АЧХ слуха - как составляющая качества аудиотракта
|
Автор |
Сообщение |
ПАН_П
Ветеран
    
Откуда: Полтава
Сообщений: 233
Репутация: 59
|
RE: АЧХ слуха - как составляющая качества аудиотракта / 03-02-2014 22:59
Подкину дровишек...
Немного анатомии (устройство уха - очень коротко)
Снаружи у каждого человека так называемое внешнее ухо ("лопухи" и их форма очень индивидуальны). Затем идет канал - примерно 0,5 см в диаметре и около 3 см в длину. Далее - барабанная перепонка, к которой присоединены косточки - среднее ухо. Эти косточки передают вибрацию барабанной перепонки далее - на другую перепонку, во внутреннее ухо - трубку с жидкостью, около 0,2 мм диаметром и 3-4 см длинной, закрученную в форме улитки. Смысл наличия среднего уха в том, что колебания воздуха слишком слабы, чтобы напрямую колебать жидкость, и среднее ухо вместе с барабанной перепонкой и перепонкой внутреннего уха составляют гидравлический усилитель - площадь барабанной перепонки во много раз больше перепонки внутреннего уха, поэтому давление (которое равно F/S) усиливается в десятки раз.
Во внутреннем ухе по всей его длине натянута некая штука, напоминающая струну - еще одна вытянутая мембрана, жесткая к началу уха и мягкая к концу. Определенные участки этой мембраны колеблются в своём диапазоне частот: низкие частоты - в мягком участке ближе к концу, самые высокие - в самом начале. Вдоль этой мембраны расположены нервы, которые воспринимают колебания и передают их в мозг, используя два принципа:
1. Ударный принцип. Поскольку нервы еще способны передавать колебания (бинарные импульсы) с частотой до 400-450 Гц, именно этот принцип непосредственно используется в области низкочастотного слуха. По другому было бы сложно, т.к.колебания мембраны слишком сильны и затрагивают очень много нервов. Ударный принцип немного расширяется до 4 кГц с помощью сложения: несколько (до десяти) нервов реагируют на удары (раздражения) в разных фазах, складывая свои отклики. Этот способ хорош тем, что мозг воспринимает информацию более полно - с одной стороны, имеется легкое частотное разделение, а с другой - анализируются сами колебания, их форма и особенности, а не просто частотный спектр. Этот принцип продлен на самую важную для нас часть - спектр человеческого голоса.
2. Местоположение возбуждаемого нерва (применяется для звуков частотой выше 4 кГц). Здесь воспринимается только факт наличия звука (ни фаза, ни скважность не анализируются, только спектр).
Таким образом, в области высоких частот мы имеем чисто спектральный слух не очень высокого разрешения, а для частот близких к человеческому голосу - более полный, основанный не только на разделении спектра, а еще и на дополнительном анализе информации самим мозгом, давая более полную стерео - картину (корректная передача этого частотного отрезка - первое условие естественности звучания).
О чувствительности (по мощности и частотной)
Кратко о децибелах - это аддитивная относительная логарифмическая мера громкости (мощности) звука, наиболее хорошо отражающая человеческое восприятие громкости, и в то же время достаточно просто вычисляемая. В акустике принято измерять громкость в дБ SPL (Sound Power Level). Ноль этой шкалы находится примерно на минимальном звуке, который слышит человек. Соответственно отсчет ведется в положительную сторону. Человек может осмысленно слышать звуки громкостью примерно до 120 дБ SPL. При 140 дБ ощущается сильная боль, при 150 дБ наступает повреждение органа слуха. Чувствительность уха к разным частотам очень сильно различается. Максимальна чувствительность в районе 1-4 кГц. Звук частотой 3 кГц - это и есть тот звук, который слышен при 0 дБ. Чувствительность сильно падает в обе стороны. Например, для звука в 100 Гц нам нужно уже целых 40 дБ (в 100 раз большая амплитуда колебаний), для 10 кГц - 20 дБ. Обычно мы можем сказать, что два звука отличаются по громкости, при разнице примерно в 1 дБ. Весь динамический диапазон - 120 дБ - воистину огромен, по амплитуде это миллионы раз!
