Диапазон частот звука для человека

Диапазон частот звука для человека

Содержание:

  1. Что такое психоакустика ?
  2. Диапазон слуха человека: особенности и пределы восприятия звука
  3. Эффект частотной маскировки, фантомы
  4. Особенности панорамирования звуковых дорожек
  5. Роль психоакустики в области программного обеспечения

Психоакустика в музыке: как мы воспринимаем звуки вокруг нас?

Органы слуха человека — совершеннейшая система, состоящая из множества взаимосвязанных элементов, благодаря которой мы все можем слышать окружающий мир! Наши уши являются точными слуховыми анализаторами, которые способны воспринимать и различать звуки разной громкости, высоты, продолжительности, определять их пространственную локализацию.

Что человек слышит? На этот вопрос можно ответить, как с точки зрения физиологии, так и оперируя сведениями из области психологии восприятия. В этом материале нашего блога мы поговорим о психоакустике, а также о роли, которую она отыгрывает в мире музыки, о применении психоакустических приемов в звукозаписи, при создании программного обеспечения и мн. др.

Но для начала нужно разобраться что собой представляет эта научная дисциплина, и чем она может быть полезна музыкантам и исполнителям, создателям программ для записи, обработки музыкальных файлов.

Что такое психоакустика?

Психоакустика — это научная дисциплина, под прицел которой попадают физиологические и психологические особенности восприятия слуховыми анализаторами человека различных звуков.

Стремительное развитие научной и технической мысли открыло перед нами возможность точного измерения физических характеристик любого звука или набора звуков. К сожалению, понять как звуки принимает и воспринимает головной мозг слушателей оказалось сложнее, но и здесь современным ученым удалось достичь значительного прогресса.

Безусловно, это положительный момент, ведь при разработке новых видов акустического оборудования, создании программ для обработки звуковых сигналов важно понимать «что человек слышит» и уметь применить эти сведения на практике.

Знания из области психоакустики и применение психоакустических приемов может потребоваться в различных сферах человеческой жизни. Особая роль отведена психоакустике в музыке:

  • Возможность понять каким образом конкретные звуковые образы воспринимаются и расшифровываются органами слуха, соответствующими отделами головного мозга.
  • Прослеживание связей и установка соответствий между физическими стимуляторами и слуховыми ощущениями.
  • Выявление ключевых параметров звуковых сигналов, которые отыгрывают важную роль в процессе передачи информации.

Чтобы прийти к пониманию психоакустики как научной дисциплины, разобраться какие психоакустические приемы могут пригодиться на практике, важно понять как работает слуховой анализатор, и что подразумевается под слуховым (звуковым) диапазоном.

Диапазон слуха человека: особенности и пределы восприятия звука

За восприятие звуковых импульсов в нашем организме отвечает парный вестибулярно-слуховой орган — уши. Звуковые волны поступают во внешний слуховой проход, под давлением подаются на барабанную перепонку, проходят сквозь нее и косточки среднего уха.

Так звук попадает в жидкую среду, которой заполнено внутреннее ухо. Под воздействием волны жидкость начинает колебаться и ударять о мембрану, поверхность которой покрыта микроскопичными «ресничками», возбуждающими определенные нервные волокна. В возникающих импульсах как бы «закодированы» частота и амплитуда звуковых волн. Далее собранные слуховым анализатором сведения передаются к ответственным за их обработку отделам головного мозга электрохимическим способом.

Органы слуха человека способны воспринимать и расшифровывать лишь ограниченное количество звуков окружающей среды, поскольку частота последних может находиться за пределами чувствительности анализатора или они слишком быстро рассеиваются в пространстве, не достигая наших ушей. Звуковая волна является временным явлением, после которого вновь наступает равновесие.

Ухо человека способно различать звуковые волны длиной от 1,6 сантиметров до 20 метров, то есть от 16 герц до 20 килогерц. С возрастом способность различать звуки в диапазоне высоких частот постепенно ухудшается. При этом нижний предел остается неизменным. Для наглядного понимания сути таких возрастных изменений предлагаем ознакомиться с таблицей:

Возраст Диапазон слуха
20 лет 20 Гц —18 кГц
30 лет 20 Гц —16 кГц
40 лет 20 Гц —14 кГц
50 лет 20 Гц —12 кГц
60 лет 20 Гц —10 кГц
70 лет 20 Гц — 8 кГц
80 лет 20 Гц —6 кГц

Организм каждого человека индивидуален, и выше приведены лишь ориентировочные цифры. Но то, что в 20 лет и в 60 лет человек слышит окружающий мир по-разному, является неоспоримым фактом.

Динамический диапазон слуха человека —это интервал между нижним и верхним порогом слышимости. Человеческое ухо способно воспринимать звуки с громкостью от 0 дБ (20 микропаскаль) до 120-140 дБ. По сути, верхний предел можно считать весьма условным, но даже при краткосрочном воздействии на слуховые анализаторы звуков громче 120-140 дБ велика вероятность различных нарушений слуха, контузий и даже наступления полной необратимой глухоты.

Минимальный порог слышимости зависит не только от громкости, но и от частоты звучания. Так, звуки с одинаковым энергетическим потенциалом воспринимаемые в диапазоне средних частот как громкие, на низких частотах могут быть едва слышны или вообще не будут восприниматься слуховым анализатором. Наиболее благоприятным считается звуковой фон в диапазоне 45-50 Дб.

Любопытным психоневрологическим феноменом, который встречается довольно редко, можно считать слуховую синестезию. При наличии такой психоневрологической особенности восприятия звука человек может «услышать» звуки, бросив беглый взгляд на вспышку света, движущиеся предметы и т. п.

Эффект частотной маскировки, фантомы

В разговоре об основах психоакустики стоит упомянуть и эффект частотной маскировки, возникающий тогда, когда одна частотная составляющая «маскирует» собой другую, которая появляется в спектре сигнала одновременно или с небольшой задержкой во времени (пост-маскировка, пре-маскировка).

В некоторых случаях один звук способен полностью «перекрывать» другой. Так, к примеру, происходит на концертах, массовых мероприятиях, когда звуки музыки маскируют речь присутствующих. Эффект маскировки становится более выраженным при сокращении разницы между амплитудно-частотной характеристикой звуков (маскируемого и маскирующего), и наоборот. Высокочастотные звуки не способны маскировать низкочастотные. Человеческую речь, например, одинаково легко замаскировать чистым тоном и монотонным шумом.

Иногда человек способен слышать низкочастотные звуки, которых в реальности не существовало. Так называемый эффект фантома возникает при нелинейных колебаниях базилярной мембраны. Фантомный эффект часто используется в условиях, когда нет возможности корректно воспроизводить низкие частоты (наушники-вкладыши, недорогие акустические системы). Но частое прослушивание звуковых файлов с использованием гаджетов, в основе функционирования которых заложен эффект фантома, способно стать причиной серьезных проблем со слухом.

Особенности панорамирования звуковых дорожек

В этой теме также хотелось бы мельком затронуть вопрос о правильном панорамировании звуковых дорожек с учетом особенностей восприятия звуков человеком. Как уже говорилось ранее, звук возникает в результате колебаний воздуха с разной частотой и амплитудой, а его основными характеристиками являются частота и громкость. Слуховые анализаторы (уши) наилучшим образом воспринимают звуки в пределах 45-60 дБ на частотах от 1-4 кГц. Этот диапазон не является гранично возможным, но наиболее близок к человеческой речи.

Слышимость звуков на низких и высоких частотах значительно хуже, поэтому если слушать музыкальный трек на минимальной громкости, то расслышать характерные «басы» бывает сложно. И ситуацию не могут исправить даже самые «модные» колонки. Так что если хотите обустроить в квартире полноценную зону прослушивания, позаботьтесь об акустической коррекции и звукоизоляции проблемных мест. Это избавит Вас от необходимости каждый раз выслушивать закономерные жалобы соседей на громкую музыку. В нашем каталоге представлены современные акустические и звукоизоляционные материалы, готовые элементы из акустического поролона, прочие товары для шумоизоляции, коррекции акустики.

Но не будем отвлекаться от темы. Итак, при прослушивании любой музыкальной композиции мы «слышим» набор частот от 20 Гц до 20 кГц, громкость которых меняется на разных временных интервалах. Слуховые анализаторы «поглощают» звуковые волны, а мозг «вычленяет» из общей массы и «распознает» звуки, издаваемые конкретными инструментами, определяет тем, оценивает мелодичность композиции и т. п. Основная задача звукорежиссера заключается в том, чтобы сделать трек максимально легким для слухового восприятия.

Для правильного панорамирования с учетом основ психоакустики оптимально:

  • Отстраивать громкость инструментов на начальном этапе в «моно режиме», то есть, сдвинув их в центр стерео панорамы и отключив спецэффекты. Начинать лучше с отстройки звучания басов и ударных.
  • При необходимости изменения субъективной громкости использовать приемы тембральной окраски. Например, если отодвинуть на второй план (понизить) высокие и низкие частоты, звучание будет казаться более тихим.
  • Поместить в центр стерео панорамы инструменты в нижнем регистре и те, что несут основную смысловую нагрузку, а также голос солиста.
  • Соблюдать баланс каналов, важно добиться примерно равной суммарной громкости слева и справа.
  • Недопустимо смещать 100% инструментов на края панорамы, поскольку ее центр обязательно должен быть заполнен (минимум 30% от общего объема). При достаточно широкой стерео панораме звук становится более объемным, «живым».
  • Объемность и плотность ритм-партиям можно придать с помощью приема «дабл-трек», когда партия записывается в две разные дорожки и затем разводится на стереопанораме в разные стороны. Как вариант, можно использовать во время записи 2 микрофона, или установить минимальную задержку между каналами одной дорожки.
  • Чтобы «отшлифовать» звучание на финальном этапе, дополнительно расширить стерео панораму применяются различные эффекты — reverb, echo и др.

Роль психоакустики в области программного обеспечения

Психоакустические модели слуха, пожалуй, одно из главных достижений психоакустики как научной дисциплины. Использование специальными программами психоакустических моделей слуха позволяет выполнять компрессию звукового сигнала, в процессе «теряя» определенную часть информации без заметного ухудшения качества звучания.

Исходный объем музыкального файла можно легко сократить в 10-12 раз. Наиболее популярными форматами сжатия звуков с потерями до сегодня остаются всем известный МР3 и более «продвинутый» Musicam (MPEG-1 Layer 3). Разницу между качеством звучания исходного «тяжелого» звукового файла и «легкого» сжатого посредством использования специальной программы практически невозможно отличить на слух.

Планируете всерьез заняться звукозаписью? Тогда Вам не обойтись без знания основ психоакустики, ведь от того, насколько правильно преподнесен тот или иной набор звуков, зависит качество его восприятия слушателем. По сути, использование психоакустических приемов можно считать «25-м кадром» в музыке. Качественная динамическая и пространственная обработка звуков, использование удачных комбинаций обертонов, частотных созвучий позволяет вызвать у слушателей самые разные эмоции, обеспечить ощущение абсолютной гармонии или погрузить в состояние эйфории.

Экспериментируйте, используйте в своей работе достижения научно-технической мысли, и не забывайте заглядывать в интернет-магазин «UA Acoustics», чтобы выгодно и удобно заказать все для оформления интерьера домашней или профессиональной студии звукозаписи, комнаты прослушиваний, репетиционной базы, пр. Чтобы задать вопросы по акустической коррекции, звукоизоляции опытному инженеру-акустику, воспользуйтесь контактным номером телефона, онлайн-чатом, удобной опцией «обратный звонок»!

Подробнее о частоте и длине волны

Период колебания волн у берегов Майами-Бич приблизительно равен 4 секундам.

Общие сведения

Частота

Частота — это величина, измеряющая как часто повторяется тот или иной периодический процесс. В физике с помощью частоты описывают свойства волновых процессов. Частота волны — количество полных циклов волнового процесса за единицу времени. Единица частоты в системе СИ — герц (Гц). Один герц равен одному колебанию в секунду.

Длина волны

Существует множество различных типов волн в природе, от вызванных ветром морских волн до электромагнитных волн. Свойства электромагнитных волн зависят от длины волны. Такие волны разделяют на несколько видов:

Резонансный магнетрон используется в микроволновых печах для подачи электромагнитной энергии в камеру печи.

  • Гамма-лучи с длиной волны до 0,01 нанометра (нм).
  • Рентгеновские лучи с длиной волны — от 0,01 нм до 10 нм.
  • Волны ультрафиолетового диапазона, которые имеют длину от 10 до 380 нм. Человеческому глазу они не видимы.
  • Свет в видимой части спектра с длиной волны 380–700 нм.
  • Невидимое для людей инфракрасное излучение с длиной волны от 700 нм до 1 миллиметра.
  • За инфракрасными волнами следуют микроволновые, с длиной волны от 1 миллиметра до 1 метра.
  • Самые длинные — радиоволны. Их длина начинается с 1 метра.

Эта статья посвящена электромагнитному излучению, и особенно свету. В ней мы обсудим, как длина и частота волны влияют на свет, включая видимый спектр, ультрафиолетовое и инфракрасное излучение.

Электромагнитное излучение

Электромагнитное излучение — это энергия, свойства которой одновременно сходны со свойствами волн и частиц. Эта особенность называется корпускулярно-волновым дуализмом. Электромагнитные волны состоят из магнитной волны и перпендикулярной к ней электрической волны.

Энергия электромагнитного излучения — результат движения частиц, которые называются фотонами. Чем выше частота излучения, тем они более активны, и тем больше вреда они могут принести клеткам и тканям живых организмов. Это происходит потому, что чем выше частота излучения, тем больше они несут энергии. Большая энергия позволяет им изменить молекулярную структуру веществ, на которые они действуют. Именно поэтому ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма излучение так вредно для животных и растений. Огромная часть этого излучения — в космосе. Оно присутствует и на Земле, несмотря на то, что озоновый слой атмосферы вокруг Земли блокирует большую его часть.

