Дата и час: 27 Юни 2019, 02:38
Font Size
   

За психоакустиката

За процесите, поради които чуваме това, което чуваме

За психоакустиката

Мнениеот Радостин Атанасов » 20 Дек 2009, 22:19

Чуването не е изцяло механичен процес, но също и процес на усещане и възприятие. Когато човек чуе нещо, което по някакъв начин достига до ухото като механична вълна, пренасяна от въздуха в ухото, тя е преобразувана в нервни импулси. Тези импулси отиват до мъзъка, където те биват възприети и обработени. От тук идват и много проблеми и разлики в звученето (това как аз чувам едно нещо е различно от това, което вие чувате и това идва от психичната нагласа на съзнанието, състоянието на мозъка и нервната система… от там и психоакустичен модел) и проблеми при обработката на аудиото. За това е важно да се осъзнае, че чуването зависи не само от ушите като приемници, но и от средното ухо, нервната система и мозъка на слушателя и тези неща трябва да се вземат под внимание.


Да вземем ухото например, то разлага сигнала на съставните му тонове като част от целия процес на чуване и чрез базилиарната мембрана ги преборазува в нервни импулси, като част от цялата информация остава нечуваема. MP3/Огг ворбис и другите компресии със загуби се възползват точно от това. Добре е да се знае, че ухото като приемник има логаритмично-динамична реакция. Телефонната мрежа използва точно това свойство, за да пренася сигналите през мрежата, и после да ги просвирва обратно. Още една особеност на нелинейната логаритмична реакция на ухото е тази, че при 2 тона, които са близки един до друг, ухото освен че ги възприема като самостоятелни, възприема и разликата между тях като тон фантом – тон който е нещо средно между двата. На базата на принципа, използван за работа с носещите честоти в едно радио от нелинеен усилнател. Подобни физиологични ефекти в ухото, които се получават заради устройстното му, се наричат физиологично-акустични, и сред хората е залегнало като психоакустичен модел, което реално погледнато също не е грешно.

Съществуват и реални психоакустични ефекти, когато например човек слуша съскащ и пълен с пукащи звуци запис на грамофонна плоча, човекът спира да възприема шумовете и се концентрира върху музиката. Човек, който прави това постоянно и редовно, до такава степен свиква с този ефект, че в края на записа, ако го попитат има ли шум, няма да може да отговори. Това се нарича психоакустично маскиране. Разликата е, че при физиологично-акустичният модел всичко се определя от ухото, нервната система и как й се подава сигнала, тук обаче говорим за обработването на сигнала след като вече е постъпил в мозъка, и това как мозъка го обработва. Това е още една причина различните хора да чуват едно и също нещо различно.)

Тази способност на мозъка да маскира подобни шумове се използва в много технологии. В днешната цифрова ера това се използва за прикриване на дефекти при аудиокомпресия. Подобен ефект се получава, когато се използва процес за откриване на модел в постъпващият сигнал, точно като в електрониката, търси зависимости и модели в поведението на сигнала. Когато информацията в подобен модел е малко, заедно с информацията може да се чуе и шум или друг звуков ефект, който реално не съществува, което е признак, че мозъка усеща недостига на информация и се опитва да отгатне и добави липсващата. Това се нарича фантомен психоакустичен ефект. Типичен пример за това е, когато оператор се напъва да чуе слаб морзов код в шумен сигнал, той чува слаби писъци, отговарящи на точки и тирета, въпреки че те реално липсват. Подобен фантомен психоакустичен модел, може да изиграе важна роля в среда, когато хората са под стрес и с изострени възприятия, както като са в опасност, ухото чува, че опасността е по-бизо от колкото е в действителност.

Ограничения на възприятието

Човешкото ухо нормално чува диапазона 20 херца – 20 килохерца. Горната гранича честота пада с възрастта и може да стигне до малко над 16 кхц (което не при всеки човек е така, защото зависи и от средата, в която човек е израстнал, и в средата, в която работи и от това каква работа извършва. Ухото като орган не реагира на честоти под 20 херца, но могат да се приемат от тялото като усет за допир. Скорошни изследвания показват наличието на свръхзвуков ефект който се състои в това, че сигнал над 20 килохерца, който не може да се чуе, се отразява на слушателя.)

Звуковата разделителна способност на ухото е около 2 херца средно. Това значи, че за да може ухото да направи разлика между два тона, двата тона трябва да имат разлика най-малко 2 херца. В зоната на най-добра чувствителност на ухото, около 400 херца, разделителната способност е дори 1 херц! Разбира се, с допълинителни средства могат да се чуят и по-малки разлики. Взаимодействието между два тона с малка разлика може да се чуе като вариращо пулсиране.

Ефекта от въздействието на дадена честота върху ухото е логаритмичен. Възприемането на тона като такъв е свързано с честотата като експоненциална функция. 12 тонната музикална скала е добра за целта. Тя се развива според това как се възприемат тоновете. Когато основната честота на тона се умножи по приблизително 2^\frac{1}{12} (това е реалния фактор, но е осреднена стойност, и леко варира според показателите), резултата е честотата на най-близкият по-висок полутон. Отивайки 12 ноти нагоре по скалата – цяла октава — е същото като умножаване на стойността на честотата по 2^\frac{12}{12}, което си е същото като направо да удвоите честотата.

Резултата от това е, че тази скала на полутоновете се използва като логаритмична скала. Има и други подобни скали на основата на изследване на човешкото възприятие, като скалата на Mel, и скалата на Барк. Те се използват за изучаване на възприятието (но не в музикална среда), тези скали също са логаритмични.

Интензитета на чуваемите честоти е огромен. Тъпанчетата на ухото са чувствителни към механичната страна на нещата, вариациите в налягането като причина за трептене на мембраната. Най-ниският звук, който може да се възприеме е 0 децибела (dB), но максималният предел не е ясно обособен. Горният лимит е там, където има реална опасност от наранявания в ухото или с потенциална загуба на слуха. Същите тези лимити зависят и от времето, през което ухото е изложено на тези нива на сила. Ухото може да възприема звуци от около 120 дб за кратки интерваили от време без сериозни и постоянни последици, но редовно и продължително излагане на звуци над 80 децибела може да доведе до пълна или непълна глухота.

Още по-задълбочено изследване на минималното възприятие на човешкото ухо показва, че пределно минималното ниво, при което ухото чува тон не е константа и зависи от честотата на въпросният тон. С измерване на много честоти може да се изгради крива на аболютните чуваеми нива. Тези нива варират от чавек до човек.

Абсолютната граница на слуха е най-ниската част на равна сила в различните честоти – Equal-loudness contours. Equal-loudness contours показват силата в децибели (dB), в интервала на чуваеми честоти, които се възприемат с еднаква сила. Equal-loudness contours са първоначално измерени от Флетчър и Мунсон в лаборатории Белл през 1933, използвайки чисти тонове и събраната информация е използвана за създаване на кривите на Флетчър-Мунсон. Заради напълно субективното чуване, разликите в това как двама души чуват, са създадени осреднени криви, които се базират на средноаритметичен статистически анализ от измерванията върху много хора.

Робинсън и Дансън усъвършенствали процеса, за да придобият нов набор криви на базата на източник в звукоизолирана безехова камера. Новият набор данни, събрани от Робинсън и Дансон, са използвани за създаването на кривите на Лобинос-Дансон, които са стандартизирани под стандарта ISO 226 през 1986 год. През 2003, ISO 226 бе редактиран като equal-loudness contour, като са използавни данни от 12 независими проучвания в различни лаборатории.

Интерпретиране на звука

Човешкото ухо е образно казано спектрален анализатор, който различава отделните честоти в сигнала и ги обработва и кодира отделно, без да проявява интерес към техните фази. На практика е трудно, но не е невъзможно да се чуе и фазата на сигнала. Inter-aural разлика във фазите настъпва, когато разликата между двете уши е толкова голяма, че вече се получава усещане, че звука идва от дадена посока. Психоакустичното филтриране в нервната система спомага за точното определяне на посоката и е друга ВАЖНА особеност.

Маскиращи ефекти

В някои ситуации ясно чуваем сигнал може да се маскира с отделен звук. Например нормален разговор на аавтобусна спирка може да стане нечуваем при натоварено и шумно движение. Този феномен се нарича маскиране. Маскиране настъпва когато слаб звук бива напълно заглушен и става нечуваем от друг по-силен. Синият звук изкривява кривите на абсолютна чуваемост и слабият иначе нормално чуваем звук става нечуваем, защото попада под кривите на абсолютната чуваемост.

Ако два сигнала звучат едновременно и единият маскира другия, тогава има симултантно (едновременно) маскиране. Симултантното маскиране понякога бива наричано и честотно маскиране. Тоналността на един звук частично определя свойствата му да маскира друг звук. Синусоидалният маскиращ сигнал изисква по-висок интензитет, за да маскира шумоподобен сигнал, отколкото шумободобен маскиращ сигнал да маскира синусоидален сигнал. Компютърните модели, които изчисляват маскирането, предизвикано от звук, трябва да се съобразят със спектралните пикове, както и с тоналността както на маскиращият, така и на маскираният звук.

