Войти
Психоакустика - это раздел психофизики, связанный с научными изучение звука восприятия и аудиологии - того, как люди воспринимают различные звуки. В частности, это раздел науки, изучающий психологические реакции, связанные со звуком (включая шум, речь и музыку ). Психоакустика - это междисциплинарная область во многих областях, включая психологию, акустику, электронную инженерию, физику, биологию, физиологию и информатику.
Слух - это не чисто механическое явление распространения волн, но также сенсорное и перцепционное событие; Другими словами, когда человек что-то слышит, это что-то достигает уха в виде механической звуковой волны, распространяющейся по воздуху, но внутри уха оно преобразуется в нейронные потенциалы действия. Наружные волосковые клетки (OHC) улитки млекопитающих вызывают повышенную чувствительность и лучшее частотное разрешение механического ответа перегородки улитки. Затем эти нервные импульсы попадают в мозг, где и воспринимаются. Следовательно, во многих задачах в акустике, таких как обработка звука, полезно учитывать не только механику окружающей среды, но также тот факт, что и ухо, и мозг участвуют в опыт слушания человека.
внутреннее ухо, например, выполняет значительную обработку сигнала при преобразовании звуковых волновых форм в нейронные стимулы, поэтому есть определенные различия между сигналами может быть незаметным. Методы сжатия данных, такие как MP3, используют этот факт. Кроме того, ухо нелинейно реагирует на звуки разной интенсивности; этот нелинейный отклик называется громкостью. Телефонные сети и аудиосистемы шумоподавления используют этот факт, нелинейно сжимая выборки данных перед передачей, а затем расширяя их для воспроизведения. Другой эффект нелинейной реакции уха заключается в том, что звуки, близкие по частоте, создают фантомные ноты ударов или интермодуляционные продукты искажения.
Термин «психоакустика» также возникает в дискуссиях о когнитивной психологии и психологии. влияние, которое личные ожидания, предрассудки и предрасположенности могут иметь на относительные оценки и сравнения слушателей эстетики и остроты звука, а также на различные определения слушателей относительно относительных качеств различных музыкальных инструментов и исполнителей. Выражение «слышит то, что он хочет (или ожидает) услышать» может иметь отношение к таким обсуждениям.
контур равной громкости. Обратите внимание на пиковую чувствительность в районе 2–4 кГц, в середине полосы частот голоса.. Человеческое ухо может номинально слышать звуки в диапазоне от 20 Гц (0,02 кГц) до 20 000 Гц (20 Гц). кГц). Верхний предел имеет тенденцию уменьшаться с возрастом; большинство взрослых не слышат выше 16 кГц. Самая низкая частота, которая была идентифицирована как музыкальный тон, составляет 12 Гц в идеальных лабораторных условиях. Тоны от 4 до 16 Гц можно воспринимать с помощью осязания тела.
. Частотное разрешение уха составляет около 3,6 Гц в пределах октавы 1000–2000 Гц. То есть изменения высоты тона более 3,6 Гц можно ощутить в клинических условиях. Однако даже меньшую разницу в высоте тона можно ощутить другими способами. Например, интерференцию двух нот часто можно услышать как повторяющееся изменение громкости тона. Эта амплитудная модуляция происходит с частотой, равной разнице частот двух тонов, и известна как биение.
. Шкала полутона, используемая в западной музыкальной нотации, не является линейной шкалой частот, а логарифмический. Другие шкалы были получены непосредственно из экспериментов по восприятию слуха человека, например, mel scale и Bark scale (они используются при изучении восприятия, но не обычно в музыкальной композиции), и они приблизительно логарифмические по частоте на высокочастотном конце, но почти линейные на низкочастотном конце.
Интенсивность слышимых звуков огромна. Барабаны человеческого уха чувствительны к изменениям звукового давления и могут обнаруживать изменения давления от нескольких микропаскалей (мкПа) до более 100 кПа. По этой причине уровень звукового давления также измеряется логарифмически, при этом все давления относятся к 20 мкПа (или 1,97385 × 10 атм ). Поэтому нижний предел слышимости определен как 0 дБ, но верхний предел не так четко определен. Верхний предел больше связан с пределом, при котором ухо будет физически повреждено или может вызвать потерю слуха, вызванную шумом.
Более тщательное исследование нижних пределов слышимости определяет, что минимальный порог слышимый звук зависит от частоты. Путем измерения этой минимальной интенсивности для тестовых тонов различных частот можно получить частотно-зависимую кривую абсолютного порога слышимости (ATH). Обычно ухо показывает пик чувствительности (т. Е. Самое низкое значение ATH) в диапазоне от 1 до 5 кГц, хотя пороговое значение изменяется с возрастом, при этом более старые уши демонстрируют снижение чувствительности выше 2 кГц.
ATH является самым низким контуров равной громкости. Контуры равной громкости показывают уровень звукового давления (дБ SPL) в диапазоне слышимых частот, которые воспринимаются как имеющие равную громкость. Контуры равной громкости были впервые измерены Флетчером и Мансоном в Bell Labs в 1933 году с использованием чистых тонов, воспроизводимых через наушники, и собранные ими данные называются кривыми Флетчера – Мансона. Поскольку субъективную громкость было трудно измерить, кривые Флетчера – Мансона были усреднены по многим испытуемым.
Робинсон и Дадсон усовершенствовали процесс в 1956 году, чтобы получить новый набор кривых равной громкости для фронтального источника звука, измеренных в безэховой камере. Кривые Робинсона-Дадсона были стандартизированы как ISO 226 в 1986 году. В 2003 году ISO 226 был пересмотрен как контур равной громкости с использованием данных, собранных в 12 международных исследованиях.
Локализация звука - это процесс определения местоположения источника звука. Мозг использует тонкие различия в громкости, тоне и времени между двумя ушами, чтобы мы могли локализовать источники звука. Локализацию можно описать в терминах трехмерного положения: азимут или горизонтальный угол, зенит или вертикальный угол, а также расстояние (для статических звуков) или скорость (для движущихся звуков).). Люди, как и большинство четвероногих животных, умеют определять направление по горизонтали, но меньше - по вертикали из-за симметричного расположения ушей. У некоторых видов сов уши расположены асимметрично, и они могут улавливать звук во всех трех плоскостях, адаптация для охоты на мелких млекопитающих в темноте.
График звуковой маскировки Предположим, что слушатель может слышать данный акустический сигнал в беззвучном режиме. Когда сигнал воспроизводится во время воспроизведения другого звука (маскирующего устройства), сигнал должен быть более сильным, чтобы слушатель мог его услышать. Для маскирования маскеру не нужны частотные составляющие исходного сигнала. Можно услышать замаскированный сигнал, даже если он слабее, чем маскирующий. Маскирование происходит, когда сигнал и маскировщик воспроизводятся вместе - например, когда один человек шепчет, а другой кричит - и слушатель не слышит более слабый сигнал, поскольку он был замаскирован более громким маскером. Маскирование также может происходить, когда сигнал запускается после остановки маскера. Например, один внезапный громкий звук хлопка может привести к появлению неслышных звуков. Эффект обратной маскировки слабее, чем прямой. Эффект маскировки широко изучался в психоакустических исследованиях. Можно изменить уровень маскера и измерить порог, а затем создать диаграмму кривой психофизической настройки, которая покажет похожие особенности. Эффекты маскирования также используются при кодировании звука с потерями, например MP3.
При представлении гармонической последовательности частот в соотношении 2f, 3f, 4f, 5f и т. Д. (Где f - конкретная частота), люди склонны воспринимать высоту тона f. Звуковой пример можно найти на YouTube.
