Человеческий слух и его природа понятным языком

Эффект маскировки

При возникновении нескольких звуковых сигналов одновременно взаимодействующих друг с другом, возникает эффект маскировки, когда один сигнал является маскируемым, а другой маскирующим. Подобное взаимодействие оказывает различное влияние на звук, который человек слышит в последствии. Может возникнуть эффект отсутствия слышимости одного тона на равне с другим (маскирующий тон полностью исключает маскируемый). Такое происходит обычно в случае сильной разницы интенсивности тонов и звукового давления. Например, громко проезжающий поезд способен практически полностью маскировать звук голоса человека средней интенсивности. перекричатьДругой вариант маскировки возникает в виде искажения сигнала или изменении тембра звука. Как и во многих других аспектах восприятия звуковой информации человеком, предпочтение человеческой системы восприятия звука и в случе маскировки отдаётся средним частотам, что соответствует отрезку восприятия речи и голоса других людей и обусловлено биологическим формированием человеческого индивида. Сами процессы маскировки происходят в высших отделах головного мозга и выглядят примерно так: если имеются два звуковых тона или сигнала разной интенсивности, то оба они одновременно принимаются переферической слуховой системой и поступают для дальнейшей обработки и анализ в мозг. Однако на этом этапе человек услышит только один из сигналов, наиболее интенсивный. Но это не отменяет факта излучения двух разных звуковых тонов, просто человек в конечном счёте слышит только один из них. Примерно так и работает эффект маскировки, который бывает четырёх типов:

  1. одновременное (моноуральное) маскирование;
  2. неодновременное (временное) маскирование;
  3. центральное (бинауральное) маскирование;
  4. бинауральное демаскирование;

Одновременное (моноуральное) маскирование - это самый частый случай, который постоянно встречается на практике и в повседневной жизни. Это явление характеризуется одновременным возникновением звуковых волн и проявляется тем сильнее, чем интенсивнее маскирующий звук относительно маскируемого, притом происходит это прямопропорционально. Степень маскировки в данном случае легко представить в децибелах (Дб), как разницу между уровнем порога слышимости данного тона в присутствии маскирующего тона и его уровнем порога слышимости в тишине. Но и на этом не заканчиваются особенности одновременного маскирования. Степень маскировки выше и зависит не только от повышения интенсивности одной звуковой волны относительно другой. Наиболее выраженная маскировка возникает, если частота маскируемого звука наиболее близка к частоте маскирующего звука. Соответственно, чем больше частотная разница, тем меньше эффект проявляет себя. Так же, маскировка становится всё более несимметричной по отношению к звукам высокой частоты при условии нарастания интенсивности маскирующего звука. Особенность специфики обработки звука человеческими органами слуха вызывает и такой интересный эффект: высокочастотные маскеры эффективно работают (маскируют) в достаточно узком диапазоне частот, в то время как низкочастотные тоны охватывают гораздо более широкий частотный диапазон.

Несколько по-другому обстоит дело с неодновременным (временным) маскированием. Это явление изредка возникает на практике, когда происходит маскировка достаточно громкими звуками тех звуков, которые предшествуют или идут после. В данном случае происходит маскировка со сдвигом по времени. Определить степень такой маскировки можно в зависимости от: временного интервала между поступлением маскируемого и маскирующего звуков; уровня интенсивности маскирующего звука; длительности воздействия маскирующего сигнала; Наиболее эффективно выраженной является обратная временная маскировка, возникающая в случае, когда маскирующий звук следует за маскируемым. Так же наблюдается усиление эффекта в случае, если оба звуковых сигнала подаются в одно ухо (моноаурально). В случае возникновения временной маскировки эффект ослабевает по мере увеличения временного разрыва между поступлением исходного и маскирующего сигналов. Вопреки ожидаемому явлению, временная маскировка не демонстрирует характер увеличения степени маскировки линейно по причине возрастания интенсивности маскирующего звука. Однако, временная маскировка сохраняет характер частотной зависимости: чем ближе маскирующий и маскируемый звуки по частоте, тем наиболее сильно проявляется это явление.

Рассмотренные выше примеры маскировки имели место в тех случаях, когда оба сигнала (маскирующий и маскируемый) попадали моноурально, т.е. в одно ухо. Однако, при попадании маскирующего звукового сигнала в одно ухо, а маскируемого звука в другое ухо - эффект маскировки будет наблюдаться по-прежнему. Такая маскировка носит название центральное (бинауральное) маскирование. Она во многом схожа с моноуральной, правда имеются и существенные отличия. Величина сдвига порога, вызванная центральным маскированием, гораздо меньше, чем при моноуральном маскировании, и проявляется больше для звуков высокой частоты, нежели всех остальных. Схожие по частоте звуковые тоны, так же как и в случае с моноуральным маскированием, вызывают наибольший слышимый эффект. Повышение интенсивности маскирующего звука при рассмотрении бинаурального типа маскировки имеет значение в случае подачи пульсирующего сигнала.

Человеческая особенность восприятия звуков обнаруживает ряд интересных особенностей, одной из которых является бинауральное демаскированием. Суть этого явления заключается в том, что благодаря двум приёмникам звуковых волн, человек способен "выделять" звуки определённой частоты из общего шума (например разговора). Чаще всего подобный эффект наблюдает в шумном окружении, например на вечеринке, в окружении разговорного шума, когда внезапно получается "выслушать" разговор собеседника. Способность выделять (в данном контексте выступает как способность усиливать) определённый частотный диапазон из многообразия несогласованных звуков (шума) - уникальный природный дар и особенность системы человеческого восприятия.

Временное различие звука, особенность восприятия тембра

Наиболее важной (особенно в рамках акустики высокого "hi-fi" класса) особенностью слуховой системы человека является способность улавливать тонкие временные различия в структуре звукового сигнала. Механизм данного явления до конца не изучен, однако напрямую связан с тем, что слуховая система нелинейна. Именно благодаря этому практически невозможным "обмануть" механизм восприятия на уровне точного воссоздания живого звукового образа и прочих музыкальных нюансов. Даже самые современные системы воспроизведения звучания высокой точности (hi-fi) пока ещё не могут в полной мере учитывать эту важнейшую способность человека реагировать на временные различия звука. Некоторые натренированные (в плане звуков и музыки) люди способны улавливать временную разницу сигналов в пределе 2-7 мс. Главной значимой особенностью подобного явления восприятия является то, что слух крайне чувствителен ко времени установления (атаки) сигнала или его спада.

От характеристик атаки и спада зависит тембр звучания конкретного инструмента, поскольку временной отрезок этих периодов для большинства инструментов лежит в пределах 5-360 мс. Соблюдение последовательности трёх фазовых периодов (атака, стационарная часть, спад) крайне важно, поскольку именно это до мельчайших деталей определяет то, насколько правильно будет воспринят или передан тембр каждого конкретного музыкального воспроизведения. В случае, если поменять периоды местами, например период спада с периодом атаки, то человек не сможет распознать тембр звука. Такое обстоятельство делает возможным прослушивание музыкальных композиций в помещениях и других объёмах, поскольку отражённые звуки не успевают оказать влияние и маскировку на этап формирования сигнала, а именно на фазу атаки, тем самым оставляя её практически "чистой" и нетронутой. Тембр в этом случае страдает не сильно. Совокупность инструментов, содержащих близкие по спектральному составу гармоники, задаёт определённый тембральный характер всем звучанию в целом как бы "перетягивая на себя инициативу". Это определяет распределение спектральной энергии и зону концентрации в частотном диапазоне. Такая зона концентрация звуковой энергии имеет свойство смещаться в ту или иную сторону под воздействие определённых факторов, например громкости.

Очень часто, с повышением громкости звук приобретает тембральную яркость за счёт соответствующего смещения концентрирующей области и возрастания влияния высокочастотного отрезка спектра. На протяжении фазовых преобразований атаки-стационара-спада происходят сложные процессы динамического изменения зоны насыщенности, в зависимости от того, какие гармоники в какой конкретный момент времени "насыщают" отрезок диапазона. Как известно, тембр звука зависит от спектральной и временной составляющей сигнала. Однако, имеется одно характерное обстоятельство, определяющее восприятие тембра. В высших разделах слуховой системы человека имеются особые нейроны, называемые так же нейронами "новизны". Эти нейроны активизируются только в случае изменения стационарного сигнала. На примере музыки можно сказать, что их "включение" происходит при "ярких" и динамичных изменениях высоты, громкости, баланса звука и других. В противном случае слушатель перестаёт воспринимать звуковую информацию любого характера, будь то эмоциональная, информационная, эстетическая составляющие.

Для творческого музыкального исполнения достаточно важно (с точки зрения исполнителя и звукорежиссёра) применение подобных приёмов на практике. Нетрудно предположить, что явление активизации нейронов "новизны" в конечном счёте подвержено адаптационным процессам, снижая яркость восприятия даже звука, записанного по всем правилам, при условии многократного прослушивания. Например, если несколько дней подряд проигрывать одну и ту же музыкальную композицию, восприятие заметно притупляется и ослабевает. Но суть этого явления до конца не изучена. Наряду с чувствительностью слуховой системы к амплитудно-частотной зависимости тембра звучания, существует так же зависимость от фазы, а именно, слуховой аппарат человека восприимчив к изменению фаз между различными компонентами сигнала в пределах 10-15 градусов. Подобный эффект зависимости от фазы легче всего услышать на практике в нижнем частотном диапазоне (ниже 100 Гц), поскольку именно в этой области превалируют временные процессы. Тембр, помимо всего вышеназванного, позволяет выделить источник звука и определить физическую природу.

При распознавании и выделении отдельных звуков из всех, что поступают в слуховые каналы, имеются определённые принципы, тесно связанные с изучением тембра звука:

  1. разделение на звуковые потоки, другими словами: субъективное выделение фиксированной группы источников звука;
  2. звуки, схожие по тембру и высоте, группируются вместе и определяются принадлежащими одному источнику;
  3. слуховая система может "не заметить" и проигнорировать присутствие короткого звука в непрерывном потоке шума или музыки;
  4. звуки, развитие и изменение по фазе и частоте которых происходит более менее синхронно, приписываются одному источнику;

Гораздо интересней можно рассматривать способность мозга не просто группировать и обрабатывать поступившую звуковую информацию, но его способность сравнивать поступившие звуковые сочетания с имеющимися образами. Значит, если при сравнении звук отличается от "эталонного" сравниваемого, такому сигналу приписываются определённые "виртуальные" свойства и характеристики.

Аурализация

Поставленная задача воссоздания сигнала в его первозданном виде достаточна сложна и включает множество аспектов, которые необходимо учитывать. В этом случае к месту приходится определение, описывающее современные тенденции и попытки сформировать звуковое поле высокой точности. Достигнуть подобных результатов поможет аурализация (названо по аналогии с определением "визуализация"). Аурализация - это способ воссоздать 3-ёх мерное звуковое поле, пытаясь воздействовать на конечный сигнал определённым образом, чтобы воссоздать ощущение пространственности и смодулировать бинауральное слуховое ощущение на заданной позиции пространства. На человеческую слуховую систему влияют только два основных параметра: 1) энергетическая интенсивность или давление звуковой волны; 2) время становления и спада сигнала, изменение периодичности и частоты во времени. Остальные аспекты восприятия являются результатом обработки сигнала слуховым аппаратом и мозгом. Это такие параметры, как: тембр звука, громкость, высота, широта и глубина сцены и т.д.

Если представить идеальную ситуацию некого звукового сигнала, записанного в заглушенной камере или профессиональной студии звукозаписи, то нетрудно отследить, какие факторы в конечном счёте оказывают влияние на конечный сигнал в реальных условиях. Главным препятствием воссоздания картины звучания высокой точности выступает объём для прослушивания. При прослушивании такого сигнала в обычной комнате/зале получается, что помещение выступает в роли линейного фильтра за счёт возникновения отражённых волн, а так же процессов затухания, дифракции и прочих. Далее, голова и ушные раковины каждого конкретного слушателя производят свою обработку уже "отфильтрованного" сигнала. Если каким-то образом учесть все вышеназванные преобразования звукового сигнала и провести соответствующую фильтрацию (например, при помощи эквалайзера), то вполне возможно восстановить то самое ощущение 3-ёх мерного звукового поля, которое и было заложено на момент звукозаписи. В примитивном случае с этой ролью может справиться обычный эквалайзер, как полосовой (при правильной настройке), так и эквалайзер с "предустановками" фильтрации конкретного помещения (собор, концертный зал, оперный зал, амфитеатр). Однако, задача гораздо сложнее, чем может показаться на первый взгляд, и её окончательное решение так и не найдено по сей день.

Необходимо так же учитывать, что процесс "исправления" исходного сигнала эквалайзером крайне нежелателен и резко отрицательно сказывается на качестве сигнала, привнося огромное количество искажений в исходный тракт. Если сделать краткий промежуточный вывод на данном этапе, то можно с уверенностью сказать, что в альтернативу применения эквалайзера гораздо правильнее и приоритетнее производить тонкую настройку звучания посредством изменения параметров помещения/объёма для прослушивания, добиваясь нужного эффекта глубины и ширины звуковой сцены. Наибольшее значение на звук в помещении оказывает процесс ревербации - процесс затухания звуковых волн в результате многократных отражений. А именно важно время ревербации, или время затухания сигнала на величину в 60 Дб. Не меньшую роль на субъективное ощущение пространственности и полноты звучания оказывает так же структура ранних отражений, характер затухания на последнем этапе и ещё ряд характеристик. Именно благодаря этому человек способен отличить хороший зал (помещение) от плохого в акустическом плане.

