Психоакустика

Это научная дисциплина, задачей которой является изучение психологических и физиологических особенностей восприятия звуковых волн человеком.



Многим программам, предназначенным для обработки акустических записей, требуется точная информация о том, что именно слышит человек. Современная аппаратура способна измерить звуковые волны, но понять, как происходит восприятие их человеческим мозгом, гораздо сложнее.

Понимая такие процессы, инженеры и учёные могут сосредоточиться на слуховых возможностях и их использовании. При этом нужно понимать, что психологическая составляющая для психоакустики не менее важна, чем физическая.

Чтобы понять, в чём ценность знаний, добычей которых занимаются представители этой науки, стоит ознакомиться с пределами звукового восприятия у людей.

Есть информация, что ухом человека воспринимаются звуки, находящиеся в частотном диапазоне от двадцати до двадцати тысяч герц. Однако большая часть людей не слышит звуков, частота которых превышает восемнадцати тысяч герц.

Частоты меньше двадцати герц не ощущаются ухом, но иногда проявляют себя посредством органов осязания. Человеческое ухо ощущает разницу в частоте больше двух герц. Иногда заметна ещё меньшая разница.

Нижним порогом слышимости принято считать ноль децибел, а верхний порог зависит от того, при какой громкости ухо начнёт разрушаться. На это влияет также количество времени прослушивания.

Ухо человека способно относительно спокойно реагировать на громкость до ста двадцати децибел, если это продлится недолго. А прослушивание звуков с громкостью выше восьмидесяти децибел в течение долгого времени, может быть стать причиной потери слуха.

Всё это касается восприятия звука барабанной перепонкой — у неё происходит реакция на изменение давления. Но есть и другой способ восприятия звуковых волн без участия перепонки. Его называют микроволновым слуховым эффектом.

При нём ткани, расположенные вокруг улитки уха проявляют чувствительность к модулированному излучению в диапазоне от одного до трёхсот герц (микроволновой диапазон).

Ухо может различить спектральный состав звуковой волны без анализа фазы. Но фазовая информация обрабатывается особыми отделами мозга, отвечающими за распознавание звуков.

Понять, откуда пришёл звук можно по разнице между фазами волн, пришедшими в левое и правое уши. Здесь наибольшее значение имеют сведения о разнице фаз, чем информация об изменении громкости.

Существует так называемый эффект слуховой маскировки, когда один звук способен полностью скрывать другой. Например, так происходит, когда звук двигателя машины перекрывает звук голосов сидящих в салоне людей. Звук, обладающий большей громкостью, снижает восприятие звука с меньшей. И чем меньше разница амплитудно-частотных характеристик этих звуков, тем больше эффект маскировки.

Данный эффект изменяется из-за смещения звука, выступающего в роли маскируемого, выше или ниже по частоте относительно другого. Звук с частотой ниже маскирует звук с более высокой частотой сильнее. Но стоит заметить, что маскировки низкочастотного звука высокочастотным не происходит.

Бывает, когда люди слышат звуки низкой частоты, которых в действительности не было. Это связано с нелинейностью колебаний базилярной мембраны уха и появлением колебаний с частотой, представляющей разницу между двумя более высокочастотными колебаниями. Такой эффект называют фантомом.

Он позволяет увеличить область воспроизводимых низких частот, когда их нельзя произвести напрямую.

Психоакустику активно применяют в технологиях, направленных на сжатие звука с некоторыми потерями (например, MP3). Они производят качественную компрессию сигнала, теряя данные, почти незаметные на слух.