Атмосфера пропускает СВЧ-излучение в диапазоне частот C (с частотой от 4 до 8 Гц и с длиной волны от 7,5 до 3,75 сантиметров), которые используются для спутниковой связи

Электромагнитное излучение и атмосфера

Атмосфера земли пропускает только электромагнитное излучение с определенной частотой. Большая часть гамма-излучения, рентгеновских лучей, ультрафиолетового света, часть излучения в инфракрасном диапазоне и длинные радиоволны блокируются атмосферой Земли. Атмосфера поглощает их и не пропускает дальше. Часть электромагнитных волн, в частности, излучение в коротковолновом диапазоне, отражается от ионосферы. Все остальное излучение попадает на поверхность Земли. В верхних атмосферных слоях, то есть, дальше от поверхности Земли, больше радиации, чем в нижних слоях. Поэтому чем выше, тем опаснее для живых организмов находиться там без защитных костюмов.

Атмосфера пропускает на Землю небольшое количество ультрафиолетового света, и он приносит вред коже. Именно из-за ультрафиолетовых лучей люди обгорают на солнце и могут даже заболеть раком кожи. С другой стороны, некоторые лучи, пропускаемые атмосферой, приносят пользу. Например, инфракрасные лучи, которые попадают на поверхность Земли, используют в астрономии — инфракрасные телескопы следят за инфракрасными лучами, излучаемыми астрономическими объектами. Чем выше от поверхности Земли, тем больше инфракрасного излучения, поэтому телескопы часто устанавливают на вершинах гор и на других возвышенностях. Иногда их отправляют в космос, чтобы улучшить видимость инфракрасных лучей.

Этот осциллограф, который измеряет сетевое напряжение в розетке, показывает частоту в 59,7 герц и период колебаний 117 миллисекунд

Взаимоотношение между частотой и длиной волны

Частота и длина волны обратно пропорциональны друг другу. Это значит, что по мере увеличения длины волны частота уменьшается и наоборот. Это легко представить: если частота колебаний волнового процесса высокая, то время между колебаниями намного короче, чем у волн, частота колебаний которых меньше. Если представить волну на графике, то расстояние между ее пиками будет тем меньше, чем больше колебаний она совершает на определенном отрезке времени.

Чтобы определить скорость распространения волны в среде, необходимо умножить частоту волны на ее длину. Электромагнитные волны в вакууме всегда распространяются с одинаковой скоростью. Эта скорость известна как скорость света. Она равна 299&nbsp792&nbsp458 метрам в секунду.

Свет

Видимый свет — электромагнитные волны с частотой и длиной, которые определяют его цвет.

Длина волны и цвет

Самая короткая длина волны видимого света — 380 нанометров. Это фиолетовый цвет, за ним следуют синий и голубой, затем зеленый, желтый, оранжевый и, наконец, красный. Белый свет состоит из всех цветов сразу, то есть, белые предметы отражают все цвета. Это можно увидеть с помощью призмы. Попадающий в нее свет преломляется и выстраивается в полосу цветов в той же последовательность, что в радуге. Эта последовательность — от цветов с самой короткой длиной волны, до самой длинной. Зависимость скорости распространения света в веществе от длины волны называется дисперсией.

Радуга над рекой Ниагара

Радуга образуется похожим способом. Капли воды, рассеянные в атмосфере после дождя, ведут себя так же как призма и преломляют каждую волну. Цвета радуги настолько важны, что во многих языках существуют мнемоника, то есть прием запоминания цветов радуги, настолько простой, что запомнить их могут даже дети. Многие дети, говорящие по-русски, знают, что «Каждый охотник желает знать, где сидит фазан». Некоторые люди придумывают свою мнемонику, и это — особенно полезное упражнение для детей, так как, придумав свой собственный метод запоминания цветов радуги, они быстрее их запомнят.

Свет, к которому человеческий глаз наиболее чувствителен — зеленый, с длиной волны в 555 нм в светлой среде и 505 нм в сумерках и темноте. Различать цвета могут далеко не все животные. У кошек, например, цветное зрение не развито. С другой стороны, некоторые животные видят цвета намного лучше, чем люди. Например, некоторые виды видят ультрафиолетовый и инфракрасный свет.

Отражение света

Бриллиантовое кольцо

Цвет предмета определяется длиной волны света, отраженного с его поверхности. Белые предметы отражают все волны видимого спектра, в то время как черные — наоборот, поглощают все волны и ничего не отражают.

На первом рисунке: правильная огранка бриллиантов. Свет отражается вверх, по направлению к глазу и алмаз сверкает. На втором и третьем рисунках: неправильная огранка. Свет отражается в оправу и в стороны и алмазы выглядят тусклыми.

Один из естественных материалов с высоким коэффициентом дисперсии — алмаз. Правильно обработанные бриллианты отражают свет как от наружных, так и от внутренних граней, преломляя его, как и призма. При этом важно, чтобы большая часть этого света была отражена вверх, в сторону глаза, а не, например, вниз, внутрь оправы, где его не видно. Благодаря высокой дисперсии бриллианты очень красиво сияют на солнце и при искусственном освещении. Стекло, ограненное так же, как бриллиант, тоже сияет, но не настолько сильно. Это связано с тем, что, благодаря химическому составу, алмазы отражают свет намного лучше, чем стекло. Углы, используемые при огранке бриллиантов, имеет огромное значение, потому что слишком острые или слишком тупые углы либо не позволяют свету отражаться от внутренних стен, либо отражают свет в оправу, как показано на иллюстрации.

Спектроскопия

Для определения химического состава вещества иногда используют спектральный анализ или спектроскопию. Этот способ особенно хорош, если химический анализ вещества невозможно провести, работая с ним непосредственно, например, при определении химического состава звезд. Зная, какое электромагнитное излучение поглощает тело, можно определить, из чего оно состоит. Абсорбционная спектроскопия, являющаяся одним из разделов спектроскопии, определяет какое излучение поглощается телом. Такой анализ можно делать на расстоянии, поэтому его часто используют в астрономии, а также в работе с ядовитыми и опасными веществами.

Определение наличия электромагнитного излучения

Видимый свет, так же как и всё электромагнитное излучение — это энергия. Чем больше энергии излучается, тем легче эту радиацию измерить. Количество излученной энергии уменьшается по мере увеличения длины волны. Зрение возможно именно благодаря тому, что люди и животные распознают эту энергию и чувствуют разницу между излучением с разной длиной волны. Электромагнитное излучение разной длины ощущается глазом как разные цвета. По такому принципу работают не только глаза животных и людей, но и технологии, созданные людьми для обработки электромагнитного излучения.

Видимый свет

Люди и животные видят большой спектр электромагнитного излучения. Большинство людей и животных, например, реагируют на видимый свет, а некоторые животные — еще и на ультрафиолетовые и инфракрасные лучи. Способность различать цвета — не у всех животных — некоторые, видят только разницу между светлыми и темными поверхностями. Наш мозг определяет цвет так: фотоны электромагнитного излучения попадают в глаз на сетчатку и, проходя через нее, возбуждают колбочки, фоторецепторы глаза. В результате по нервной системе передается сигнал в мозг. Кроме колбочек, в глазах есть и другие фоторецепторы, палочки, но они не способны различать цвета. Их назначение — определять яркость и силу света.

Колбочки в сетчатке глаза чаек и многих других птиц содержит капли красного или желтого масла

В глазу обычно находится несколько видов колбочек. У людей — три типа, каждый из которых поглощает фотоны света в пределах определенных длин волны. При их поглощении происходит химическая реакция, в результате которой в мозг поступают нервные импульсы с информацией о длине волны. Эти сигналы обрабатывает зрительная зона коры головного мозга. Это — участок мозга, ответственный за восприятие звука. Каждый тип колбочек отвечает только за волны с определенной длиной, поэтому для получения полного представления о цвете, информацию, полученную от всех колбочек, складывают вместе.

У некоторых животных еще больше видов колбочек, чем у людей. Так, например, у некоторых видов рыб и птиц их от четырех до пяти типов. Интересно, что у самок некоторых животных больше типов колбочек, чем у самцов. У некоторых птиц, например у чаек, которые ловят добычу в воде или на ее поверхности, внутри колбочек есть желтые или красные капли масла, которые выступают в роли фильтра. Это помогает им видеть большее количество цветов. Подобным образом устроены глаза и у рептилий.

Этот инфракрасный термометр определяет температуру измеряемого объекта на расстоянии, по его тепловому излучению

Инфракрасный свет

У змей, в отличие от людей, не только зрительные рецепторы, но и чувствительные органы, которые реагируют на инфракрасное излучение. Они поглощают энергию инфракрасный лучей, то есть реагируют на тепло. Некоторые устройства, например приборы ночного видения, также реагируют на тепло, выделяемое инфракрасным излучателем. Такие устройства используют военные, а также для обеспечения безопасности и охраны помещений и территории. Животные, которые видят инфракрасный свет, и устройства, которые могут его распознавать, видят не только предметы, которые находятся в их поле зрения на данный момент, но и следы предметов, животных, или людей, которые находились там до этого, если не прошло слишком много времени. Например, змеям видно, если грызуны копали в земле ямку, а полицейские, которые пользуются прибором ночного видения, видят, если в земле были недавно спрятаны следы преступления, например, деньги, наркотики, или что-то другое. Устройства для регистрации инфракрасного излучения используют в телескопах, а также для проверки контейнеров и камер на герметичность. С их помощью хорошо видно место утечки тепла. В медицине изображения в инфракрасном свете используют для диагностики. В истории искусства — чтобы определить, что изображено под верхним слоем краски. Устройства ночного видения используют для охраны помещений.

Обыкновенная или зеленая игуана видит ультрафиолетовый свет. Фотография размещена с разрешения автора

Ультрафиолетовый свет

Некоторые рыбы видят ультрафиолетовый свет. Их глаза содержат пигмент, чувствительный к ультрафиолетовым лучам. Кожа рыб содержит участки, отражающие ультрафиолетовый свет, невидимый для человека и других животных — что часто используется в животном мире для маркировки пола животных, а также в социальных целях. Некоторые птицы тоже видят ультрафиолетовый свет. Это умение особенно важно во время брачного периода, когда птицы ищут потенциальных партнеров. Поверхности некоторых растений также хорошо отражают ультрафиолетовый свет, и способность его видеть помогает в поиске пищи. Кроме рыб и птиц, ультрафиолетовый свет видят некоторые рептилии, например черепахи, ящерицы и зеленые игуаны (на иллюстрации).

Человеческий глаз, как и глаза животных, поглощает ультрафиолетовый свет, но не может его обработать. У людей он разрушает клетки глаза, особенно в роговице и хрусталике. Это, в свою очередь, вызывает различные заболевания и даже слепоту. Несмотря на то, что ультрафиолетовый свет вредит зрению, небольшое его количество необходимо людям и животным, чтобы вырабатывать витамин D. Ультрафиолетовое излучение, как и инфракрасное, используют во многих отраслях, например в медицине для дезинфекции, в астрономии для наблюдения за звездами и другими объектами и в химии для отверждения жидких веществ, а также для визуализации, то есть для создания диаграмм распространения веществ в определенном пространстве. С помощью ультрафиолетового света определяют поддельные банкноты и пропуска, если на них должны быть напечатаны знаки специальными чернилами, распознаваемыми с помощью ультрафиолетового света. В случае с подделкой документов ультрафиолетовая лампа не всегда помогает, так как преступники иногда используют настоящий документ и заменяют на нем фотографию или другую информацию, так что маркировка для ультрафиолетовых ламп остается. Существует также множество других применений для ультрафиолетового излучения.

Цветовая слепота

Из-за дефектов зрения некоторые люди не в состоянии различать цвета. Эта проблема называется цветовой слепотой или дальтонизмом, по имени человека, который первый описал эту особенность зрения. Иногда люди не видят только цвета с определенной длиной волны, а иногда они не различают цвета вообще. Часто причина — недостаточно развитые или поврежденные фоторецепторы, но в некоторых случаях проблема заключается в повреждениях на проводящем пути нервной системы, например в зрительной коре головного мозга, где обрабатывается информация о цвете. Во многих случаях это состояние создает людям и животным неудобства и проблемы, но иногда неумение различать цвета, наоборот — преимущество. Это подтверждается тем, что, несмотря на долгие годы эволюции, у многих животных цветное зрение не развито. Люди и животные, которые не различают цвета, могут, например, хорошо видеть камуфляж других животных.

На этом изображении из диагностических таблиц для диагностики дальтонизма люди с нормальным зрением видят число 74

Несмотря на преимущества цветовой слепоты, в обществе ее считают проблемой, и для людей с дальтонизмом закрыта дорога в некоторые профессии. Обычно они не могут получить полные права по управлению самолетом без ограничений. Во многих странах водительские права для этих людей тоже имеют ограничения, а в некоторых случаях они не могут получить права вообще. Поэтому они не всегда могут найти работу, на которой необходимо управлять автомобилем, самолетом, и другими транспортными средствами. Также им сложно найти работу, где умение определять и использовать цвета имеет большое значение. Например, им трудно стать дизайнерами, или работать в среде, где цвет используют, как сигнал (например, об опасности).

Проводятся работы по созданию более благоприятных условий для людей с цветовой слепотой. Например, существуют таблицы, в которых цвета соответствует знакам, и в некоторых странах эти знаки используют в учреждениях и общественных местах наряду с цветом. Некоторые дизайнеры не используют или ограничивают использование цвета для передачи важной информации в своих работах. Вместо цвета, или наряду с ним, они используют яркость, текст, и другие способы выделения информации, чтобы даже люди, не различающие цвета, могли полостью получить информацию, передаваемую дизайнером. В большинстве случаев люди с цветовой слепотой не различают красный и зеленый, поэтому дизайнеры иногда заменяют комбинацию «красный = опасность, зеленый = все нормально» на красный и синий цвета. Большинство операционных систем также позволяют настроить цвета так, чтобы людям с цветовой слепотой было все видно.

Цвет в машинном зрении

Машинное зрение в цвете — быстроразвивающаяся отрасль искусственного интеллекта. До недавнего времени большая часть работы в этой области проходила с монохромными изображениями, но сейчас все больше научных лабораторий работают с цветом. Некоторые алгоритмы для работы с монохромными изображениями применяют также и для обработки цветных изображений.

Камера Canon 5D автоматически находит человеческие лица и настраивается по одному из них на резкость

Применение

Машинное зрение используется в ряде отраслей, например для управления роботами, самоуправляемыми автомобилями, и беспилотными летательными аппаратами. Оно полезно в сфере обеспечения безопасности, например для опознания людей и предметов по фотографиям, для поиска по базам данных, для отслеживания движения предметов, в зависимости от их цвета и так далее. Определение местоположения движущихся объектов позволяет компьютеру определить направление взгляда человека или следить за движением машин, людей, рук, и других предметов.

Чтобы правильно опознать незнакомые предметы, важно знать об их форме и других свойствах, но информация о цвете не настолько важна. При работе со знакомыми предметами, цвет, наоборот, помогает быстрее их распознать. Работа с цветом также удобна потому, что информация о цвете может быть получена даже с изображений с низким разрешением. Для распознавания формы предмета, в отличие от цвета, требуется высокое разрешение. Работа с цветом вместо формы предмета позволяет уменьшить время обработки изображения, и использует меньше компьютерных ресурсов. Цвет помогает распознавать предметы одинаковой формы, а также может быть использован как сигнал или знак (например, красный цвет — сигнал опасности). При этом не нужно распознавать форму этого знака, или текст, на нем написанный. На веб-сайте YouTube можно увидеть множество интересных примеров использования цветного машинного зрения.

Обработка информации о цвете

Оптическая иллюзия с цветом

Фотографии, которые обрабатывает компьютер, либо загружены пользователями, либо сняты встроенной камерой. Процесс цифровой фото- и видеосъемки освоен хорошо, но вот обработка этих изображений, особенно в цвете, связана с множеством трудностей, многие из которых еще не решены. Это связано с тем, что цветное зрение у людей и животных устроено очень сложно, и создать компьютерное зрение наподобие человеческого — непросто. Зрение, как и слух, основано на адаптации к окружающей среде. Восприятие звука зависит не только от частоты, звукового давления и продолжительности звука, но и от наличия или отсутствия в окружающей среде других звуков. Так и со зрением — восприятие цвета зависит не только от частоты и длины волны, но и от особенностей окружающей среды. Так, например, цвета окружающих предметов влияют на наше восприятие цвета.

С точки зрения эволюции такая адаптация необходима, чтобы помочь нам привыкнуть к окружающей среде и перестать обращать внимание на незначительные элементы, а направить все наше внимание на то, что меняется в окружающей обстановке. Это необходимо для того, чтобы легче замечать хищников и находить пищу. Иногда из-за этой адаптации происходят оптические иллюзии. Например, в зависимости от цвета окружающих предметов, мы воспринимаем цвет двух тел по-разному, даже когда они отражают свет с одинаковой длиной волны. На иллюстрации — пример такой оптической иллюзии. Коричневый квадрат в верхней части изображения (второй ряд, вторая колонка) выглядит светлее, чем коричневый квадрат в нижней части рисунка (пятый ряд, вторая колонка). На самом деле, их цвета одинаковы. Даже зная об этом, мы все равно воспринимаем их, как разные цвета. Поскольку наше восприятие цвета устроено так сложно, программистам трудно описать все эти нюансы в алгоритмах для машинного зрения. Несмотря на эти трудности, мы уже достигли многого в этой области.

Литература

Эта история началась, как и полагается, в очереди за утренним кофе в одной хорошей и дружной, но только этим и примечательной IT компании. Началась, как водится, с обычного вброса.
Автор идеи, наверное, уже и сам не помнит, подумал ли он хоть о чем нибудь, перед тем, как ее озвучить, или, как водится, сначала сказал первое, что пришло в голову, а потом начал активно доказывать что был прав. Попробуйте опровергните, мол, если есть чем.
Собственно, в чем заключался тот самый вброс: все кто учился в школе, наверное помнят про дуализм природы света, и про то, что одной из сторон его является представление о свете как о волне. Волны света принадлежат определенному диапазону частот, причем каждому оттенку видимого спектра соответствует некоторая длина волны. С одной стороны, этот диапазон непрерывен. С другой стороны, доказанный факт, что человеческий глаз непосредственно воспринимает только три частоты, а остальные цвета добираются до восприятия как комбинация из двух или трех компонентов, из которых мозг «додумывает» исходный оттенок цвета. Как в мониторе, ставим три лампочки красного, зеленого и синего цветов, задаем требуемую интенсивность компонентов и получаем пиксель.
Теперь следим за руками: если звук — это тоже волна, и разной частотой кодируется разная высота звука, наблюдается ли в восприятии звука тот же эффект? Можно ли разделить набор воспринимаемых частот, на те, которые снимаются одним «датчиком», и те, которые воспринимаются за счет «комбинации»?
Предупреждаю сразу, морали под катом не будет, но если интересны рассуждения по поводу опровержения вбросов…
… то рассуждений эта незамысловатая идея породила массу.
Прямо не отходя от кофемашины начали сыпаться аргументы за и против. Основной аргумент «за» продиктован красотой аналогии. У отдельных личностей встречается так называемый цветной слух, явление плохо изученное, но определенно навевающее мысли о возможной схожести механизмов восприятия.
Кроме того, определенный ряд частот, даже находящихся в пределах слышимого диапазона, человеческое ухо слышит явно хуже. Это известно, проверено, сей факт отражен в алгоритме сжатия mp3 и активно используется.
Встретившийся среди нас музыкант-любитель подтвердил, что есть такие музыкальные интервалы, в которых явно слышатся два звука, а есть те, в которых услышать два звука на порядок сложнее. Убедиться не смогли, за отсутствием музыкального слуха у некоторых присутствующих.
Встретившийся среди нас же бывший художник рассказал, что желтой, розовой и голубой краской можно, конечно, смешать любой цвет, но нужен именно определенный оттенок красок, чем дальше он от идеального — тем грязнее получается результирующий цвет в смешении (CMYK же, по сути, инвертированная RGB, разве нет?).
Основное возражение против: звук — продольная волна, а свет — поперечная. Это может сильно отразиться на осуществимости того самого складывания, и к тому же указывать на все-таки разные подходы к восприятию того и другого организмом.
Второе возражение, не менее сильное — возможность транспонирования музыки в другие тональности. Можно повысить/понизить все ноты на полтона, например, и результат не сильно будет отличаться в восприятии. Для людей без абсолютного слуха и вовсе не будет разницы.
Но любимая тональность в массах все равно ля-минор!
Остальные аргументы формировались с явным переходом на личности. В частности автору в тот день изрядно перепало за стеб над снобизмом звукорежиссеров в отношении качества воспроизводящей аппаратуры. Какая, мол, будет драма, если выяснится, если во всей этой роскоши точности передачи мы в принципе способны услышать лишь очень и очень малую часть.
В общем, поломали копья и разошлись, а меня, как говорится, зацепило, да дело в том, что в алгоритмическом смысле убедиться в не-существовании какого-то явления порой гораздо сложнее, чем подтвердить существование. Для последнего подойдет любой удачный пример, для первого надо хорошо покопаться в возможных вариантах и в конце все равно будет ждать вопрос, а точно ли нет кошки в комнате, или просто неправильно искали?

