Слышимый звуковой диапазон. Органы восприятия звука
Психоакустика - область науки, граничащая между физикой и психологией, изучает
данные о слуховом ощущении человека при действии на ухо физического раздражения - звука. Накоплен большой
объем данных о реакциях человека на слуховые раздражения. Без этих данных трудно получить правильное представление
о работе систем передачи сигналов звуковой частоты. Рассмотрим наиболее важные особенности восприятия
звука человеком.
Человек ощущает изменения звукового давления, происходящие с частотой 20-20 000 Гц.
Звуки с частотой ниже 40 Гц сравнительно редко встречаются в музыке и не существуют в разговорной речи.
На очень высоких частотах музыкальное восприятие исчезает и возникает некое неопределенное звуковое ощущение,
зависящее от индивидуальности слушателя, его возраста. С возрастом чувствительность слуха у человека уменьшается
и прежде всего в области верхних частот звукового диапазона.
Но было бы неправильно делать на этом основании вывод, что для пожилых людей неважна
передача звуковоспроизводящей установкой широкой полосы частот. Эксперименты показали, что люди, даже
едва воспринимающие сигналы выше 12 кГц, очень легко распознают в музыкальной передаче недостаточность
верхних частот.
Частотные характеристики слуховых ощущений
Область слышимых человеком звуков в диапазоне 20-20000 Гц ограничивается по интенсивности
порогами: снизу - слышимости и сверху - болевых ощущений.
Порог слышимости оценивается минимальным давлением, точнее, минимальным приращением
давления относительно границы чувствителен к частотам 1000-5000 Гц - здесь порог слышимости самой низкий
(звуковое давление около 2- 10 Па). В сторону низших и высших звуковых частот чувствительность слуха резко
падает.
Порог болевых ощущений определяет верхнюю границу восприятия звуковой энергии и соответствует
примерно интенсивности звука 10 Вт/м или 130 дБ (для опорного сигнала с частотой 1000 Гц).
При увеличении звукового давления увеличивается и интенсивность звука, причем слуховое
ощущение нарастает скачками, называемыми порогом различения интенсивности. Число этих скачков на средних
частотах примерно 250, на низких и высоких частотах оно уменьшается и в среднем по частотному диапазону
составляет около 150.
Поскольку диапазон изменения интенсивностей 130 дБ, то элементарный скачок ощущений в среднем по диапазону амплитуд равен 0,8 дБ, что соответствует изменению интенсивности звука в 1,2 раза. При низких уровнях слуха эти скачки достигают 2-3 дБ, при высоких уровнях они уменьшаются до 0,5 дБ (в 1,1 раза). Увеличение мощности усилительного тракта меньше чем в 1,44 раза практически не фиксируется ухом человека. При более низком звуковом давлении, развиваемом громкоговорителем, даже двукратное увеличение мощности выходного каскада может не дать ощутимого результата.
Субъективные характеристики звука
Качество звукопередачи оценивается на основе слухового восприятия. Поэтому правильно
определить технические требования к тракту звукопередачи или отдельным его звеньям можно, только изучив
закономерности, связывающие субъективно воспринимаемое ощущение звука и объективными характеристиками
звука являются высота, громкость и тембр.
Понятие высоты звука подразумевает субъективную оценку восприятия звука по частотному
диапазону. Звук принято характеризовать не частотой, а высотой тона.
Тон - это сигнал определенной высоты, имеющий дискретный спектр (музыкальные звуки,
гласные звуки речи). Сигнал, обладающий широким непрерывным спектром, все частотные составляющие которого
имеют одинаковую среднюю мощность, называется белым шумом.
Постепенное увеличение частоты звуковых колебаний от 20 до 20 000 Гц воспринимается
как постепенное изменение тона от самого низкого (басового) до наиболее высокого.
Степень точности, с которой человек определяет высоту звука на слух, зависит от остроты,
музыкальности и тренировки его слуха. Следует отметить, что высота звука в какой-то степени зависит от
интенсивности звука (при больших уровнях звуки большей интенсивности кажутся ниже, чем слабые..
Ухо человека хорошо различает два близких по высоте тона. Например, в области частот
примерно 2000 Гц человек может различать два тона, которые отличаются друг от друга по частоте на 3-6
Гц.
Субъективный масштаб восприятия звука по частоте близок к логарифмическому закону.
Поэтому увеличение частоты колебаний вдвое (независимо or начальной частоты) всегда воспринимается как
одинаковое изменение высоты тона. Интервал высоты, соответствующий изменению частоты в 2 раза, называется
октавой. Диапазон частот, воспринимаемых человеком, 20-20 000 Гц, он охватывает приблизительно десять
октав.
Октава - достаточно большой интервал изменения высоты тона; человек различает значительно
меньшие интервалы. Так, в десяти октавах, воспринимаемых ухом, можно различить более тысячи градаций высоты
тона. В музыке используются меньшие интервалы, называемые полутонами и соответствующие изменению частоты
приблизительно в 1,054 раза.
Октаву делят на полуоктавы и треть октавы. Для последних стандартизован следующий
ряд частот: 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3; 3,15; 4; 5; 6,3: 8; 10, являющихся границами третьоктав. Если эти
частоты расположить на равных расстояниях по оси частот, то получится логарифмический масштаб. Исходя
из этого все частотные характеристики устройств передачи звука строят в логарифмическом масштабе.
Громкость передачи зависит не только от интенсивности звука, но и от спектрального
состава, условий восприятия и длительности воздействия. Так, два звучащих тона средней и низкой частоты,
имеющие одинаковую интенсивность (или одинаковое звуковое давление), воспринимаются человеком не как одинаково
громкие. Поэтому введено понятие уровня громкости в фонах для обозначения звуков одинаковой громкости.
За уровень громкости звука в фонах принимают уровень звукового давления в децибелах такой же громкости
чистого тона частотой 1000 Гц, т.е для частоты 1000 Гц уровни громкости в фонах и децибелах совпадают.
На других частотах при одном и том же звуковом давлении звуки могут казаться более громкими или более
тихими.
Опыт работы звукорежиссеров по записи и монтажу музыкальных произведений показывает,
что для лучшего обнаружения дефектов звучания, которые могут возникнуть в процессе работы, уровень громкости,
при контрольном прослушивании следует поддерживать высоким, примерно соответствующим уровню громкости
в зале.
При длительном воздействии интенсивного звука чувствительность слуха постепенно снижается,
и тем больше, чем выше громкость звука. Обнаруживаемое снижение чувствительности связано с реакцией слуха
на перегрузку, т.е. с естественной его адаптацией, После некоторого перерыва в прослушивании чувствительность
слуха восстанавливается. К этому следует добавить, что слуховой аппарат при восприятии сигналов высокого
уровня привносит свои, так называемые субъективные, искажения (что свидетельствует о нелинейности слуха).
Так, при уровне сигнала 100 дБ первая и вторая субъективные гармоники достигают уровня 85 и 70 дБ.
Значительный уровень громкости и длительность его воздействия вызывают необратимые
явления в слуховом органе. Отмечено, что у молодежи за последние годы резко возросли пороги слышимости.
Причиной этого явилось увлечение поп-музыкой, отличающейся высокими уровнями громкости звучания.
Уровень громкости измеряют с помощью электроакустического прибора - шумомера. Измеряемый
звук сначала преобразуется микрофоном в электрические колебания. После усиления специальным усилителем
напряжения этих колебаний измеряют стрелочным прибором, отрегулированным в децибелах. Чтобы показания
прибора как можно более точно соответствовали субъективному восприятию громкости, прибор снабжен специальными
фильтрами, изменяющими его чувствительность к восприятию звука разных частот в соответствии с характеристикой
чувствительности слуха.
Важной характеристикой звука является тембр. Способность слуха различать его позволяет
воспринимать сигналы с большим разнообразием оттенков. Звучание каждого из инструментов и голосов благодаря
характерным для них оттенкам становится многокрасочным и хорошо узнаваемым.
Тембр, являясь субъективным отображением сложности воспринимаемого звучания, не имеет
количественной оценки и характеризуется терминами качественного порядка (красивый, мягкий, сочный и др.).
При передаче сигнала по электроакустическому тракту возникающие искажения в первую очередь влияют на тембр
воспроизводимого звука. Условием правильной передачи тембра музыкальных звуков является неискаженная передача
спектра сигнала. Спектром сигнала называют совокупность синусоидальных составляющих сложного звука.
Простейшим спектром обладает так называемый чистый тон, в нем присутствует только
одна частота. Более интересным оказывается звук музыкального инструмента: его спектр состоит из частоты
основного тона и нескольких ""примесных" частот, называемых обертонами (высшими тонами). Обертоны
кратны частоте основного тона и обычно меньше его по амплитуде.