На подобен принцип слаб звук, изсвирен веднага след силен не се чува, както и слаб сигнал веднага преди силния също не се чува, защото и в двата случая по-силният сигнал надделява над по-слабия. Тези процеси са известни като предходящо и последващо маскиране.

Звуци фантоми в диапазона на ниските честоти могат да се чуят от ухото, въпреки че в аудио сигнала те не съществуват. Това е чист психоакустичен ефект, защото мозъкът сам си създава тонове в ниския честотен диапазон, на основата на съществуващи тонове и полутонове и хармонични към тях. Този ефект се използва от комерсиалните продукти, да усилят и увеличат ефекта на възпроизвеждания от тях звук, когато има други ограничения, пречещи това да стане. Някога чудили ли сте се как става така, че малки колонки вадят силен за категорията на колонките бас? Ето така го правят.

Психоакустиката и психоакустичните модели в софтуера.

Психоакустичните модели осигуряват високо качество при компресията със загуби, като показват кои части от аудио сигнала могат да се премахнат, за да може хем да се намали обема, хем да се чува високо и равномерно качество на остатъчният сигнал.

Може да се обясни как внезапно и силно пляскане с ръце може да е силно в библиотеката и същото пляскане на улицата да е незначителен шум, който бихте пренебрегнали. Това е от полза при компресията и с добро използване на психоакустичните модели, файла може да се сведе до 1/10 – 1/12 от оригиналният си обем, като има минимални загуби откъм качество. Подобни степени на компресия са характерни за съвременните аудио формати – аудио компресия със загуби. Най-масовите, но далеч не всички формати са MP3, Ogg Vorbis, WMA, Musicam (използван за излъчване и предаване в някои държави), МРС, ААС, МР4 and ATRAC, компресията използвана при мини дисковете.

Психоакустиката се базира на ограниченията на ухото във възприемането на звуците, ограничения като:

* Лимит на високите честоти

* абсолютна граница на чуваемост

* темпорално маскиране

* симултантно – едновременно маскиране

Ухото не работи с пълната си чувствителност, когато подобни ограничения се използват за да се излъже, това позволява на компресията да премахва изцяло звуците извън чуваемия диапазон. С внимателно и преценено преместване на битове от интервалите, които не се чуват, до интервала, в който се чува, с помощта на писоакустиката и използване на недостатъчите на ухото може да се постигне много високо качество на звучене при компресия със загуби.

Психоакустиката и музиката

Психоакустиката помага преоткриването на много нови неща, свързани с аудио компресията и музиката, помагайки нивата на компресия да се увеличат, а загубите да се намалят.

Други приложения па психоакустиката

Психоакустиката се развива на няколко фронта, не само аудио и физиология, но и математика и програмиране, не само за постигане на техника която въпроизвежда със звуци музика с много високо качество и много високо ниво на достоверност, но и за отбранителни системи, за създаване на звукови оръжия, които могат да причиняват временна дезориантация, зашеметяване, нараняване или да убиват. За щастие, използвано на психоакустиката за създаване на оръжия и средства за нараняване и убиване е силно ограничено, но масово се използва сред музиканти и творци, които искат да постигнат пълно възприятие на творбите си, когато техническите им средства не го позволяват.

Забележка:
Статията е взета от интеренет и е промена и допълнена от мен.
Great Sound
0899 867 140 ; 0879 857 140
http://greatsound.snimka.bg/
Радостин Атанасов
Audiomaster
 
Мнения: 515
Регистриран на: 13 Ное 2009, 22:25
Местоположение: Бургас

Re: За психоакустиката

Мнениеот kalitin » 24 Дек 2009, 23:58

/това как аз чувам едно нещо е различно от това, което вие чувате и това идва от психичната нагласа на съзнанието, състоянието на мозъка и нервната система… от там и психоакустичен модел) и проблеми при обработката на аудиото/ Не можах да разбера какво имаш предвид, че примерно аз и ти чуваме различно? Например слушаме запис на виолончело-аз го чувам че е виолончело, а ти го чуваш като каба гайда,така ли да го разбирам?
kalitin
 
Мнения: 4
Регистриран на: 24 Дек 2009, 23:18

Re: За психоакустиката

Мнениеот Радостин Атанасов » 25 Дек 2009, 01:10

kalitin написа:/това как аз чувам едно нещо е различно от това, което вие чувате и това идва от психичната нагласа на съзнанието, състоянието на мозъка и нервната система… от там и психоакустичен модел) и проблеми при обработката на аудиото/ Не можах да разбера какво имаш предвид, че примерно аз и ти чуваме различно? Например слушаме запис на виолончело-аз го чувам че е виолончело, а ти го чуваш като каба гайда,така ли да го разбирам?


