Глава 10. Механизмы определения высоты тона (простого и сложного звука) и громкости (фон,сон).
Из консультации. Высота – способность расположить звуки по линейной шкале от низких к высоким; высота простого звука измеряется в мелах; связь высоты с частотой нелинейная (высота пропорциональна логарифму частоты). Высота сложного звука определяется либо по месту, либо по времени – временная теория и теория места . Понятие уровня громкости, кот. измеряется в фонах. Есть кривые равной громкости (рисовать) и есть просто громкость, кот. измеряется в сонах. Знать формулы перевода фон в соны и обратно. Громкость сложных звуков – если 2 звука находятся внутри критич. полосы, находится их суммарное давление, а если звуки вне критич. полосы, то складываются их громкости и в зависимости от этого насколько громко звучат звуки.
ВЫСОТА ЗВУКА
· Важнейшее свойство слух. системы – определение высоты звука (выделение и классификация зв. в окружающем пространстве, восприятие мелодии и гармонии в муз.)
· Определение: Высота тона ( pitch ) - слуховое ощущение, позволяющее располагать все звуки по определенной шкале, от низких к высоким.
· Ощущение высоты субъективное свойство. Высота зависит в 1-ю очередь от частоты, а также от уровня зв. давления и формы волны.
· Слуховая система различает высоту только у периодических сигналов (с гармониками). Если это простое гармонич. колебание (например синусоидальный сигнал), то период Т определяет частоту (чем больше период, тем ниже частота, чем меньше период – тем выше частот(рисунок с волной и обозначением краев точками))
|
|
|
f =1/ T ; поэтому главным параметром для различия высоты является частота.
· У сложных звуков слух. система присваивает высоту по основному тону , но только если спектр периодический (состоит из гармоник), если такое условие не выполнено, высота звуков не определяется (например звуки муз. инструментов: тарелки барабаны кастаньеты).
1)Психофиз. шкалы. Связь частоты и высоты изучали: Пифагор, Галилей, Гельмгольц, Ом и др.
ü Эксперименты Стивенса: слушателю дают 2 разных по частоте звука и просят расположить по высоте, в результате чего была выведена зависимость высоты от частоты (график в учебнике). 
· Высота откладывается в единицах мелах (например: 1000 мел = 1000Гц на 40 дБ). В мелах измеряется т.н. психофиз. высота ( Pitch High).
ü Иногда для оценки используется более крупная единица – барк (1 барк = 100мел).
· Связь высоты и частоты нелинейна (видно на графике). Например, при увеличении частоты в 3 раза, высота только в 2 (от 1000Гц до 3000Гц = от 1000мел до 2000мел).
ü Нелинейность особенно проявляется на НЧ и ВЧ.
ü Изменение высоты тона в мелах пропорционально логарифму частоты:
|
|
|
ü Графики зависимости высоты (в мелах) от частоты (в Гц) – это и есть психофизические шкалы.
· Исследования абсолютных и дифф. Порогов по частоте показали, что ниже 500Гц можно различать 140 градаций высоты, в диапазоне от 500Гц до 16кГц – примерно 480 градаций. В целом человек различает 650 градаций. В западноевропейской музыке используется до 96 градаций, однако возможности слуха гораздо шире. В восточных странах развита микротоновая музыка (там используется больше градаций.
2)Музыкальная шкала. Интервальные коэффициенты. Музыкальная шкала ( Pitch Chroma , тональная шкала). В музыке для оценки высоты тона используются муз. интервалы: октавы, тоны, полутоны и др. Pitch Chroma – тональная высота определяется в нотах.
· Связь с психофиз. высотой неоднозначна, например: до частоты 5000Гц увеличение высоты связано с удвоением частоты (пример: от ля 1-й октавы к ля 2-й октавы = от 440Гц до 880Гц).
ü Выше 5000Гц эта закономерность нарушается (для увеличения высоты на октаву = увеличение соотношения частот почти в 10 раз).
ü Соответственно муз. шкала (тональная высота может быть определена до 5 кГц).
· Увеличение высоты на одну октаву связанное с увеличением частоты создает закономерность того, что звуки разделенные на одну октаву, располагаются близко друг к другу(пример А1, А2, А3 и т.д.) – это называется тональный хроматизм.
|
|
|
· Интервальные коэффициенты. Отношение частот, соответствующее каждому муз. интервалу, называется его интервальным коэффициентом. С помощью инт. коэффициентов можно найти любые муз. интервалы.
3)Зависимость от интенсивности .
ü Ощущение высоты чистого тона связано не только с частотой, но и с интенсивностью и длительностью.
ü Результаты исследований показали, что при повышении интенсивности звука ощущение высоты сдвигается – с повышением интенсивн. низкие звуки кажутся еще ниже, а высокие выше.
ü Для СЧ звуков (1-2кГц) и для сложных муз. сигналов эта зависимость не велика.
ü Это все нужно учитывать в музыке например при переходе от фортиссимо к пианиссимо.
4)Зависимость высоты от длительности.
ü Очень короткие звуки воспринимаются как сухой щелчок, но при удлинении звука ощущается его высота.
ü Время удлинения звука от щелчка к тональному звуку частотно зависимо.
Ø На НЧ примерно 60мс.
Ø На СЧ 1-2кГц около 15мс.
Ø Для сложных звуков время увеличивается.
ü Принцип неопределенности: При предъявлении 2-х звуков разной частоты-чем меньше разница по частоте 
f (Гц), тем больше времени нужно слух. системе t ( c ) для распознавания по высоте f х t = const .
|
|
|
5)Эталон высоты.
ü Для настройки инструментов в оркестрах появилась необходимость в универсальном стандарте высоты.
ü Первый камертон появился в 1619г. (424Гц)
ü В 1751г. Гендель ввел новый камертон на частоте 422,5Гц. Это использовалось весь 18 век.
ü В начале 19 века в Парижской консерватории была предложена эталонная частота 430Гц.
ü С расширением использования медных инструментов, для более яркого их звучания понадобилась более высокая их настройка. В 1939г. международная конференция в Лондоне приняла стандарт частоты для А4=440Гц. Стандарт используется и ныне, однако есть тенденция к повышению, вплоть до 454Гц.
ü При настройке в 440Гц старинная музыка будет звучать на пол тона выше. Важно соблюдать эталон высоты разных эпох при настройке для аутентичности.
ВЫСОТА СЛОЖНЫХ ЗВУКОВ
· В музыке простые синусоидальные тоны практически не используются, каждый муз. тон имеет сложную структуру (из фундаментальной частоты и гармоник).
ü Для объяснения восприятия высоты как простых, так и сложных звуков используется 2 теории (места и времени).
1)Теория места. Согласно теории места – определение высоты и распознавание частоты тона – результат тонотопического кодирования.
ü Теория места при восприятии высоты основана на способности базилярной мембраны действовать как спектроанализатор.
ü Базилярная мембрана организована тонотопически (каждый тон имеет свое место размещения на ней).
ü В зависимости от спектр. состава сигнала, максимальные смещения оисходят на разных участках базилярной мембраны, волосковые клетки находятся на этих участках смещаясь подают электрические сигналы мозгу, кот. несут информацию о спектральном составе сигнала.
ü В мозге нейроны также организованы тонотопически, вплоть до отделов слуховой коры.
· В соответствии с вышесказанным, для слуховой системы существует 3 возможности определения высоты музыкального звука. Это 3 гипотезы, которые выдвигались постепенно:
ü Локализовать место фундаментальной частоты и по нему определить высоту (слух. закон Ома) (однако Шаутен доказал, что если вырезать лишь одну фундаментальную, ощущение высоты тона не изменится).
ü Найти минимальную частотную разницу между соседними гармониками, которая = фундаментальной частоте т.е. мозг определяет высоту по разнице между гармониками (разница постоянна).
ü Найти общий наибольший сомножитель, который получается при делении всех гармоник на последовательные целые числа, и использовать его как базу для определения высоты. т.е. мозг ищет общий множитель (это поняли в 80-е гг. 20 века).
· Теория места создает базис для понимания того, как определяется высота из анализа гармонического ряда, но она имеет и ряд проблем, кот. не может объяснить: например, очень высокая точность определения высоты звука для тонов, чьи частотные компоненты не развертываются, т.е. звуков с гармониками выше 7-й. Поэтому была предложенна временная теория.
Ø Краткий ответ: Определение высоты идет по месту на баз. мембране. На баз. мембране сигнал располагается по спектру. Каждая частота имеет свой максимум на баз. мембране. Т.е. баз. мембрана – это полосовой фильтр. Разряды идут отдельно от каждого места на мембране. НЧ имеют максимумы в самом конце баз. мембраны от туда поступает информация в мозг, о их существовании. СЧ – из середины. ВЧ – у самого основания баз. мембраны.
2)Теория времени. Основа временной теории восприятия высоты тона заключается в том, что высшие отделы слуховой системы определяют периодичность разрядов и по ним восстанавливают частоту основного тона.
ü Временная теория базируется на анализе временной структуры звуковой волны (в то время, как теория места на ее спектральном анализе).
· Подробности процесса: Временная теория использует синхронизацию разрядов нейронов органа Корти с фазой колебания базилярной мембраны (эффект «запирания фазы») так как при смещении (вероятно волны) к данной точке мембраны в сторону расположения волосковых клеток, в них возникает электрический потенциал, а при смещении в противоположную сторону, потенциал отсутствует.
· Благодаря «фазовому запиранию» время между импульсами в любом отдельном волокне будет = 
- периоду звуковой волны (например, если частота звука 250Гц, то импульсы должны возникать 250 раз в секунду т.е. с интервалом 4мс).
· Выводы: Временная теория дает базу для понимания, как фундаментальная частота может быть найдена на основе анализа временных интервалов между нервными импульсами от различных мест на базилярной мембране и по ней определена высота тона. Однако временная теория не объясняет восприятия высоты тона на частотах выше 5кГц , т.к. эффект «фазового запирания» не срабатывает на этих частотах.
Ø Краткий ответ: в мозг поступает уже другая информация. Если баз. мембрана колеблется вверх – волосковые клетки изгибаются – идет разряд (1) , или вниз, и тогда клетки не изгибаются – разряд не идет (0). Поэтому разряды идут с определенной скважностью: разряд-пауза-разряд-пауза-разряд и т.д. (01010101). 1 Разряд и пауза= периоду колебаний 
. Соответсвенно мозг определяет высоту, не только по месту, но и еще и по скважности (периодичности) разрядов.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 575; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!