Когда на практике дело доходит до процесса коррекции помещения с целью оптимизации конечного звучания и придания определённого характера окраски или нейтральности, то совершенно необходимо определить импульсные характеристики искомой комнаты. Для этого производятся измерения микрофоном в разных точках пространства, а так же есть вариант расчёта по заданным геометрическим размерам высоты/глубины/ширины помещения. Полученная в результате расчётов или замеров импульсная характеристика позволяет динамично корректировать помещение (звукопоглощающими или отражающими в определённых точках материалами), а так же воздействовать на сигнал непосредственно при помощи фильтрации или компьютерных программ. В случае грамотной реализации данного метода вполне реально добиться полноценного эффекта 3-ёх мерного объёмного звучания в заданной точке пространства. Однако, это предполагает, что человек будет находиться в конкретной точке, не поворачивая при этом головы. В противном случае возникнет необходимость производить полный перерасчёт и всю процедуру заново.

К счастью, обычно прослушивание музыки в домашних условиях или в автомобиле предусматривает более менее фиксированное положение слушателя в пространстве, что позволяет провести необходимые расчёты и единовременную коррекцию на раннем этапе построения системы. Гораздо сложнее выглядит реализация правильного звучания для двух и более слушателей по вышеназванным причинам, но и в этом случае возможно добиться приемлемого звучания, если соблюдать технологию, описанную выше. Несомненно и то, что в конечном итоге необходимо так же учитывать конечные преобразования сигнала, происходящие в ушной раковине и слуховом канале, делая поправки не только на общую модель слухового восприятия, но главным образом на индивидуальные особенности строения слухового аппарата каждого человека.

Звучание в зависимости от характеристики помещения

С позиции психоакустики важно понимать, какую большую роль оказывает помещение (или тот объём, в котором происходит прослушивание звуков/музыки) на конечный характер звучания. Как было сказано ранее, практически все характеристики комнаты для прослушивания или салона автомобиля оказывают существенное влияние на исходный звуковой сигнал, выступая в качестве своеобразного фильтра. Подобная фильтрация вносит изменения во временную структуру и спектр звукового сигнала. Таким образом возникают искажения и изменения того изначально заложенного в смысл звукозаписи характера звучания. Данные искажения поддаются анализу, а так же корректировке с целью воссоздания первоначальной звуковой картины. Во многом именно это является стержнем и важнейшей основой современного "hi-fi" звучания. Важно запомнить, что именно особенности того объёма, в котором происходит прослушивание музыки, оказывают основополагающее воздействие на звук или музыку, что человек слышит в результате. Именно это понимание позволяет избежать большого количества ошибок, часто совершаемых энтузиастами высокоточного звучания, стремящихся достичь желаемого "эталонного" звучания, игнорируя этот простейший, но в то же время важнейший принцип.

Звуковой образ в помещении, создаваемый обычной стереопарой, формируется рядом процессов и трансформаций, которые претерпевает звуковая волна с момента образования в результате колебательной деятельности динамика и до момента попадания в слуховой канал. Что же происходит со звуком в этот период? Как известно, звуковая волна, создаваемая акустической системой, имеет сферическую форму. Следовательно, распространение звуковых волн происходит во все стороны от излучающей поверхности динамической головки. В первую очередь слушатель обычно воспринимает прямую волну, которую можно представить по "виртуальной" горизонтальной линии чётко напротив динамика. Далее в действие с некоторой задержкой вступают остальные волны, которые так же достигают ушей слушателя. Эти волны обычно приходят уже сильно искажёнными и преобразованными, что происходит в результате многократных переотражений от поверхности границ помещения/объёма для прослушивания. Степень задержки отражённых волн по времени в данном случае напрямую зависит от материала на поверхности стен/пола/потолка, а так же от формы помещения и от его размеров. После того, как картина многочисленных переотражённых волн сформировалось, их количество постепенно увеличивается, затем звуковое поле постепенно выранивается, распределение звуковой энергии в пространстве протекает равномерно во всех точках, после этого картина меняется в сторону спада. Именно этот процесс называется ревербационным.

