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
страница7 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   10   ...   22
Часть 11. Громкость, ч.1
Как уже было отмечено в предыдущих статьях по психоакустике, звуковой сигнал (музыка, речь, шум и др.), поступающий на вход слуховых каналов, вызывает у слушателя определенные субъективные ощущения, основными из которых являются высота звука, громкость, тембр, пространственность и др. Каждое из этих ощущений сложным и неоднозначным образом связано с объективными параметрами звукового сигнала: интенсивностью, длительностью, спектральным составом, локализацией в пространстве и др. Установление этих связей и определение количественных соотношений между ними и есть одна из основных задач психоакустики.
Человеческий слух обладает удивительной способностью реагировать на слуховые сигналы как очень малой интенсивности (звуковое давление 2 х 10-5 Па - уровень 0 дБ), так и очень большой интенсивности (звуковое давление 20 ПА - уровень 120 дБ), это соответствует динамическому диапазону 120 дБ.
Громкостью называется субъективное ощущение, позволяющее слуховой системе располагать звуки по определенной шкале от звуков низкой интенсивности ("тихие" звуки) к звукам большой интенсивности
("громкие" звуки).
Громкость связана прежде всего с таким физическим параметром звукового сигнала как его интенсивность
(т.е. звуковая энергия). Интенсивность I и звуковое давление p связаны простым (для плоской волны)соотношением I=p2/ c, где - плотность воздуха, с - скорость звука.
Общеизвестно, что чем больший уровень звукового давления (дБ) создает акустическая аппаратура, тем она громче звучит. Однако все далеко не так просто - можно создать звуковые сигналы очень большой интенсивности, и при этом никакого ощущения громкости не вызвать. И это при том, что слуховая система может быть даже повреждена - например, в случае, если эти сигналы будут слишком короткими (менее 35 мс) или слишком низкочастотными (ниже 100 Гц).
Происходит это потому, что громкость зависит не только от интенсивности звука, но и от его частоты, спектрального состава, длительности, локализации в пространстве и др.
Громкость звука - это субъективная величина, она характеризует ощущение слушателя, поэтому громкость не может быть измерена прямыми методами. Возможно, в ближайшем будущем это можно будет сделать на компьютерных моделях слуховой системы, которые сейчас усиленно развиваются.
В настоящее время оценки ощущения громкости при изменении различных параметров звукового сигнала получаются методом субъективных экспертиз: либо сравнением с эталонным звуком, либо абсолютной оценкой. Процессы эти очень трудоемки, требуют проведения большого количества экспериментов, накопления статистических данных. Исследования процессов ощущения громкости все время продолжаются в ведущих научных институтах, как отечественных так и зарубежных.
Постоянно появляются публикации об уточнении известных соотношений и о новых результатах. Наиболее известные ученые, труды которых используются в этом направлении - Бекеши, Стивенс, Цвиккер,
Гельфанд, Мур.
Понимание механизмов ощущения громкости и ее зависимости от основных объективных параметров звукового сигнала имеет чрезвычайно важное значение для практики работы звукорежиссеров - так, например, если запись музыкального произведения и его прослушивание происходит на разных уровнях интенсивности, то ощущение баланса громкости и, следовательно, тембра звучания будет совершенно разным у звукорежиссера и у слушателя, что следует учитывать при записи и при воспроизведении.
Шкалирование звуков по громкости и установление влияния на него основных параметров сигнала было выполнено, прежде всего, для тональных сигналов различной интенсивности, частоты и длительности, что послужило основой для оценки громкости сложных музыкальных, речевых и шумовых сигналов.
53

Поскольку техника оценки абсолютной громкости и ее связей с интенсивностью, частотой и длительностью звуковых сигналов достаточно сложна, то широкое распространение получили методы относительной оценки уровней громкости.
Уровни громкости определяются с помощью экспериментов.
