Основные понятия в акустике. Максимальная громкость и высота звука Сведение звука независимых исполнителей

В повседневной жизни мы описываем звук, указывая, среди прочего, его громкость и высоту. Но с точки зрения физики звуковая волна - это периодическое колебание молекул среды, распространяющееся в пространстве. Как и всякая волна, звук характеризуется своей амплитудой, частотой, длиной волны и т. д. Амплитуда показывает, насколько сильно колеблющаяся среда отклоняется от своего «спокойного» состояния; именно она отвечает за громкость звука. Частота говорит о том, сколько раз в секунду происходит колебание, и чем больше частота, тем более высокий звук мы слышим.

Типичные значения громкости и частоты звука, которые встречаются, например, в технических нормативах и характеристиках аудиоустройств, адаптированы к человеческому уху, они находятся в комфортном для человека диапазоне громкости и частоты. Так, звук громкостью выше 130 дБ (децибел) вызывает болевые ощущения, а звуковую волну с частотой 30 кГц человек вообще не услышит. Однако кроме этих «человеческих» ограничений существуют и чисто физические пределы громкости и частоты звуковой волны.

Задача

Оцените максимальную громкость и максимальную частоту звуковой волны, которая может распространяться в воздухе и в воде при обычных условиях. Опишите в общих словах, что будет происходить, если попытаться излучить звук выше этих пределов.

Подсказка

Напомним, что громкость, измеряемая в децибелах, - это логарифмическая шкала, которая показывает, во сколько раз давление в звуковой волне (P) сильнее некоторого фиксированного порогового давления P 0 . Формула пересчета давления в громкости такова: громкость в децибелах = 20 lg(P/P 0), где lg - это десятичный логарифм. В качестве порогового давления в акустике принято брать P 0 = 20 мкПа (в воде принято другое пороговое значение: P 0 = 1 мкПа). Например, звук с давлением P = 0,2 Па превышает P 0 в десять тысяч раз, что соответствует громкости 20·lg(10000) = 80 дБ. Таким образом, предел громкости возникает из максимально возможного давления, которое может создавать звуковая волна.

Для решения задачи надо попытаться представить себе звуковую волну с очень большим давлением или очень большой частотой и постараться понять, какие физические ограничения при этом возникают.

Решение

Найдем вначале предел громкости . В спокойном воздухе (без звука) молекулы летают хаотично, но в среднем плотность воздуха остается постоянной. При распространении звука молекулы кроме быстрого хаотического движения испытывают еще и плавное смещение вперед-назад с некоторым периодом. Из-за этого возникают чередующиеся области сгущения и разряжения воздуха, то есть области повышенного и пониженного давления. Именно это отклонение давления от нормы и есть акустическое давление (давление в звуковой волне).

В области разряжения давление опускается до P атм – P. Ясно, что в газе оно должно оставаться положительным: нулевое давление означает, что в этой области в данный момент времени частиц нет совсем, и меньше этого быть уже не может. Поэтому максимальное акустическое давление P, которое звуковая волна может создавать, оставаясь при этом звуком, как раз равно атмосферному. P = P атм = 100 кПа. Ему отвечает теоретический предел громкости равный 20·lg(5·10 9), что дает примерно 195 дБ .

Ситуация слегка меняется, если речь идет про распространение звука не в газе, а в жидкости. Там давление может стать отрицательным - это просто означает, что сплошную среду пытаются растянуть, разорвать, но она за счет межмолекулярных сил выдерживает такое растяжение. Однако по порядку величины это отрицательное давление невелико, порядка одной атмосферы. С учетом другого значения для P 0 это дает теоретический предел громкости в воде около 225 дБ .

Получим теперь ограничение на частоту звука . (На самом деле, это лишь одно из возможных ограничений на частоту; о других мы упомянем в послесловии.)

Одно из ключевых свойств звука (в отличие от многих других, более сложных волн) состоит в том, что его скорость практически не зависит от частоты. Но скорость волны связывает частоту ν (то есть временну ю периодичность) с длиной волны λ (пространственной периодичностью): c = ν·λ. Поэтому чем выше частота, тем меньше длина звуковой волны.

