может быть показано на эффекте "пропущенной фундаментальной" (о котором мы говорили в первой статье). При бинауральном прослушивании он может иметь место даже в том случае, если мы на одно ухо подаем четные гармоники: 200 Гц, 400 Гц, 600 Гц…, а на другое - нечетные: 300, 500, 700…, все равно будет идентифицироваться одна высота основного тона (в данном случае соответствующая 100 Гц).
Механизм бинаурального слияния звуков описан в виде математической модели, которая основывается на поиске центральной слуховой нервной системой перекрестных корреляций между звуковыми сигналами в обоих ушах. Другими словами, звуки, поступающие в уши, рассматриваются как статистические события, а механизм бинаурального слияния использует поиск общности между ними.
Этот же процесс позволяет выделять периодические компоненты сигналов из шума, что важно для расширения динамического диапазона воспринимаемых звуковых сигналов при бинауральном слушании.
Когда один тон подается в правое ухо, а другой, незначительно отличающийся по частоте, - в левое, в слившемся слуховом образе воспринимаются биения, которые лежат в основе определения консонансных и диссонансных интервалов звуков. Интересная особенность бинауральных биений состоит в том, что они проявляются при полной акустической изоляции обоих звуков, поступающих в левое и правое уши. Очевидно, бинауральные биения возникают в определенном месте центральной нервной системы при взаимодействии нейронной активности, кодирующей поступающие в оба уха звуки. Нейроны, дающие ответную реакцию на огибающую бинауральных биений, обнаружены в нижних отделах головного мозга (на рисунке Superior olive
(B)).
Бинауральные биения отличаются от моноуральных некоторыми особенностями: в то время как моноуральные биения могут быть слышимы при взаимодействии тонов всего воспринимаемого диапазона частот, бинауральные биения связаны с низкими частотами, и наибольшие бинауральные биения воспроизводятся при взаимодействии звуков с частотой от 300 до 600 Гц. Кроме того, бинауральные биения воспринимаются при существенной разнице в интенсивности между звуками, подаваемыми в оба уха, даже в случае, когда один из звуков подается на подпороговом уровне его интенсивности. Как уже было показано в предыдущей статье, биения возникают, когда разность частот обоих подаваемых звуков находится в пределах до 15 Гц.
Неожиданное применение нашла способность слуха различать бинауральные биения в создании так называемых "генераторов мозговых волн" (brain wave generator). Если подобрать разность частот двух сигналов поступающих в оба уха через наушники, совпадающих с альфа-, бета- и другими ритмами мозга, то можно, по мнению авторов, улучшить сон, память и др. (подробнее об этом можно узнать в Интернете http://www.bwgen.com).
Эффект предшествования (эффект Хааса)
Анализ этой проблемы - одна из старейших тем в исследованиях бинаурального слуха. Эффект предшествования впервые детально описан в 1949 г., хотя о нем было известно и раньше.
В общем виде эффект предшествования заключается в том, что в пределах определенного отрезка времени ранее поступивший звуковой сигнал (фронт звуковой волны) доминирует в слуховом восприятии над звуками, поступившими позднее (эхо).
Рассмотрим, например, ситуацию, когда две акустические системы воспроизводят одинаковый сигнал одного уровня. Если слушатель находится на определенном расстоянии от них на средней линии, то в этом случае звук исходит из мнимого источника, находящегося между ними. Однако, если ввести задержку во вторую акустическую систему, то звук начнет перемещаться в сторону первой акустической системы. Как показал
Хаас, при изменении задержки от 0 до 10 мс мнимый источник переместится и совпадет с первой акустической системой. При изменении задержки на второй акустической системе от 10 до 30 мс, звук будет казаться исходящим только из первой акустической системы (хотя вторая система будет продолжать воспроизводить звук той же интенсивности), то есть локализация будет производиться только по опережающему сигналу - в этом и состоит эффект Хааса. Звук второй системы как бы подавляется мозгом, хотя собственно слуховая
26
система продолжает его слышать. Однако звук, приходящий от второй акустической системы, создает определенные ощущения обьема.