Не. Пък и ясно е обяснено от какво зависи - психичната нагласа на съзнанието, състоянието на мозъка, емоциите и т.н. Чуваме и двамата виолончело, но го чуваме по различен начин и оттам непрестанните битки по форуми кой имал по-добра система и кой бил по-по- най. Тук става дума за нюанси. Ти може би го чуваш по определен начин, различен от това как някой твой познат го чува, по-точно как мозъка ги интерпретира. Ако си музикант, ще имаш по-развит слух, по-богато музикално въображение и музикална памет. Срещал съм даже твърдения, че реалните звуци са дефакто различни от обработените от мозъка сигнали, постъпили от ухото като датчик. Но това не е доказано, само се твърди.
Great Sound
0899 867 140 ; 0879 857 140
http://greatsound.snimka.bg/
Радостин Атанасов
Audiomaster
 
Мнения: 515
Регистриран на: 13 Ное 2009, 22:25
Местоположение: Бургас

Re: За психоакустиката

Мнениеот Стефан » 26 Дек 2009, 10:40

г-н Kalitin, обаче мисля че обратното е по-вероятно, вие да чувате каба гайда, а Радо виолончело. Спомням си аз какво слушахте на експото/ако не се лъжа/, и ви харесваше. :lol: :lol: :lol:
Стефан
 
Мнения: 3
Регистриран на: 24 Дек 2009, 17:51

Re: За психоакустиката

Мнениеот азазелло » 26 Дек 2009, 18:51

Стефан написа:г-н Kalitin, обаче мисля че обратното е по-вероятно, вие да чувате каба гайда, а Радо виолончело. Спомням си аз какво слушахте на експото/ако не се лъжа/, и ви харесваше. :lol: :lol: :lol:

Калитин е виолончелист в ранните си години!!!! /и не знам другите какво чуват...?/.
азазелло
 
Мнения: 18
Регистриран на: 22 Дек 2009, 00:06

Re: За психоакустиката

Мнениеот kalitin » 26 Дек 2009, 22:55

Стефан написа:г-н Kalitin, обаче мисля че обратното е по-вероятно, вие да чувате каба гайда, а Радо виолончело. Спомням си аз какво слушахте на експото/ако не се лъжа/, и ви харесваше. :lol: :lol: :lol:

Радвам се,чеРадостин е разбрал какво исках да кажа и е отговорил цивилизовано.Мисля,че няма нужда от клакьори!
kalitin
 
Мнения: 4
Регистриран на: 24 Дек 2009, 23:18

Re: За психоакустиката

Мнениеот Радостин Атанасов » 27 Дек 2009, 00:26

Поне в този форум нека да няма личностни неразумения. Можем да се разберем всички.
Господ е дал на всеки дарби, като на някои те са още неоткрити.
Great Sound
0899 867 140 ; 0879 857 140
http://greatsound.snimka.bg/
Радостин Атанасов
Audiomaster
 
Мнения: 515
Регистриран на: 13 Ное 2009, 22:25
Местоположение: Бургас

Re: За психоакустиката

Мнениеот Стефан » 27 Дек 2009, 12:18

kalitin написа:
Стефан написа:г-н Kalitin, обаче мисля че обратното е по-вероятно, вие да чувате каба гайда, а Радо виолончело. Спомням си аз какво слушахте на експото/ако не се лъжа/, и ви харесваше. :lol: :lol: :lol:

Радвам се,чеРадостин е разбрал какво исках да кажа и е отговорил цивилизовано.Мисля,че няма нужда от клакьори!

Разочарован съм, че не сте разбрал смисъла на пост-а ми.
ПП: Мисля, че няма нужда от разстояние след ","/запетайката/, ама никаква нужда няма.
Стефан
 
Мнения: 3
Регистриран на: 24 Дек 2009, 17:51


Назад към Психоакустика

Кой е на линия

Потребители разглеждащи този форум: 0 регистрирани и 1 госта

cron

Кой е на линия

Общо на линия e 1 потребител :: 0 регистрирани0 скрити и 1 гости (Информацията се обновява на всеки 5 минути)
На 01 Апр 2019, 15:43 е имало общо 99 посетители наведнъж.

Потребители разглеждащи този форум: 0 регистрирани и 1 госта

::