От распределения интенсивности по обертонам зависит тембр звука. Звуки разных музыкальных
инструментов различаются по тембру.
Более сложным оказывается спектр сочетания музыкальных звуков, называемый аккордом.
В таком спектре присутствуют несколько основных частот вместе ссоответствуюшими обертонами
Различия в тембре onpeделяются в основном низко-средне частотными составляющими сигнала,
следовательно, и большое разнообразие тембров связано с сигналами, лежащими в нижней части частотного
диапазона. Сигналы же, относяшиеся к верхней его части, по мере повышения все больше теряют свою окраску
тембра, что обусловлено постепенным уходом их гармонических составляющих за пределы слышимых частот. Это
можно объяснить тем, что в образовании тембра низких звуков активно участвуют до 20 и более гармоник,
средних 8 - 10, высоких 2 - 3, так как остальные либо слабы, либо выпадают из области слышимых частот.
Поэтому высокие звуки, как правило, по тембру беднее.
Практически у всех естественных источников звука, в том числе и у источников музыкальных
звуков, наблюдается специфическая зависимость тембра от уровня громкости. К такой зависимости приспособлен
и слух - для него является естественным определение интенсивности источника по окраске звука. Громкие
звуки обычно являются и более резкими.
Музыкальные источники звука
Большое влияние на качество звучания электроакустических систем оказывает ряд факторов,
характеризующих первичные источники звуков.
Акустические параметры музыкальных источников зависят от состава исполнителей (оркестр,
ансамбль, группа, солиста и типа музыки: симфоническая, народная, эстрадная и пр.).
Зарождение и формирование звука на каждом музыкальном инструменте имеет свою специфику,
связанную с акустическими особенностями звукообразования в том или ином музыкальном инструменте.
Важным элементом музыкального звука является атака. Это - специфический переходный
процесс, в течение которого устанавливаются стабильные характеристики звука: громкость, тембр, высота.
Любой музыкальный звук проходит три стадии -начало, середину и конец, причем и начальная, и конечная стадии
имеют некоторую продолжительность. Начальная стадия называется атакой. Длится она по-разному: у щипковых,
ударных и некоторых духовых инструментов 0-20 мс, у фагота 20-60 мс. Атака - это не просто нарастание
громкости звука от нуля до некоторого установившегося значения, она может сопровождаться таким же изменением
высоты звука и его тембра. Причем характеристики атаки инструмента неодинаковы в разных участках его диапазона
при разной манере игры: скрипка по богатству возможных выразительных способов атаки - наиболее совершенный
инструмент.
Одна из характеристик любого музыквльного инструмента - это частотный диапазон звучания.
Кроме основных частот каждый инструмент характеризуется дополнительными высококачественными составляющими
- обертонами (или, как принято в электроакустике, - высшими гармониками), определяющими его специфический
тембр.
Известно, что звуковая энергия неравномерно распределяется по всему спектру звуковых
частот, излучаемых источником.
Большинство инструментов характеризуется усилением основных частот, а также отдельных
обертонов в определенных (одной или нескольких) относительно узких полосах частот (формантах), различных
для каждого инструмента. Резонансные частоты (в герцах) формантной области составляют: для трубы 100-200,
валторны 200-400, тромбона 300-900, трубы 800-1750, саксофона 350-900, гобоя 800-1500, фагота 300-900,
кларнета 250-600.
Другое характерное свойство музыкальных инструментов - сила их звука, обусловливается
большей или меньшей амплитудой (размахом) их звучащего тела или воздушного столба (большей амплитуде соответствует
более сильное звучание и наоборот). Значение пиковых акустических мощностей (в ваттах) составляет: для
большого оркестра 70, большого барабана 25, литавр 20, малого барабана 12, тромбона 6, фортепиано 0,4,
трубы и саксофона 0,3, трубы 0,2, контрабаса 0.(6, малой флейты 0,08, кларнета, валторны и треугольника
0,05.
Отношение мощности звука, извлекаемого из инструмента при исполнении "фортиссимо",
к мощности звука при исполнении "пианиссимо" принято называть динамическим диапазоном звучания
музыкальных инструментов.
Динамический диапазон музыкального источника звука зависит от вида исполнительского
коллектива и характера исполнения.
Рассмотрим динамический диапазон отдельных источников звука. Под динамическим диапазоном
отдельных музыкальных инструментов и ансамблей (различные по составу оркестры и хоры), а также голосов
понимают отношение максимальных звуковых давлений, создаваемых данным источником, к минимальным, выраженное
в децибелах.
На практике при определении динамического диапазона источника звука обычно оперируют
только уровнями звукового давления, вычисляя или измеряя соответствующую их разность. Например, если максимальный
уровень звучания оркестра составляет 90, а минимальный 50 дБ, то говорят, что динамический диапазон равен
90 - 50= = 40 дБ. При этом 90 и 50 дБ - это уровни звукового давления относительно нулевого акустического
уровня.
Динамический диапазон для данного источника звука - величина непостоянная. Она зависит
от характера исполняемого произведения и от акустических условий помещения, в котором происходит исполнение.
Реверберация расширяет динамический диапазон, который обычно достигает максимального значения в помещениях,
имеющих большой объем и минимальное звукопоглощение. Почти у всех инструментов и человеческих голосов
динамический диапазон неравномерен по регистрам звучания. Например, уровень громкости самого низкого звука
на "форте" у вокалиста равен уровню самого высокого звука на "пиано".
Динамический диапазон той или иной музыкальной программы выражается таким же образом, как и для отдельных источников звука, но максимальное звуковое давление отмечается при динамическом ff (фортиссимо) оттенке, а минимальное при рр (пианиссимо).
Наибольшей громкости, обозначаемой в нотах fff (форте-, фортиссимо), соответствует
акустический уровень звукового давления примерно 110 дБ, а наименьшей громкости, обозначаемой в нотах
ррр (пиано-пианиссимо), примерно 40 дБ.
Следует отметить, что динамические оттенки исполнения в музыке относительны и их
связь с соответствующими уровнями звукового давления до некоторой степени условна. Динамический диапазон
той или иной музыкальной программы зависит от характера сочинения. Так, динамический диапазон классических
произведений Гайдна, Моцарта, Вивальди редко превышает 30-35 дБ. Динамический диапазон эстрадной музыки
обычно не превышает 40 дБ, а танцевальной и джазовой - всего около 20 дБ. Большинство произведений для
оркестра русских народных инструментов также имеют небольшой динамический диапазон (25-30 дБ). Это справедливо
и для духового оркестра. Однако максимальный уровень звучания духового оркестра в помещении может достигать
достаточно большого уровня (до 110 дБ).
Эффект маскировки
Субъективная оценка громкости зависит от условий, в которых звук воспринимается
слушателем. В реальных условиях акустический сигнал не существует в абсолютной тишине. Одновременно с
ним воздействуют на слух посторонние шумы, затрудняющие звуковое восприятие, маскируюшие в определенной
мере основной сигнал. Эффект маскировки чистого синусоидального тона посторонним шумом оценивается величиной,
указываюшей. на сколько децибел повышается порог слышимости маскируемого сигнала над порогом его восприятия
в тишине.
Опыты по определению степени маскировки одного звукового сигнала другим показывают,
что тон любой частоты маскируется более низкими тонами значительно эффективнее, чем более высокими. Например,
если два камертона (1200 и 440 Гц) излучают звуки с одинаковой интенсивностью, то мы перестаем слышать
первый тон, он замаскирован вторым (погасив вибрацию второго камертона, мы снова услышим первый).
Если одновременно существуют два сложных звуковых сигнала, состоящих из определенных
спектров звуковых частот, то возникает эффект взаимной маскировки. При этом если основная энергия обоих
сигналов лежит в одной и той же области диапазона звуковых частот, то эффект маскировки будет наиболее
сильным, Так, при передаче оркестрового произведения из-за маскировки аккомпанементом партия солиста может
стать плохо разборчивой, невнятной.
Достижение четкости или, как принято говорить, "прозрачности" звучания
при звукопередаче оркестров или эстрадных ансамблей становится весьма трудным, если инструмент или отдельные
группы инструментов оркестра играют в одном или близких регистрах одновременно.
Режиссер, производя запись оркестра, обязательно учитывает особенности маскировки.
На репетициях он с помощью дирижера устанавливает баланс между силой звучания инструментов одной группы,
а также между группами всего оркестра. Ясность основных мелодических линий и отдельных музыкальных партий
достигается в этих случаях близким расположением микрофонов к исполнителям, умышленным выделением звукорежиссером
наиболее важных в данном месте произведения инструментов и другими специальными приемами звукорежиссуры.
Явлению маскировки противостоит психофизиологическоя способность органов слуха выделять
из обшей массы звуков один или несколько, несущих наиболее важную информацию. Например, при звучании оркестра
дирижер замечает малейшие неточности в исполнении партии на каком-либо инструменте.