Для каждого вида речи, музыки и др. звуков существуют оптимальные пределы изменения времени реверберации, которые зависят от объема помещения и частоты. В ревербационном процессе можно выделить особое влияние "раннего звука". Ранний звук - это прямой звук, пришедший вместе с отражённым в первые 80 мс формирования. Ранний звук оказывает существенное влияние на ощущение расширения источника звука, а это коренным образом меняет восприятия качественной составляющей. От времени ревербации напрямую зависит конечная оценка того или иного зала или комнаты для прослушивания. Любое малейшее изменение этих характеристик способно изменить звук до неузнаваемости, сделать его звонким или глухим, окрасить определённый отрезок частотного диапазона, исказить достоверную передачу басового регистра и т.д. На примере вышеописанного нетрудно понять, насколько важно уделять внимание именно вопросам корректировки помещения для прослушивания, если поставлена высокая цель воссоздать хоть сколько-то достоверное и приближеное к оригиналу звучание.

Однако, тут же раскрывается и обратная, положительная сторона медали: степень свободы для творческого и индивидуального подхода, с помощью которого можно не только добиться исключительно "своего" желанного звука, но так же совместить эту реализацию с дизайном и обликом помещения, зала, или любого другого объёма, который изначально выбирается для воспроизведения звука hi-fi качества. Если вернуться к тому, как происходит формирование звукового образа в помещении, то нелишним будет заметить, что нельзя недооценивать роль отражённых волн на конечный звуковой образ. Именно эти волны формируют такие важные характеристики, как: неповторимый тембр каждого инструмента по отдельности и звучания в целом; широту и глубину восприятия звуковой сцены; "виртуальный размер" инструмента (например, орган можно сделать "маленьким и незначительным", убив на корню его неповторимое звучание); интимность, теплоту, резкость и другие важные особенности, которые формируют высокоточную передачу исходной музыкальной картины.

Волны в помещении могут не только отражаться, меняя при этом своё направление и скорость. Возможно так же возникновение эффекта поглощения, что в свою очередь оказывает не меньшее значение (если не большее) на финальное звучание. На простом и известном каждому примере можно отследить, как именно помещение влияет на звук. Многие сталкивались с ремонтом или переездом и имели счастье наблюдать эффект необычайной звонкости помещения без мебели или отделки стен. Но стоит расставить все предметы в помещении, как звонкость пропадает за счёт сложных поглощений/отражений от самых разнообразных поверхностей.

Если идеализированно сформулировать роль помещения для прослушивания, то можно сказать следующее: абсолютно каждый стиль музыки требует своего неповторимого и уникального помещения, обладающего конкретной акустикой, привносящее в звучание определённую окраску и звуковое разрешение. В прошлом подобные правила соблюдались постоянно, строились залы и амфитеатры, учитывающие особенности тех оркестров, которые впоследствии отыгрывали там свою музыку. Но в наше время на практике такой подход наблюдается крайне редко, да и реализация такого довольно сомнительна, если не сказать - абсурдна. Практически ни у кого нет возможности построить отдельный зал для классической музыки, и ещё зал для музыки тяжёлого стиля, например. Поэтому приходится чем-то жертвовать в погоне за неким усреднённым и сбалансированным звучанием одного конкретного помещения, которое имеется в наличии.

Для оценки и определения особенностей акустики помещения, специалистами был сформулирован ряд критериев, обозначающих звучание субъективно: 1) гулкость и жизненность; 2) полнота звука (fullness); 3) различимость или ясность (definition или сlarity); 4) интимность (intimaсy); 5) теплота (warmth); 6) пространственность (spaсiousness); 7) громкость (loudness); 8) баланс (balanсe); 9) ансамбль (ensemble); 10) тембр (timbre); Были сформулированы также отрицательные критерии: 1) эхо; 2) порхающее эхо (flutter); 3) мешающие "паразитные" шумы. Эти оценки в той или иной мере зависят от времени ревербации и от особенностей самого процесса.

Рассмотрим положительные характеристики звука:

"Гулкость или жизненность" - эта характеристика наиболее связана с общим ощущением от акустики конкретного зала, напрямую зависима от времени ревербации. На такой параметр, как "жизненность" напрямую воздействуют показатели времени ревербации помещения на средних частотах. Это время должно быть оптимальным для того или иного музыкального жанра. Если время будет слишком коротким, звук можно будет характеризовать как "сухой", "безжизненный"; Если время будет наоборот велико, звук можно будет субьективно определить как "грязный".

"Полнота звука" - как и многие другие характеристики, зависит от времени ревербации. Однако, в большей степени этот параметр определяется отношением отражённых волн, пришедших после 80мс к волнам, пришедшим до 80мс (прямой звук). Чем больше громкость первых, тем выше полнота звука. В целом характеризуется так: в помещениях, где энергия отражённых волн высока (церковь, собор, колонный зал), звучание будет макимально "полным". И наоборот, в помещениях, где энергия отражённых звуков гасится (например, с мягкими стенами и другими поглощающими материалами) звук можно уверенно охарактеризовать как "пустой". Для этой характеристики также важно значение формы помещения.