При дальнейшем увеличении задержки от 30 до 50 мс, слушатель ощущает, что звук идет и из второй системы, хотя локализация продолжает идти на первую. Только при задержке более

50 мс (это зависит от характера сигнала - речь, музыка и др.), ощущается звук второй системы, как эхо.
Разумеется, эти эффекты зависят от соотношения интенсивностей сигналов, от степени их подобия и их спектрального состава.
Это свойство бинауральной слуховой системы имеет огромное значение для оценки акустики помещения. В любом помещении слушатель воспринимает прямой звук от источника сигнала (певца, музыканта, лектора и др.) и отраженные звуки от стен помещения. Отраженные звуки поступят в уши позже, и будут иметь другое направление, чем прямой звук. Источник звука в этом случае локализуется по направлению прямого звука, а не отраженного. Хотя отраженные звуки и будут окрашивать, качественно изменять слышимый звук, восприниматься будет только ранее прибывший прямой звук. Сказанное применимо к отраженным звукам, поступившим только в определенном отрезке времени после поступления прямого звука.
В реверберационном процессе можно выделить два отрезка - "ранние" дискретные отражения до 80 мс (в зависимости от типа помещения), и "поздние" отражения со временем запаздывания больше 80 мс. Эффект предшествования подавляет ранние отраженные звуки, они интегрируются с прямым звуком в единый слуховой образ, сохраняя локализацию на источник прямого звука. Однако отраженные звуки вносят свою окраску в воспринимаемый звук, они несут информацию о пространственности, интимности, ясности и других субьективных параметрах, играющих решающую роль в оценке качества звучания в помещениях. Это показали работы известного акустика Беранека, выполненные им на протяжении многих лет в лучших залах мира. Отраженные звуки имеют важное значение для определения разборчивости речи в помещениях.
Отраженные сигналы в помещении могут восприниматься и как отдельные повторяющиеся сигналы - эхо, при этом уровень их осознанного восприятия зависит от времени задержки, соотношения их интенсивностей с прямым звуком, спектрального состава сигнала, степени заполнения паузы между приходом отраженных сигналов и др. Наличие эхо-сигналов в помещении оказывает отрицательное влияние на качество звучания музыки и разборчивость речи. Взаимосвязь порогов заметности эха от времени запаздывания и интенсивности отраженных звуков для разных сигналов (речи, скрипки, органа) показана на графике.
Наиболее низкими пороги оказываются для речи: чтобы отраженные сигналы не ухудшали разборчивость речи, необходимо, чтобы при задержке 50 мс они были ниже по уровню основного сигнала на -10 дБ, при 100 мс на -20 дБ и т.д., поэтому для повышения разборчивости речи необходимо обеспечивать высокий уровень прямого звука. Существенное влияние на пороги заметности эха оказывает спектр запаздывающих сигналов: исследования показали, что порог эха при высокочастотных сигналах ниже, чем при низкочастотных. При высокочастотных шумах, а еще в большей степени при высокочастотных импульсах, направление прихода звука распознается по бинауральной разности времени. В таких случаях (начиная с частоты 1,6 кГц) сравниваются, по-видимому, изменения огибающих сигнала за малые интервалы времени.
Наконец, влияние на пороги заметности эха оказывает направление прихода отраженных звуков: оценка мешающего влияния отраженных сигналов на речевой сигнал показала, что при боковом падении звука порог эхо на 5 дБ ниже чем при фронтальном. Все эти данные особенно важно учитывать при построении систем звукоусиления, т.к. иначе это может привести к появлению сильных эхо-сигналов и потере разборчивости речи.
В помещениях, не имеющих сильных концентраций отражений, правильная локализация на источник звука благодаря действию эффекта предшествования сохраняется, даже когда энергия отражений превышает энергию прямого звука (до определенных пределов 10дБ). Появление мешающего эха следует рассматривать как границу возможностей использования эффекта предшествования (первой волны).
