Pszichoakusztika
Az oldal jelenlegi verzióját még nem ellenőrizték tapasztalt közreműködők, és jelentősen eltérhet a 2017. június 27-én felülvizsgált verziótól ; az ellenőrzések 17 szerkesztést igényelnek .A pszichoakusztika egy tudományos tudományág , amely az emberi hangérzékelés pszichológiai és fiziológiai jellemzőit vizsgálja .
Pusztán zenei szempontból a pszichoakusztika fő feladatai a következők:
- megérteni, hogyan fejti meg az emberi hallási észlelési rendszer egy adott hangképet;
- alapvető összefüggések megállapítása a fizikai ingerek és a hallásérzések között;
- azonosítani, hogy a hangjel mely paraméterei a legjelentősebbek a szemantikai (szemantikai) és esztétikai ( emocionális ) információk továbbítása szempontjából.
Háttér
Számos akusztikai és audiojel-feldolgozó alkalmazásban tudni kell, mit hallanak az emberek . A légnyomáshullámok által keltett hang korszerű berendezésekkel pontosan mérhető. Azonban nem könnyű megérteni, hogyan fogadják és jelenítik meg ezeket a hullámokat az agyunkban. A hang egy folyamatos analóg jel , amely (feltételezve, hogy a levegőmolekulák végtelenül kicsik) elméletileg végtelen mennyiségű információt hordozhat (mivel végtelen számú rezgés létezik, amelyek amplitúdó- és fázisinformációt tartalmaznak).
Az észlelési folyamatok megértése lehetővé teszi a tudósok és mérnökök számára, hogy a hallás képességeire összpontosítsanak, és figyelmen kívül hagyják más rendszerek kevésbé fontos képességeit. Azt is fontos megjegyezni, hogy a „mit hall az ember” kérdés nemcsak a fül fiziológiai képességeinek kérdése , hanem sok tekintetben az észlelés pszichológiájának kérdése is .
A hangérzékelés határai
Egy személy névlegesen 16 és 20 000 Hz közötti hangokat hall . A felső határ, az alsó határhoz hasonlóan, az életkorral csökken. A legtöbb felnőtt nem hallja a 16 kHz feletti hangot. Maga a fül nem reagál a 20 Hz alatti frekvenciákra, de ezek a tapintáson keresztül érzékelhetők .
Az érzékelt hangok köre hatalmas. De a fül dobhártyája csak a nyomásváltozásokra érzékeny . A hangnyomásszintet általában decibelben (dB) mérik. A hallhatóság alsó küszöbe 0 dB (20 mikropascal), a hallhatóság felső határának meghatározása pedig inkább a kellemetlen érzés küszöbére, majd a halláskárosodásra , agyrázkódásra stb. vonatkozik. Ez a határ attól függ, hogy mennyi ideig hallgatjuk a a hang. A fül akár 120 dB-es rövid távú hangerőnövekedést is elvisel következmények nélkül, de a 80 dB feletti hangok hosszú távú kitettsége halláskárosodást okozhat. [egy]
A hallás alsó határának alaposabb vizsgálatai kimutatták, hogy a minimális küszöb, amelynél a hang hallható marad, a frekvenciától függ. Ennek a függőségnek a grafikonját abszolút hallásküszöbnek nevezzük . Átlagosan a legnagyobb érzékenységű tartománya az 1 kHz és 5 kHz közötti tartományban van, bár az érzékenység a korral csökken a 2 kHz feletti tartományban.
Az abszolút hallásküszöb görbéje az általánosabb, azonos hangerősségű görbék speciális esete, izofonok : különböző frekvenciájú hangnyomásértékek , amelyeknél az ember a hangokat egyformán hangosnak érzi. A görbéket először H. Fletcher és W. A. Munson szerezte meg, és 1933 -ban publikálták a Loudness, annak meghatározása, mérése és számítása című folyóiratban [2 ] . Később pontosabb méréseket végzett DW Robinson és RS Dadson [3 ] . A kapott görbék jelentősen eltérnek, de ez nem hiba, hanem eltérő mérési feltételek. Fletcher és Munson fejhallgatót használt hanghullámforrásként , míg Robinson és Dutson előlapi hangszórót használt egy visszhangtalan szobában.
Robinson és Dutson mérései képezték az ISO 226 alapját 1986 - ban. 2003 -ban az ISO 226-ot frissítették, hogy tükrözze 12 új nemzetközi tanulmány mérési adatait.
Létezik egy módja a hang érzékelésének a dobhártya részvétele nélkül is - az úgynevezett mikrohullámú hallási hatás , amikor a mikrohullámú tartományban lévő pulzáló vagy modulált sugárzás hatással van a fülkagyló körüli szövetekre , és arra kényszeríti az embert, hogy különféle hangokat érzékeljen. [négy]
Maszkoló hatás
Bizonyos esetekben egy hang elrejthető egy másik hanggal. Például lehet, hogy a vasúti sínek mellett beszélni teljesen lehetetlen, ha egy vonat elhalad mellette. Ezt a hatást maszkolásnak nevezik. A gyenge hangot elfedjük, ha az erősebb hang jelenlétében megkülönböztethetetlenné válik.