Частоту волны ограничивает дискретность вещества. Длина звуковой волны не может быть меньше типичного расстояния между молекулами: ведь звуковая волна есть сгущение-разряжение частиц и не может существовать без них. Более того, длина волны должна составлять как минимум два-три таких расстояния: ведь она должна включать как области сгущения, так и область разряжения. Для воздуха в нормальных условиях среднее расстояние между молекулами составляет примерно 100 нм, скорость звука равна 300 м/с, поэтому максимальная частота составляет порядка 2 ГГц . В воде масштаб дискретности меньше, примерно 0,3 нм, а скорость звука составляет 1500 м/с. Это дает ограничение на частоту примерно в тысячу раз выше, порядка нескольких терагерц .

Обсудим теперь, что произойдет, если мы попытаемся излучить звук, превышающий найденные ограничения. В качестве излучателя звуковой волны подойдет погруженная в среду твердая пластина, которую мотор двигает взад-вперед. Технически осуществим излучатель с такой большой амплитудой, который в максимуме создает давление намного выше атмосферного - для этого достаточно двигать пластину быстро и с большой амплитудой. Однако тогда в фазе разряжения (когда пластина отходит назад) будет просто вакуум. Таким образом, вместо очень громкого звука такая пластина будет «нареза ть воздух» на тонкие и плотные слои и выбрасывать их вперед. Распространяться сквозь среду они не смогут - столкнувшись с неподвижным воздухом, они резко его нагреют, породят ударные волны, а сами разрушатся.

Можно представить себе и другую ситуацию, когда акустический излучатель колеблется с частотой, превышающей найденный предел частоты звука. Такой излучатель будет толкать молекулы среды, но так часто, что не даст им шанса сложиться в синхронное колебание. В результате пластина будет просто хаотично передавать энергию подлетающим молекулам, то есть будет попросту нагревать среду.

Послесловие

Наше рассмотрение было, конечно, очень простым и не принимало во внимание множество процессов, происходящих в веществе и также ограничивающих распространение звука. Например, вязкость приводит к затуханию звуковой волны, причем скорость этого затухания быстро увеличивается с частотой. Чем больше частота, тем быстрее газ движется вперед-назад, а значит, тем быстрее энергия превращается в тепло за счет вязкости. Поэтому в слишком вязкой среде высокочастотный ультразвук просто не успеет пролететь какое-либо макроскопическое расстояние.

В затухании звука играет роль и другой эффект. Из термодинамики следует, что при быстром сжатии газ нагревается, а при быстром расширении - охлаждается. Это происходит в том числе и в звуковой волне. Но если у газа большая теплопроводность, то при каждом колебании тепло будет перетекать из горячей зоны в холодную, ослабляя таким образом тепловой контраст, а в конечном счете - и амплитуду звуковой волны.

Стоит еще подчеркнуть, что все найденные ограничения относятся к жидкостям и газам при нормальных условиях; они изменятся при существенном изменении условий. Например, максимальная теоретическая громкость, очевидно, зависит от давления. Поэтому в атмосфере планет-гигантов, где давление существенно выше атмосферного, возможен и еще более громкий звук; и наоборот, в очень разреженной атмосфере все звуки неизбежно тихие.

Наконец, упомянем еще одно интересное свойство ультразвука очень большой частоты при его распространении в воде. Оказывается, когда частота звука существенно превышает 10 ГГц, его скорость в воде возрастает примерно вдвое и примерно сравнивается со скоростью звука во льду. Это означает, что некие быстрые процессы взаимодействия молекул воды начинают играть существенную роль при колебании с периодом меньше 100 пикосекунд. Условно говоря, вода приобретает некую дополнительную упругость на таких временных интервалах, что и ускоряет распространение звуковых волн. Микроскопические причины этого так называемого «быстрого звука», впрочем, были поняты

Довольно трудно ожидать, что правильная настройка звука найдется сразу же после начала концерта. Обычно для того, чтобы заставить всю систему звучать в точном соответствии с требованиями звукооператора, требуется более или менее продолжительное время. К тому же, звукооператор обязан учитывать постепенное изменение состояния слушателей и исполнителей, происходящее в процессе концерта, так что, даже получив идеальный вариант настройки, нельзя признать его окончательным. Поэтому обычно приходится производить постоянную корректировку звучания всех систем комплекса до тех пор, пока звук не заработает, а затем внимательно следить, чтобы тончайший и подвижный баланс этого звука не развалился.