Для перцептивного кодирования звука используются алгоритмы на основе психоакустики. Психоакустическая модель обеспечивает высококачественное сжатие сигнала с потерями, описывая, какие части данного цифрового аудиосигнала могут быть удалены (или агрессивно сжаты) безопасно, то есть без значительных потерь в (сознательно) воспринимаемом качестве звука.
Это может объяснить, как резкий хлопок в ладоши может показаться мучительно громким в тихой библиотеке, но едва заметен после обратной вспышки автомобиля на оживленной городской улице. Это дает большое преимущество для общей степени сжатия, а психоакустический анализ обычно приводит к сжатым музыкальным файлам, размер которых составляет от 1/10 до 1/12 от размера высококачественных мастеров, но с заметно меньшей пропорциональной потерей качества. Такое сжатие характерно почти для всех современных форматов сжатия звука с потерями. Некоторые из этих форматов включают Dolby Digital (AC-3), MP3, Opus, Ogg Vorbis, AAC <144.>, WMA, MPEG-1 Layer II (используется для цифрового аудиовещания в нескольких странах) и ATRAC, сжатие, используемое в MiniDisc и некоторые модели Walkman.
Психоакустика в значительной степени основана на анатомии человека, особенно на ограничениях уха при восприятии звука, о которых говорилось ранее. Подводя итог, можно сказать, что эти ограничения:
Алгоритм сжатия может назначать более низкий приоритет звукам за пределами диапазона человеческого слуха. Путем осторожного смещения битов от неважных компонентов к важным, алгоритм обеспечивает наиболее точное представление звуков, которые слушатель, скорее всего, будет воспринимать.
Психоакустика включает темы и исследования, имеющие отношение к психологии музыки и музыкальной терапии. Теоретики, такие как Бенджамин Борец, считают некоторые результаты психоакустики значимыми только в музыкальном контексте.
Серия Environments LP (1969–79) Ирва Тейбеля.) являются одним из первых примеров коммерчески доступных звуков, выпущенных специально для улучшения психологических способностей.
Психоакустическая модель Психоакустика давно поддерживает симбиотические отношения с информатикой, компьютерная инженерия и компьютерные сети. Пионеры Интернета Дж. CR Licklider и Боб Тейлор оба закончили аспирантуру по психоакустике, в то время как BBN Technologies изначально специализировалась на консультировании по вопросам акустики, прежде чем приступить к созданию первого пакета- коммутируемые компьютерные сети.
Ликлайдер написал статью под названием «Дуплексная теория восприятия высоты тона».
Психоакустика применяется во многих областях разработки программного обеспечения, где разработчики отображают проверенные и экспериментальные математические закономерности в цифровой обработке сигналов. Многие кодеки сжатия звука, такие как MP3 и Opus, используют психоакустическую модель для увеличения степени сжатия. Успех обычных аудиосистем для воспроизведения музыки в театрах и дома можно отнести к психоакустике, и психоакустические соображения привели к появлению новых аудиосистем, таких как психоакустический синтез звукового поля. Более того, ученые с ограниченным успехом экспериментировали по созданию нового акустического оружия, которое излучает частоты, которые могут повредить, повредить или убить. Психоакустика также используется в ультразвуковой обработке, чтобы сделать несколько независимых параметров данных слышимыми и легко интерпретируемыми. Это дает возможность слухового сопровождения без необходимости использования пространственного звука и в сонификации компьютерных играх и других приложениях, таких как дрон полет и хирургия с визуальным контролем. Он также применяется сегодня в музыке, где музыканты и художники продолжают создавать новые слуховые ощущения, маскируя нежелательные частоты инструментов, вызывая усиление других частот. Еще одно применение - разработка небольших громкоговорителей или громкоговорителей более низкого качества, которые могут использовать явление отсутствия основных элементов для создания эффекта басовых нот на более низких частотах, чем громкоговорители физически способны воспроизводить (см. Ссылки).
Производители автомобилей проектируют свои двигатели и даже двери так, чтобы они имели определенный звук.
Музыкальный портал  | На Викискладе есть материалы, связанные с Психоакустикой. |