Többféle álcázás létezik:
- A maszkoló és maszkolt hang megérkezésének időpontjára:
- szimultán (monourális) maszkolás
- ideiglenes (nem egyidejű) maszkolás
- A maszkolás és a maszkolt hangok típusa szerint:
- tiszta hang különböző frekvenciájú tiszta hang
- tiszta tónusú zaj
- beszéd tiszta hangon
- beszéd monoton zajban
- beszéd impulzushangokkal stb.
Egyidejű álcázás
Bármely két hang egyidejű hallgatása befolyásolja a köztük lévő relatív hangerő érzékelését. A hangosabb hang csökkenti a gyengébb érzékelését, egészen a hallhatóság megszűnéséig. Minél közelebb van a maszkolt hang frekvenciája a maszkoló hang frekvenciájához, annál jobban el lesz rejtve. A maszkolási hatás nem ugyanaz, ha a maszkolt hang frekvenciáját alacsonyabbra vagy magasabbra tolják el a maszkolthoz képest.
A hangszín szomszédos frekvenciákra gyakorolt hatásának határainak matematikai leírására a szakirodalom [5] a szórási függvény fogalmát használja , amely beállítja a maszkolási küszöböt [6] :
![{\displaystyle 10log_{10}[B(\Delta i)]=15,81+7,5(\Delta _{i}+0,474)-17,5[1+(\Delta i+0,474)^{2}]^{0,5} [dB]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c80f38973d438eeaa3bec99ad8be0ebd9318ac62)
hol a távolság a Barkov-skála két kritikus tartománya között .
A szórásfüggvény alapján az i kritikus tartomány j kritikus tartománnyal való maszkolása [7] [8] kiszámítható :
![{\displaystyle S_{m}(i)=\sum _{j=0}^{24}B(ij)S_{p}(i)[W]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/f92c4976cd3f69ad18f6fb772005ccd6ec170b53)
hol van a jelteljesítmény az i-edik kritikus tartományban.
A maszkolás mértékének meghatározásához olyan helyzetben, amikor sok maszkolási hang van, a globális maszkolási küszöb fogalmát használják
![{\displaystyle T_{m}(i)=10^{log_{10}S_{m}(i)-O(i)/10}[W]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9d9f745418f1cd1789375192face326da3a393ce)
ahol a jelszint és a maszkolási küszöb közötti eltolás [9] , az audiojel periodicitásának mértékét mutató hangindex (zajszerű jeleknél [10] ), a maszkolási index [11] , és a frekvencia kilohertzben. A maszkolási indexet gyakran 5,5 dB állandóval helyettesítik [7] [8] .
![{\displaystyle O(i)=\alpha (14,5+i)+(1-\alpha )a_{v}[dB]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/85cece5e04d825c9ceade5445ab210d94169fa9b)
Egyidejű maszkolási adatokat használnak például az audiofájlok kvantálási szakaszban történő tömörítésekor [12] .
Az alacsony frekvenciájú hangok elfedik a magas frekvenciákat. Fontos megjegyezni, hogy a magas frekvenciájú hangok nem tudják elfedni az alacsony frekvenciájú hangokat.
Időbeli álcázás
Ez a jelenség hasonlít a frekvencia-maszkoláshoz, de itt van időbeli maszkolás. Amikor a maszkoló hangot leállítják, a maszkolt hang egy ideig nem hallható. A maszkolási idő a jel frekvenciájától és amplitúdójától függ, és akár 100 ms is lehet. Normál körülmények között az ideiglenes maszkolás hatása sokkal kevésbé tart.
Abban az esetben, ha a maszkoló tónus később jelenik meg, mint a maszkolt tónus, a hatást utómaszkolásnak nevezzük. Ha a maszkoló tónus a maszkolt előtt jelenik meg (és ez is lehetséges), a hatást előmaszkolásnak nevezzük.
Stimulus utáni fáradtság
Gyakran a nagy intenzitású hangos hangoknak való kitettség után az ember hallási érzékenysége meredeken csökken. A normál küszöbértékek visszaállítása akár 16 órát is igénybe vehet. Ezt a folyamatot "átmeneti küszöbeltolódásnak" vagy "ingerlés utáni fáradtságnak" nevezik. A küszöbeltolódás 75 dB feletti hangnyomásszinteknél kezd megjelenni, és ennek megfelelően növekszik a jelszint növekedésével. Ezen túlmenően a jel nagyfrekvenciás összetevői befolyásolják a legnagyobb mértékben az érzékenységi küszöb eltolódását.
Fantomok
Lásd: Hiányzó alapelem
Néha egy személy hallhat hangokat az alacsony frekvenciájú tartományban, bár a valóságban nem voltak ilyen frekvenciájú hangok. Ennek az az oka, hogy a cochleában a basilaris membrán oszcillációi nem lineárisak, és abban két magasabb frekvencia közötti frekvenciakülönbségű oszcillációk léphetnek fel.