Выставляется уровень звукового давления эталонного звука на частоте 1000 Гц (например, 40 дБ), затем испытуемому предлагается прослушать сигнал на другой частоте (например, 100 Гц), и отрегулировать его уровень таким образом, чтобы он казался равногромким эталонному. Сигналы могут предъявляться через телефоны или через громкоговорители. Если проделать это для разных частот, и отложить полученные значения уровня звукового давления, которые требуются для сигналов разной частоты, чтобы они были равногромкими с эталонным сигналом - получится одна из кривых на рис. 1.
Например, чтобы звук с частотой 100 Гц казался таким же громким, как звук с частотой 1000 Гц с уровнем 40 дБ, его уровень должен быть выше, около 50 дБ. Если будет подан звук с частотой 50 Гц, то, чтобы сделать его равногромким с эталонным, нужно поднять его уровень до 65 дБ и т.п. Если теперь увеличить уровень эталонного звука до 60 дБ и повторить все эксперименты, то получится кривая равной громкости, соответствующая уровню 60 дБ…
Семейство таких кривых для различных уровней 0, 10, 20…110дБ показано на рис. 1. Эти кривые называются кривыми равной громкости. Они были получены учеными Флетчером и Мэнсоном в результате обработки данных большого числа экспериментов, проведенных ими среди нескольких сотен посетителей Всемирной выставки 1931 года в Нью-Йорке.
В настоящее время в международном стандарте ISO 226 (1987 г.) приняты уточненные данные измерений, полученные в 1956году. Именно данные из стандарта ISO и представлены на рис.1, при этом измерения выполнялись в условиях свободного поля, то есть в заглушенной камере, источник звука располагался фронтально и звук подавался через громкоговорители. Сейчас накоплены новые результаты, и предполагается в ближайшем будущем уточнение этих данных. Каждая из представленных кривых называется изофоной и характеризует уровень громкости звуков разной частоты.
Под уровнем громкости данного звука понимается уровень звукового давления равногромкого с данным эталонного звука на частоте 1000 Гц. Уровень громкости измеряется в специальных единицах - фонах.
54

Цифры, которые стоят над кривыми на рисунке
1, соответствуют числу фон, которые равны числу децибел звука с частотой 1000 Гц. Зная частоту данного сигнала и его уровень звукового давления, можно, пользуясь представленными кривыми, определить его уровень громкости в фонах. Например, если тональный звук с частотой 100 Гц имеет уровень звукового давления 60 дБ, то, проведя прямые, соответствующие этим значениям на рис. 1, находим на их пересечении изофону, соответствующую уровню 50 фон, - значит, этот звук имеет уровень громкости 50 фон.
Если проанализировать эти кривые, то видно, что при малых уровнях звукового давления оценка уровня громкости очень сильно зависит от частоты - слух менее чувствителен к низким и высоким частотам, и требуется создать гораздо большие уровни звукового давления, чтобы звук стал звучать равногромко с эталонным звуком 1000 Гц. При больших уровнях изофоны выравниваются, подъем на низких частотах становится менее крутым - происходит более быстрое нарастание громкости звуков низкой частоты, чем средних и высоких. Таким образом, при больших уровнях низкие, средние и высокие звуки оцениваются по уровню громкости более равномерно.
Это свойство слуха имеет огромное значение для техники звукозаписи, т.к. относительная громкость звуков разной частоты изменяется при изменении общего уровня записи, но только в том случае, если запись воспроизводится на том же уровне, что и оригинальный источник. Тогда в ней сохраняется естественный баланс по громкости. Если же запись воспроизводится на более низких уровнях, низкие и высокие частоты как бы пропадают, баланс нарушается. Это одна из причин того, почему пение и речь кажутся бубнящими при воспроизведении на высоких уровнях через громкоговорители: слушатель воспринимает в них низкие частоты значительно более громкими, чем при прослушивании естественного источника на более "тихих" уровнях.