Звук на концерте будет работать до тех пор, пока звукооператор не перестанет его поддерживать.

Запись концертного выступления

Неплохо записывать все проводимые с вашим участием концерты на магнитную ленту. Прослушивая эти записи, можно обнаружить многие типичные ошибки, которые повторяются каждый концерт. Проанализировав эти ошибки, можно попытаться улучшить или изменить индивидуальную форму сведения звука. Можно проследить все моменты, ускользающие из внимания во время непосредственной работы над звуком. Однако, оценивая качество сведения по фонограмме, нужно уметь точно учитывать влияние условий записи и прослушивания, а также влияние самого процесса записи, например, более узкий в сравнении с концертом динамический диапазон магнитной записи. Если производить запись с основных выходов микшерного пульта, в ней окажется переизбыток вокала, так как звучание вокала на концерте оказывается более мягким, чем в записи.

Несомненно, что исполнители также захотят услышать запись выступления, поэтому приготовьтесь к тому, что они придут в ужас, прослушивая вашу сырую фонограмму, качество которой будет чрезвычайно далеко от качества звучания специальных концертных записей компакт-дисков. Поэтому, если вы хотите получить более менее полноценную запись концерта, постарайтесь обеспечить необходимые условия записи, чтобы полученную запись концерта можно было по крайней мере пересвести заново.

В большинстве случаев полноценная стереофоническая запись концерта является неоправданной роскошью, отнимающей массу времени и сил, однако монофоническую запись, неплохо передающую атмосферу звучания на концерте, можно получить, если один из каналов двухканального магнитофона подключить к одному из выходов микшерного пульта, а второй - к микрофону, расположенному в зале, поблизости от рабочего места звукооператора. Такая запись позволяет оценить сигнал системы звуковоспроизведения, звучание в зале, а также получить при соответствующем смешении сигналов обоих каналов относительно приемлемый вариант концертной записи. Разумеется, при таком способе записи баланс концертного звучания будет сбит, поэтому для того, чтобы его сохранить, нужно использовать для записи суммарный сигнал обоих каналов микшерного пульта и правильно подобрать положение микрофона. Если же вы захотите получить полный стереофонический баланс концерта, вам придется использовать четырехканальный магнитофон. Потратьте перед концертом немного времени на подбор характеристик звучания записываемых сигналов и на определение положения микрофонов и вы получите очень даже неплохой материал для стереофонической демонстрационной записи концерта.

Сведение звука независимых исполнителей

Звучание концертов с независимыми исполнителями сводится несколько иначе, чем звучание групп, даже в том случае, если независимый исполнитель выступаете обычной группой исполнителей.

Похожая информация:

1. B) В следующих предложениях подчеркните глагол-сказуемое, определите его видо-временную форму и залог. Переведите предложения на русский язык.

В этой статье мы еще глубже окунемся в структуру строения слухового аппарата, и как бы соединим на «физическом» уровне, то о чем я писал в предыдущих трех статьях. Сегодня мы затронем тему «предел громкости» в двух следующих статьях. Звуковой сигнал любой природы может быть описан определенным набором физических характеристик: частота, интенсивность, длительность, временная структура, спектр и др. Им соответствуют определенные субъективные ощущения, возникающие при восприятии звуков слуховой системой: громкость, высота, тембр, биения, консонансы-диссо нансы, маскировка, локализация-стер еоэффект и т.п. Как мы знаем, слуховые ощущения не линейны по восприятию! Обычно, это всегда комплекс физических параметров. К примеру, громкость – это ощущение, возникающее из комбинаций частоты , от уникальности спектра и самой интенсивности звука.

Еще в давние времена было установлено взаимоотношение о не линейном восприятии слуха. Это вылилось в закон Вебера - Фехнера - эмпирический психофизиологич еский закон, заключающийся в том, что интенсивность ощущения пропорциональна логарифму интенсивности раздражителя.

В 1834 году Э. Вебер провел ряд экспериментов и пришел к выводу: новый раздражитель, чтобы отличаться по ощущениям от предыдущего, должен отличаться от исходного на величину, пропорциональную исходному раздражителю. На основе этих наблюдений Г. Фехнер в 1860 году сформулировал «основной психофизический закон», согласно которому сила ощущения пропорциональна логарифму интенсивности раздражителя . Как пример: люстра, в которой 8 лампочек, кажется нам настолько же ярче люстры из 4 лампочек, насколько люстра из 4 лампочек ярче люстры из 2 лампочек. То есть количество лампочек должно увеличиваться в одинаковое число раз, чтобы нам казалось, что прирост яркости постоянен. И наоборот, если абсолютный прирост яркости (разница в яркости «после» и «до») постоянен, то нам будет казаться, что абсолютный прирост уменьшается по мере роста самого значения яркости. Например, если добавить одну лампочку к люстре из двух лампочек, то кажущийся прирост в яркости будет значительным. Если же добавить одну лампочку к люстре из 12 лампочек, то мы практически не заметим прироста яркости.

Из этого примера (хотя он полностью не описывает структуру «громко-восприяти я») мы видим прямое и явное перевоплощение «частотных групп» (критические полосы) слухового аппарата. Их заполняемость, подобно «лампочкам», приводит к субъективному увеличению чувства громкости. Степень «заполняемости» называется «интенсивностью» звука.

Но прежде чем мы будем более подробно говорить не только о громко-восприятии, но и о такой возможности слухового аппарата, как установление высоты тона, нужно более подробно окунуться в строение «уха» и наглядно понять работу всех этих «фишек». Об этом я поведаю в следующей статье.

8417 0

Kаким бы методом исследования не пользовались при аудиологическом изучении слуховой функции, существенными являются представления об основных физических характеристиках звуковых сигналов. Ниже будут представлены лишь самые основные понятия акустики и электроакустики.

Значения скорости распространения звуковой волны при разной температуре

Звук в природе распространяется в виде изменяющегося во времени возмущения упругой среды. Колебательные движения частиц такой yпругой среды, возникающие под воздействием звука, называются звуковыми колебаниями, а пространство распространения звуковых колебаний создает звуковое поле. Если среда, в которой распространяются звуковые колебания, является жидкой или газообразной, то частицы в этих средах колеблются вдоль линии распространения звука и поэтому их принято рассматривать как продольные колебания.

При распространении звука в твердых телах, наряду с продольными колебаниями, наблюдаются и поперечные звуковые колебания. Естественно, что распространение колебаний в среде должно иметь какое-либо направление. Это направление называется звуковым лучом, а поверхность, соединяющую все смежные точки звуковой волны с одинаковой фазой колебаний, принято называть фронтом звуковой волны. Кроме того, звуковые волны в различных средах распространяются с различной скоростью. При этом необходимо учитывать, что значение скорости определяется плотностью среды, в которой распространяется звуковая волна.

Сведения о значениях плотности звуковой среды весьма существенны, так как эта плотность создает определенное акустическое сопротивление распространению звуковой волны. На скорость распространения звуковой волны влияет также температура среды: при повышении температуры среды скорость распространения звуковой волны возрастает.

Основными для аудиологического обследования физическими характеристиками звука являются его интенсивность и частота. Именно поэтому они будут рассмотрены более подробно.

Для перехода к физической характеристике интенсивности звука вначале необходимо рассмотреть ряд других параметров звуковых сигналов, имеющих отношение к их интенсивности.

Звуковое давление - p(t) - характеризует силу, действующую на площадь, расположенную перпендикулярно к движению частиц. В системе СИ звуковое давление измеряется в Ньютонах. Ньютон - это сила, придающая массе в 1 кг ускорение в 1 м/с за 1 с и действующая на 1 квадратный метр, сокращенно Н/м2.

В литературе приводятся и другие единицы измерения звукового давления. Ниже представлено соотношение основных используемых единиц:

1Н/м2-10 дин/см2=10 мкбар (микробар)

Энергия акустических колебаний (Е) характеризует энергию частиц, движущихся под действием звукового давления (измеряется в джоулях - Дж).

Oтнесение энергии на единицу площади характеризует акустическую плотность, измеряемую в Дж/м2. Собственно интенсивность звуковых колебаний определяется как мощность или плотность акустического потока за единицу времени, т.е. Дж/м2/с или Вт/м2.

Человек и животные воспринимают весьма большой диапазон звуковых давлений (от 0,0002 до 200 мкбар). Поэтому для удобства измерения принято пользоваться относительными величинами, а именно, десятичной или натуральной шкалами логарифмов. Звуковое давление измеряется в децибелах и белах (1Б = 10 дБ), если используются логарифмы с десятичным основанием. Иногда (довольно редко) звуковое давление измеряется в ненерах (1Нн = 8,67 дБ); в этом случае используются натуральные логарифмы, т.е. логарифмы не с десятичными (как в случае с Б и дБ), а с двоичным основанием.

Однако следует учесть, что оценка в белах и децибелах была принята как логарифмическая мера отношения мощностей. Между тем, мощность и интенсивность пропорциональны квадрату звукового давления. Поэтому дня перехода к интенсивности звука устанавливаются следующие oтношения:

где N - интенсивность или звуковое давление (Р) в белах (Б) или децибелах (дБ), I0 и Р0 - условно принимаемые уровни отсчета интенсивности и звукового давления. Обычно уровнем отсчета звукового давления (часто в литературе используется сокращение "УЗД", от начальных букв слов "уровень звукового давления", а в английском языке используется аббревиатура - "SPL" (от идентичного выражения "Sound Pressure Level") считается 2x10-5 Н/м2. Соотношения УЗД с другими единицами измерения интенсивности звука выглядит следующим образом:

2х10-5 Н/м2=2х10-4дин/см2=2х10-4 мкбар

Рассмотрим теперь акустические характеристики частоты звуковых сигналов. В большинстве случаев для обследования слуховой функции используют гармонические звуковые сигналы.

Гармонический звуковой сигнал (иначе синусоидальный сигнал или чистый тон), обладающий также начальной фазой включения тонального сигнала, помимо звукового давления, характеризуется такой важной физической характеристикой как длина волны. Все гармонические звуковые сигналы (или чистые тоны) обладают периодичностью (т.e., периодом Т). В этом случае длина звуковой волны определяется как расстояние между соседними фронтами волны при одинаковой фазе колебаний и вычисляется по формуле:

J = с х Т

Где с - скорость распространения звуковых колебаний (обычно м/с), I их периодичность. При этом частота звуковых колебаний (f) соответствует формуле:

f = J/Т

Частоту тона оценивают количеством звуковых колебаний в секунду и выражают в герцах (сокращенно - Гц). Исходя из диапазона воспринимаемых человеком частот звуковых колебаний, частоты в диапазоне 20 - 20000 Гц называют звуковыми, более низкие частоты (f < 20 Гц) называют инфразвуками, а более высокие (f > 20000 Гц) - ультразвуками.

В свою очередь, чисто из практических соображений, диапазон звуковых частот иногда условно делят на низкие - ниже 500 Гц, средние 500-4000 Гц и высокие - 4000 Гц и выше. Заметим, что для обозначения звуковых колебаний от 1000 Гц и выше часто пользуются обозначением килогерц, сокращенно кГц.

Схематическое изображение формы и спектра ряда звуковых сигналов, используемых при аудиологических исследованиях:

1 - тональный сигнал; 2 - короткий звуковой импульс (щелчок); 3 -шумовой сигнал; 4 - короткая тональная посылка; 5 - амплитудно-модулированный сигнал (Т - период амплитудной модуляции); 6 - частотно-модулированный сигнал.

Если в звуковом сигнале представлено много разных частот (в идеале все частоты звукового спектра), то возникает, так называемый, шумовой сигнал.

Одним из методов аудиологического обследования больных является акустическая импедансометрия. Поэтому рассмотрим более подробно еще одну физическую характеристику звуковых сигналов.

Хорошо известно, что при распространении в средах разные виды энергии встречают определенное сопротивление. Выше указывалось, что такое же сопротивление встречает и акустическая энергия при распространении звуковых волн в акустических системах. Из последующего изложения станет очевидным, что периферические отделы слуховой системы, т.е. наружное и среднее ухо, представляют собой с физической точки зрения типичные акустические системы, а именно, акустические приемники звука. Поэтому и необходимо рассмотрение существа и характеристик акустического сопротивления с учетом прохождения звуковых сигналов через периферические отделы слуховой системы.

Комплексное акустическое сопротивление или акустический импеданс определяется как общее сопротивление прохождению акустической энергии в акустических системах. Акустический импеданс представляет собой отношение комплексных амплитуд звукового давления к колебательной объемной скорости и описывается формулой:

Za = ReZa + ilmZa

В этом уравнении ReZa представляет собой активное акустическое сопротивление (иначе его называют истинным или резистивным сопротивлением), которое связано диссипацией энергии в самой аккустической системе. Под диссипацией энергии понимают ее рассеивание в переход энергии упорядоченных процессов (какой, например, является кинетическая энергия звуковых волн) в энергию неупорядоченных процессов (в конечном итоге - в теплоту). Вторая часть уравнения ilmZa (его мнимая часть) получила название реактивного акустического сопротивления, которое обусловлено силами инерции или силами упругости, податливости или гибкости.

Ниже будет подробно изложена процедура исследования акустического импеданса среднего уха при ряде существенных для аудиологического обследования измерений (тимпанометрия, импедансометрия).

Я.А. Альтман, Г. А. Таварткиладзе

Психоаку́стика — наука, изучающая психологические ифизиологические особенности восприятия звука человеком.

Предпосылки

Во многих приложениях акустики и обработки звуковых сигналов необходимо знать, что люди слышат. Звук, который образуют волны давления воздуха, может быть точно измерен современным оборудованием. Однако понять, как эти волны принимаются и отображаются в нашем головном мозге — задача не такая простая. Звук это непрерывный аналоговый сигнал, который (в предположении, что молекулы воздуха бесконечно малы) может теоретически переносить бесконечное количество информации (может быть бесконечное число частот, содержащих информацию об амплитуде и фазе).

Понимание процессов восприятия позволит ученым и инженерам сосредоточиться на возможностях слуха и не учитывать менее важные возможности других систем. Важно также отметить, что вопрос «что человек слышит» не только вопрос о физиологических возможностях уха, но во многом также вопрос психологии, чёткости восприятия.

Пределы восприятия звука

Человеческое ухо номинально слышит звуки в диапазоне от 20 до 20 000 Гц. Верхний предел имеет тенденцию снижаться с возрастом. Большинство взрослых людей не могут слышать выше 16 кГц. Ухо само по себе не реагирует на частоты ниже 20 Гц, но они могут ощущаться через органы осязания.

Частотное разрешение звука в середине диапазона около 2 Гц. То есть изменение частоты более чем на 2 Гц ощущается. Однако есть возможность слышать еще меньшую разницу. Например, в случае, если оба тона приходят одновременно, в результате сложения двух колебаний возникает модуляция амплитуды сигнала с частотой, равной разности исходных частот. Этот эффект известен также как биение.

Диапазон громкости воспринимаемых звуков огромен. Наша барабанная перепонка в ухе чувствительна только к изменению давления. Громкость звука принято измерять в децибелах (дБ). Нижний порог слышимости определен как 0 Дб, а определение верхнего предела слышимости относится скорее к вопросу, при какой громкости начнётся разрушение уха. Этот предел зависит от того, сколько мы слышим звук. Ухо способно пререносить кратковременное повышение громкости до 120 дБ без последствий, но долговременное восприятие звкуков громкостью болеее 80 дБ может вызвать потерю слуха.

Более тщательные исследования нижней границы слуха показали, что минимальный порог, при котором звук остаётся слышен, зависит от частоты. Этот график получил название абсолютный порог слышимости. В среднем, он имеет участок наибольшей чувствительности в диапазоне от 1 кГц до 5 кГц, хотя с возрастом чувствительность понижается выше 2 кГц.

Кривая абсолютного порога слышимости является частным случаем более общих — кривых одинаковой громкости. Кривые одинаковой громкости — это линии, на которых человек ощущает звук разных частот одинаково громкими. Кривые были впервые получены Флетчером и Мэнсоном (H Fletcher and W A Munson), и опубликованы в труде «Loudness, its definition, measurement and calculation» в J.Acoust. Soc Am.5, 82-108 (1933). Позже более точные измерения выполнили Робинсон и Датсон (D W Robinson and R S Dadson «A re-determination of the equal-loudness relations for pure tones» in Br. J. Appl. Phys. 7, 166—181 ,1956). Полученные кривые значительно различаются, но это не ошибка, а разные условия проведения измерений. Флетчер и Мэнсон в качестве иточника звуковых волн использовали наушники, а Робинсон и Датсон — фронтально расположенный динамик в безэховой комнате.

Измерения Робинсона и Датсона легли в основу стандарта ISO 226 в 1986 г. В 2003 году стандарт ISO 226 был обновлён с учетом данных, собраных из 12 международных студий.

Что мы слышим

Человеческий слух во многом подобен спектральному анализатору, то есть, ухо распознает спектральный состав звуковых волн без анализа фазы волны. В реальности фазовая информация распознается и очень важна для направленного восприятия звука, но эту функцию выполняют ответственные за обработку звука отделы головного мозга. Разница между фазами звуковых волн приходящих на правое и левое ухо позволяет определять направление на источник звука, причем информация о разности фаз имеет первостепенное значение, в отличие от изменения громкости звука воспринимого разными ушами. Эффект фильтрации передаточных функций головы также играет в этом важную роль.

Эффект маскировки

В определённых случаях один звук может быть скрыт другим звуком. Например, разговор на автобусной остановке может быть совершенно невозможен, если подъезжает шумный автобус. Этот эффект называется маскировкой. Говорят, что слабый звук маскируется, если он становится неразличим в присутствии более громкого звука.

Различают несколько видов маскировки:

По времени прихода маскирующего и маскируемого звука:

• одновре́менное (моноуральное) маскирование
• вре́менное (неодновременное) маскирование

По типу маскируещего и маскируемого звуков:

• чистого тона чистым тоном различной частоты
• чистого тона шумом
• речи чистыми тонами
• речи монотонным шумом
• речи импульсными звуками и т. п.

Одновре́менная маскировка

Любые два звука при одновременном прослушивании оказывают влияние на восприятие относительной громкости между ними. Более громкий звук снижает восприятие более слабого, вплоть до исчезновения его слышимости. Чем ближе частота маскируемого звука к частоте маскирующего, тем сильнее он будет скрываться. Эффект маскировки не одинаков при смещении маскируемого звука ниже или выше по частоте относительно маскирующего. Более низкочастотный звук сильнее маскирует высокочастотный.

Вре́менная маскировка

Это явление похоже на частотную маскировку, но здесь происходит маскировка во времени. При прекращении подачи маскируещего звука маскируемый некоторое время продолжает быть не слышимиым. В обычных условиях эффект от временной маскировки длится значительно меньше. Время маскировки зависит от частоты и амплитуды сигнала и может достигать 100 мс.

В случае, когда маскирующий тон появляется по времени раньше маскируемого, эффект называют пост-маскировкой. Когда маскирующий тон появляется позже маскируемого (возможен и такой случай), эффект называют пре-маскировкой.

Постстимульное утомление

Нередко после воздействия громких звуков высокой интенсивности у человека резко снижается слуховая чувствительность. Восстановление обычных порогов может продолжаться до 16 часов. Этот процесс называется «временный сдвиг порога слуховой чувствительности» или «постстимульное утомление». Сдвиг порога начинает появляться при уровне звукового давления выше 75 дБ и соответственно увеличивается при повышении уровня сигнала. Причем наибольшее влияние на сдвиг порога чувствительности оказывают высокочастотные составляющие сигнала.

Фантомы

Иногда человек может слышать звуки в низкочастотной обасти, хотя в реальности звуков такой частоты не было. Так происходит из-за того, что колебания базилярной мембраны в ухе не являются линейными и в ней могут возникать колебания с разностной частотой между двумя более высокочастотными.

Этот эффект используется в некоторых коммерческих звуковых системах, чтобы расширить область воспроизводимиых низких частот, если невозможно адекватно воспроизвести такие частоты напрямую.

Психоакустика в программном обеспечении

Психоакустические модели слуха позволяют с высоким качеством производить компрессию сигнала с потерей информации (когда восстановленный сигнал не совпадает с исходным), за счет того, что позволяют точно описать, что можно безопасно удалить из исходного сигнала — то есть, без значительного ухудшения качества звука. На первый взгляд может показаться, что вряд ли это позволит обеспечить сильное сжатие сигнала, но программы, использующие психоакустические модели позволяют добиться уменьшения объемов файлов с музыкой в 10—12 раз меньше, чем несжатые с очень незначительной разницей в качестве.

К таким видам компрессии относятся все современные форматы компрессии звука:

• Ogg Vorbis
• Musicam (используется для цифрового аудиовещания в некоторых странах)
• ATRAC используется в формате MiniDisc