"Различимость или ясность" - очень интересная и важная характеристика, которую следует понимать так: насколько отдельные звуки музыкального произведения отчётливо и ясно разделяются из общего звукового образа. Наиболее часто именно в области этой характеристики наблюдаются проблемы в среднечестотном диапазоне, особенно при условии повышенной интенсивности звука. Различимость можно выделить "горизонтальную" или "вертикальную". Горизонтальная различимость определяется звуками, следующими друг за другом. Горизонтальная различимость также зависима от времени ревербации, но по аналогии с полнотой звука, обратно зависима от отношения энергии прямого звука к энергии отражённого. Таким образом получается, что чем больше различимость, тем меньше полнота тона и наоборот. Понятие "вертикальной различимости" подразумевает степень, с которой различаются на слух одновременно звучащие тоны. На неё, так же как и на горизонтальную, влияет энергия ранних звуков по отношению к отражённым. Важен и баланс инструментов на этапе звукозаписи или живого звучания, а также акустические параметры сценического пространства. Подводя итог можно сказать, что ясность зависит от акустических и музыкальных факторов. Для различных музыкальных жанров (а в некоторых случаях даже в рамках одного жанра) необходимо помещение с разным уровнем полноты звука и ясностью. Например, для энергичных скрипичных пассажей или ярком женском вокале выйгрышным будет повышенная ясность, вместе с этим потеря полноты звучания. В то же время, для тяжёлой музыки с объёмными инструментами (например, орган, контрабас и др.) совершенно необходимо в полной мере передать эти ощущения насыщенности, что можно обеспечить только благодаря параметру "полнота звука". Но в этом случае необратимо возникнет потеря различимости.

"Интимность, камерность, близость" - всё это в равной мере отражает представления о кажущемся "виртуальном" размере пространстве для слушателя. Как и в предыдущем случае, для разной музыки и разной жанровой направленности требуется разное значение характеристики интимности. Данный параметр определяется разницей во времени между прямыми и отражёными звуками, а так же громкостью, поскольку камерное звучание ближе/громче в реальных условиях в малом помещении. Основной вклад в создании ощущения интимности вносят первые отражения звуковых волн от боковых стен, пола и потолка (при сравнительно небольшой высоте). Что касается разницы во времени между первым и отражённым звуками, то чем больше эта разница, тем больше создаётся эффект отдалённости сцены/исполнителя. При попытке воссоздать оригинальное звучание, необходимо учитывать параметр интимности и камерности с точки зрения того, в каком изначально помещении было записано или отыграно данное музыкальное произведение. Данное несоответствие очень хорошо различимо на слух и способно свести "на нет" всю индивидуальность и характер звучания. Например, поместив орган в маленькую комнату означает "задушить" всю полноту и размах его звучания, в то же время камерный оркестр или интимный женский вокал "потеряется" в большом зале. Ну и совершенно недопустимо слушать размах живого рок-концерта в маленькой комнате или помещении, если этот концерт был записан на большой открытой площадке или стадионе. При любой попытке воссоздания хоть сколько-то достоверного и похожего на оригинал звучания необходимо помнить о подобных закономерностях.

"Теплота" - определяется как звучность низких частот на фоне звучности средних частот. Представить "теплоту" проще всего как отношение времени ревербации на низких частотах ко времени ревербации на средних частотах. Для возникновения подобного эффекта время ревербации НЧ должно быть равно или быть слегка больше (до 20%) времени ревербации СЧ.

"Пространственность" - противоположность близости и камерности звучания. Эффект пространственности можно описать, как ощущение всей ширины зала, создающее окружение звука со всех сторон. Всё это обычно характеризует помещение с хорошей акустикой. В реальности такой эффект достигается при прослушивании оркестра или хора в большом зале. Представить сопутствующие пространственность ощущения можно в таком виде: у слушателя возникает ощущение расширение площади источника звуковых волн, а так же наблюдается эффект "обволакивания", или окружения звуком. При этом источник звука остаётся по-прежнему один, например сцена на концерте или фронтальная стереопара. Эффект расширения площади источника наиболее значим для оценки качества акустики зала или комнаты. Он зависит от уровня боковых отражений в помещении, а так же от количества низкочастотной составляющей звука. Обволакивание возникает в результате действия позднего ревербирующего звука (после 80 мс), а также зависит от конструктивных особенностей помещения для прослушивания. Если имеются какие либо препятствия или границы на пути следования звука до слушателя - всё это напрямую влияет на конечный эффект "вовлечения" в звучание.

