Звук: восприятие (index)

Процесс восприятия звука не менее интересен, чем процесс его извлечения. И более сложен с точки зрения моделирования.

Человеческое ухо обладает своими границами восприятия звука, как по частотным характеристикам, так и по мощности. Также, в пределах диапазона восприятия чувствительность к разным звукам неоднородна. Человек лучше воспринимает те частоты, которые умеет издавать сам в процессе общения (и наоборот, издаёт в том диапазоне, который воспринимает). Все эти особенности можно использовать для создания музыкальных эффектов, а также для лучшего контроля восприятия звука слушателем.

Наружное ухо

Наружное ухо выступает как резонатор, причём направленный. Оно усиливает звуки, приходящие спереди, а наружный слуховой проход усиливает частоты в районе 3-5КГц (здесь и далее цифры даны по Кодзасову, Кривновой). То есть, звук мы слышим в среднем чуть более зашумлённым, чем он есть на самом деле.

Среднее и внутреннее ухо

Ушной канал заканчивается барабанной перепонкой. Через систему ушных косточек (среднее ухо) сигнал с барабанной перепонки передаётся на внутреннее ухо — так называемую улитку, — через овальное окно. Это ещё одна мембрана, довольно маленькая. Разность размеров барабанной перепонки и овального окна приводит к усилению сигнала примерно на 30Дб.  Наиболее эффективно передаются частоты в диапазоне 800-3000Гц. Внутри улитка заполнена жидкостью (на самом деле, разные отделы заполнены разной жидкостью, но в нам это сейчас не важно), и сигнал с овального окна передаётся во все отделы улитки.

Внутри улитки, на базилярной мембране, располагается кортиев орган, который и есть, собственно, орган слуха. Это набор волосковых клеток и нервных волокон, передающих возбуждение в слуховой нерв. Наиболее простой аналогией механизма работы волосковых клеток будет всем известный пьезоэлектрический звукосниматель, с той разницей, что реакция волосковых клеток происходит по принципу есть сигнал/нет сигнала; частоту звука в передаваемом сигнале они не кодируют. Как же тогда мы различаем частоты?

Базилярная мембрана неоднородна, её жёсткость изменяется вдоль канала. Это приводит к тому, что пришедшая звуковая волна возбуждает разные её отделы, в зависимости от частоты звука. Соответственно, разные отделы кортиева органа передают сигналы на разные нервные волокна и, следовательно, на разные участки слуховой коры. Это и есть один из механизмов кодирования частоты звука: если сильно упростить, то каждый нейрон отвечает за свою узкую частотную полосу (на самом деле всё немного сложнее).

Подробно устройство внутреннего уха разобрано в англоязычной википедии: http://en.wikipedia.org/wiki/Cochlea.

Восприятие разных частот

Самое важное свойство слуха — то, что мы неодинаково слышим различные частоты в пределах доступного диапазона. Так, для того чтобы ухо восприняло звуки с чатотой 500 и 1000Гц как одинаково громкие, они должны иметь мощность, соответственно, 38 и 40Дб. В приложении к горловому пению это означает то, что для акцентирования обертона в районе 1.5-2КГц потребуется большая мощность, чем если бы у нас было линейное восприятие. А особенно большие усилия потребуются для извлечения адекватно громкого звука на самых низких частотах (до 200Гц).  Чем ниже мы поём каргыраа, тем тише он слышен, и тем бóльшие усилия нужны для пения с той же громкостью; однако, понижение частоты в каргыраа связано как раз с расслаблением связок. Не всем удаётся решить эту задачу успешно.

На восприятие также влияет эффект «маскирования» частот. Дело в том, что при определённых условиях звук, скажем, частоты 1КГц способен затруднять восприятие более высоких частот, абсолютно не влияя на восприятие нижних. И, наконец, ещё одна особенность восприятия, не столь зависящая от физики, как от психики, это то, что человек легче улавливает изменение форманты, чем саму форманту (про форманты см. здесь). В качестве примера можно взять хоомей, где третья форманта F₃ воспринимается с бóльшим трудом, чем F₂ (см. иллюстрацию). Это связано и с маскированием, и с тем, что мелодический рисунок в хоомее (как и в сыгыте) рисуется именно F₂, и мы легче воспринимаем именно переходы, изменения частоты F₂, чем относительно постоянную F₃. Это напрямую влияет и на обучающие упражнения: начиная попытки рисовать мелодию с помощью формант, ученик сильно облегчает себе раннее обнаружение удачных попыток сыгыта или хоомея.

Описание всех особенностей восприятия, однако, займёт много места. Возможно, со временем этот материал будет здесь опубликован, но пока что все данные в наиболее понятной форме можно найти в книге С.Кодзасова и О.Кривновой «Общая фонетика».

Edit

page info: started by peet; last-modified: Tue, 19 May 2009 11:21:36 MSD