ПСИХОАКУСТИКА

1. ПСИХОАКУСТИКА

2. Субективно слухово възприятие Строеж на човешкото ухо Свойствата на слуховото възприятие на човека са основният фактор определящ изискванията към акустичните параметри на помещенията. Науката, която се занимава със свойствата на сетивните органи на човека в това число и на слуха се нарича психофизиология на възприемането или психоакустика. Слуховият орган на човека се състои от три основни части - външно ухо, средно ухо и вътрешно ухо.

3. Външно ухо включва ушната мида и слуховия проход, завършващ с тъпанчето. То служи за нещо като събирател на звука. Средно ухо представлява кухина, разположена в слепоочната кост. В нея се намират три свързани помежду си малки костици - чукче, наковалня и стреме, като чукчето е свързано с вътрешната страна на тъпанчето, стремето с овалното прозорче на вътрешното ухо, а наковалнята ги свързва. Те предават трептенето от тъпанчето към вътпешното ухо и съгласуват на акустичния импеданс на въздуха с високия импеданс на вътрешното ухо, което е запълнено с течност.

4. Вътрешно ухо започва с овалното прозорче, което е в началото на спиралния канал на охлюва, разположен също в слепоочната кост. В спиралния канал са разположени механичният анализатор и чувствителните нервни окончания на слуховия орган

7. Механизмът на възбуждане на слуховия нерв е следният: Звуковите вълни, достигайки до външното ухо създават променливо налягане на въздуха пред тъпанчето, което се преобразува в променлива сила, приложена върху тъпанчето и то започва да трепти. Тези вибрации се предават на чукчето и чрез наковалнята на стремето, а последното ги предава на овалното прозорче, което задвижва течността във вестибуларния канал. При това базиларната мембрана се задвижва, дразни нервите на Кортиевия орган и те започвaт да изпращат нервни импулси. Броят на импулсите е пропорционален на силата на дразнението, а мястото от което се изпращат те-на честотата на звука.

8. Възприятие по ниво Аплитудата на звуковото налягане, при което започва да се получава усещане за звук при пълно отсъствие на други смущаващи шумове и звуци се нарича праг на чуваемост.При нормално чуващ млад човек е от порядъка на 10dBSPL. Амплитудата на звуковото налягане при което се получава болезнено усещане се нарича праг на болка с установена стойност от 140 dB SPL.Разликата между най-силния и най-слабия чуваем звук се нарича динамичен диапазон на човешкия слух с възприета стойност от 120 dB SPL или 1,000,000 пъти. Зона на слуховото възприятие

9. Възприятие по ниво Аплитудата на звуковото налягане, при което започва да се получава усещане за звук при пълно отсъствие на други смущаващи шумове и звуци се нарича праг на чуваемост.При нормално чуващ млад човек е от порядъка на 10dBSPL. Амплитудата на звуковото налягане при което се получава болезнено усещане се нарича праг на болка с установена стойност от 140 dB SPL.Разликата между най-силния и най-слабия чуваем звук се нарича динамичен диапазон на човешкия слух с възприета стойност от 120 dB SPL или 1,000,000 пъти. Зона на слуховото възприятие

10. Прагът на болезнено усещане е почти еднакъв за всички честоти, включително и за честотите на инфразвука и ултразвука, близки до границите на чуваемия диапазон, като на границите на честотния диапазон на чуваемия звук се слива с прага на чуваемостта т.е. за тези честоти, за коитоняма усещане за звук все пак се чувства болка при достатъчно високи нива. Прагът на чуваемост зависи от честотата. Той е най-нисък за 1000 Hz - там той отговаря на звуково налягане 2.10-5 Ра, а за 20 Hz и 20 kHz е 3000 пъти по-висок. Когато увеличаваме звуковото налягане се достига до едно ниво, при което се усеща болка - това е прагът на болезненото усещане, и той е при звуково налягане 3.106 пъти по-голямо от това на прага на чуваемост.

11. Степенен закон на Стивънс e Закон на Вебер-Фехнер. През 1860 Вебер и Фехнер установяват, че увеличаването на физическият стимул S с най-малката забележима стъпка ΔS води до увеличаване на субективното възприятие за сила на звука N с ΔN. N = C1 • log(S) + C2C1и C2са константи Около 1940 Американският учен Стивънс, открива че отношението между физичният стимул S и субективната реакция N се описва по-добре със следната формула: log(N) = C1 • log(S) + C2C1и C2са константи или записано като отношение: N = (S / S0),S0 e референтно ниво на физичната величина Степенния закон на Стивънс е валиден за всички човешки възприятия (например температура, тежест, сол и т.н.). Той дава връзката между силата на възприятие (субективна величина) и сила на стимула (физична величина). Експонентата е представлява константа, различна за различните усещания.

12. Логаритмични нива. Децибелна скала. В техниката широко се използва децибелната скала точно поради нейното съответствието на психо физичния закон на Стивънс. За енергетичните величини като мощност, енергия, интензивност на звука и т.н. логаритмичното ниво се определя по формулата: [dB] За звуковото налягане, колебателната скорост на частиците, силата, електрическият ток и напрежение, заряда и т.н. логаритмичното ниво се определя по формулата: [dB]

13. Гръмкост Терминът гръмкост се отнася към субективното възприятие за сила на звука. Единицата за гръмкост е Сон (Son или Sone). Единиците “Сон” са въведени за да се разграничи субективното възприятие от физичната мерна единица “ниво на звуковото налягане” (SPL) в децибели (dB).Забележете че термините “гръмкост” и “ниво на гръмкостта” се отнасят за различни концепции.

14. 40 phon Криви на равна гръмкост Еднаква гръмкост Предизвикващите еднакво усещане звуци за различна честота имат различна интензивност. Понятието ниво на гръмкостта представлява нивото на педизвикващия еднакво усещане звук с честота 1000 херца в децибели. За единица на нивото на гръмкостта е приета единицата Фон.

15. Крива на гръмкостта Степенен закон на Стивънс при нормален слух Праг на чуваемост за нормален слух По отношение на звуковото възприятие степенният закон на Стивънс се описва със следната формула: Правата част от кривата на гръмкостта се описва със следната формула:

16. Крива на гръмкостта 10 dBувеличение на нивото на гръмкостта водят до удвояване на гръмкостта Референтно ниво: 1 Son = 40 phon 2

17. Критични ленти на слуха Прагът на чуваемост за близо разположени по честота групи чисти тонове с еднаква интензивност зависи от броя на тези тонове, ако те са разположени в границите на определена честотна лента. Прагът за такава група съответства на прага за един чист тон с някаква средна честота в тази лента и със сумарна интензивност - т.е. ухото като че ли сумира интензивностите на компонентите. Честотната лента, в границите на която се проявява свойството на слуха да сумира интензивностите се нарича критична лента на слуха.

18. Възприятие по честота. Ефект на маскировка Усещане за височина на тона Чистите тонове и периодичните звукови колебания със сложна форма се възприемат на слух като музикални звуци, имащи определена “височина”. Колкото е по-голяма основната честота на звука, толкова по-висок ни изглежда звука. Ухото е много чувствително към малки изменения на честотата. Усещането за височина на тона също е логаритмично, също и усещането за гръмкост. На слух разстоянията по височина на тона между два звука ни изглеждат еднакви, ако отношението на честотите на тези звуци е еднакво. Разстоянието по височина на тона се наричат интервали или музикални интервали.

19. Ефект на маскировка. Откриването на слух на звуков сигнал при наличието на друг, смущаващ звук е много по-трудно, отколкото в пълна тишина. Това явление се нарича маскировка на звука. Маскировката е толкова по-силна, колкото маскиращият тон е по-близък по честотата до маскирания, а също така нискочестотните звуци много по-силно маскират високочестотните, отколкото обратно.

20. Ефект на маскировка – маскиране от чист тон Един звук може да маскира друг т.е. да го направи нечуваем, когато двата са близки по честота.

21. Разпространение на маскировка 120 100 Маскиран праг на чуваемост 80 60 SPL in dB 40 20 0 100 1000 10000 Frequency in Hz Ефект на маскировка Праг на чуваемост Ефекта на маскировка зависи от нивото на маскиращия и маскирания звуци.

22. Пространствен слух • Човешкото ухо определя посоката на идващия звук посредством два механизма: • Разлика във времето (долу в ляво) • Разлика в нивото (долу в дясно) • Поради размера на човешката и двата механизма работят за средни и високи честоти.

23. Механизъм на говорния тракт

24. Гласни струни

25. Формиране на речеви сигнал

26. Формиране на речеви сигнал Източник Спектър на гласни струни

27. Формиране на речеви сигнал Предавателна функция Източник Тръбни резонанси Спектър на гласни струни

28. Формиране на речеви сигнал Предавателна функция Източник Изход Спектър на излъчения речеви сигнал Тръбни резонанси Спектър на гласни струни

29. Спектър на човешкия глас Мъжки Женски Графиките показват усреднен за дълго време спектър на човешкия глас. Женския глас е с по-висок спектър, но и в двата присъстват честоти до 100 Hz.

30. Спектър на човешкия глас В зависимост от силата с която говорим, спектъра на човешкия глас се променя. С увеличаване на силата на говор, се повишава честотата на говора. Графиката е взета от стандарт ANSI-S3.5 – САЩ.

31. ”Обвивка” ”Фина структура” time Обвивка на речеви сигнал Звук time  time

32. Благодаря Ви за вниманието!