БИНАУРАЛЬНЫЙ СЛУХ. ПРОСТРАНСТВЕННАЯ ЛОКАЛИЗАЦИЯ

Наличие двух приемников информации, т. е. бинаурального (двойного) слуха, обеспечивает человеку огромные преимущества, основные из которых следующие:

— локализация сигналов как от одиночных, так и от множественных источников, что позволяет формировать пространственную перспективу и оценивать пространственное звуковое поле

(например, в помещении);

— разделение сигналов, приходящих от звуковых источников из различных точек пространства;

— выделение сигналов выбранного звукового источника на фоне других звуковых сигналов, например выделение прямого звука на фоне реверберирующих сигналов в помещении, выделение речи на фоне шумов и т. д.

Прослушивая звучание симфонического оркестра в концертном зале (или пение хора в большом соборе), слушатель отчетливо воспринимает и разделяет расположение инструментов в горизонтальной плоскости на сцене, их расположение по глубине, а также ощущает пространственность окружающего звукового образа. Эта способность и называется пространственной бинауральной локализацией.

Пространственная разнесенность двух слуховых приемников и экранирующее влияние головы

и торса за счет дифракционных эффектов приводят к значительным различиям между сигналами, поступающими на правое и левое ухо, что позволяет произвести локализацию звукового источника в пространстве, обусловленную тремя физическими факторами:

— временным (lnteraural Time Difference — ITD) — возникающим из-за несовпадения по времени моментов прихода одинаковых фаз звуковой волны к левому и правому уху;

— интенсивностным (lnteraural Intensity Difference — HD) — возникающим из-за неодинаковой величины интенсивностей звуковой волны, вследствие дифракции ее вокруг головы и за счет образования «акустической тени» со стороны, обратной источнику звука;

— спектральным — возникающим из-за разницы в спектральном составе звуков, воспринимаемых левым и правым ухом, вследствие неодинакового экранирующего влияния головы и ушных раковин на низкочастотные и высокочастотные составляющие сложного звука.

ВЫСОТА ЗВУКА

Высота (pitch) — это атрибут слухового ощущения, в терминах которого звуки можно расположить по шкале от низкого к высокому.

Слуховая система способна различать высоту звука только у периодических сигналов.

Если это простое гармоническое колебание (например, синусоидальный сигнал), то период колебаний T с определяет частоту:

поэтому определяющим параметром для различения высоты является частота сигнала.

Если это сложный звук, то высоту слуховая система может присвоить по его основному тону, но только если он имеет периодическую структуру, т. е. спектр его состоит из гармоник (т. е. обертонов, частоты которых находятся в целочисленных отношениях); если это условие не выполняется, то высоту тона определить слуховая система не может (например, у звуков таких инструментов как тарелки, барабаны, кастаньеты и др.).

Значение высоты отложено в специальных единицах — мелах; при этом ощущаемая высота звука 1000 мел соответствует частоте 1000 Гц при уровне 40 дБ.

Как видно из рисунка, эта связь нелинейная: при увеличении частоты, например, в три раза (от

1000 Гц до 3000 Гц) высота увеличивается только в два раза (от 1000 мел до 2000 мел).

При повышении интенсивности звука ощущение высоты сдвигается: громкие низкие звуки кажутся еще ниже, а высокие звуки с повышением громкости кажутся слегка выше (зависимость показана на рис. 3.7.2),

для средних частот 1-2 кГц влияние интенсивности малозаметно.

Ощущение высоты тона зависит и от его длительности: короткие звуки воспринимаются как сухой щелчок, но при удлинении звука щелчок начинает давать ощущение высоты тона. Время,

требуемое для перехода от щелчка к тону, зависит от частоты: для низких частот требуется на распознание высоты тона примерно 60 мс, для частот 1-2 кГц примерно 15 мс (для сложных звуков это время увеличивается).

Ниже частоты 500 Гц можно различить примерно 140 градаций высоты тона, в диапазоне от

500 Гц до 16 кГц — примерно 480 градаций (всего 620 градаций). В западноевропейской музыке, в инструментах с равномерно темперированной шкалой используется до 96 градаций высоты тонов. До частоты примерно 5000 Гц увеличение высоты тона на октаву связано с удвоением частоты (например, переход от ноты ля первой октавы к ноте ля второй октавы

соответствует увеличению частоты от 440 до 880 Гц). Но выше частоты 5000 Гц это соответствие нарушается: чтобы получить ощущение увеличения высоты на октаву, надо увеличить соотношение частот почти в 10 раз.