В 1987 г. были опубликованы исследования Клифтона, который показал, что этот эффект является динамическим, и требует определенного времени для "обучения" слуховой системы: если в заглушенной камере установить два громкоговорителя и подать на них два коротких импульса, следующих друг за другом, то в первый момент времени слушатель воспринимает их как отдельные щелчки, затем (при повторении их со скважностью 10-12 периодов в секунду), восприятие второго импульса ослабевает и становится слышен только один импульс от первого громкоговорителя, а второй добавляет только некоторую обьемность.
Интересно, что если сделать небольшую паузу и повторить эксперимент, то слушатель сразу слышит один
27
звуковой образ от первого громкоговорителя. Можно предположить, что слуховая система за период "обучения" строит определенную модель акустического пространства, создавая таким образом основу для распознавания прямых звуков от их отражений. Задача создания модели (образа) акустического пространства
- важная работа, выполняемая высшими отделами нервной системы.
Все эти свойства бинауральной слуховой системы (пространственная локализация, слияние слухового образа, эффект предшествования и др.), используются в настоящее время в развитии мощной индустрии "бинауральных технологий", включающих в себя создание программно-аппаратных средств, новых приборов, технологий звукозаписи и др. К числу наиболее эффективно развивающихся технологий в настоящее время можно отнести создание трехмерных виртуальных звуковых пространств (т.н. "аурализация", бинауральная стереофония, адаптивные процессоры и др.). Основные принципы их создания мы постараемся изложить в следующих публикациях.
Часть 6 Слуховая маскировка
Одним из самых важных свойств слуховой системы, широко используемым в современных технологиях цифровой звукозаписи, цифрового радиовещания и др., является эффект слуховой маскировки.
Желание передать по различным каналам звукового вещания все большее количество информации привело к разработке и широкому применению различных систем сжатия звукового сигнала (например, в стандартах
MPEG), которые построены на использовании этого свойства слуховой системы.
Эффект маскировки связан с процессом взаимодействия сигналов, что приводит к изменению слуховой чувствительности к маскируемому сигналу (maskee) в присутствии маскирующего (masker).
Это взаимодействие тонов постоянно происходит в речи, где одиночные тоны практически не употребляются, и в музыке и приводит к тому, что восприятие сигнала в присутствии другого сигнала изменяется: меняется громкость, или сигнал вообще перестает быть слышимым (например, речь на фоне проходящего поезда), или изменяется восприятие каких-то отдельных спектральных признаков сигнала, то есть его тембр.
Процессы маскировки происходят в высших отделах головного мозга. Представим себе ситуацию: люди разговаривают, периферическая слуховая система принимает звуковые сигналы, обрабатывает и направляет в высшие отделы головного мозга, где они распознаются и оцениваются. Если в какой-то момент речи возникает сильный шум, то периферическая слуховая система продолжает принимать оба сигнала ? и речь и шум ? и направляет их в мозг. Однако в определенных отделах мозга речевые сигналы перестают восприниматься (не идентифицируются), и обрабатывается только шум.
Поэтому процессы слуховой маскировки ? достаточно сложное явление, и в настоящее время они находятся в стадии интенсивных исследований во многих мировых научных центрах, поскольку от их результатов в значительной степени зависит прогресс в современной цифровой звукотехнике.
Эффекты слуховой маскировки проявляются по-разному в зависимости от вида сигнала и способа его воздействия, и могут быть разделены на следующие основные группы:
- одновременное (моноуральное) маскирование;
- временное (неодновременное) маскирование;
- центральное (бинауральное) маскирование;
- бинауральное демаскирование;
- постстимульное утомление.
Остановимся на основных из них более подробно, поскольку в практической работе звукорежиссера умение пользоваться этими свойствами слуха играет очень большое значение при всех видах обработки звукового материала: при многодорожечной записи, монтаже, реставрации, введении различных эффектов и др.
28

1.Одновременное (моноуральное) маскирование звуков
Если в каждое ухо слушателя подавать основной тон с различной интенсивностью и частотой, то можно установить зависимость его порогов слышимости от частоты.