Аналогична по свойствам и спектральная чувствительность. Мы можем сказать, что два звука (простых тона) отличаются по частоте, если разница между ними составляет около 0,3% в районе 3 кГц, а в районе 100 Гц требуется различие уже на 4%! В общем, в районе 1-4 кГц чувствительность уха по всем параметрам максимальна.
О фазовой чувствительности
Если говорить об органе слуха в целом - природа создала его максимально целесообразным. Фаза частот нам не важна, так как совершенно не несет полезной информации. Фазовое соотношение отдельных частот кардинально меняется от перемещений головы, окружающей обстановки, эха, резонансов и т.п. Эта информация никак не используется мозгом, и поэтому мы не восприимчивы к фазам частот. Надо, однако, отличать изменения фазы в малых пределах (до нескольких сот градусов) от серьезных фазовых искажений, которые могут изменить временнЫе параметры сигналов, когда речь уже идет не о изменениях фаз, а, скорее, о частотных задержках - когда фазы отдельных компонент настолько варьируются, что сигнал распадается во времени, изменяет свою длительность.
В общем, к незначительным вариациям фаз (до противофазы) наше ухо абсолютно не чувствительно. Но всё это касается лишь одинаковых фазовых изменений в обоих каналах! Несимметричные фазовые сдвиги очень важны, об этом - ниже.
Об объемном восприятии
Человек может воспринимать пространственное положение источника звука. Есть два принципа стереовосприятия, которые соответствуют двум принципам передачи звуковой информации из уха в мозг (об этом см. выше).
Первый принцип - для частот ниже 1 кГц, которых слабо волнуют препятствия в виде человеческой головы - они просто огибают её. Эти частоты воспринимаются ударным способом, передавая в мозг информацию об отдельных звуковых импульсах. ВременнОе разрешение передачи нервных импульсов позволяет использовать эту информацию для определения направления звука - если звук в одно ухо приходит раньше другого (разница порядка десятков микросекунд), мы можем засечь его расположение в пространстве - ведь запаздывание происходит из-за того, что звуку пришлось пройти еще дополнительно расстояние до второго уха, затратив на это какое-то время. Этот фазовый сдвиг звука одного уха относительно другого и воспринимается как информация, позиционирующая звуки.
И второй принцип - используется, в основном, для частот выше 2 кГц, которые отлично затеняются головой и ушной раковиной. В этом случае просто определяется разница по громкости между звуком в каждом ухе.
Еще один важный момент, который позволяет нам гораздо более точно определять местоположение звука - возможность повернуть голову и оценить изменение параметров звучания. Достаточно буквально нескольких градусов свободы, и мы можем определить положение источника звука почти точно. Принято считать, что направление с легкостью определяется с точностью до одного градуса.
Таким образом, для стереовосприятия на всех частотах важна громкость правого и левого канала, а в диапазоне до 1-2 кГц, дополнительно оцениваются и относительные фазовые сдвиги. Дополнительная информация - подсознательный поворот головы и мгновенная оценка результатов.
В дипазоне 1-4 кГц Фазовая информация имеет приоритет над разницей в громкости, хотя определенная разница уровней перекрывает фазовую разницу, и наоборот. Не совсем соответствующие или прямо противоречивые данные (например - правый канал громче левого, однако запаздывает) дополняет наше восприятие окружения - ведь эти несоответствия рождаются из окружающих нас отражающих/поглощающих поверхностей. Таким образом, в очень ограниченном объеме воспринимается характер помещения, в котором находится человек. Этому также помогают общие для обоих ушей фазовые вариации большого уровня - временнЫе задержки (эхо и реверберация).
|
|
|
|
Сообщения в этой теме |
RE: АЧХ слуха - как составляющая качества аудиотракта - ПАН_П - 03-02-2014 22:59
|
Пользователи просматривают эту тему:
|

|