Собственно, к делу.

Как говорится, что думать, надо прыгать.
Попробуем оттолкнуться от аналогии с красками. С одним цветом — или звуком — ничего не понятно, но если смешать два — по результату можно увидеть — или услышать — достаточно ли «чистыми» были исходные компоненты. Если будет похоже на «простую» волну некоторой частоты — мы нашли сразу две искомые компоненты. Если нет — как минимум одна из них «грязная». Диапазон слышимых частот от 20 до 40 000 Гц, за его пределами что-то с чем-то складывать явно смысла нет.
Второй вопрос: как должен выглядеть один набор тестов? Если мы берем две частоты, то — как в случае с цветом — наверное логично попробовать сложить их в разных пропорциях амплитуды. Первый и последний звуки — чистые для складываемых частот, в середине — в пропорции 50 на 50, и по паре вариантов между центром и серединой. То есть, надо где-то 7 шагов, по секунде каждый. Плюс секунду на перерыв между тестами.
В каждом наборе мы складываем по несколько частот, чтобы из набора вариантов подобрать наиболее «похожий на правду», но при этом длительность прослушивания всего набора не должна быть больше, скажем 10 минут, чтобы можно было сделать паузу, оценить ущерб, нанесенный психике, сделать вывод о том, есть ли что-то интересное в наборе, подумать о том, хотим ли мы продолжать или на сегодня хватит.
Считаем. Общую продолжительность набора делим на длительность прослушивания пары частот: (10 минут x 60) / (7 секунд + 1 секунда) = 75. Так как измерений у нас два, и мы считаем что наборы у нас «квадратные», возьмем квадратный корень от 75 получим примерно 8,66. Для простоты возьмем 8 шагов по каждому из измерений.
Теперь подберем дискретизацию: поймем на сколько проверяемых точек делить исходный диапазон. Все-таки если явление наблюдается, логично предположить определенную «гладкость». При приближении к искомой «точке» результат будет все больше похож на правду, пока мы не услышим (если услышим) в комбинации двух разных звуков один звук «новой» частоты. Для ориентира возмьмем таблицу с высотами нот, благо их полно в свободном доступе.
Полтона — можно ориентироваться на этот интервал как субъективный показатель чувствительности (хороший музыкант порой слышит и половину от этого интервала и четверть, но «простым смертным» и полтона это слишком близко) — в абсолютной разнице частот тем больше, чем выше звук. Если около 40Гц речь идет о единицах герц между двумя полутонами, то около 400Гц — о десятках, а около 4000Гц — о сотнях.
Хорошо, будем считать ширину шага в тестовом наборе в зависимости от частоты первого элемента. Для простоты возьмем линейную зависимость: длина шага = частота начала * 0.005
Теперь посчитаем количество тестовых наборов. Мы знаем размер набора по кажому измерению, знаем диапазон частот измерения и коэффициент ширины шага в нем — 0.005. Пишем нехитрый алгоритм, запускаем, получаем ответ: 194. Напоминаю, это по каждому измерению. Так как порядок при сложении волн не важен, вместо простого возведения в квадрат результирующее количество наборов считаем как: (194 * (194 — 1)) / 2 = 18721. Длительность прослушивания набора: 64 * 8 = 512 секунд.

18721 * 512 = 9585152 секунд = 159752 минут = 2662 часов = 111 суток
Отмотали назад, мы что, спать совсем не собираемся? Если поделим на 8 часов в сутках а не на 24, получим примерно 333 суток. Где-то год. Нда.
Где-то в этом месте пришло понимание, почему ответ на простой вопрос в третьем абзаце статьи до сих пор не написан в школьном учебнике биологии. Нам нужен исследователь с музыкальным слухом близким к идеальному, с аппаратурой, позволящей точно воспроизводить звуки в большом диапазоне частот, достаточно психологически устойчивый, чтобы слушать однообразные звуковые наборы по восемь часов в день течении года. И главное, не вполне понятно, какой практической пользы предлагается добиться. Добровольцы есть?

При чем тут crowd-research

Однако сдаваться просто так не хотелось. Если задача, в общем-то, делится на части, почему бы не разделить ее на некоторое число участников и решить быстрее? Технологии сегодня вполне позволяют делиться результатами своих наблюдений быстро и без лишних усилий.
Итак, нам нужен интерфейс, автоматически перебирающий и проигрывающий тестовый набор. В нем должна быть возможность перемещения по отдельным тестам, возможность отметить интересные точки, повторить еще раз проигрывание конкретного теста. Кроме этого, нужен «опорный звук». То есть тест той же длительности, но в нем будут «чистые» волны, с разными частотами в диапазоне от первой частоты теста до второй. А можно еще и «нарисовать» волну, чтобы изучать явление не только на слух, но и визуально.
Вот как-то так это должно выглядеть. Предварительные тесты показали кстати, что не все так просто с той самой кошкой в комнате. В большем проценте произвольно вытаскиваемых пар частот слышится явно два звука, можно смело отметить и забыть. Но в некоторых — что-то странненькое, заставляющее по новому взглянуть на явление консонанса (полагаю, дело именно в интервалах, но пока это не так очевидно как хотелось бы).
Кроме того нужен интерфейс для просмотра общей базы данных и выбора набора тестов «на сегодня». Основное, что мы хотим увидеть — проверялся ли какой-то квадрат. И если где-то нашли что-то интересное — прочитать в комментариях, на что именно это было похоже. Примерно так:
Под эту задачу неспешно ведется проект на гитхабе.
На Java, чтобы в перспективе не было проблем с переносимостью на другие платформы. На Spring — потому что почему бы и нет. Под IDEA — потому что удобная же вещь, в самом деле. В плане: организовать это именно как клиент-сервер, с дополнительными (нечто на скриншотах пока сделано на Swing под Ubuntu) вариантами клиентов в виде web-приложения и android-приложения. Если кто-то — чем леший не шутит — хочет помочь советом или пул-реквестом, кто я такой чтобы ему мешать.
Вместо заключения предлагаю обсудить в комментариях перспективу формата «исследований толпой». Если успешно удается собирать деньги на производство устройства, которое много людей захотело, почему бы так же не собирать отдельные факты для формирования ответа на вопрос, который многих людей заинтересовал? Возможно, стоит распространить такой формат исследований шире?