Если теперь к этому основному тону добавить дополнительный тон определенной частоты и интенсивности, то будет происходить взаимодействие обеих тонов, в результате произойдет изменение порогов чувствительности к основному тону (действительно, на фоне шума приходится сильно повышать голос, чтобы можно было его услышать). Если менять частоту основного тона, и на каждой частоте оценивать, на сколько дБ надо повысить уровень основного тона, чтобы можно было слышать его на фоне дополнительного мешающего (маскирующего) тона, то можно количественно оценить степень маскировки.
Степень маскировки есть разность в децибелах между уровнем порога слышимости данного тона в присутствии маскирующего тона и его уровнем порога слышимости в тишине.
На рис.1 показана кривая порогов слышимости основного тона в зависимости от частоты и повышение его порогов слышимости в присутствии маскирующего тона с частотой 2400
Гц и уровнем 60дБ. Из нее можно рассчитать степень маскировки основного тона на разных частотах: например, на частоте 1800 Гц степень маскировки dN 15 дБ, на частоте 2000 Гц степень маскировки dN = 25 дБ и т.д.
Таким образом, количественно эффект маскировки оценивается по сдвигу (повышению) порога слышимости основного тона.
Измерения по указанной методике можно повторить для всех параметров основного тона (тестового стимула) и мешающего тона (маскера), и получить зависимости степени маскировки от частоты и интенсивности обеих тонов.
Анализ этих зависимостей позволил выявить интересные закономерности.
Маскировка, производимая определенным звуком, во многом зависит от его интенсивности и спектра. Еще в
1894 г. Мауег заметил, что, в то время как низкочастотные тоны эффективно маскируют звуки высокой частоты, высокочастотные тоны не обладают такими свойствами в отношении низких частот.
Маскировка, таким образом, является в отношении частот звука несимметричным эффектом.
29

На рис. 2 представлена серия образцов маскировки (иногда их называют аудиограммами маскировки). На каждом графике отражена степень маскировки, производимая определенным маскирующим звуком чистого тона, имеющим разную интенсивность. Здесь отложена только разность dN между уровнем порога слышимости в присутствии маскирующего тона и уровнем порога слышимости в тишине.
На рисунке 2 графически представлены следующие закономерности: а) наиболее выраженная маскировка наблюдается, если частота маскируемого звука близка к частоте маскирующего звука: степень маскировки уменьшается по мере увеличения разницы между той и другой частотой; б) степень маскировки увеличивается по мере нарастания интенсивности маскирующего звука
(уровень его интенсивности в децибелах указан в виде цифр над кривыми); в) по мере нарастания интенсивности маскера маскировка становится все более несимметричной, выраженной по отношению к звукам высокой частоты; г) высокочастотные маскеры эффективно маскируют лишь звуки в относительно узком диапазоне частот, тогда как звуки низкой частоты являются эффективными маскерами для звуков в очень широком диапазоне частот.
Это явление связано со спецификой обработки звука в улитке уха (см. "Основы психоакустики", ч.1, "Звукорежиссер" № 6/1999). Максимум возбуждения низкочастотных звуков находится у самой вершины базилярной мембраны и низкочастотная огибающая бегущей волны имеет постепенно нарастающую амплитуду вдоль всей базилярной мембраны, достигая своего максимума у вершины с последующим крутым спадом. Таким образом, проходя вдоль всей базилярной мембраны, она оказывает воздействие и на ее нижние отделы, где находятся максимумы высокочастотных звуков. В то же время высокочастотные звуки анализируются только в нижней части мембраны, они не проходят к вершине и, следовательно, почти не оказывают влияния на низкочастотные звуки.
Таким образом, общее правило, что высокочастотные звуки маскируются сильнее, чем низкочастотные звуки, имеет очень большое значение в звукорежиссерской практике, например, при записи голоса и оркестра или нескольких разных инструментов со спектрами, расположенными в разных частотных областях и т.п. Всегда следует иметь в виду, что если уровень высокочастотных составляющих звукового сигнала будет недостаточно велик (его необходимую величину dN можно определить по кривым рис.2), то они будут замаскированы низкочастотными звуками.
