Влияние на восприятие человека временных параметров аудиосигналов

Известно, что из сложного внешнего звукового мира человек группирует звуки по определенным признакам: по месту, по времени начала и конца (длительности), по периодичности повторений и т.п. Это связано с тем, что кратковременная память оперирует только шестью-семью символами и без группировки мозг не может принимать быстрых решений.

По А.Молю воспринимаемые акустические сигналы характеризуются тремя параметрами:

- громкостью,выражаемой в логарифмах интенсивности звуковых колебаний;

- высотой ,выражаемой логарифмом частоты звуковых сигналов;

-длительностью,выражаемой логарифмом продолжительности звуковых сигналов.

При этом, громкость отображает интенсивность акустического колебания, зависит от значения звукового давления или интенсивности звука и частоты; ощущение громкости зависит также от физического и психического состояния человека. А высота тона определяется частотой колебаний. Между высотой тона и частотой синусоидального акустического сигнала существует взаимно однозначное соответствие: каждому значению частоты в герцах соответствует единственное значение высоты тона по той или иной психоакустической шкале, каждому значению высоты тона соответствует единственное значение частоты.

В связи с этим, а также с учетом инерционности слуха, для восприятия аудиоинформации необходима относительная стационарность звукового сигнала на длительности достаточной для его восприятия слушателем . А. Молем предложено членение сигнала на следующие элементы:

· элементарные структуры формирующие звуковой символ (для речевого сигнала мгновенные спектры, форманты);

· звуковые объекты - мельчайшие объекты, воспринимаемые как отдельные события (для речевого сигнала - фонемы);

· промежуточные структуры - последовательность звуковых объектов, соединенная по смыслу или посредством художественных приемов (ритмом, мелодией);

· макроструктура - сообщение (произведение) в целом.

Звуковые объекты, в свою очередь, характеризуется:

· относительной однородностью относительно высоты и средней громкости;

· индивидуальностью, определяемой огибающей амплитудного спектра;

· характерным изменением (развитием) во времени.

Структура звуковых сигналов определяется гармоническими и мелодическими законами. Гармонические законы определяют систему построения символов из элементов. Мелодические законы определяют изменения во времени символов звукового сообщения.

Различают два основных периода существования звукового объекта:

· переходный (атака) - интервал, на котором скорость изменения громкости >150 дБ/с (максимум 600 дБ/с);

· установившийся - интервал, на котором скорость изменения <10 дБ/с.

Это видно на примере речевого сигнала, который представляет собой сочетание интервалов, соответствующих атакам с следующими вслед за ними интервалами затухания ( рис.1).

Рис. 1. Атаки и затухания в речевом сигнале

Звуковой объект характеризуется:

• относительной однородностью относительно высоты и средней громкости;

• индивидуальностью, определяемой огибающей амплитудного спектра;

• характерным изменением (развитием) во времени.

Развитие сгнала во времени включает: фазу нарастания — переднего фронта или «атаки», относительной стационарности — фазу «поддер­жки» и заднего фронта — спада. Значимость атаки для восприятия звука становиться понятной, если учитывать эффекты маскировки во времени и по частоте в слуховом анализаторе. В фазе установив­шегося периода и спада сигнала возбуждение слухового анализатора определяется в основном не свойствами сигнала, а свойствами само­го слухового анализатора, и только в момент атаки оно максимально определяется сигналом.

Известно, что устранение атак из речевого сигнала делает его полностью неразборчивым, в то же время сохранение только атак, составляющих 10-15% длительности сигнала, позволяет сохранить словесную разборчивость на уровне 85% (несмотря на увеличение темпа). Устранение атак музыкального сигнала делает невозможным определение инструмента даже для музыкантов. Инверсия звуков фортепиано превращает его в орган за счет изменения процессов нарастания и спада (рис.).

Длительность атаки по прямому звуку (без учета процесса реверберации)

для речевого сигнала:

- согласные 2-40 мс; - гласные 50-300 мс;

для музыкального сигнала: