Психоакустични характеристики на звука
Междуфизическите параметри на звукаи начина, по който те се възприемат от човек, няма проста линейна връзка. Основните раздели на психоакустиката, свързани със слуховата чувствителност, маскирането, силата на звука, височината и бинауралното възприятие, ще бъдат очертани по-долу. Повече подробности за психоакустичните характеристики на слуха могат да бъдат намерени в редица пълни прегледи [Soloviev A.I., Chistovich L.A. et al., Zwicker E., Fsldkeller R.].
Ухото има изключителноширокдиапазон на чувствителност - от 0 dB ниво на звуково налягане (SPL) (амплитуда на звукова вибрация, сравнима с размера на молекула водород) до 140 dB (съотношение на налягането 107:1). По отношение на честотата, чувствителността на ухото се простира средно от 20 Hz до 20 kHz. Освен това човешката слухова система е в състояние да различи много малки интервали от време.
Три характеристики на звука—интензивност, честота и продължителност—взаимодействат до известна степен и влияят върху чувствителността на ухото. В допълнение, ухото е в състояние да улавя малки разлики между подобни звуци, тоест има значителна диференциална чувствителност.
Минимални звуковинивана интензитет, измерени при хора с нормален слух със слушалки (минимално звуково налягане) или в звуковото поле през високоговорителите (минимално звуково поле). При тези измервания бяха получени различни прагови стойности. Човешкият слух е най-чувствителен в областта на честотната скала между 2 и 5 kHz, с висока чувствителност между 100 Hz и 10 kHz. При честоти над и под този диапазон чувствителността на слуха намалява значително.
Въз основа на тези данни бяха съставенистандартниминимални криви на чуваемост, отразяващи долната граница на слуха. Горната граница на слуховата чувствителност се определя катослухов дискомфорт. Въпреки че концепцията за праговете на дискомфорт все още трябва да бъде стандартизирана, като цяло нивото на дискомфорт като функция на честотата на тона се определя при интензитет от 100-120 dB SPL.
При времетраене на звука, по-кратко от1 s, слуховата чувствителностестествено намалява. Ако продължителността на тоновия пакет се намали до 10 ms или по-кратко, се появяват преходни явления, разсейващи звуковата енергия в съседния честотен диапазон. Възприемането на тоналността изисква кратък звук да съдържа няколко периода на синусоида. Например, за честота от 50 Hz, прагът на възприемане на тона е 60 ms, за честота от 500 Hz е 15 ms, а за честоти над 1000 Hz, прагът на възприятие на тона остава постоянен в рамките на 10 ms.
Установено е, чепродължителности на тонални изблицинад 300 ms се обработват от слуховата система като безкрайно дълги. По-кратките звуци включват феномена на сумиране във времето. Ухото работи като детектор на енергия от определено количество за определен период от време. Необходимата енергия се получава или при висока интензивност за кратко време, или при ниска интензивност за по-дълго време. Времевата константа на слуховата система се оценява на около 200 ms.
В психоакустиката се използва понятието „диференциален праг“, което отразява най-малката възприемана разлика между два звука. Диференциалната чувствителност при хората се измерва както за интензитета, така и за честотата при различни нива на усещане.
Праговете за разлика в интензитетасе измерват чрез сравняване на два тона, които са толкова близки по честота, че комбинираното им представяне създава усещане за удари. След това, чрез промяна на интензивността на един от тоновете, може да се съди по изчезването на възприемането на ударидиференциален праг на интензитета. Доказано е, че диференциалният праг на интензитета зависи от SPL - с намаляване на интензитета на сравняваните тонове диференциалният праг се увеличава. В диапазона на средните нива на интензивност диференциалният праг на тоновете е 0,3-0,7 dB.
Честотната чувствителност надиференциалното ухобеше изследвана чрез сравняване на тон с постоянна честота с честотно модулиран тон с различна честота. Диференциалният праг се приема като най-малката разлика в честотата, дадена от възприетата модулация на оригиналния тон. Прагът на диференциалната честота се увеличава с увеличаване на честотата и намалява с увеличаване на нивото на интензивност. Най-малката диференциална прагова стойност (около 1 Hz) се установява за ниски честоти при нива на интензитет над 50 dB.
Изследванията надиференциалната чувствителност на ухотовъв връзка с продължителността на звука (или оценка на най-краткия период от време, в който ухото е в състояние да обобщи звуковата енергия) показват, че нормалната слухова система е в състояние да прави разлика между времеви интервали от 2 ms. Посочената стойност не зависи от честотата на звука, но при достигане на определено ниво зависи и от увеличаването на интензитета на сигнала.