Страницы ← предыдущая следующая → 1 2 Государственный комитет Российской Федерации по высшему образованию Уральский государственный технический университет ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ СЛУХА Методические указания к лабораторным работам по курсу «Электроакустические устройства” для студентов дневной формы обучения специальности 2015 Бытовая радиоэлектронная аппаратура Екатеринбург 1999 УДК 621.396.97 Составитель: С.Н. Шабунин Научный редактор: доц., канд. техн. наук С.Т. Князев ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ СЛУХА. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Электроакустические устройства”/ С.Н. Шабунин. Екатеринбург: Изд-во УГТУ, 1999. 11 с. Методические указания содержат краткое описание основ психофизиологии слухового восприятия человека. Рассмотрены динамический и частотный диапазоны слуха, влияние эффекта маскировки на слуховое восприятие. В лабораторной работе «Исследование свойств слуха» предлагается экспериментально проверить частотную зависимость порога слышимости человеческого уха, исследовать эффект маскировки низкочастотной и высокочастотной помехами полезного звукового сигнала и соответствующее изменение порога слышимости. Библиогр. 3 назв. Рис. 8 Подготовлено кафедрой «Высокочастотные средства радиосвязи и телевидения”. © Уральский государственный технический университет, 1999 2 Цель работы: экспериментально исследовать частотную зависимость порога слышимости человеческого уха без внешних помех и при наличии низкочастотной и высокочастотной узкополосной помехи. 1. Строение слухового аппарата человека Особенности строения и свойства слуха человека имеют большое значение для рационального проектирования и эксплуатации звукозаписывающей и звуковоспроизводящей аппаратуры. Соответствие технических средств звукопередачи и субъективных характеристик восприятия помогает достигнуть нужной информационной достоверности передаваемых сигналов, получить в процессе прослушивания семантическое и эмоциональное соответствие между первичными и воспринимаемыми звуковыми образами. Ухо человека обладает свойствами частотного анализа, дискретного восприятия по частотному и динамическому диапазонам. Таким образом, аналоговый звуковой сигнал представляется последовательностью электрических импульсов, вырабатываемых нервными окончаниями волокон основной мембраны уха. Строение человеческого уха показано на рис.1. 5 9 1 2 4 7 3 6 8 Рис. 1. Строение человеческого уха 3 Ушная раковина 1 в области наружного уха направляет акустические колебания в слуховой проход 2, заканчивающийся барабанной перепонкой 3. В слуховом проходе, как в звуковом резонаторе, настроенном на частоту 3 кГц, происходит примерно 3-х кратное усиление звукового давления, действующего далее на барабанную перепонку. Барабанная перепонка образует границу с областью среднего уха и соединена с костно-мышечным механизмом в виде молоточка 4 и наковаленки 5. Мышечная ткань ножки наковаленки опирается на входной элемент внутреннего уха — мембрану овального окна 6 внутреннего уха 7. Рычажная система молоток-наковаленка играет роль акустического трансформатора колебаний барабанной перепонки, повышая звуковое давление на мембране овального окна 6 для наибольшей отдачи энергии из воздушной среды среднего уха, сообщающегося с носоглоткой через проход 8, в область внутреннего уха 7, заполненную несжимаемой жидкостью — лимфой. Структура внутреннего уха представляет собой сужающуюся к вершине трубку, свернутую в 2,5 витка в виде улитки, к которой примыкают каналы вестибулярного аппарата в виде трех колец. Весь лабиринт ограничен костной перегородкой. По всей длине улитки располагается основная мембрана — анализатор акустического сигнала. Она представляет собой узкую ленту из гибких связок, расширяющуюся к вершине улитки. При колебаниях мембраны овального окна внутреннего уха в жидкости внутреннего уха возникают упругие колебания, перемещающиеся вдоль основной мембраны от основания к вершине. Структура основной мембраны аналогична системе акустических резонаторов с изменяющейся резонансной частотой. На рис.2 показана развертка основной мембраны со шкалой резонансных частот соответствующих участков. Развертка основной мембраны L, мм 0 5 10 15 20 25 16000 8000 4000 1000 500 250 60 f, Гц Рис.2. Положение резонансных зон на развертке основной мембраны 4 Участки основной мембраны, расположенные вблизи основания улитки, резонируют на высокочастотные составляющие спектра звукового сигнала, заставляя их колебаться. Средняя часть реагирует на средние частоты звукового диапазона. Участки, расположенные вблизи вершины, возбуждаются низкими частотами. Нервные клетки расположены в основной мембране в несколько слоев и образуют орган Корти. Резонансные явления в основной мембране возбуждают окончания нервных клеток. Всего таких окончаний насчитывается около 25 тысяч. Электрический сигнал от нервных окончаний поступает в головной мозг и человек воспринимает звуковое колебание соответствующей частоты. Пространственный разнос резонаторов основной мембраны позволяет одновременно воспринимать несколько частот. 2. Свойства слуха Гармоническое колебание определенной звуковой частоты в восприятии характеризуется понятием тон. Разрешающая способность различения слухом соседних частот неодинакова. На низких частотах (ниже 500 Гц) человек начинает ощущать разницу тона при 1%-ном изменении частоты, в области высоких частот — около 0,5%. Самая высокая разрешающая способность человеческого уха (0,2-0,3%) имеет место на средних частотах. Эта разрешающая способность наблюдается при сравнении двух поочередно воспроизводимых звуков. Если же изменение частоты происходит медленно, то разрешающая способность человеческого уха составляет 2-4%. Таким образом, можно считать, что весь слышимый диапазон частот человеческое ухо дискретизирует на 2-3 сотни градаций. Силу звука человек ощущает в очень широком диапазоне звуковых давлений. Пока волокно основной мембраны при своих колебаниях не доходит до нервных окончаний — человек звук не слышит. При превышении уровня звукового давления некоторой пороговой величины человек начинает воспринимать соответствующий звук. Снизу динамический диапазон воспринимаемого звука ограничен стандартным порогом слышимости. Под ним условились понимать эффективное значение звукового давления, создаваемого гармоническим звуковым колебанием частоты 1000 Гц, едва слышимое человеком со средней чувствительностью слуха. Стандартный порог слышимости составляет 2.10-5 Па. Верхний предел слышимости, при котором возникает болевое ощущение, определяется звуковым давлением 20 Па. Таким образом, весь динамический диапазон на частоте 1000 Гц составляет 106 раз или 5 120 дБ. Порог слышимости различен на разных частотах. Он уменьшается в области низких и высоких частот (рис.3). Порог различимости силы звука вблизи порога слышимости составляет 2-3 дБ, а в области средних уровней громкости — около 0,4 дБ. Таким образом осуществляется принцип квантования ощущения уровня звука. Общая дискретность восприятия слуха по частоте и амплитуде звукового сигнала составляет около 22000 элементарных градаций в диапазоне уровней от порога слышимости до болевого ощущения в диапазоне частот от 20 Гц до 20кГц. Рис.3. Кривые равной громкости (изофоны) человеческого уха Введем понятие абсолютный акустический уровень N a = 20 ⋅ lg(Р зв Рзв0) , где Рзв — звуковое давление, воздействующее на ухо человека, Рзв0. = 2 ⋅ 10 − 5 – порог слышимости. 