Это свойство слуховой системы - по-разному оценивать уровень громкости сигнала в зависимости от его частоты и уровня звукового давления - учитывается в современных приборах для измерения уровней шума и других сложных звуков. В них применяются взвешенные корректирующие кривые, аналогичные кривым "слуховых" фильтров, которые ослабляют низкие частоты в зависимости от уровня сигнала так, как это делает слуховая система.
Обычно используются три вида взвешенных кривых (рис.2):
- кривая А со спадом -30 дБ на уровне 50 Гц по отношению к уровню на 1000 Гц;
- кривая В со спадом -12 дБ;
- кривая С со спадом -2 дБ.
Если эти кривые перевернуть "сверху вниз" (зеркально по горизонтальной оси), и нанести на изофоны
(пунктирные линии на рисунке 1), то видно, что кривая А примерно соответствует изофоне 30 фон. Таким образом, проводя измерения с использованием этой кривой (значения уровня сигнала выдаются в дБА) мы как бы оцениваем уровень громкости этого сигнала так, как это делает слуховая система на слабых уровнях (30 дБ на 1000 Гц), кривая В (значения в дБВ) соответствует изофоне 70 дБ, кривая С - изофоне 100 дБ (дБС).
55

Разумеется, использование таких приборов позволяет оценить уровень громкости только очень приближенно, т.к. при оценке громкости сложных сигналов слуховая система использует более сложные механизмы, о которых поговорим дальше.
Оценка уровня громкости не эквивалентна оценке изменения абсолютной громкости. Например, если имеется два сигнала с уровнями громкости
40 и 80 фон, то это не значит, что один громче другого в два раза. Связь уровня громкости с абсолютной оценкой громкости носит достаточно сложный характер.
Наряду с созданием методов сравнительной оценки уровня громкости, постоянно продолжаются попытки построения шкалы для оценки абсолютного ощущения громкости в зависимости от интенсивности, частоты, длительности и других объективных параметров сигнала. Задача эта намного сложнее, чем предыдущая - достаточно сравнить методы оценки качества звучания методом парного сравнения (для этого в качестве экспертов можно привлекать широкий круг слушателей) и оценку качества звучания по абсолютной шкале - это доступно только экспертам с большим музыкальным опытом, например, музыкантам и звукорежиссерам.
Обычно для решения такого рода задач (в наиболее известных работах Стивенса) использовались два метода.
Первый: испытуемым предъявлялись звуки разной интенсивности, и их просили присвоить численно оценить (в баллах) каждый звук в зависимости от воспринимаемой громкости.
Второй метод: подавался эталонный звук, и испытуемых просили оценить громкость измеряемого звука относительно заданного, например, в два раза, в три раза и т.д. Обработка большого количества статистических данных позволила построить графики зависимости ощущаемой громкости от уровня звукового давления. Для количественной оценки абсолютной громкости была принята специальная единица сон.
Громкость в 1 сон - это громкость синусоидального звука с частотой 1000 Гц и уровнем 40 дБ.
Количественно зависимость воспринимаемой громкости звука (в сонах) и его звукового давления
(в Па) может быть представлена в следующем виде:
S = C х p 0,6, где С - постоянная, зависящая от частоты сигнала.
Из этого соотношения следует, что зависимость является нелинейной, что подтверждает общий закон психофизики о том, что зависимость между изменением объективных параметров сигнала и возникающими при этом субъективными ощущениями носит нелинейный логарифмический характер. Из этого соотношения получается также, что при увеличении уровня звукового давления на 10 дБ громкость возрастает в два раза.
Например, если на частоте 1000 Гц сигнал с уровнем 40 дБ создает ощущение громкости в 1 сон, то сигнал с уровнем 50 дБ соответствует громкости в 2 сона, 60 дБ - 3 сона и т. д.
Правда, в некоторых исследованиях установлено, что удвоение громкости вызывается увеличением уровня сигнала только на 6 дБ - особенно для низких частот.
Аналогично связи между значением звукового давления в Па и его уровнем в дБ, между абсолютным значением громкости в сонах S и значением уровня громкости в фонах L существует связь (в стандартах ISO):
S =2^L-40/10 .
Графическая зависимость громкости в сонах от уровня громкости в фонах для частоты 1000 Гц показана на
56
рисунке 3. Эта зависимость построена для измерений, выполненных в свободном поле при прослушивании через громкоговорители. Полученные количественные соотношения очень важны для определения громкости сложных звуков, которые будут рассмотрены дальше.
Результаты шкалирования абсолютных значений громкости сильно зависят от ряда факторов: индивидуальных слуховых различий, порядка предъявления стимулов, тренированности и концентрации внимания экспертов. Поэтому для получения значимых результатов требуется большое количество экспериментов, и работы в этом направлении, как уже сказано, постоянно продолжаются. Следует отметить, что при количественной оценке громкости реальных сложных сигналов процесс зависит не только от временной и спектральной структур сигнала, но и от его смыслового содержания и окружающей пространственной обстановки.
Прежде, чем переходить к анализу громкости сложных звуков, остановимся еще на двух существенных моментах.
Ощущение громкости зависит от длительности сигнала: если на слуховой канал поступают два сигнала одинаковой интенсивности, то более короткий сигнал, воспринимается как менее громкий. Это полезно учитывать при обработке музыкальных и речевых сигналов. При увеличении длительности сигнала ощущение громкости постепенно возрастает, пока его длительность не достигает величины 100…200 мс, при этом возрастание уровня громкости происходит почти линейно с увеличением длительности сигнала (рис. 4).
Слуховая система обладает свойством адаптации, т.е. под воздействием длительных, громких, постоянных по величине звуков ощущаемая громкость звука постепенно уменьшается - слух адаптируется. Результаты изменения уровня звукового давления и ощущаемого уровня громкости (полученные знаменитым ученым
Бекеши) показаны на рисунке 5.
При воздействии звука с уровнем 94 дБ в течение двух минут уровень громкости постепенно уменьшается на величину 9 фон, при этом к концу периода времени падение замедляется. Если при этом уровень сигнала резко увеличить, например с 94 до 100 дБ, то уровень громкости увеличивается, однако в меньшей степени, чем это должно было бы соответствовать значению уровня сигнала в 100 дБ. Затем уровень громкости начинает опять снижаться, и даже с большей скоростью, т.е. степень адаптации тем больше, чем громче звуковой сигнал. При этом происходит снижение чувствительности слуха и повышение слуховых порогов (о чем было рассказано в предыдущей статье).
Изменение уровня громкости проявляется и при внезапном уменьшении уровня воздействующего сигнала. Как показано на рисунке 6, при воздействии сигнала с уровнем 94 дБ происходит постепенная адаптация (как и предыдущем случае, на 9 дБ), затем, при скачкообразном уменьшении уровня сигнала на 6 дБ, уровень ощущаемой громкости резко падает на 19 фон, а затем постепенно увеличивается, т.е. происходит адаптация к тихим звукам, и постепенно чувствительность восстанавливается.
Таким образом, слуховая система пытается защититься от громких звуков - при их длительном воздействии происходит постепенное снижение ощущения громкости, звуки кажутся более тихими. Степень адаптации зависит от громкости воздействующего сигнала - чем он громче, тем больше снижение ощущаемого уровня громкости. Однако возможности слуховой системы ограничены, и процесс имеет тенденцию к насыщению: например, при переходе от уровня 94 дБ к уровню108 дБ разница в снижении уровня ощущаемой громкости происходит всего на 3 фона.
В основе процесса адаптации лежат механизмы, происходящие в среднем и внутреннем ухе. В статье, посвященной анализу высоты музыкального звука, был показан механизм работы среднего и внутреннего уха, при этом отмечено, что на больших уровнях сигнала срабатывает так называемый "акустический рефлекс".