Маскировка может существенно влиять на качество передачи сигнала. Четкое восприятие
принимаемого звука возможно в том случае, если его интенсивность существенно превышает уровень составляющих
помех, находящихся в той же полосе, что и принимаемый звук. При равномерной помехе превышение сигнала
должно быть 10- 15 дБ. Эта особенность слухового восприятия находит практическое применение, например,
при оценке электроакустических характеристик носителей. Так, если отношение сигнал-шум аналоговой грампластинки
60 дБ, то динамический диапазон записанной программы может быть не более 45- 48 дБ.
Временные характеристики слухового восприятия
Слуховой аппарат, как и любая другая колебательная система, инерционен. При исчезновении
звука слуховое ощущение исчезает не сразу, а постепенно, уменьшаясь до нуля. Время, в течение которого
ошущение по уровню громкости уменьшается на 8- 10 фон, называется постоянной времени слуха. Эта постоянная
зависит от ряда обстоятельств, а также от параметров воспринимаемого звука. Если к слушателю приходят
два коротких звуковых импульса, одинаковых пи частотному составу и уровню, но один из них запаздывает,
то они будут восприниматься слитно при запаздывании, не превышающем 50 мс. Пои больших интервалах запаздывания
оба импульса воспринимаются раздельно, возникает эхо.
Эта особенность слуха учитывается при конструировании некоторых приборов обработки
сигналов, например электронных линий задержки, ревербератов и др.
Следует отметить, что благодаря особому свойству слуха ощушение громкости кратковременного
звукового импульса зависит не только от его уровня, но и от продолжительности воздействия импульса на
ухо. Так, кратковременный звук, длящийся всего 10-12 мс, воспринимается ухом тише, чем звук такой же но
уровню, но воздействующий на слух в течение, например 150-400 мс. Поэтому при прослушивании передачи громкость
является результатом усреднения энергии звуковой волны в течение некоторого интервала. Кроме того, слух
человека обладает инерцией, в частности, при восприятии нелинейных искажений он не ощущает таковых, если
продолжительность звукового импульса меньше 10-20 мс. Именно поэтому в индикаторах уровня звукозаписывающей
бытовой радиоэлектронной аппаратуры осуществляется усреднение мгновенных значений сигнала за промежуток,
выбираемый в соответствии с временными характеристиками органов слуха.
Пространственное представление о звуке
Одной из важных способностей человека является возможность определять направление источника звука. Эта способность называется бинауральным эффектом и объясняется тем, что человек имеет два уха. Данные экспериментов показывают, откуда приходит звук: один для высокочастотных тонов, другой для низкочастотных.
До уха, обращенного к источнику, звук проходит более короткий по времени путь, чем
до второго уха. Вследствие этого давление звуковых волн в ушных каналах различается по фазе и амплитуде.
Амплитудные различия значительны только на высоких частотах, когда длина звуковой волны становится сравнимой
с размерами головы. Когда разница в амплитудах превышает пороговое значение, равное 1 дБ, то кажется,
что источник звука находится на той стороне, где амплитуда больше. Угол отклонения источника звука от
средней линии (линии симметрии) приблизительно пропорционален логарифму отношения амплитуд.
Для определения направления источника звука с частотами ниже 1500-2000 Гц существенны
фазовые различия. Человеку кажется, что звук приходит с той стороны, с которой волна, опережаюшая по фазе,
достигает уха. Угол отклонения звука от средней линии пропорционален разности времени прихода звуковых
волн к обоим ушам. Тренированный человек может заметить разность фаз при разннице во времени 100 мс.
Способность определять направление звука в вертикальной плоскости развита значительно
слабее (примерно в 10 раз). Эту особенность физиологии связывают с ориентацией органов слуха в горизонтальной
плоскости.
Специфическая особенность пространственного восприятия звука человеком проявляется
в том, что органы слуха способны ощушать суммарную, интегральную локализацию, создаваемую с помошью искусственных
средств воздействия. Например, в помещении по фронту на расстоянии 2-3 м друг от друга установлены две
АС. На таком же расстоянии от оси соединяющей системы строго по центру находится слушатель. В помешении
через АС излучаются два одинаковых по фазе, частоте и интенсивности звука. В результате идентичности звуков,
проходящих в орган слуха, человек не может их разделить, его ощущения дают представления о едином, кажущемся
(виртуальном) источнике звука, который находится строго по центру на оси симметрии.
Если теперь уменьшить громкость одной АС, то кажущийся источник переместится в сторону
более громко работающего громкоговорителя. Иллюзию перемещения источника звука можно получить не только
изменением уровня сигнала, но и искусственной задержкой одного звука относительно другого; в этом случае
кажущийся источник сместится в сторону АС, излучающей сигнал с опережением.
Для иллюстрации интегральной локализации приведем пример. Расстояние между АС 2м,
расстояние от фронтальной линии до слушателя 2 м; для того чтобы источник как бы сместился на 40 см влево
или вправо, необходимо подать два сигнала с разностью по уровню интенсивности в 5 дБ или с временным запаздыванием
в 0,3 мс. При разности уровней в 10 дБ или задержке по времени 0,6 мс источник "переместится"
на 70 см от центра.
Таким образом, если изменять создаваемое АС звуковое давление, то возникает иллюзия
перемещения источника звука. Это явление называется суммарной локализацией. Для создания суммарной локализации
применяется двухканальная стереофоническая система звукопередачи.
В первичном помешении устанавливаются два микрофона, каждый из которых работает на
свой канал. Во вторичном - два громкоговорителя. Микрофоны располагаются на определенном расстоянии друг
от друга по линии, параллельной размещению излучателя звука. При перемещении излучателя звука на микрофон
будет действовать разное звуковое давление и время прихода звуковой волны будет различно из-за неодинакового
расстояния между излучателем звуха и микрофонами. Эта разница и создает во вторичном помешении эффект
суммарной локализации, в результате чего кажущийся источник локализуется в определенной точке пространства,
находящейся между двумя громкоговорителями.
Следует сказать о биноуральной системе звукопередачи. При использовании этой системы,
называемой системой "искусственной головы", в первичном помешении размещают два отдельных микрофона,
располагая их на расстоянии друг от друга, равном расстоянию между ушами человека. Каждый из микрофонов
имеет независимый канал звукопередачи, на выходе которого во вторичном помещении включены телефоны для
левого и правого уха. При идентичности каналов звукопередачи такая система точно передает бинауральный
эффект, создаваемый около ушей "искусственной головы" в первичном помещении. Наличие головных
телефонов и необходимость пользования ими в течение длительного времени является недостатком.
Орган слуха определяет расстояние до источника звука по ряду косвенных признаков
и с некоторыми погрешностями. В зависимости от того, мало или велико расстояние до источника сигнала,
субъективная его оценка меняется под воздействием различных факторов. Было установлено, что если определяемые
расстояния невелики (до 3 м), то их субъективная оценка почти линейно связана с изменением громкости перемещающегося
по глубине источника звука. Дополнительным фактором для сложного сигнала является его тембр, который становится
все более "тяжелым"" по мере приближения источника к слушателю. Это связано со все большим усилением
обертонов низкого по сравнению с обертонами высокого регистра, вызванным происходящим при этом повышением
уровня громкости.
Для средних расстояний 3-10 м. удаление источника от слушателя будет сопровождаться
пропорциональным уменьшением громкости, причем это изменение будет одинаково относиться к основной частоте
и к гармоническим составляюшим. В результате происходит относительное усиление высокочастотной части спектра
и тембр становится более ярким.
С ростом расстояния потери энергии в воздухе будут расти пропорционально квадрату
частоты. Увеличенная потеря обертонов высокого регистра приведет к снижению тембральной яркости. Таким
образом, субъективная оценка расстояний связана с изменением его громкости и тембра.
В условиях закрытого помещения сигналы первых отражений, запаздывающие относительно
прямого на 20-40 мс, воспринимаются органом слуха как приходящие с различных направлений. Вместе с этим
все большее их запаздывание создает впечатление о значительном удалении точек, от которых происходят эти
отражения. Таким образом, по времени запаздывания можно судить об относительной удаленности вторичных
источников или, что то же, о размерах помещения.
Некоторые особенности субъективного восприятия стереофонических передач.
Стереофоническая система звукопередачи имеет ряд существенных особенностей по сравнению
с обычной монофонической.
Качество, отличающее стереофоническое звучание, объемность, т.е. естественную акустическую
перспективу, можно оценить с помощью некоторых дополнительных показателей, не имеющих смысла при монофонической
технике передачи звука. К таким дополнительным показателям следует отнести: угол слышимости, т.е. угол,
под которым слушатель воспринимает звуковую стереофоническую картину; стереофоническую разрешающую способность,
т.е. определяемую субъективно локализацию отдельных элементов звукового образа в определенных точках пространства
в пределах угла слышимости; акустическую атмосферу, т.е. эффект возникновения у слушателя ощущения присутствия
в первичном помещении, где происходит передаваемое звуковое событие.