Ezt a hatást néhány kereskedelmi audiorendszerben használják az alacsony frekvencia-válasz kiterjesztésére, amikor az ilyen frekvenciák közvetlenül nem reprodukálhatók megfelelően, például fejhallgatókban, mobiltelefonokban, olcsó hangszórókban (hangszórókban) stb.
Pszichoakusztika szoftverben
A pszichoakusztikus hallásmodellek kiváló minőségű jeltömörítést tesznek lehetővé információvesztéssel (amikor a visszaállított jel nem egyezik az eredetivel), mivel lehetővé teszik, hogy pontosan leírják, mi távolítható el biztonságosan az eredeti jelből - vagyis anélkül a hangminőség jelentős romlása. Első pillantásra úgy tűnhet, hogy ez valószínűleg nem biztosít erős jeltömörítést, azonban a pszichoakusztikus modelleket használó programok 10-12-szeresére csökkenthetik a zenei fájlok hangerejét.[ bizonytalanság ] , és a minőségbeli különbség nem lesz túl jelentős.
Az ilyen típusú tömörítés magában foglalja az összes modern veszteséges hangtömörítési formátumot :
- Az MP3 gyakorlatilag ugyanaz, mint a Musicam , amelyet egyes országokban digitális hangsugárzásra használnak, és professzionálisabb tömörítési algoritmusnak számítanak (más néven MPEG-1 Layer 3).
- Ogg Vorbis
- WMA
- AAC
- Musepack
- ATRAC - MiniDisc formátumban és néhány hordozható Sony MP3 lejátszóban használatos
Lásd még
Jegyzetek
- ↑ Változások az intenzív ipari zajból - A hallószerv foglalkozási megbetegedései az intenzív ipari zajnak való kitettséggel összefüggésben - Orvosi munka ... . Letöltve: 2013. február 4. Az eredetiből archiválva : 2013. február 11..
- ↑ Fletcher H., Munson W. A. A hangosság, meghatározása, mérése és számítása // J. Acoust. Soc Am.5, 82-108 (1933)
- ↑ Robinson DW, Dadson RS A tiszta hangok egyenlő hangossági viszonyainak újra meghatározása // Br. J. Appl. Phys. 7, 166-181, 1956)
- ↑ Tigranyan R. E., Shorokhov V. V. A mikrohullámú sütő hallási hatásának fizikai alapjai / Ügyvezető szerkesztő - a fizikai és matematikai tudományok doktora prof. L. P. Kayushin. - Pushchino: A Szovjetunió Tudományos Akadémia Puschino Tudományos Központjának ONTI-ja, 1990. - 131 p. - 370 példány.
- ↑ Zölzer U. Digitális hangjelfeldolgozás. - New York: Wiley, 2008. - T. 9. - C. 280-284
- ↑ MR Schroeder, BS Atal, JL Hall: A digitális beszédkódolók optimalizálása az emberi fül maszkolási tulajdonságainak kihasználásával, J. Acoust. szoc. Am., Vol. 66. sz. 6, pp. 1647-1652, 1979. december.
- ↑ 1 2 J. D. Johnston: Az audiojelek kódolásának átalakítása észlelési zajkritériumokkal, IEEE J. Selected Areas in Communications, Vol. 6, sz. 2, pp. 314–323, 1988. február.
- ↑ 1 2 J. D. Johnston: Estimation of Perceptual Entropy Using Noise Masking Criteria, Proc. ICASSP-88, pp. 2524-2527, 1988.
- ↑ RP Hellman: Asymmetry in Masking between Noise and Tone, Perception and Psychophys., Vol. 11, pp. 241–246, 1972.
- ↑ "Psychoacoustics Models" (TU Ilmenau) Archiválva : 2019. december 11., a Wayback Machine - 7. dia.
- ↑ R. Kapust: Az emberi fülhöz kapcsolódó objektív mérési technika hallható hibát és hibahatárt eredményez, Proc. 11. Int. AES Conference - Test & Measurement, Portland, pp. 191–202, 1992.
- ↑ "Audiokódolási kvantálás és kódolási módszerek" (TU Ilmenau) . Letöltve: 2019. december 12. Az eredetiből archiválva : 2019. december 12.
Irodalom
- Helmholtz G. A hallási érzések tana, mint a zeneelmélet fiziológiai alapja. Per. vele. SPb., 1875.
- Aldoshina I. A pszichoakusztika alapjai. Oborongiz., Moszkva, 2000.
- Stumpf, K. , Tonpsychologie, 1883, Bd. 1, 1890, Bd. 2 („A zenei észlelés pszichológiája”).
- Meyer M.F. , Hozzájárulások a zene pszichológiai elméletéhez (1901).
- Meyer, M. , A zenész aritmetikája (1929).
- Meyer, M. , How we hear: How tones make music (1950).
- Roederer JG Bevezetés a zene fizikába és pszichoakusztikába. NY: Springer, 1975
- Howard D., Angus J. Akusztika és pszichoakusztika. Oxford: Focal Press, 2001.
Linkek
- A pszichoakusztika alapjai. hallási álcázás
- A pszichoakusztika alapjai. hallásküszöbök
- Pszichoakusztika