Абсолютные слуховые пороги по частоте.
Слуховые пороги.
Все современные звуковые системы обработки и передачи музыкальных и речевых сигналов вносят определенные искажения в обрабатываемый сигнал, главная задача их проектирования состоит в том, чтобы эти искажения были «незаметны» для слуха, т. е. лежали ниже порогов слуховой чувствительности. Поэтому знание слуховых порогов имеет огромное значение для современной звукотехники, а соответственно и для работы звукорежиссера.
Абсолютные слуховые пороги определяются минимальным значением объективного параметра звукового сигнала (интенсивности, частоты, длительности и др.), при котором возникают слуховые ощущения. Они характеризуют чувствительность слухового аппарата к данному параметру: чем ниже слуховой порог, тем выше чувствительность.
Дифференциальные слуховые пороги определяются способностью обнаруживать небольшие различия между сходными по тем же объективным параметрам звуками.
|
|
Динамический диапазон слуховой системы 120 дБ, частотный диапазон 20 Гц-20 кГц.
Абсолютный порог слышимости определяется как «минимальный уровень звукового давления (в дБ), при котором еще возникает слуховое ощущение».
Болевой порог и область слышимости. Существует ограничение области слухового восприятия и со стороны громких звуков, хотя и не такое четкое, как слышимости от длительности сигнала. Например, синусоидальное звуковое давление со значением 10 Па (100 дБ) соответствует одному из порогов, называемому порогом неприятного ощущения. При достижении 60-80 Па (132 дБ) возникает ощущение давления на уши. Эта величина называется порогом осязания. Наконец, давление 150-200 Па (140 дБ) причиняет боль и называется болевым порогом. Частотная зависимость болевого порога и общая область слышимости, ограниченная по частоте и по интенсивности звука, приведена на рис. 3.2.6.
В среднем чувствительность слуха к высоким частотам снижается каждые десять лет примерно на 1000 Гц. К шестидесяти годам слышимый частотный диапазон в среднем не превышает по высоким частотам 10-12 кГц. Однако, музыкальные и речевые сигналы занимают только часть слышимой области как по частоте, так и по амплитуде. Основная энергия музыкальных звуков сосредоточена в частотной области от 40 Гц до 5000 Гц, поэтому нормальное возрастное изменение частотных порогов приводит к некоторому уменьшению яркости звучания за счет высокочастотных обертонов, но не мешает воспринимать музыку и речь.
Нелинейность слуха проявляется прежде всего в появлении «субъективных», или «слуховых» гармоник. При воздействии на барабанную перепонку достаточно громкого синусоидального звука с частотой /0 в процессе его обработки в слуховом аппарате возникают гармоники этого звука с частотами 2f0, 3f0 и т. д. Например, если подать первичный тон с частотой 500 Гц, то можно услышать звуки с частотами 1000 Гц, 1500 Гц и т. д.
|
|
Это обстоятельство имеет существенное значение для восприятия слухом низкочастотных колебаний в диапазоне от 16 Гц до примерно 100 Гц. Как уже было показано в разделе 3.1, звук с частотой 100 Гц воспринимается почти самым крайним участком базилярной мембраны у ее верхушки, так что на базилярной мембране фактически нет участков, воспринимающих колебания более низких частот. Однако об-ласть слышимых звуков простирается значительно ниже. Предполагается, что звуки с частотой менее 100 Гц ощущаются не сами по себе, а из-за создаваемых ими серий субъективных гармоник, попадающих в область частот свыше 100 Гц, т. е. в конечном счете из-за нелинейности слуха.
Вторая форма проявления нелинейности слуха — возникновение «комбинационных субъективных тонов». Как известно, если к нелинейной системе подвести два сигнала достаточно большого уровня с частотами fx и f2 (например, 800 Гц и 1000 Гц), то нелинейные искажения создадут комбинационные тоны с различными частотами, т. е. появляются вторичные комбинационные тоны (200 и 1800) кубичные комбинационные (600, 1200, 2600, 2800)
Экспериментально доказано, что преобразование сигнала во внешнем и среднем ухе при средних уровнях сигнала есть линейный процесс; только при очень больших уровнях начинает проявляться нелинейность работы среднего уха.
Основная причина нелинейности как при больших, так и при малых уровнях сигнала заключается в механизме работы внутреннего уха (улитки). Первый источник нелинейности заключен в гидродинамике улитки: при ударе стремечка по мембране овального окна в жидкости возникает звуковой импульс, который распространяется из верхнего отдела в нижний и озбуждает базилярную мембрану. При высоких уровнях сигнала в жидкости улитки образуются вихревые потоки (рис. 3.5.2). Появление этих завихрений искажает форму звукового импульса, а поскольку базилярная мембрана выполняет его спектральный анализ, то эти искажения и приводят к появлению дополнительных гармоник и комбинационных тонов.
Вторая причина нелинейности при малых уровнях сигнала связана с процессами элекрического преобразования сигнала в волосковых клетках. Как уже было отмечено в разделе 3.1, внутренние волосковые клетки связаны в основном с восходящими волокнами, они сообщают информацию в мозг, а наружные волосковые клетки получают информацию от мозга. В последние годы удалось установить, что именно HBK и играют основную роль в нелинейной компрессии звука во внутреннем ухе.
При больших уровнях сигнала они удлиняются (до 10% от основной длины) (рис. 3.5.3) и тем самым придерживают смещения базилярной мембраны, предохраняя внутренние волосковые клетки от слишком большого изгиба, а при малых — усиливают смещения базилярной мембраны. В ходе современных экспериментов было выявлено, что на очень низких уровнях сигнала происходит излучение звука от внутреннего уха (отоакустическая эмиссия).
По-видимому, это результат воздействия НВК, которое также вызывает на низких уровнях аномальное поведение кубичных комбинационных тонов.
Нужно отметить, что этот механизм работает только в определенном диапазоне сигналов: при очень длительном воздействии громких звуков (что сейчас очень распространено) HBK повреждаются, и зависимость смещения мембраны от уровня сигнала приобретает чисто линейный характер (что приводит к дальнейшему разрушению ВВК). Появление слышимых «слуховых» гармоник и комбинационных тонов является признаком нормальной работы слухового аппарата и свидетельствует о хорошем состоянии слуха.