О роли акустики помещения
Красочность звучания достигается не только с помощью аппаратуры воспроизведения звука. Даже при достаточно хорошей аппаратуре качество звучания может оказаться низким, если помещение, предназначенное для прослушивания, не обладает определенными свойствами. Известно, что в закрытом помешении возникает явление нослезвучания, называемое реверберацией. Воздействуя на органы слуха, реверберация (в зависимости от ее длительности) может улучшать или ухудшать качество звучания.
Человек, находящийся в помещении, воспринимает не только прямые звуковые волны,
создаваемые непосредственно источником звука, но и волны, отраженные потолком и стенами помещения. Отраженные
волны слышны еше некоторое время после прекращения действия источника звука.
Иногда считают, что отраженные сигналы играют только отрицательную роль, создавая
помехи восприятию основного сигнала. Однако такое представление неправильно. Определенная часть энергии
начальных отраженных эхосигналов, достигая ушей человека с малыми задержками, усиливает основной сигнал
и обогашает его звучание. Напротив, более поздние отраженные эхосигналы. время задержки которых превышает
некоторое критическое значение, образуют звуковой фон, затрудняющий восприятие основного сигнала.
Помещение прослушивания не должно иметь большое время реверберации. Жилые комнаты,
как правило, имеют малое воемя реверберации в силу ограниченности своих размеров и наличия звукопоглощающих
поверхностей, мягкой мебели, ковров, занавесок и т. п.
Различные по характеру и свойствам преграды характеризуются коэффициентом поглощения
звука, который представляет собой отношение поглощенной энергии к полной энергии падающей звуковой волны.
Для повышения звукопоглощающих свойств ковра (и снижения шумов в жилом помещении) ковер желательно вешать не вплотную к стене, а с зазором 30-50 мм).
Тугоухость – это патологическое состояние, характеризующееся снижением слуха и затрудненным восприятием разговорной речи. Встречается достаточно часто, особенно у пожилых. Однако в наши дни намечается тенденция к более раннему развитию тугоухости, в том числе среди молодежи и детей. В зависимости от того, насколько ослаблен слух, тугоухость делится на различные степени.
Что такое децибелы и герцы
Любой звук или шум можно охарактеризовать двумя параметрами: высотой и силой звучания.
Высота звука
Высота звука определяется количеством колебаний звуковой волны и выражается в герцах (Гц): чем больше герц, тем выше тон. Например, самая первая белая клавиша слева на обычном фортепиано («ля» субконтроктавы) издает низкий звук с частотой 27,500 Гц, а самая последняя белая клавиша справа («до» пятой октавы) выдает 4186,0 Гц.
Ухо человека способно различать звуки в пределах 16–20 000 Гц. Все, что меньше 16 Гц, называют инфразвуком, а свыше 20 000 – ультразвуком. Как ультразвук, так и инфразвук человеческим ухом не воспринимаются, но могут влиять на организм и психику.
По частоте все слышимые звуки можно разделить на высоко-, средне- и низкочастотные. К низкочастотным относятся звуки до 500 Гц, к среднечастотным – в пределах 500–10 000 Гц, к высокочастотным – все звуки с частотой более 10 000 Гц. Человеческое ухо при одинаковой силе воздействия лучше слышит именно среднечастотные звуки, которые воспринимаются более громкими. Соответственно низко- и высокочастотные «слышатся» более тихими, а то и вовсе «перестают звучать». В целом после 40–50 лет верхняя граница слышимости звуков снижается с 20 000 до 16 000 Гц.
Сила звучания
При воздействии на ухо очень громкого звука может случиться разрыв барабанной перепонки. На рисунке снизу - нормальная перепонка, вверху - перепонка с дефектом.Любой звук может воздействовать на орган слуха по-разному. Это зависит от его силы звучания, или громкости, которая измеряется в децибелах (дБ).
Нормальный слух способен различать звуки начиная от 0 дБ и выше. При воздействии громкого звука силой более 120 дБ .
Наиболее комфортно ухо человека чувствует себя в диапазоне до 80–85 дБ.
Для сравнения:
- зимний лес в безветренную погоду – около 0 дБ,
- шелест листьев в лесу, парке – 20–30 дБ,
- обычная разговорная речь, работа в офисе – 40–60 дБ,
- шум от двигателя в салоне автомобиля – 70–80 дБ,
- громкие крики – 85–90 дБ,
- раскаты грома – 100 дБ,
- отбойный молоток на расстоянии в 1 метр от него – около 120 дБ.
Степени тугоухости относительно силы громкости
Обычно различают следующие степени потери слуха:
- Нормальный слух – человек слышит звуки в интервале от 0 до 25 дБ и выше. Он различает шелест листвы, пение птиц в лесу, тиканье настенных часов и т. п.
- Тугоухость:
- I степень (легкая) – человек начинает слышать звуки от 26–40 дБ.
- II степень (умеренная) - порог восприятия звуков начинается от 40–55 дБ.
- III степень (тяжелая) – слышит звуки от 56–70 дБ.
- IV степень (глубокая) – от 71–90 дБ.
- Глухота – это состояние, когда человек не слышит звук громкостью более 90 дБ.
Сокращенный вариант степеней тугоухости:
- Легкая степень – способность воспринимать звуки менее 50 дБ. Человек понимает разговорную речь практически в полном объеме на расстоянии более 1 м.
- Средняя степень – порог восприятия звуков начинается при громкости от 50–70 дБ. Общение друг с другом затруднено, т. к. в этом случае человек слышит хорошо речь на расстоянии до 1 м.
- Тяжелая степень – более 70 дБ. Речь обычной интенсивности уже не слышна или неразборчива у самого уха. Приходится кричать или пользоваться специальным слуховым аппаратом.
В повседневной практической жизни специалисты могут использовать и другую классификацию потери слуха:
- Нормальный слух. Человек слышит разговорную речь и шепот на расстоянии более 6 м.
- Легкая степень потери слуха. Разговорную речь человек понимает с расстояния более 6 м, однако шепот слышит уже не более чем в 3–6 метрах от себя. Пациент может различать речь даже при постороннем шуме.
- Умеренная степень потери слуха. Шепот различает на расстоянии не более 1–3 м, а обычную разговорную речь – до 4–6 м. Восприятие речи может нарушаться при постороннем шуме.
- Значительная степень потери слуха. Разговорная речь слышна не далее как на расстоянии 2–4 м, а шепот – до 0,5–1 м. Отмечается неразборчивое восприятие слов, некоторые отдельные фразы или слова приходится повторять несколько раз.
- Тяжелая степень. Шепот практически не различает даже у самого уха, разговорную речь даже при крике различает с трудом на расстоянии менее 2 м. Больше читает по губам.
Степени потери слуха относительно высоты звуков
- I группа. Пациенты способны воспринимать только низкие частоты в пределах 125–150 Гц. Они реагируют только на низкий и громкий голос.
- II группа. В этом случае становятся доступными для восприятия более высокие частоты, которые находятся в пределах от 150 до 500 Гц. Обычно становятся различимыми для восприятия простые разговорные гласные «о», «у».
- III группа. Хорошее восприятие низких и средних частот (до 1000 Гц). Такие пациенты уже слушают музыку, различают звонок в дверь, слышат почти все гласные, улавливают смысл простых фраз и отдельных слов.
- IV группа. Становятся доступными для восприятия частоты до 2000 Гц. Пациенты различают почти все звуки, а также отдельные фразы и слова. Понимают речь.
Данная классификация потери слуха важна не только для правильного подбора слухового аппарата, но и определения детей в обычную или специализированную школу для .
Диагностика снижения слуха
Определить степень снижения слуха у пациента поможет аудиометрия. Наиболее точными достоверным способом выявить и определить степень снижения слуха является аудиометрия. Для этой цели пациенту надеваются специальные наушники, в которые подается сигнал соответствующих частот и силы. Если испытуемый слышит сигнал, то он дает об этом знать нажатием кнопки прибора или кивком головы. По результатам аудиометрии строят соответствующую кривую слухового восприятия (аудиограмму), анализ которой позволяет не только выявить степень снижения слуха, но и в некоторых ситуациях получить более углубленное представление о природе тугоухости.
Иногда при проведении аудиометрии не надевают наушники, а используют камертон или просто произносят определенные слова на некотором расстоянии от пациента.
Когда следует обязательно обратиться к врачу
Обратиться к ЛОР-врачу необходимо, если :
- Вы стали поворачивать голову в сторону того, кто говорит, и при этом напрягаетесь, чтобы услышать его.
- Проживающие с вами родные или пришедшие в гости друзья делают замечание по поводу того, что вы слишком громко стали включать телевизор, радио, плеер.
- Звонок в дверь звучит теперь не так отчетливо, как раньше, или вы вообще перестали его слышать.
- При разговоре по телефону вы просите собеседника говорить более громко и четко.
- Стали просить повторить то, что вам сказали еще раз.
- Если вокруг шумят, то услышать собеседника и понять, о чем он говорит, становится гораздо труднее.
Несмотря на то что , в целом чем раньше установлен верный диагноз и начато лечение, тем лучше результаты и тем больше вероятности того, что слух сохранится еще на долгие годы.
Февраль 7, 2018
Часто у людей (даже тех кто хорошо разбирается в вопросе) возникает путаница и затруднения в чётком понимании того, как именно слышимый человеком частотный диапазон звука делится на общие категории (низкие, средние, высокие) и на более узкие подкатегории (верхние басы, нижнаяя середина и т.п.). В тоже самое время эта информация крайне важна не только для экспериментов c автозвуком, но и полезна для общего развития. Знания обязательно пригодятся во время настройки аудиосистемы любой сложности и, главное, поможет правильно оценить сильные или слабые стороны той или иной акустической системы или же нюансы помещения прослушивания музыки (в нашем случае актуальнее салон автомобиля), ведь оно оказывает непосредственное влияние на конечное звучание. Если есть хорошее и чёткое понимание преобладания тех или иных частот в звуковом спектре на слух, то элементарно и быстро можно оценить звучание той или иной музыкальной композиции, при этом отчётливо услышать влияние акустики помещения на окрашивании звука, вклад самой акустической системы в звук и более тонко разобрать все нюансы, к чему и стремится идеология "хай-фай" звучания.
Разделение слышимого диапазона на основные три группы
Терминология разделения слышимого спектра частот пришла к нам частично из музыкального, частично из научного миров и в общем виде она знакома практически каждому. Самое простое и понятное деление, которое может испытать частотный диапазон звука в общем виде выглядит следующим образом:
- Низкие частоты.
Границы диапазона низких частот находятся в пределах 10 Гц (нижняя граница) - 200 Гц (верхняя граница)
. Нижняя граница начинается именно с 10 Гц, хотя в классическом представлении человек способен слышать от 20 Гц (всё что ниже попадает уже в область инфразвука), оставшие 10 Гц всё ещё могут частично прослушиваться, а так же ощущаться тактильно в случае глубокого низкого баса и даже влиять на психологический настрой человека.
Низкочастотный диапазон звука несёт функцию обогащения, эмоционального насыщения и конечного отклика - если провал в низкочастотной части у акустики или изначальной записи будет сильным, то это никак не скажется на узнаваемости той или иной композиции, мелодии или голоса, но звук будет восприниматься скудно, обеднённо и посредственно, при этом субъективно будет более резким и острым в плане восприятия, поскольку средние и высокие частоты будут выпячиваться и преобладать на фоне отсутствия хорошей насыщенной басовой области.
Достаточно большое количество музыкальных инструментов воспроизводят звуки в диапазоне низких частот, в том числе мужской вокал может опускаться в область до 100 Гц. Наиболее выраженным инструментом, который играет с самого начала слышимого диапазона (от 20 Гц) можно смело назвать духовой орган. - Средние частоты.
Границы диапазона средних частот находятся в пределах 200 Гц (нижняя граница) - 2400 Гц (верхняя граница)
. Средний диапазон всегда будет фундаментальным, определяющим и составлять фактически основу звука или муз композиции, потому его значимость трудно переоценить.
Объясняется это по-разному, но главным образом данная особенность человеческого слухового восприятия обуславливается эволюцией - так сложилось за многие годы нашего формирования, что слуховой аппарат наиболее остро и отчётливо улавливает среднечастотный диапазон, т.к. в его пределах находится человеческая речь, а она является главным инструментом для эффективной коммуникации и выживания. Этим же объясняется некоторая нелинейность слухового восприятия, всегда нацеленная на преобладание средних частот при прослушивании музыки, т.к. наш слуховой аппарат наиболее чувствителен к этому диапазону, а так же автоматически подстраивается под него как бы больше "усиливая" на фоне остальных звуков.
В среднем диапазоне находится абсолютное большинство звуков, музыкальных инструментов или же вокала, даже если затрагивается узкий диапазон сверху или снизу, то всё равно диапазон обычно простирается до верхней или нижней середины. Соответственно, в среднечастотном диапазоне располагается вокал (как мужской так и женский), а так же почти все хорошо известные инструменты, такие как: гитара и прочие струнные, пианино и другие клавишные, духовые инструменты и т.д. - Высокие частоты.
Границы диапазона высоких частот находятся в пределах 2400 Гц (нижняя граница) - 30000 Гц (верхняя граница)
. Верхняя граница, как и в случае с низкочастотным диапазоном, получается несколько условной и также индивидуальной: среднестатистический человек не может слышать выше 20 кГц, однако встречаются редкие люди с чувствительностью до 30 кГц.
Так же, ряд музыкальных обертонов теоретически может заходить в область свыше 20 кГц, а как известно - обертона в конечном счёте отвечают за окраску звучания и окончательное тембральное восприятия целостной картины звучания. Вроде бы "неслышимые" ультразвуковые частоты могут влиять явным образом на психологическое состояние человека, хоть и не будут при этом прослушиваться в привычной манере. В остальном же роль высоких частот, опять-таки по аналогии с низкими, больше обогатительная и дополняющая. Хотя высокочастотный диапазон куда больше влияет на узнаваемость конкретного звука, достоверность и сохранение первоначального тембра, нежели НЧ секция. Высокие частоты придают музыкальным трекам "воздушность", прозрачность, чистоту и ясность.
Многие музыкальные инструменты играют также в диапазоне высоких частот, в том числе вокал может заходить в область 7000 Гц и выше с помощью обертонов и гармоник. Наиболее выраженная группа инструментов в высокочастотном сегменте - это струнные и духовые, а более полно в звучании доходят почти до верхней границы слышимого диапазона (20 кГц) тарелки и скрипка.
В любом случае, роль абсолютно всех частот слышимого человеческим ухом диапазона внушительна и проблемы в тракте на любой частоте скорее всего будут хорошо заметны, особенно натренированному слуховому аппарату. Целью воспроизведения высокоточного звучания "хай-фай" класса (или выше) ставится достоверное и максимально ровное звучание всех частот друг с другом так, как оно происходило на момент записи фонограммы в студии. Наличие сильных провалов или же пиков в АЧХ акустической системы свидетельствует о том, что в силу своих конструктивных особенностей она не способна воспроизвести музыку так, как изначально задумывалось автором или звукорежиссёром на момент записи.
Слушая музыку, человек слышит совокупность звучания инструментов и голоса, каждый из которых звучит в каком-то своём отрезке частотного диапазона. У некоторых инструментов может быть весьма узкий (ограниченный) диапазон частот, у других же он наоборот может простираться буквально от нижней до верхней слышимой границы. Необходимо учитывать, что несмотря на одинаковую интенсивность звуков на разных частотах диапазонах, человеческое ухо воспринимает эти частоты с разной громкостью, что опять-таки обусловлено механизмом биологического устройства слухового аппарата. Природа этого явления так же объясняется во многом биологической необходимостью адаптации преимущественно к среднечастотному звуковому диапазону. Так на практике, звук, имеющий частоту 800 Гц при интенсивности в 50 дБ, будет восприниматься субъективно на слух как более громкий по сравнению со звуком той же силы, но с частотой 500 Гц.
Более того, у разных звуковых частот, наводняющих слышимый частотный диапазон звука, будет различная пороговая болевая чувствительность! Болевой порог
эталонно считается на средней частоте 1000 Гц при чувствительности примерно 120 Дб (может слегка варьироваться в зависимости от индивидуальных особенностей человека). Как и в случае с неравномерным восприятием интенсивности на разных частотах при нормальных уровнях громкости, примерно такая же зависимость наблюдается и в отношении болевого порога: быстрее всего он наступает на средних частотах, а вот по краям слышимого диапазона порог становится выше. Для сравнения, болевой порог на средней частоте 2000 Гц составляет 112 Дб, тогда как болевой порог на низкой частоте 30 Гц будет уже 135 Дб. Болевой порог на низких частотах всегда выше, чем на средних и высоких.
Аналогичная неравномерность наблюдается и в отношении порога слышимости
- это нижний порог, после которого звуки становятся слышимыми человеческим ухом. Условно порогом слышимости считается значение 0 Дб, но справедливо оно опять-таки для эталонной частоты 1000 Гц. Если же для сравнения взять низкочастотный звук частотй 30 Гц, то он станет слышимым только при интенсивности излучения волны в 53 Дб.
Перечисленные особенности человеческого слухового восприятия конечно же оказывают непосредственное влияние тогда, когда ставится вопрос прослушивания музыки и достижения определённого психологического эффекта восприятия. Мы помним из , что звуки интенсивностью выше 90 Дб вредны для здоровья и способны привести к деградации и значительному ухудшению слуха. Но при этом слишком тихий звук низкой интенсивности будет страдать от сильной частотной неравномерности из-за биологических особенностей слухового восприятия, которое по природе нелинейно. Таким образом, музыкальный тракт громкостью 40-50 Дб будет восприниматься как обеднённый, с явно выраженным недостатком (можно сказать провалом) низких и высоких частот. Названная проблема хорошо и давно известна, для борьбы с ней даже придумана небезызвестная функция под названием тонокомпенсация
, которая путём эквализации выравнивает уровни низких и высоких частот близко к уровню середины, тем самым устраняя нежелательный провал без необходимости поднимать уровень громкости, делая слышимый частотный диапазон звука субъктивно равномерным по степени распределения звуковой энергии.
С учётом интересных и уникальных особенностей человеческого слуха полезно отметить, что с повышением громкости звука кривая нелинейности частот выравнивается, и примерно на отметке 80-85 дБ (и выше) звуковые частоты станут субъективно равнозначными по интенсивности (с отклонением 3-5 Дб). Хотя выравнивание происходит не до конца и на графике всё ещё будет видна пусть и сглаженная, но кривая линия, которая будет сохранять тенденцию в сторону преобладания интенсивности средних частот по сравнению к остальным. В аудиосистемах подобная неравномерность может решаться либо при помощи эквалайзера, либо же с помощью раздельных регулировок громкости в системах с раздельным поканальным усилением.
Разделение слышимого диапазона на более мелкие подгруппы
Помимо общепринятого и хорошо известного деления на три общие группы, иногда возникает необходимость более детально и развёрнуто рассмотреть ту или иную узкую часть, тем самым разделить частотный диапазон звука на ещё более мелкие "фрагменты". Благодаря этому появилось более детальное разделение, пользуясь которым можно элементарно быстро и достаточно точно обозначить предполагаемый отрезок звукового диапазона. Рассмотрим это разделение:
В область самого нижнего баса и тем более суб-баса опускается небольшое избранное число инструментов: контрабас (40-300 Гц), виолончель (65-7000 Гц), фагот (60-9000 Гц), туба (45-2000 Гц), валторны (60-5000 Гц), бас-гитара (32-196 Гц), бас-барабан (41-8000 Гц), саксофон (56-1320 Гц), пианино (24-1200 Гц), синтезатор (20-20000 Гц), орган (20-7000 Гц), арфа (36-15000 Гц), контрафагот (30-4000 Гц). Указанные диапазоны с учётом всех гармоник инструментов.
Поэтому именно верхний бас ответственен за атаку, напор и музыкальный драйв, а так же только этот узкий отрезок звукового диапазона способен подарить слушателю ощущение легендарного "панча" (от англ. punch - удар), когда мощный звук воспринимается ощутимым и сильным ударом в грудь. Таким образом, распознать хорошо оформленный и правильный быстрый верхний бас в музыкальной системе можно по качественной отработке энергичного ритма, собранной атаке и по хорошей оформленности инструментов в нижнем регистре нот, таких как виолончель, рояль или духовые инструменты.
В аудиосистемах отрезок диапазона верхнего баса целесообразнее всего отдать мидбасовым динамикам достаточно большого диаметра 6.5"-10" и с хорошими мощностными показателями, сильным магнитом. Подход объясняется тем, что именно такие по конфигурации динамики в полной мере смогут раскрыть энергетический потенциал, заложенный в этой весьма требовательной области слышимого диапазона. 
Но не стоит забывать и о детализированности и разборчивости звука, эти параметры так же важны в процессе воссоздания того или иного музыкального образа. Поскольку верхний бас уже хорошо локализуется/определяется в пространстве на слух, то диапазон выше 100 Гц необходимо отдавать исключительно фронтально расположенным динамикам, которые будут формировать и строить сцену. В отрезке верхнего баса отлично прослушивается стереопанорама, если она предусмотрена самой записью.
Область верхнего баса охватывает уже достаточно большое число инструментов и даже низкий по тональности мужской вокал. Поэтому среди инструментов те же, что играли низкий бас, но к ним добавляются многие другие: томы (70-7000 Гц), малый барабан (100-10000 Гц), перкуссия (150-5000 Гц), тенор-тромбон (80-10000 Гц), труба (160-9000 Гц), тенор-саксофон (120-16000 Гц), альт-саксофон (140-16000 Гц), кларнет (140-15000 Гц), альт-скрипка (130-6700 Гц), гитара (80-5000 Гц). Указанные диапазоны с учётом всех гармоник инструментов.
В данном диапазоне сосредотачиваются нижние гармоники и обертона, наполняющие голос, соответственно он крайне важен для правильной передачи вокала и насыщенности. Так же именно в нижней середине располагается весь энергетический потенциал голоса исполнителя, без которого не будет соответствующей отдачи и эмоционального отклика. По аналогии с передачей человеческого голоса, многие живые инструменты тоже прячут свой потенциал энергии в этом отрезке диапазона, особенно те, у которых нижняя слышимая граница начинается от 200-250 Гц (гобой, скрипка). Нижняя середина позволяет слышать мелодичность звучания, но не даёт возможность чётко различать инструменты.Соответственно, нижняя середина отвечает за правильное оформление большинства инструментов и голоса, насыщая последние и делая их узнаваемыми по тембральной окраске. Так же нижняя середина крайне требовательна в отношении правильной передачи полноценного басового диапазона, поскольку она "подхватывает" драйв и атаку основного ударного баса и предполагается, что она же должна его правильно поддержать и плавно "закончить", постепенно сводя на нет. Ощущения чистота звука и разборчивости баса лежат именно в этой области и, если имеются проблемы в нижней середине от переизбытка или наличия резонансных частот - то звук будет утомлять слушателя, он будет грязным и слегка бубнящим. 
Ежели ощущается нехватка в области нижней середины, то пострадает правильное ощущение баса и достоверная передача вокальной партии, которая будет лишена напора и энергетической отдачи. Тоже самое касается большинства инструментов, которые без поддержки нижней середины потеряют "своё лицо", станут оформлены неправильно и звучание их заметно обеднеет, даже если останется узнаваемым, оно уже будет не таким полным.
При построении аудиосистемы диапазон нижней середины и выше (до верхней) обычно отдаётся среднечастотным динамикам (СЧ), которые без сомнения должны располагаться во фронтальной части перед слушателем и строить сцену. Для этих динамиков не так важен размер, он может быть 6.5" и ниже, как важна детализация и способность раскрыть нюансы звучания, что достигается конструктивными особенностями самого динамика (диффузором, подвесом и прочими характеристиками). 
Так же, для всего среднечастотного диапазона жизненно важна правильная локализация и буквально малейший наклон или доворот динамика может оказывать ощутимое влияние на звучание с точки зрения правильного реалистичного воссоздания образов инструментов и вокала в пространстве, хотя зависеть это во многом будет от конструктивных особенностей самого диффузора динамика.
Нижняя середина охватывает почти все существующие инструменты и человеческие голоса, правда не несёт фундаментальную роль, но всё ещё очень важна для полноценного восприятия музыки или звуков. Среди инструментов будет тот же набор, который был способен отыгрывать нижний диапазон басовой области, но к ним добавляются и другие, которые начинаются уже с нижней середины: тарелки (190-17000 Гц), гобой (247-15000 Гц), флейта (240-14500 Гц), скрипка (200-17000 Гц). Указанные диапазоны с учётом всех гармоник инструментов.
В случае провала середины звучание становится скучным и невыразительным, теряет звонкость и яркость, вокал перестаёт завораживать и фактически сходит на "нет". Так же середина отвечает за разборчивость основной информации, исходящей от инструментов и вокала (в меньшей степени, т.к. согласные звуки идут диапазоном выше), помогая хорошо различать их на слух. Большинство существующих инструментов оживают в этом диапазоне, становятся энергичными, информативными и осязаемыми, тоже самое происходит и с вокалом (в особенности женским), который наполняется энергией в середине.
Среднечастотный фундаментальный диапазон охватывает абсолютное большинство инструментов, которые уже были перечислены ранее, а так же раскрывают весь потенциал мужского и женского вокала. Свою жизнь на средних частотах начинают лишь редкие избранные инструменты, играющие в относительно узком диапазоне изначально, например малая флейта (600-15000 Гц).