При этом стремечко отводится от овального окна и предохраняет внутреннее ухо от передачи слишком громких звуков. Рефлекс начинает срабатывать для звуков с уровнем 85 дБ и выше, и обеспечивает защиту до 20 дБ. Кроме того, процесс колебаний базилярной мембраны является сугубо нелинейным - при слишком больших смещениях мембраны происходит компрессия сигнала за счет действия наружных волосковых клеток.
Однако защитная способность слуха, как уже сказано, ограничена; кроме того, она обладает определенной инерцией - акустический рефлекс начинает срабатывать только через 30…40 мс после начала звука, и полная защита еще не достигается и при 150 мс, поэтому, наряду с опасностью для слуховой системы воздействия длительных громких звуков, еще более опасным для нее является воздействие коротких громких импульсов.
Таким образом, ощущение громкости сложным нелинейным образом зависит от интенсивности воздействующего сигнала, его частоты и длительности. Однако еще большую проблему представляет определение зависимости ощущаемой громкости от спектрального состава сложных музыкальных и речевых сигналов, что будет рассмотрено во второй части данной статьи.
57

Часть 12 Громкость сложных звуков, часть 2
Как было показано в первой части статьи, посвященной субъективному восприятию громкости звука
("Звукорежиссер", 8/2000), ощущение громкости, как меры распределения звуков от тихих до громких по определенной шкале, зависит от таких объективных параметров, как интенсивность звука (звуковое давление), частота, длительность, спектр, маскирующее действие других звуков и др. Зависимость уровня громкости (выраженного в фонах) от частоты была представлена в виде кривых равной громкости. Там же была рассмотрена для простых тональных звуков зависимость громкости (в сонах) от уровня громкости, от длительности сигнала и пр.
Перейдем теперь к анализу восприятия громкости для сложных звуков, т.е. рассмотрим зависимость ощущения громкости от спектрального состава различных сигналов (речевых, музыкальных, шумовых и др.), что особенно важно учитывать на практике при записи, монтаже и других видах работ со звуковым материалом.
Известно из практики, что широкополосные сигналы кажутся громче, чем узкополосные сигналы с таким же уровнем звукового давления. Пример зависимости уровня громкости от ширины полосы шумового сигнала показан на рисунке 1 для уровня звукового давления 60 дБ и центральной частоты 1 кГц. Воспринимаемый уровень громкости при расширении полосы шума до определенного значения (в данном случае 150 Гц) практически остается неизменным, а когда ширина полосы становится шире 150 Гц, уровень громкости резко возрастает. Граница, где происходит изменение ощущения уровня громкости, называется критической полосой слуха. Различие механизмов обработки сигнала внутри и вне критических полос имеет принципиальное значение для определения громкости сложных звуков (так же, как их высоты, тембра и др.).
Рис. 1. Зависимость уровня громкости от ширины
полосы сигнала
Механизм ощущения громкости продолжает оставаться предметом многочисленных исследований психоакустиков, однако расшифровка этого процесса по-прежнему представляет значительные трудности.
Одна из самых последних компьютерных моделей слухового анализа громкости сигналов, выполненная учеными Кембриджского Университета (Б. Мур, Б.
Гласберг и др.), включает в себя следующие последовательные этапы обработки звукового сигнала в процессе формирования ощущения громкости:
- фильтрация сигнала внешним ухом (ушной раковиной и слуховым каналом);
- фильтрация сигнала средним ухом;
- фильтрация с помощью линейки полосовых фильтров на базилярной мембране;
- преобразование возбуждения на базилярной мембране в кривые распределения удельной громкости;
- интегрирование площади под кривыми удельной громкости.
Поговорим об этих этапах подробнее.
Рис. 2. АЧХ сигнала на барабанной перепонке после фильтрации внешним ухом
58

Как уже было сказано в предыдущих статьях о бинауральном слухе, внешнее ухо производит обработку звукового сигнала в зависимости от направления прихода звука, увеличивая уровень сигнала в области 3 кГц за счет дифракции на ушной раковине и резонансов в наружном слуховом канале.