"Громкость" - для оценки акустики зала используется и такой параметр, который субьективно сравнивается с неким эталонным значением, предполагающим наиболее благоприятное для восприятия звучание. Для большинства залов уже определено расстояние для прослушивания прямого звука, например оркестр должен располагаться на расстоянии примерно 18 метров, солист на сцене на расстоянии 6-15 метров. Эталонным значением громкости обычно считается замеренное в заглушенной камере на расстоянии, эквивалентном реальной точке прослушивания. При подобных измерениях учитывается обычно только два момента: энергия прямого звука и энергия ранних отражений, пришедших в первые 80 мс формирования образа.

"Баланс" - под балансом можно понимать оценку громкости инструментов в отдельности по отношению к общей громкости всего музыкального оркестра. Баланс учитывается не только в рамках инструментов, но также и по отношению вокалиста/исполнителя. Этот параметр зависит от окружения сценичесткого пространства, реализации замысла звукорежиссёра, способа размещения музыкантов на сцене и т.д.

"Ансамбль" - подразумевает слаженность совместного исполнения группы музыкантов или оркестра. Можно охарактеризовать это как точность, слаженность и согласованность совместного исполнения того или иного музыкального отрезка (музыкальной партии). Заслуга правильной передачи данной характеристики ложится всецело на исполнителей, их ощущения собственного звучания, а так же зависит от профессионализма звукорежиссёра, сводящего конечную аудиозапись.

"Тембр" - наиболее сложное и важное в психоакустике понятие. Описывается как специфическая окраска звучания, с помощью которой человеческие органы слуха способны отличать звук одного инструмента от звука другого, или голос одного человека от голоса другого. При этом степень точности определения весьма высока, включая малейшие изменения нюансов звучания. Тембр зависит от всей структуры звуковой волны, как на момент становления звука, так и на момент спада. Определяется степенью "насыщения" обертонами основного звукового тона и передачей энергии этим важнейшим элементам, которые и определяют уникальный характер звучания. На примере помещения, выступающего в качестве линейного фильтра, важно отметить, что оно существенно влияет на распределения энергии по обертонам, что зачастую сильно искажает изначальный тембр звукозаписи. Человеческий слух крайне чувствителен к малейшим искажениям и изменениям оригинального тембра. Обычно, роль помещения на тембр сказывается в плане возникновения резонансных волн, образование которых напрямую связано с формой и размерами помещения. Таким образом, можно легко просчитать и устранить резонансы, снизив тем самым влияние на исходное звучание. Именно за счёт этих закономерностей легко выразить, что серьёзный звук не получится в помещениях малого объёма. Объясняется это малым временем ревербации, недостаточным интервалом между прямым звуком и ранними отражениями. Тембр в этом случае сильно искажается. Вывод такой: любая музыка с претензией на точность передачи - требует больших объёмов помещения для воспроизведения. Например, минимальный объём студии звукозаписи должен быть не менее 200 метров.

Рассмотрим отрицательные характеристики звука:

"Эхо" - отрицательный звуковой эффект, возникающий как повторяющийся прямой звук. Зависит напрямую от интенсивности отражённых волн и времени запаздывания. Эхо не наблюдается при времени запаздывания менее 80 мс.

"Порхающее эхо" - многократное, периодически повторяющееся эхо. В данном контексте важна периодичность повторения, особенно в случае, если период повторения менее 20 мс. Эффект проявляется как сильное окрашивание звучания. Чаще всего наблюдается в помещениях с длинными параллельными стенами. В этом случае происходит не только тембральная окраска, но так же нарушение локализации звуковых образов в пространстве, что крайне негативным образом сказывается на звучании в итоге. Устраняется подобное либо избеганием помещений с прямоугольной геометрией, либо применением рассеивающих материалов/предметов интерьера и оформления. В бытовых условиях такими предметами в ряде случаев выступает мебель.

"Шумы" - данный эффект можно разделить на внешний и внутренний. Внешние шумы в помещении возникают от источников, находящихся за пределами (уличные шумы и т.д.). Внутренние шумы порождаются либо источниками шума, находящимися внутри помещения, либо резонансами поверхностей, так же находящихся внутри комнаты для прослушивания. Степень уровня как внешних, так и внутренних шумов крайне важна для оценки звучания акустической системы или игры музыкантов и должна быть как можно ниже. В студиях звукозаписи данный показатель должен соответствовать определённым нормам.