А вот чрезмерное подчёркивание этого диапазона сказывается крайне нежелательно на звуковой картине, т.к. она начинает заметно резать слух, раздражать и даже вызывать болезненные неприятные ощущения. Потому верхняя середина требует с собой деликатного и осторожного отношения, т.к. из-за проблем в этой области очень легко испортить звучание, или же наоборот сделать его интересным и достойным. Обычно окраска в области верхней середины во многом определяет субъективный момент жанровой принадлежности акустической системы.
Благодаря верхней середине окончательно оформляется вокал и многие инструменты, они становятся хорошо различаемыми на слух и появляется разборчивость звучания. Особенно это касается нюансов воспроизведения человеческого голоса, ведь именно в верхней середине помещается спектр согласных звуков и продолжаются гласные, появившиеся в ранних диапазонах середины. В общем смысле, верхняя середина выгодно подчёркивает и раскрывает в полной мере те инструменты или голоса, которые насыщенны верхними гармониками, призвуками. В частности, по-настоящему живо и натурально в верхней середине раскрывается женский вокал, многие смычковые, струнные и духовые инструменты.
В верхней середине всё ещё играет подавляющее большинство инструментов, хотя многие уже представлены лишь ввиде обертнов и гармоник. Исключение составляют отдельные редкие, изначально отличающиеся ограниченным низкочастотным диапазоном, например туба (45-2000 Гц), которая заканчивает своё существование в верхней середине полностью.
Они же практически не несут в себе роль по части различения инструментов и узнавания голоса, хотя нижний верх остаётся крайне информативной и основополагающей областью. По сути, эти частоты очерчивают музыкальные образы инструментов и вокала, они обозначают их присутствие. В случае провала нижнего высокого отрезка частотного диапазона речь станет сухой, безжизненной и незавершённой, примерно тоже самое происходит с инструментальными партиями - теряется яркость, искажается сама суть источника звука, он становится отчётливо незавершённым и недооформленным.
В любой нормальной аудиосистеме роль высоких частот принимает на себя отдельный динамик под названием твитер (высокочастотный). Обычно небольшой по размеру, он нетребователен к подводимой мощности (в разумных пределах) по аналогии с серединой и в особенности НЧ секции, однако так же предельно важен для того, чтобы звук играл правильно, реалистично и как минимум красиво. Твитер охватывает весь слышимый высокочастотный диапазон от 2000-2400 Гц до 20000 Гц. В случае с высокочастотными динамиками, почти по аналогии с СЧ секцией, очень важно правильное физическое расположение и направленность, поскольку твитеры максимально задействованы не только в формировании звуковой сцены, но так же и в процессе её тонкой настройки.
При помощи твитеров можно во многом управлять сценой, приближать/отдалять исполнителей, менять форму и подачу инструментов, играться с окраской звучания и его яркостью. Как и в случае регулировки СЧ динамиков, на правильное звучание твитеров влияет практически всё, причём зачастую очень и очень чувствительно: поворот и наклон динамика, его расположение по вертикали и горизонтали, удалённость от близлежайших поверхностей и т.д. Однако, успех правильной настройки и привередливость ВЧ секции зависит от конструкции динамика и его диаграмы направленности.
Инструменты, которые доигрывают до нижних высоких, они делают это преимущественно за счёт гармоник, а не основных нот. В остальном в диапазоне нижних высоких "живут" практически все те же, что были и в среднечастотном отрезке, т.е. практически все существующие. Тоже самое и с голосом, который особенно активен в нижних высоких частотах, особенную яркость и влияние можно услышать в женских вокальных партиях.
Фактически представленный отрезок диапазона сравним с повышенной чёткостью и детализацией звучания: если провала в среднем верхе нет, то источник звука хорошо локализуется мысленно в пространстве, концентрируется в определённой точке и выражается ощущением определённого расстояния; и наоборот, если ощущается нехватка нижнего верха, то чёткость звука словно размывается и образы теряются в пространстве, звук становится мутным, зажатым и синтетически нереалистичным. Соответственно, регулирование отрезка нижних высоких частот сопоставимо с возможностью виртуально "двигать" звуковую сцену в пространстве, т.е. отдалять или приближать её.
Частоты средних высоких в конечном счёте обеспечивают желанный эффект присутствия (точнее они довершают его в полной мере, т.к. основу эффекта составляют глубокие и проникновенные НЧ), благодаря этим частотам инструменты и голос становятся максимально реалистичными и достоверными. Так же про средние верха можно сказать, что они отвечают за детальность в звуке, за многочисленные мелкие нюансы и призвуки как в отношении инструментальной части, так и в вокальных партиях. Под конец отрезка средних высоких начинается "воздух" и прозрачность, которая так же может совершенно явственно ощущаться и оказывать влияние на восприятие.
Несмотря на то, что звук уверенно сходит на спад, в этом отрезке диапазона всё ещё активны: мужской и женский вокал, бас-барабан (41-8000 Гц), томы (70-7000 Гц), малый барабан (100-10000 Гц), тарелки (190-17000 Гц), тромбон в форме воздушной поддержки (80-10000 Гц), труба (160-9000 Гц), фагот (60-9000 Гц), саксофон (56-1320 Гц), кларнет (140-15000 Гц), гобой (247-15000 Гц), флейта (240-14500 Гц), малая флейта (600-15000 Гц), виолончель (65-7000 Гц), скрипка (200-17000 Гц), арфа (36-15000 Гц), орган (20-7000 Гц), синтезатор (20-20000 Гц), литавры (60-3000 Гц).
К тому же, помимо непосредственной слышимой части, область верхних высоких, плавно переходящая в ультразвуковые частоты, всё ещё может оказывать некое психологическое воздействие: даже если эти звуки не слышны отчётливо, но волны излучаются в пространство и могут восприниматься человеком, при этом больше на уровне формирования настроения. Так же они в конечном счёте влияют на качество звучания. В целом, эти частоты - наиболее тонкие и нежные во всём диапазоне, но они же ответственные за ощущение красоты, изящности, искристого послевкусия музыки. При нехватке энергии в диапазоне верхних высоких вполне реально ощутить дискомфорт и музыкальную недосказанность. В дополнении ко всему, капризный диапазон верхних высоких дарует слушателю ощущение пространственной глубины, словно погружения вглубь сцены и обволакивание звуком. Однако переизбыток насыщенности звука в обозначенном узком диапазоне может сделать звук излишне "песочным" и неестественно тонким.
При обсуждении диапазона верхних высоких частот стоит так же упомянуть про ВЧ динамик под названием "супертвитер", который представляет собой фактически расширенную конструктивно версию обычного твитера. Такой динамик разрабатывается с целью охвата бОльшего участка диапазона в верхнюю сторону. Если рабочий диапазон обычного твитера заканчивается на предполагаемой ограничительной отметке, выше которой человеческий слух теоретически не воспринимает звуковую информацию, т.е. 20 кГц, то супертвитер может поднимать эту границу до 30-35 кГц.
Идея, преследуемая реализацией такого изощрённого динамика, весьма интересна и любопытна, она пришла из мира "hi-fi" и "hi-end", где считается, что в музыкальном тракте нельзя игнорировать никаие частоты и, даже если мы их напрямую не слышим, они всё-равно изначально присутствуют во время живого исполнения той или иной композиции, а значит косвенно могут оказывать какое-то влияние. Ситуация с супертвитером осложняется только тем, что не всякая аппаратура (источники звука/проигрыватели, усилители и т.п.) способны выводить сигнал в полном диапазоне, без обрезки частот сверху. Тоже самое справедливо и в отношении самой записи, которая зачастую делается с обрезкой частотного диапазона и потерей качества.
Примерно таким описанным выше образом выглядит разделение слышимого частотного диапазона на условные отрезки в реальности, с помощью деления легче понимать проблемы в звуковом тракте с целью их устранения или для выравнивания звучания. Несмотря на то, что каждый человек представляет себе какой-то исключительно свой и понятный только ему эталонный образ звука в соответствии только лишь со своими вкусовыми предпочтениями, характер изначального звучания стремится к равновесию, а точнее к усреднению всех звучащих частот. Поэтому правильный студийный звук всегда уравновешенный и спокойный, весь спектр звуковых частот в нём стремится к ровной линии на графике АЧХ (амплитудно-частотной характеристики). То же направление пытается реализовать бескомпромиссный "hi-fi" и "hi-end": получить максимально ровное и сбалансированное звучание, без пиков и провалов на всём участке слышимого диапазона. Такой звук по характеру может показаться обычному неискушённому слушателю скучным и невыразительным, лишённым яркости и не представляющим интереса, однако именно он и является истинно правильным на самом деле, стремящийся к равновесию по аналогии с тем, как проявляют себя законы самой вселенной, в которой мы живём.
Так или иначе, желание воссоздать какой-то определённый характер звучания в рамках своей аудиосистемы лежит целиком и полностью на пристрастиях самого слушателя. Кому-то нравится звук с преобладающими мощными низами, другие любят повышенную яркость "задранных" верхов, третьи могут часами наслаждаться резковатым подчёркнутым в середине вокалом... Вариантов восприятия может быть огромное множество, а информация о частотном делении диапазона на условные отрезки как раз поможет любому желающему создать звук своей мечты, только теперь уже с более полным пониманием нюансов и тонкостей тех законов, которым подчиняется звук как физическое явление.
Понимание процесса насыщения теми или иными частотами звукового диапазона (наполнение его энергией на каждом из участков) на практике не только облегчит настройку любой аудиосистемы и сделает возможным построение сцены в принципе, но так же и даст бесценный опыт по оценке конкретного характера звучания. С опытом человек сможет моментально на слух определять недостатки звука, притом весьма точно описать проблемы в определённом участке диапазона и предположить возможное решение для улучшения звуковой картины. Корректировка звучания может проводится различными методами, где в качестве "рычагов" можно использовать эквалайзер, например, или же "играться" расположением и направлением динамиков - тем самым меняя характер ранних отражений волны, устраняя стоячие волны и т.п. Это уже будет "совсем другая история" и тема для отдельных статей.
Частотный диапазон человеческого голоса в музыкальной терминологии
Отдельно и обособленно в музыке отводится роль человеческому голосу в качестве вокальной партии, ведь природа этого явления воистину удивительна. Человеческий голос столь многогранен а диапазон его (в сравнении с музыкальными инструментами) наиболее широкий, за исключением некоторых инструментов, например фортепьяно. 
Более того, в разных возрастах человек может издавать различные по высоте звуки, в детском возрасте до ультразвуковых высот, во взрослом возрасте мужской голос вполне способен опускаться крайне низко. Тут, как и ранее, крайне важны индивидуальные особенности голосовых связок человека, т.к. встречаются люди, способные поражать своим голосом в диапазоне 5 октав!
- Детские
- Альт (низкий)
- Сопрано (высокий)
- Дискант (высокий у мальчиков)
- Мужские
- Бас-профундо (сверхнизкий) 43.7-262 Гц
- Бас (низкий) 82-349 Гц
- Баритон (средний) 110-392 Гц
- Тенор (высокий) 132-532 Гц
- Тенор-альтино (сверхвысокий) 131-700 Гц
- Женские
- Контральто (низкие) 165-692 Гц
- Меццо-сопрано (средние) 220-880 Гц
- Сопрано (высокие) 262-1046 Гц
- Колоратурное сопрано (сверхвысокий) 1397 Гц
Тематики аудио стоит рассказать о человеческом слухе несколько подробнее. Насколько субъективно наше восприятие? Можно ли протестировать свой слух? Сегодня вы узнаете самый простой способ выяснить, полностью ли ваш слух соответствует табличным значениям.
Известно, что среднестатистический человек способен воспринимать органами слуха акустические волны в диапазоне от 16 до 20 000 Гц (в зависимости от источника - 16 000 Гц). Этот диапазон и называется слышимым диапазоном.
| 20 Гц | Гул, который только ощущается, но не слышится. Воспроизводится преимущественно топовыми аудиосистемами, так что в случае тишины виновата именно она |
| 30 Гц | Если не слышно, вероятнее всего, снова проблемы воспроизведения |
| 40 Гц | В бюджетных и среднеценовых колонках будет слышно. Но очень тихо |
| 50 Гц | Гул электрического тока. Должно быть слышно |
| 60 Гц | Слышимая (как и все до 100 Гц, скорее осязаемая за счёт переотражения от слухового канала) даже через самые дешёвые наушники и колонки |
| 100 Гц | Конец нижних частот. Начало диапазона прямой слышимости |
| 200 Гц | Средние частоты |
| 500 Гц | |
| 1 кГц | |
| 2 кГц | |
| 5 кГц | Начало диапазона высоких частот |
| 10 кГц | Если эта частота не слышна, вероятны серьёзные проблемы со слухом. Необходима консультация врача |
| 12 кГц | Неспособность слышать эту частоту может говорить о начальной стадии тугоухости |
| 15 кГц | Звук, который не способна слышать часть людей после 60 лет |
| 16 кГц | В отличие от предыдущей, эту частоту не слышат почти все люди после 60 лет |
| 17 кГц | Частота является проблемной для многих уже в среднем возрасте |
| 18 кГц | Проблемы со слышимостью этой частоты - начало возрастных изменений слуха. Теперь ты взрослый. :) |
| 19 кГц | Предельная частота среднестатистического слуха |
| 20 кГц | Эту частоту слышат только дети. Правда |
»
Этого теста достаточно для приблизительной оценки, но если вы не слышите звуки выше 15 кГц, то стоит обратиться к врачу.
Обратите внимание, что проблема слышимости низких частот, скорее всего, связана с .
Чаще всего надпись на коробке в стиле «Воспроизводимый диапазон: 1–25 000 Гц» - это даже не маркетинг, а откровенная ложь со стороны производителя.
К сожалению, компании обязаны сертифицировать не все аудиосистемы, поэтому доказать, что это враньё, практически невозможно. Колонки или наушники, может быть, и воспроизводят граничные частоты… Вопрос в том, как и на какой громкости.
Проблемы со спектром выше 15 кГц - вполне обычное возрастное явление, с которым пользователи, скорее всего, столкнутся. А вот 20 кГц (те самые, за которые так борются аудиофилы) обычно слышат только дети до 8–10 лет.
Достаточно последовательно прослушать все файлы. Для более подробного исследования можно воспроизводить семплы, начиная с минимальной громкости, постепенно увеличивая её. Это позволит получить более корректный результат в том случае, если слух уже немного испорчен (напомним, что для восприятия некоторых частот необходимо превышение определённого порогового значения, которое как бы открывает, помогает слуховому аппарату слышать её).
А вы слышите весь частотный диапазон, который способен ?
Видео, сделанное каналом AsapSCIENCE, является своеобразным тестом возрастной потери слуха, который поможет вам узнать пределы вашей слышимости.
В видео проигрываются различные звуки, начиная с частоты 8000 Гц, что означает, что у вас не нарушен слух .
Затем частота повышается, и это указывает на возраст вашего слуха в зависимости от того, когда вы перестаете слышать определенный звук.
Итак, если вы слышите частоту:
12 000 Гц – вы младше 50-ти лет
15 000 Гц – вы младше 40-ти лет
16 000 Гц – вы младше 30-ти лет
17 000 – 18 000 – вы младше 24-лет
19 000 – вы младше 20-ти лет
Если вы хотите, чтобы тест был более точным, вам стоит настроить качество видео на формат 720p или лучше на 1080p, и слушать с наушниками.
Проверка слуха (видео)
Потеря слуха
Если вы слышали все звуки, вы, скорее всего младше 20-ти лет. Результаты зависят от сенсорных рецепторов в вашем ухе, называемых волосковые клетки , которые со временем повреждаются и дегенерируют.
Такой тип потери слуха называется нейросенсорная тугоухость . Это нарушение могут вызывать целый ряд инфекций, лекарства и аутоиммунные заболевания. Внешние волосковые клетки, которые настроены на улавливание более высоких частот, обычно погибают первыми, и потому происходит эффект потери слуха, связанный с возрастом, как было продемонстрировано в данном видео.
Слух человека: интересные факты
1. Среди здоровых людей диапазон частоты, который может уловить человеческое ухо
составляет от 20 (ниже чем самая низкая нота на фортепьяно) до 20 000 Герц (выше чем самая высокоая нота на маленькой флейте). Однако верхний предел этого диапазона постоянно снижается с возрастом.
2. Люди разговаривают между собой на частоте от 200 до 8000 Гц , а человеческое ухо наиболее чувствительно к частоте 1000 – 3500 Гц
3. Звуки, которые находятся выше предела слышимости человека, называют ультразвуком , а те что ниже – инфразвуком .
4. Наши уши не перестают работать даже во сне , продолжая слышать звуки. Однако наш мозг их игнорирует.
5. Звук движется со скоростью 344 метра в секунду
. Звуковой удар возникает, когда объект преодолевает скорость звука. Звуковые волны впереди и позади объекта сталкиваются и создают удар.
6. Уши — самоочищающийся орган . Поры в ушном канале выделяют ушную серу, а крошечные волоски, называемые ресничками, выталкивает серу из уха
7. Звук детского плача составляет примерно 115 дБ , и это громче, чем сигнал автомобиля.
8. В Африке есть племя Маабан, которые живут в такой тишине, что они даже в старости слышат шепот на расстоянии до 300 метров .
9. Уровень звука бульдозера
, работающего вхолостую, составляет около 85 дБ (децибел), что может вызвать повреждение слуха всего после одного 8-ми часового рабочего дня.
10. Сидя перед колонками на рок-концерте , вы подвергаете себя 120 дБ, что начинает повреждать слух всего через 7,5 минут.