Маскировка шумовыми сигналами - несмотря на то, что большую информацию об эффекте маскировки получают при исследованиях с тональными сигналами, при их использовании возникает ряд трудностей. Как известно, если два тона близки по частоте (разница меньше 15 Гц), между ними возникают биения. Кроме того, при больших интенсивностях могут отчетливо прослушиваться субьективные комбинационные гармоники, что затрудняет точные оценки эффектов маскировки. Поэтому были проведены исследования по количественному установлению степени маскировки, когда в качестве маскирующего сигнала выбирался узкополосный или широкополосный белый шум.
30

Результаты экспериментов узкополосным маскированием по существу подтверждают эффекты маскировки, наблюдаемые при исследованиях чистых тонов.
Результаты исследований эффектов маскировки при использовании широкополосного белого шума показаны на рис.3. Как видно из графика, степень маскировки зависит от уровня интенсивности шума маскера почти прямо пропорционально: увеличение интенсивности шума на 10 дБ вызывает увеличение порога слышимости (т.е. степени маскировки) тоже на
10 дБ.
Например, степень маскировки звука частотой 1000
Гц белым шумом со спектральным уровнем 40 дБ находят путем вычитания порога чувствительности к звуку с тоном в 1000 Гц в тишине (около 7 дБ) из порога восприятия этого же звука в присутствии шума со спектральным уровнем 40 дБ (приблизительно 58 дБ). Таким образом, степень маскировки составляет 58 -
7=51 дБ. Если уровень шума составляет 50 дБ, то степень маскировки оказывается равной 68 - 7 = 61 дБ.
Эти соотношения соблюдаются и для узкополосных шумовых и тональных сигналов, однако исследования последних лет показали, что на частотах ниже и выше маскера имеет место отклонение от линейного закона.
Он соблюдается, когда частоты сигналов близки: для сигналов с частотой ниже маскера уровень маскировки растет медленнее, а для сигналов выше маскера - быстрее (увеличение на три децибела степени маскировки на каждый один децибел увеличения уровня маскера).
Кроме того, как следует из рисунка 3, белый шум неодинаково эффективен для маскировки разных частот: на низких частотах кривые (то есть степень маскировки) практически не зависят от частоты
(примерно до 500 Гц). Но при дальнейшем увеличении частоты наблюдается четкая зависимость: при каждом удвоении частоты уровень порога слышимости повышается на 3 дБ. Причина этого заключается в наличии "критических полос слуха" (о которых было сказано в первой части цикла "Основы психоакустики").
Были поставлены многочисленные эксперименты, чтобы выяснить: вся ли ширина полосы белого шума участвует в маскировке данного тона, или существует определенная ограниченная
(критическая) полоса, прилежащая к частоте тона, которая и дает в результате маскировку. Флетчер
(Fletcher) показал, что если поддерживать спектральный уровень шума постоянным и расширять его полосу, то порог маскировки будет расширяться, однако как только полоса шума достигает определенной критической ширины, дальнейшее ее расширение не приводит к увеличению степени маскировки тона.
Таким образом, было показано, что только определенная "критическая" ширина полосы белого шума участвует в маскировке тона, равного центральной частоте этой полосы.
Наличие критических полос слуха отражает фундаментальную способность слуховой системы к частотному анализу, который выполняется во внутреннем ухе.
Максимальное смещение базилярной мембраны располагается в зависимости от частоты звука в разных ее местах. Можно считать, что на ней имеется линейка полосовых фильтров с определенной полосой пропускания. Ширине "слухового фильтра" соответствует расстояние примерно в 1…2 мм вдоль базилярной мембраны.
Если считать, что критические полосы примерно соответствуют ширине слуховых фильтров на разных частотах, то можно утверждать, что в маскировке участвует только та часть шума, которая попадает внутрь полосы пропускания фильтра с центральной частотой, соответствующей маскируемому тону.
Расширение полосы шума за пределы пропускания фильтра не увеличивает степень маскировки, несмотря на то, что громкость шума повышается.
В действительности не нужно представлять, что имеется серия дискретных критических полос, прилегающих друг к другу, - скорее следует представить, что каждая определенная частота сигнала расположена внутри полосы определенной ширины.
На рис. 4 можно видеть, что по мере увеличения центральной частоты ширина критической полосы
31
расширяется. Например, при центральной частоте 250 Гц ширина критической полосы равна 100 Гц, при центральных частотах 1000 и 4000 Гц соответственно 160 или 700 Гц.
Если вновь вернуться к рисунку 3, то можно обьяснить, почему при удвоении частоты тонального сигнала степень его маскировки повышается на 3 дБ: это примерно соответствует закону пропорционального расширения ширины критических полос с увеличением средней частоты. Поскольку при этом расширяется полоса белого шума, участвующего в маскировке, то есть возрастает его общая интенсивность, то и степень маскировки соответственно увеличивается.
Можно подобрать шум с таким распределением спектральной плотности, чтобы он равномерно маскировал все частоты - для этого нужно, чтобы до частоты 500 Гц его спектральная плотность была равномерна и совпадала с белым шумом, а выше этой частоты спектральная плотность падала пропорционально частоте, как у розового шума.
Кривые порогов слышимости при маскировке равномерно маскирующим шумом показаны на рис.5.
Это свойство широкополосных шумов оказывать максимальное влияние на маскировку сигнала только в пределах критических полос положено в основу современных психоакустических алгоритмов сжатия сигналов в системах звукозаписи и радиовещания, где весь диапазон частот разбивается на ряд полос, примерно соответствующих критическим полосам слуха, и внутри каждой полосы производится расчет степени маскировки составляющих передаваемого сигнала.
2.Временное (неодновременное) маскирование
Выше порог маскировки был определен как "сдвиг порога восприятия одного звука, обусловленный присутствием другого звука". Все приведенные результаты рассматривали ситуацию, когда маскируемый и маскирующий (маскер) сигналы действуют на слуховую систему одновременно.
Однако в практике работы звукорежиссеров и музыкантов довольно часто возникают ситуации, когда достаточно громкие звуки маскируют, делают практически неслышимыми звуки, следующие за ними, а в некоторых случаях - даже предшествующие им. Такой вид маскировки, когда сигналы не перекрываются во времени, называется временной маскировкой.
Для изучения этого явления были поставлены эксперименты: (рис.6а, 6б, 6в)
Сигнал (например, удар, хлопок, импульс и т.п.) подается и выключается, а после короткой временной задержки подается маскер (другой достаточно интенсивный сигнал). Несмотря на то, что сигнал и маскер звучат не одновременно, возникает маскировка, то есть основной сигнал практически перестает быть слышимым. Такое соотношение получило название "обратной маскировки", поскольку подача исследуемого сигнала предшествует подаче маскера, т. е. эффект маскировки возникает в обратном направлении по времени (на рисунке показано стрелкой).
Как противоположность этому, существует предшествующая маскировка (рис. 6б). В этом случае маскер подается первым, а исследуемый сигнал включается через временной интервал после выключения маскера.
Как указывает стрелка, маскировка сигнала предшествует во времени подаче маскера.
Степень маскировки исследуемого сигнала при подаче последующего (рис. 6а) или предшествующего (рис.6б) маскера определяется разными параметрами исследуемого сигнала и маскера. Этими параметрами являются:
- временной интервал между поступлением исследуемого сигнала и маскера * t;
- уровень интенсивности маскера, дБ;
- длительность воздействия маскера * (мс) и др.
На рис.7 представлены некоторые результаты для оценки степени временной маскировки. На оси ординат отложены значения степени маскировки, вызываемой шумовыми сигналами (маскерами). Длительность воздействия маскера 50 мс при уровне звукового давления 70 дБ; частота исследуемого (маскируемого) чистого тона 1000 Гц, его длительность 10 мс. На оси абсцисс отложены временные интервалы *t (мс) между поступлением маскера и исследуемого сигнала при обратной и предшествующей маскировках. Наконец, сплошная линия обозначает степень маскировки при поступлении маскера и исследуемого сигнала в то же ухо
(моноурально), а пунктирная линия обозначает степень маскировки, когда маскер подается в одно ухо, а исследуемый сигнал - в другое (дихотическая маскировка).
На основании данных, представленных на рис.7, можно сделать следующие выводы:
- во-первых, обратная маскировка более эффективна, чем предшествующая. Другими словами, более высокий уровень степени маскировки наблюдается при поступлении маскера через короткий временной интервал вслед за сигналом по сравнению с маскировкой, выявляемой в том случае, когда исследуемый сигнал поступает через такой же интервал, но вслед за маскером.
- во-вторых, маскировка более выражена, когда сигнал и маскер подаются в одно ухо (моноаурально), чем тогда, когда исследуемый звук подают в одно ухо, а маскер - в другое (дихотически).
32

- в-третьих, сближение во времени подачи сигнала и маскера увеличивает маскировку. Наоборот, по мере увеличения временного разрыва между поступлением исследуемого сигнала и маскера степень маскировки уменьшается. Необходимо отметить, что степень маскировки резко падает при увеличении интервала от 0 до
15 мс, затем спад происходит плавно. Несмотря на то, что данные, представленные на рис.7, получены при временном разрыве "маскер/исследуемый сигнал" в 50 мс, была обнаружена значительная обратная маскировка для временных разрывов, превышающих 100 мс.
- в-четвертых, можно было ожидать, что временная маскировка будет увеличиваться по мере нарастания уровня интенсивности маскера. Однако для временной маскировки не найдено линейного повышения порога маскировки как функции уровня интенсивности маскера, характерного для описанной ранее одновременной маскировки. Таким образом, увеличение уровня интенсивности маскера на 10 дБ вызывает дополнительный сдвиг порога маскировки только приблизительно на З дБ.
- в-пятых, длительность действия маскера влияет на степень предшествующей маскировки, но не на обратную маскировку: так, маскер, длительность действия которого составляет 200 мс, вызывает большую маскировку, чем маскер, действующий в течение 25 мс.
- в-шестых, временная маскировка зависит от частотного взаимоотношения исследуемого сигнала и маскера точно так же, как и при одновременной маскировке. Другими словами, маскировка проявится в большей степени, если исследуемый сигнал и маскер весьма близки по частоте.
Интересно, что степень маскировки больше при сочетании обратной и предшествующей маскировок, чем суммарная степень маскировки при их раздельном исследовании. Сочетание маскировок осуществляется путем подачи исследуемого сигнала между двумя маскерами (см. рис. 6с).
Все это позволяет заключить, что обратная и предшествующая маскировки обусловлены разными механизмами.
О механизмах временной маскировки известно еще не достаточно: можно предположить, что при малых по времени интервалах поступления основного и маскирующего сигналов происходит взаимодействие
(перекрывание) бегущих волн на базилярной мембране; при увеличении временных интервалов между ними до 200мс может сказываться инерционность нервных процессов в слуховой системе, например, - маскер, обрабатываемый нервной системой, подавляет процесс обработки исследуемого сигнала.
Все приведенные выше результаты по исследованию процессов временной слуховой маскировки могут быть полезны в практике работы звукорежиссеров, в частности при работе с электронными композициями, поскольку выбор последовательности звуков разной интенсивности с короткими временными интервалами между ними может привести к маскировке более тихих звуков (как предшествующих, так и последующих) более громкими (удар барабана, литавр, тарелок и др.), поэтому надо контролировать временной промежуток между такими сигналами и соотношение их интенсивностей.
Мы рассмотрели совпадающую и несовпадающую по времени маскировку сигналов, остальные эффекты ее проявления (бинауральные маскировка и демаскировка и др.) будут рассмотрены во второй части этой статьи.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   22

перейти в каталог файлов
связь с админом