Равномерная форма АЧХ сигнала после фильтрации внешним ухом приобретает при осевом падении звукового сигнала вид, показанный на рис.2.
Как уже было показано в статье по определению высоты тона, во внутреннем ухе происходит спектральный анализ поступившего слухового сигнала, при этом каждой частоте соответствует свое место максимального смещения базилярной мембраны, что аналогично механизму обработки сигнала линейкой полосовых ("слуховых") фильтров. Ширина критических полос примерно соответствует ширине полосы пропускания слуховых фильтров и меняется в зависимости от частоты в соответствии с кривой на рисунке 3 (для сравнения приведено изменение ширины полосы, соответствующей третьоктавной полосе и целому музыкальному тону).
Рис. 3. Изменение ширины критических полос как
функции частоты
Если совместить критические полосы в один ряд, то в слышимом диапазоне их оказывается 24, каждой из них соответствует расстояние на базилярной мембране, равное 1,3 мм. Переход от одной критической полосы к другой соответствует изменению высоты в 100 мел или в 1 барк. Форма передаточной функции каждого из этих слуховых фильтров, и ее изменение с увеличением амплитуды сигнала показаны на рисунке 4 (по горизонтальной оси отложено число критических полос). Как видно из рисунка, возбуждение мембраны становится все более несимметричным, и площадь под кривой расширяется.
При колебаниях базилярной мембраны, в волосковых клетках органа Корти (находящегося на мембране) генерируется электрический потенциал (подробнее см.
"Основы психоакустики", ч.1), и возбуждаются потоки импульсов в нервных клетках. При увеличении интенсивности сигнала скорость импульсов увеличивается в единичном нерве, соответствующем данному месту на мембране, и доходит до насыщения
(порог - 1000 импульсов в секунду), затем начинает возникать возбуждение в соседних нервных волокнах в соответствии с увеличением площади под кривой возбуждения (Рис. 4).
Рис. 4. Изменение формы АЧХ слухового фильтра с изменением интенсивности сигнала
59

Ощущение громкости кодируется увеличением числа
разрядов в единичном нерве и увеличением количества
нервных волокон, в которых возникает возбуждение, в
соответствии с изменением площади под кривой
возбуждения.
На основании проведенных экспериментов была высказана гипотеза, что слуховая система производит интегрирование площади под кривой возбуждения на базилярной мембране с учетом распределения нервной активности.
В упомянутой ранее компьютерной модели слуховой оценки громкости были предложены количественные соотношения между энергией подводимого сигнала, распределением ее по критическим полосам слуха, и возникающим при этом субъективным ощущением удельной громкости в сонах. Под "удельной" понимается оцениваемая громкость внутри критической полосы.
Таким образом, внутри каждой критической частоты происходит интеграция энергии независимо от вида звукового сигнала. Фрагмент спектра шума (или тональные сигналы), если они находятся внутри критической полосы и имеют одинаковый уровень интенсивности (звукового давления), создают одинаковый уровень громкости.
Поэтому, когда звуковой сигнал имеет сложный спектральный состав или одновременно звучат несколько сигналов, определение их суммарной громкости происходит тремя различными способами, в зависимости от соотношения их частот или обертонов:
- если сигналы близки по частоте, т.е. находятся внутри критической полосы, то для определения создаваемой им суммарной громкости необходимо сложить их интенсивности I =I1+I2+I3….и по суммарному значению уровня звукового давления, соответствующего этой суммарной интенсивности, определить из кривых равной громкости уровень громкости (в фонах), а затем пересчитать в значение громкости в сонах.
Рис. 5. Кривые равной громкости
Например, если на скрипке исполняется определенная нота с уровнем звукового давления L1 = 60 дБ с частотой 880 Гц (Ля второй октавы), это, как следует из кривых равной громкости (Рис. 5), соответствует уровню громкости Ls = 60 фон. Для определения громкости этого звука можно воспользоваться стандартным соотношением, рекомендованным международными стандартами ISO: S=2(Ls-40)/10(1), откуда громкость S равна четырем сонам.
Если теперь будут вместе играть десять скрипок, то создаваемая ими громкость определяется следующим образом: интенсивность звука одной скрипки I1, интенсивность звука десяти скрипок Iсум = 10I1
(интенсивности складываются).
При этом суммарный уровень интенсивности равен:
10lgIсум/I0 = 10lg 10I1/I0 = 10lgI1/I0 + 10lg10 = 10lgI1/I0 +
10 дБ(2).
Если теперь учесть, что интенсивность звука пропорциональна квадрату звукового давления, то получим: 10 lg
Iсум/I0 = 10lg p2/p02 = 20 lg pсум/p0.
Из соотношения (2) получается: 20lg pсум/р0 = 20lg p1/p0 + 10 дБ, т.е. суммарный уровень звукового давления увеличится на 10 дБ: Lp=L1+10 дБ.
Поскольку начальный уровень звукового давления был 60 дБ, то суммарный уровень звукового давления будет 70 дБ, что соответствует уровню громкости 70 фон (рисунок 5), отсюда по формуле (1) можно рассчитать громкость, она равна 8 сон.
Следовательно, когда вместо одной скрипки (или любого другого источника сигнала) будут играть десять скрипок, громкость вырастет только в два раза (от 4 сон до 8 сон), что очень важно учитывать в технологии звукозаписи.
Это правило можно сформулировать иначе: при увеличении общего уровня звукового давления на 10 дБ
60
воспринимаемая громкость удваивается.
Аналогично рассчитывается общая громкость, если имеется два узкополосных шума с близкими частотами
(например, внутри критической полосы около1000 Гц ее ширина равна 150 Гц). Если уровень каждого из шумов 60 дБ, то при сложении интенсивностей суммарный уровень будет 63 дБ, и громкость вырастет от 4 сон до 4,92 сона.
- если сигналы имеют разность частот шире критической полосы и их взаимным маскированием можно пренебречь, тогда действует другое правило: суммарная громкость равна сумме громкостей каждой из
составляющих.
Отсюда получается, что при звучании сигналов с частотами, разнесенными шире критической полосы, суммарная громкость будет больше. Например, если два узкополосных шума имеют громкость по 4 сона, но частоты их разнесены (600 и 1200 Гц), то суммарная громкость будет 8 сон (а не 4,92 сона, как в предыдущем примере), что соответствует уровню громкости 70 фон.
- если частоты различных сигналов разнесены по частоте друг от друга достаточно далеко, то определение суммарной громкости значительно усложняется: слушатель обычно фокусирует свое внимание на каком-то одном компоненте (или самом громком, или одним из самых высоких), воспринимая общую громкость суммарного сигнала, примерно равной этому компоненту.
Для определения громкости сложного многокомпонентного звука в Международных рекомендациях ISO
№532А рекомендуется использование следующей методики:
Рис. 6. Номограммы для расчета индексов громкости с помощью стандартных октавных или третьоктавных анализаторов измеряется уровень звукового давления внутри каждой октавной
(или третьоктавной) полосы. Затем с помощью графика (Рис. 6) определяется индекс громкости Si (по оси ординат отложено значение центральной частоты), по оси абсцисс - значение уровня звукового давления в каждой полосе. Полученные значения индексов громкости Si для каждой октавной полосы суммируются следующим образом:
S=Smax+0,3(сигма)Si , где Smax - индекс самого громкого звука,
(сигма)Si - сумма индексов громкости во всех остальных полосах.
Таким образом, суммарная громкость в сонах получается от суммирования 100% индекса громкости самого громкого звука и 30% от суммы всех остальных.