6 Iзв. — плотность потока мощности акустической волны. Уровень громкости имеет размерность фон. На рис.3 показаны кривые равной громкости — изофоны. Самая нижняя кривая, соответствующая порогу слышимости, определяется величиной 0 фон. Наличие постороннего источника звука или шума изменяет ход зависимости, показанной на рис.3. Наблюдается эффект маскировки полезного сигнала, т.е. вблизи частоты мешающего источника звука существенно повышается порог слышимости. Уровень маскировки может быть определен по формуле ∆ N м = Nа.ш.. − Nа.. , где Nа.ш. — уровень порога слышимости при наличии шума, Nа.. — уровень порога слышимости в тишине. При существенном уровне помехи полезный сигнал может быть совсем не слышен. Явление маскировки проявляется по-разному для различных уровней мешающего сигнала и его спектральных характеристик. Резонансные характеристики слухового резонатора несимметричны (рис.4). Со стороны высоких частот спад резонансной кривой более пологий. Рис.4. Частотная зависимость порога слышимости при наличии узкополосной помехи на частоте 250 Гц, 1 и 4 кГц (уровень помехи 60 дБ) 7 Следует отметить, что при совпадении частот полезного сигнала и помехи порог чувствительности человеческого уха примерно на 4-5 дБ меньше, чем уровень помехи. Полезный сигнал слышен даже при некотором превышении его помехой. Нелинейные свойства слуха проявляются в том, что при достаточно большом уровне одночастотного тона ухо человека начинает воспринимать его вторую, третью и т.д. гармонику. При прослушивании двух тонов человек слышит суммарную и разностную частоты. Экспериментально это явление можно подтвердить по биениям фантомных звуков и вспомогательного пилот-сигнала. 3. Описание экспериментальной установки Исследование свойств слуха человека выполняется с использованием головных широкополосных телефонов ТДС-1, двух генераторов звуковой частоты и двух милливольтметров. Суммируется сигнал двух генераторов на микшерном устройстве. Структура лабораторного стенда показана на рис.5. Исследование порогна слышимости возможно и при использовании только одного генератора звуковой частоты и одного милливольтметра. ЗГ 1 V Σ ЗГ 2 V Рис.5. Структура лабораторной установки для исследования свойств слуха 4. Экспериментальное исследование свойств слуха 8 4.1. Исследование порога слышимости Исследование слуха человека начинается с определения частотной зависимости порога чувствительности. Для этого включается генератор звуковой частоты ЗГ1. Выходное напряжение устанавливается равным нулю, т.е. звуковой сигнал полностью отсутствует. Устанавливается начальная частота 80 Гц. Исследователь надевает головные телефоны и для чистоты эксперимента отворачивается от лабораторного стенда. Второй исследователь медленно увеличивает уровень выходного сигнала, контролируя выходное напряжение с помощью вольтметра. При появлении первых признаков слышимости звукового сигнала первый исследователь останавливает увеличение выходной мощности, и уровень выходного сигнала записывается в протокол испытаний. Затем выходная мощность вновь обнуляется. Это необходимо делать каждый раз, т.к. человеческое ухо обладает эффектом запоминания и адаптации к звуку. Устанавливается новая частота 125 Гц на генераторе ЗГ1. Вновь второй исследователь медленно увеличивает выходную мощность до момента слышимости. Эксперимент выполняется на частотах 80, 125, 250, 500 Гц, 1, 2, 4, 8 и 16 кГц. Далее первый экспериментатор меняется местами со вторым. Снимается аналогичная зависимость. Число частотных зависимостей порога слышимости соответствует числу членов бригады, выполняющей данную лабораторную работу. Результаты строятся в виде частотного графика в логарифмическом масштабе. За 0 дБ считать уровень выходного напряжения генератора на частоте 1000 Гц порога слышимости, полученный для одного из членов бригады (по выбору). Остальные зависимости строятся относительно этого уровня. Отметить величину снижения порога слышимости на частотах 80, 250, 8000 и 16000 Гц для каждого из участников эксперимента. 4.2. Исследование эффекта маскировки При исследовании эффекта маскировки используются два генератора звуковой частоты, соединенные через суммирующее устройство. Эксперимент проводится для одного из членов бригады. Эффект маскировки последовательно исследуется на частотах узкополосной помехи, устанавливаемой на генераторе звуковой частоты ЗГ2, 250 Гц и 4 кГц. Для этого на частоте 250 Гц устанавливается выходное напряжение ЗГ2, превышающее порог слышимости данного студента на 20 дБ. Затем по методике пункта 4.1 в тех же частотных 9 точках снимается частотная зависимость порога слышимости. Вблизи частоты помехи шаг по частоте следует выбрать более мелким (в диапазоне частот от 100 до 1000 Гц шаг 100 Гц), чтобы выявить несимметричность резонансной кривой. Увеличить уровень помехи еще на 20 дБ. Повторить измерения. Аналогично с превышением на 20 и 40 дБ выполняются измерения для высокочастотной узкополосной помехи 4 кГц. Шаг по частоте в диапазоне от 1 до 10 кГц должен быть 1 кГц. Таким образом, строятся 4 частотных графика порога слышимости в дБ при наличии помех. Здесь же приводится график из пункта 4.1 для данного экспериментатора. Отметить, на сколько порог слышимости на частотах помех отличается от уровня самой помехи. 5. Содержание отчета В отчете должны быть написаны цель настоящей лабораторной работы, приведены схемы измерения порога чувствительности и эффекта маскировки с указанием типа использованных приборов, построены частотные зависимости порога чувствительности для каждого члена бригады и зависимости порога чувствительности при наличии узкополосной помехи для одного из членов бригады. Привести значения выходного напряжения генератора звуковой частоты на частоте 1000 Гц при измерении порога слышимости без помех для каждого из участников эксперимента, а также значения выходного напряжения на частотах 250 и 4000 Гц в эксперименте по маскировке узкополосной помехой, для случая отсутствия помехи и при ее превышении полученного значения на 20 и 40 дБ. Построить соответствующий график. Все графики строить в логарифмическом масштабе. 6. Контрольные вопросы 1. Дайте определения понятий «звуковое давление», «звуковое поле» и «звуковая волна». 2. Как устроен слуховой аппарат человека? 3. Назовите основные субъективные характеристики звука. 4. Назовите основные объективные характеристики звука. 5. Дайте определения абсолютного и относительного порогов слышимости. 6. Как определяется динамический диапазон слуха человека? 7. Как можно измерить порог слышимости человека? 8. Что означает маскировка сигнала? Как она влияет на восприятие звуков? 10 Страницы ← предыдущая следующая → 1 2


Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *