Психоакустика

Психоакустика – наука, изучающая особенности восприятия звуковых волн человеком.
Если акустика – точная наука, основанная на определенном математическом аппарате, то психоакустика – наука, основанная в основном на субъективных ощущениях человека, на статистических данных, собранных с больших групп людей.

Человек обладает способностью реагировать на слуховые сигналы как очень малой интенсивности 0,00 002 Па (0 дБ), так и очень большой интенсивности 20 Па (120дБ). На рисунке изображена область слышимости звуковых сигналов слуховой системой человека.

Частотный диапазон, который позволяет уверенно различать слуховой аппарат человека

Частотный диапазон, который позволяет уверенно различать слуховой аппарат человека

Субъективные ощущения слуха, позволяющие располагать звуки по определенной шкале – от звуков низкой интенсивности (тихих) к звукам высокой интенсивности (громких), называют громкостью.

Громкость звука – субъективное качество, которое зависит не только от интенсивности звука, но и от его частоты, спектрального состава, длительности и др.

На рисунке приведены кривые равной громкости для различных значений уровня сигнала (справа нет шкалы p, Па).

Кривые равной громкости для различных значений уровня сигнала

Кривые равной громкости для различных значений уровня сигнала

Маскирование звука

Важным свойством слуховой системы человека является эффект слуховой маскировки. Маскировка звука - физиологическое явление, состоящее в том, что при одновременном прослушивании двух или нескольких звуков разной громкости более тихие звуки перестают быть слышимыми (например, речь на фоне проходящего поезда).

Локализация звука (слева/справа)

Наличие двух приемников звука (два уха) обеспечивает возможность оценивать размещение звуковых сигналов в пространстве.

Человек определяет направление на источник звука по разности времени прихода и уровней звука в ушах. Локализация звука в основном осуществляется в диапазоне частот от 300 до 1000 Гц. Ухо определяет сигнал источника, от которого звуковые волны приходят первыми. Из-за разницы времени прихода звуковых волн человек определяет направление, с которого пришел звук. Если звук приходит одновременно, то источник находится либо строго спереди, либо строго сзади. Время задержки прихода звуковой волны в 250 микросекунд соответствует смещению источника относительно центра на угол ~30 градусов.

Локализация источников звука человеком в горизонтальной плоскости

Локализация источников звука человеком в горизонтальной плоскости

Локализация звука (спереди/сзади, верх/вниз)

Определение положения источника спереди или сзади определяется формой ушей. Их асимметричная форма так изменяет амплитудно-частотную характеристику звуков, приходящих сзади, что они звучат по-иному, чем звуки, приходящие спереди. Этим же фактом объясняется и способность определять, находится источник звука выше или ниже нас. Фактически, для каждого возможного направления подхода звука к нашему уху существует уникальная амплитудно-частотная характеристика или «звуковой признак». Пока мы слышим хорошо известные нам звуки, например голос знакомого человека или хлопок двери, мы способны легко и точно определить, высоко или низко, спереди или сзади находится источник звука, с какого направления исходит звук. Эти признаки направления прихода звука, включая время задержки, известны под названием «Head Related Transfer Functions» (или сокращенно HRTF).

Частотно-амплитудные графики передаточных функций человеческого уха для звуков, которые поступают с разных направлений.

Частотно-амплитудные графики передаточных функций человеческого уха для звуков, которые поступают с разных направлений.

Эмуляция HRTF-функций с успехом используется для создания на записях эффекта трехмерного окружающего звучания.
Услышать, как это выглядит на деле можно прослушав этот аудиофайл.
Прослушивать обязательно в наушниках!