Значительно более сложный метод для оценки громкости реальных звуковых сигналов (шума, музыки и т.д.) был разработан Цвиккером
(подробно изложен в книге "Ухо как приемник информации" Цвиккер
Е., Фельдкеллер Р. Изд-во"Связь" М., 1973). Он позволяет оценить громкость комплексного сигнала с учетом взаимной маскировки его составляющих.
Этот метод введен в стандарты ISO532B и ANSI 3.4-1980. На его основе разработаны компьютерные методики расчета громкости и современные цифровые анализаторы громкости типа Zwicker
Loudness Analysis Type 7704 со специальным программным обеспечением PULSE, что позволяет выполнять расчет громкости сложных стационарных сигналов в соответствии с международными стандартами, анализ громкости многоканальных нестационарных сигналов с учетом временных характеристик слуха, а также анализ спектрального распределения громкости и др. Подробное описание методики измерения и программного обеспечения можно посмотреть по адресу: http://www.bk.dk/pulse/software///04.htm.
Итак, ощущаемая громкость сложного звука зависит не только от его уровня интенсивности (уровня звукового давления), но и от его спектрального состава, что очень важно учитывать при создании музыкальных композиций. Например, звучание инструмента можно сделать более громким при сохранении того же уровня звукового давления за счет изменения его спектра (при этом, правда, произойдет и изменение тембра, так что все нужно делать в разумных пределах).
Интересно также посмотреть, как меняется уровень громкости при сложении основного и запаздывающего сигналов, что может привести (при прослушивании записей в сильно реверберирующем помещении) к существенному изменению баланса громкостей в звуковом материале.
При сложении основного и запаздывающего (например, отраженного) сигналов происходит приращение уровня громкости, при этом оно происходит по-разному в зависимости от общего уровня сигнала. Если сигнал
61
слабый (тихая речь - уровень громкости до 55 фон), то при величине задержки отраженного сигнала в 20…40 мс происходит увеличение уровня громкости на 3 фона, при дальнейшем увеличении времени задержки прирост уровня громкости снижается, т.к. сигналы начинают восприниматься раздельно (эхо). При уровнях громкости больше 55 фон увеличение общего уровня громкости происходит иначе - оно достигает 5 фон при задержке 50 мс, и затем также начинает снижаться.
В заключение приведу данные по уровням громкости (фон) и громкости (сон) для наиболее употребительных шумов и звуков, что может оказаться полезным для практической работы:
Источник звука или шума
Уровень
громкости, фон
Громкость, сон
Шум в кабине самолета
128…130 875…1400
Средний шум на улице
55…60 3,08…4,35
Шум на улице с интенсивным движением транспорта
75…80 11,4…17,1
Звук оркестра
80…100 17,1….88
Шум аплодисментов
60…75 4,35…11,4
Разговор на расстоянии 1м:
громкий
65…70 5,87…7,95
обычный
55…60 3,08…4,35
Шум в тихой комнате
25…30 0,2…0,36
Шепот на 1 м
20 0,1
Звук в радиостудии при исполнении соло
40…50 0,98…2,2
Шумное собрание
65…70 5,87…7,95
В музыкальной практике приняты, как известно, другие градации громкости. Их соответствие приведенным выше количественным оценкам громкости и уровням громкости приблизительно следующее:
Обозначение
Наименование
Уровень громкости,фон
Громкость, сон
fff
Форте-фортиссимо - самое громкое
100 88
ff
Фортиссимо - очень громкое
90 38
f
Форте - громкое
80 17,1
p
Пиано - тихое
50 2,2
pp
Пианиссимо - очень тихое
40 0,98
ppp
Пиано-пианиссимо - самое тихое
30 0,36
При создании компьютерных композиций, когда программно можно задавать большое число градаций громкости, полезно учесть, какие из них соответствуют значениям, принятым в музыкальной практике.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   ...   22

перейти в каталог файлов
связь с админом