Широкое распространение получили методы относительной оценки уровней громкости.
Уровни громкости. Под уровнем громкости данного звука понимается уровень зв. давления эталонного звука , на частоте 1000Гц, равногромкого данному.
· Уровень громкости измеряется в специальных единицах Фонах.
Уровни громкости определяются с помощью следующих экспериментов: выставляется уровень зв. давления эталонного зв. на частоте 1000Гц, например 40дБ, затем испытуемому предлагается послушать сигнал на другой частоте, например 100Гц и его просят отрегулировать уровень этого звука таким образом, чтобы он казался равногромким эталонному.
· Если проделать это для разных частот и отложить полученные значения уровня зв. давления, кот. требуется для сигналов разной частоты, чтобы они были равногромкими эталону, получится одна кривая. Например, чтобы звук с частотой 100Гц казался таким же громким как звук с частотой 1000Гц с уровнем 40дБ, его уровень должен быть выше, а именно 50дБ. Если звук будет подан с частотой 50Гц, то чтобы его сделать равногромким эталону, нужно поднять его уровень до 65дБ и т.д.
· Если теперь увеличить уровень эталонного звука до 60дБ, и повторить все эксперименты, то получится еще одна кривая, но уже соответствующая уровню 60дБ и т.д. Эти кривые называются кривыми равной громкости. Они были получены в 1933г. учеными Флетчером и Мансоном из статистики множества экспериментов.
· Каждая из кривых в отдельности называется изофоной и характеризует уровень громкости звуков разной частоты.
|
|
|
· Цифры, которые стоят над кривыми соответствуют числу N фон, кот.= N дБ звука с частотой 1000Гц.
· Зная частоту данного звука и его уровень зв. давления, можно пользуясь представленными кривыми определить его уровень громкости в фонах: например, если тональный звук с частотой 100Гц имеет уровень зв. давления 60дБ, то проведя прямые соответствующие этим значениям, на их пересечении можно найти изофону, соответствующую уровню 50фон, следовательно, этот звук имеет уровень громкости 50 фон.
· Если проанализировать эти кривые, то видно, что при малых уровнях зв. давления, оценка уровня громкости очень сильно зависит от частоты.
-Слух менее чувствителен к НЧ и ВЧ, на них требуется создать гораздо большие уровни зв. давления, чтобы звук стал равногромким эталону на частоте 1000гц.
-При больших уровнях изофоны выравниваются, подъем на НЧ становится менее крутым, при больших уровнях НЧ, СЧ и ВЧ звуки оцениваются по уровню громкости более равномерно.
Способность слух. системы по разному оценивать уровень громкости сигнала в зависимости от его частоты и уровня звукового давления учитывается в шумомерах. В них применяются кривые, аналогичные «слуховым» кривым, кот. ослабляют НЧ в зависимости от уровня сигнала. Это кривые АВС.
|
|
|
-А – заваливает НЧ со спадом 30дБ на уровне 50Гц по отношению к 1000Гц =30Фон(30 дБ-А)
-В – спад 12дБ=70дБ-В (70 фон)
-С – спад 3дБ = 100дБ-С (100 Фон).
· Т.е. прибор делает примерно то-же, что и наш слух и позволяет приблизительно оценить уровень громкости.
РОЛЬ КРИТИЧЕСКИХ ПОЛОС. ГРОМКОСТЬ КОМПЛЕКСНЫХ ЗВУКОВ
1)Роль критических полос слуха в слуховых ощущениях громкости. Методы определения.
· Предисловие: Во внутреннем ухе спектральный анализ проступившего сигнала, кот. разделяется на частотные группы, называемые критическими полосами(подобно линейке полосовых фильтров). Каждой частоте соответствует место макс. смещения баз. мембраны.
· В слышимом диапазоне - 24 критических полосы.
· Ширина этих полос меняется от НЧ к ВЧ нерегулярным образом: 80,100,100,100,110,120,140,150,160Гц, на 20кГц ширина полосы увеличивается до 5кГц.
· Переход от одной полосы к другой соответствует изменению высоты примерно в 1 барк.
К делу:
· Широкополосные сигналы кажутся громче, чем узкополосные с таким же уровнем зв. давления.
· Граница, где происходит изменение ощущения уровня громкости=ширине критич. полосы слуха.
|
|
|
· При колебании баз. мембраны, в волосковых клетках находящегося на ней органа Корти, возникает электрический потенциал.
· В нервные волокна поступают потоки импульсов.
· С увеличением интенсивности сигнала увеличивается площадь возбуждения и скорость импульсов в каждом задействованном волокне (площадь задействованных волокон вероятно = задействованной площади баз. мембраны).
· Т.О. ощущение громкости возникает за счет увеличения кол-ва нервных волокон, в кот. возникает возбуждение (что как я считаю вероятно и связано с шириной критич. полос) и за счет увеличения числа разрядов в каждом отдельном волокне.
· Т.е. слух. система совмещает площади под кривой возбуждения на баз. мембране.
Методы определения. Если зв. сигнал имеет сложный спектральный состав, или одновременно звучат несколько сигналов, определение их суммарной громкости происходит 3-мя различными способами в зависимости от соотношения частот:
ü сигналы близки по частоте (находятся внутри критич. полосы) для определения суммарной громкости нескольких сигналов нужно сложить их интенсивность 
по полученному значению определить из кривых равной громкости уровень громкости в фонах, а затем перевести по формуле в соны.
|
|
|
Примеры: скрипка исполняет один звук с уровнем зв. давления Lp =60дБ, с частотой 880Гц (ля 2-й октавы), то это = уровню громкости 60фон ( исходя из кривых). Затем для определения громкости считается по формуле 
откуда громкость S =4 сона.
Если вместе играет 10 скрипок – складывается их интенсивность и находится сумма 
уровень зв. давления увеличивается на 10дБ и будет=70дБ=70фон=8 сон.
Исходя из этого, при увеличении общего уровня зв. давления сигналов с близкими частотами, на 10дБ, воспринимаемая громкость удваивается. (Почему не 60х10 I ?, а увеличивается только на 10? исходя из формул
т.е. суммация не линейная, а скорее логарифмическая, следовательно сумм. уровень=уровню 1 скрипки+10дБ).
ü сигналы имеют разность частот шире критич. полосы. Тогда действует другое правило: суммарная громкость = сумме громкостей каждой из составляющих. С сигналами разнесенными шире критич. полосы, суммарная громкость будет больше, чем в предыдущем случае.
Пример: если 2 узкополосных шума имеют громкость по 4 сона, но частоты их разнесены (600Гц и 1200Гц), то суммарная громкость будет 8 сон (а не 4, 92 как это могло бы быть в предыдущем случае), что соответствует уровню громкости в 70 фон.
ü если сигналы разнесены по частоте достаточно далеко друг от друга. Тогда определение суммарной громкости значительно усложняется: слушатель обычно фокусирует свое внимание на каком-то одном компоненте – или на самом громком, или на одном из самых высоких, назначая общую громкость суммарного сигнала примерно = этому компоненту.
· На основании математических расчетов и анализа уровня зв. давления в каждой октавной полосе, для оценки громкости сложных сигналов были разработаны компьютерные методики расчета громкости и цифровые анализаторы громкости типа Zwicker Loudness Analysis .
· Т.о. ощущаемая громкость сложного звука зависит не только от его уровня зв. давления, но и от его спектрального состава, что очень важно учитывать при создании муз. композиций.
2)Громкость комплексных звуков. Временная интеграция громкости. Механизмы адаптации слуха.
Ощущение громкости зависит и от длительности сигнала. Если на слух. канал поступает 2 сигнала одинаковой интенсивности, то более короткий сигнал воспринимается как менее громкий (что полезно учитывать при обработке муз. и речевых сигналов).
· При увеличении длительности сигнала ощущение громкости постепенно возрастает пока его длительность не достигает 200мс (за счет временной интеграции), при этом возрастание уровня громкости происходит почти линейно с увеличением длительности сигнала. Если длительность сигнала мала (меньше 250мс) пороги слуха возрастают, скорость этого возрастания зависит от частоты; только при длительности большей 250мс значения слух. порогов стабилизируются к норме. Например: сокращение длительности воздействия звукового сигнала с 200 до 20мс на частоте 1000Гц приводит к возрастанию слухового порога на 10дБ. Это связано с особым свойством слух. системы – временной интеграцией (или суммацией)-слух. аппарат суммирует энергию внутри определенного временного окна длительностью примерно 200мс. Для достижения порога слышимости требуется накопить определенное кол-во энергии внутри этого окна, поэтому чем короче сигнал, тем больше должна быть его интенсивность.
· Слух. система обладает свойством адаптации, т.е. под воздействием длительных громких, постоянных по величине звуков, ощущаемая громкость постепенно уменьшается, следовательно слух адаптируется.
· Чем громче зв. сигнал, тем больше степень адаптации. Пример: при воздействии звука с уровнем 94дБ в течении 2-х мин. уровень громкости постепенно падает на 9фон, если при этом резко увеличить уровень до 100дБ, громкость также увеличивается однако меньше соответствия уровню сигнала в 100дБ и начинает опять снижаться даже с большей скоростью.
· Т.о. слух. система пытается защититься от громких звуков: при их длительном воздействии происходит постепенное ощущение снижения громкости, звуки кажутся более тихими.
· Степень адаптации зависит от громкости воздействующего сигнала – чем он громче, тем больше снижение ощущаемого уровня громкости.
· В основе адаптации лежат ппроцессы, происходящие в среднем и внутреннем ухе: акустич. рефлекс и нелинейная компрессия. Рефлекс начинает срабатывать для звуков с уровнем 90дБ и выше. Он начинает срабатывать только через 20мс, после начала зука, а полная защита еще не достигается и при 150мс, поэтому наиболее опасным является воздействие коротких громких импульсов.
· Ощущение громкости не исчезает сразу после прекращения звука, а продолжается определенное время. Период, в течении кот. ощущаемый уровень громкости уменьшается на 9-10фон, называется временной постоянной слуха и составляет обычно 35мс.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 566; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!