В качестве итога, совокупность всех вышеперечисленных факторов формирует влияние на тот звуковой образ (музыки, голоса, звуков), что мы слышим впоследствии. На данном этапе совершенно очевидно, какую основополагающую роль выполняет помещение, в связке "комната-акустическая система-слушатель". Акустические системы, параметры которых доведены практически до идеального уровня (а именно выведены за пороги слышимости), способны продемонстрировать это совершенство только в заглушенной тестовой комнате. Если же перенести эту АС впоследствии в бытовую комнату или салон автомобиля, то получается сильное искажение и окрашивание предполагаемого звучания. Обычно наблюдается целый набор негативных изменений первоначально заявленной АЧХ, например: повышение (а чаще понижение) уровня низких частот, окрашивание среднечастотного диапазона, появление пиков и провалов в АЧХ под влиянием характеристик помещения и прочее.

В этой ситуации есть два варианта возвращения амплитудно-частотной характеристики к заявленным показателям: изменение параметров помещения (применение звукопоглощающих, рассеивающих и отражающих материалов и поверхностей) или использование эквалайзера. Первый метод оправдан в любом случае, однако не всегда возможен в силу тех или иных причин, а так же из-за дороговизны самого решения. Использование эквалайзера в системах Hi-Fi уровня тоже стоит под вопросом и крайне нежелательно. Данные выводы имеют под собой вполне обоснванную почву. Во-первых, выравнивая АЧХ эквалайзером "на оси", вместе с этим обычно портит и искажает звуковую картину "под углами" (если смотреть на график, всё становится понятно). Во-вторых, самое нежелательное последствие применения эквалайзера - это влияние на временную структуру звука и фазовые зависимости. Последствия такого "выравнивания звука" ещё больше испортят качество и тембр звука. Слуховая система человека наилучшим образом различает широкие пики низкой добротности, при этом чувствительность снижена к узким пикам высокой добротности (даже до уровня "выше среднего"). Этим и определяются достижения современных hi-fi систем, которая идёт по пути вывода искажений за пределы слышимости.

При работе с конкретным помещением/салоном автомобиля/залом/комнатой для прослушивания при попытке воссоздать наиболее точное звучание или ту АЧХ, что заявлена изготовителем, имеется набор "рычагов" или инструментов, воздействуя на которые можно существенно приблизиться к заданной цели. Но задача эта очень трудна, при грамотном подходе требует тщательной реализации на уровне математических расчётов. В целом, в помещении имеются три фактора, на которые можно так или иначе оказывать определённое воздействие: 1) размеры и форма помещения; 2) ревербация и отражённые волны; 3) резонансы помещения. Самой трудной и в то же время самое важной характеристикой можно считать именно размеры и форму помещения. Редко кто имеет возможность менять вот так просто помещение одно на другое (или менять автомобиль, например). Поэтому зачастую приходится работать с тем, что есть. Но иногда "то, что есть" - не выдерживает никакой критики и практически не поддаётся "корректировке" оставшимися двумя рычагами воздействия. Если помещение слишком мало, это сразу предопределяет ряд процессов, происходящих в нём, как например высокую степень ревербации. И чаще всего происходит так, что решение в конечном счёте всё равно упрётся в недостатки, вызванные исходными размерами.

Проще ситуация с регулированием степени ревербации, она решается применением поглощающих/отражающих материалов в нужных участках помещения. Резонансы помещения тоже не столь критичны и с ними можно и нужно бороться, однако в этом случае имеется ряд закономерностей, которые помогают в этом вопросе. Например, чем меньше размер помещения, тем в более высокочастотной области находятся резонансные частоты. Для сравнения: в помещении объемом 7 х 10 х 5 м первый резонанс будет равен 17,2 Гц, а для помещения с размерами 3,5 х 5 х 2,5 м первая резонансная частота равна 34,4 Гц. Так же необходимо учитывать, что не только сама комната создаёт нежелательные резонансы, но так же и предметы/обстановка, которые в ней находятся. При этом влияние последних гораздо больше и значительнее. На основе этого становится понятным, что в хорошей комнате для прослушивания должно быть минимум посторонних объектов, способных каким-то непредсказуемым (если не вдаваться в подробности) образом повлиять на окрашивание АЧХ.

В заключении напомню, что про общую физическую теорию звука и акустики понятным (надеюсь) языком можно почитать в этой статье.

Страницы: 1|2
Поделиться в соцсетях:

Комментарии

  1. Vip Kit

    Ответить

    • BlackSV BlackSV

      Ответить

  2. Надежда

    Ответить

    • BlackSV BlackSV

      Ответить

  3. Сергей

    Ответить

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *