что такое высокочастотный звук
Частотная модификация в слуховом аппарате – залог лучшего понимания речи
Мозг и слух
Слышимость высокочастотных речевых звуков
Высокочастотные речевые звуки, такие как /с/, /з/, /в/, /ф/ или /ш/, содержат разную речевую информацию. Но при этом они играют решающую роль в формировании четкости речи (Рис. 1). Эти звуки часто не слышны людям с сильной потерей слуха, что негативно отражается на понимании речи. Особо такая ограниченность может повлиять на речевое развитие детей: не слыша высокочастотные компоненты, дети не могут научиться их произносить. Результатом всегда будет нечеткое, неразборчивое произношение и, как следствие, проблемы при общении с другими людьми.
Частотная модификация
Если людям с сильной потерей слуха не хватает высокочастотного усиления, решить эту проблему можно с помощью частотной модификации. В специализированной литературе вместо этого термина используется общее понятие «частотное понижение» (Frequency Lowering). Однако более правильным будет именно термин «частотная модификация», так как, во-первых, описываемый метод не является реальным понижением частоты. Во-вторых, слово «понижение» в некоторых языках имеет негативный смысл. Кроме того, следует помнить, что наша цель – не понижение, а повышение степени разборчивости речи.
Частотная модификация предоставляет слабослышащим людям те высокочастотные компоненты сигнала, которые им не слышны, в более низком частотном диапазоне. Доказано, что частотная модификация в некоторых случаях позволяет улучшить понимание речи как в тихой, так и в шумной обстановке. Каждый производитель реализует этот алгоритм по-своему. Как правило, речь идет о том, чтобы переместить оригинальный высокочастотный диапазон в целевую область, которая находится в слышимом, более низкочастотном диапазоне. Важнейшие методы модификации представлены на Рис. 3.
Рассмотрим подробнее составляющие частотной модификации.
Частотная компрессия. Оригинальная область выше стартовой частоты сжимается, а верхняя граничная частота перемещается вниз. Таким образом, все сигналы между стартовой и верхней граничной частотой будут сжаты и изменены. Доля высокочастотных компонентов при этом сильно уменьшается, что используется для дополнительного подавления самовозбуждения. Из-за относительно сильного изменения сигнала время привыкания к таким слуховым аппаратам увеличивается.
Частотный перенос. Оригинальная высокочастотная область «вырезается» и копируется в области средних частот. В целевой области происходит перекрывание сигналов, что может привести к возникновению артефактов и изменению тембра. Остальной частотный диапазон не затрагивается. Этот метод отличается меньшим изменением звука, чем компрессия, однако и здесь также снижается качество воспроизведения высоких частот.
Частотная композиция. Высокочастотная оригинальная область копируется в целевой области. Однако в отличие от предыдущих методов, здесь сохраняется весь частотный диапазон. Таким образом, сигналы передаются с наименьшими слышимыми изменениями звука. Метод, описанный ниже, использует именно частотную композицию.
Speech Rescue
Метод частотной композиции от Oticon называется Speech Rescue. Высокочастотные неслышимые компоненты копируются и добавляются с минимальным перекрыванием в частотный диапазон, воспринимаемый слабослышащим человеком. Основанный на стратегиях Brain Hearing, этот метод реализует три принципа:
Максимальное содержание в целевой области. Speech Rescue использует естественные динамические характеристики речи: в присутствии высокочастотных речевых компонентов в диапазоне средних частот речевая энергия за счет образования гласных практически отсутствует (Рис. 1). Поэтому Speech Rescue не сжимает речь, а «копирует» высокочастотные компоненты из оригинальной области и добавляет их в частотный диапазон, который воспринимает слабослышащий. Два-три скопированных «частотных пакета» добавляются из дальнего высокочастотного диапазона в более узкую целевую область, т.е. фактически складываются в штабель (одно из значений английского слова «compose» – складывать). Благодаря этому целевая область перекрывается в минимальной степени (Рис. 4).
Максимальное сохранение естественности. Speech Rescue работает без прямой компрессии. Это позволяет сохранить гармонические обертоны из целевой и оригинальной областей, так как гармонические обертоны высокочастотных согласных добавляются к обертонам гласных с сохранением структуры. Звук становится более естественным.
Максимальное сохранение оригинальной области. Speech Rescue продолжает акустическую стимуляцию оригинальной области. Передача высоких и средних частот осуществляется параллельно. При этом транслируется максимальное количество информации. Слабослышащий получает оптимально возможную широкополосную передачу и хорошее качество звука. На Рис. 5 показано действие Speech Rescue в спектральном представлении. В той области, в которой из-за отсутствия гласных передается мало энергии, находится место для копирования высокочастотных компонентов.
Speech Rescue в настройке слуховых аппаратов
Слухопротезист может настроить частотную композицию при помощи около 140 разных комбинаций или настроек параметров. В настроечной программе (Genie версии 2015.2 или выше) для этого имеются соответствующие рабочие инструменты. В связи с тем, что мы по-прежнему отталкиваемся от правила, что максимально широкая полоса пропускания предоставляет лучшую поддержку даже в сомнительных случаях, Speech Rescue в программе Genie деактивирована при стандартной настройке. Рекомендуем включать ее только тогда, когда для слышимости высоких частот не хватает традиционного усиления. После активации частотная композиция начинает работать непрерывно. Программа настройки предложит создать конфигурацию на основе тональной аудиограммы, которая маркируется целевым символом (Рис. 6).
Тональная аудиограмма сравнивается с усиливаемым речевым спектром. На его основе определяется максимальная слышимая частота, при которой усиливаемый спектр находится ниже порогов слышимости клиен та. То есть максимальная слышимая частота представляет собой точку пересечения порога слышимости с верхней ограничительной линией усиленного речевого спектра. Программа Genie выбирает из десяти возможных конфигураций те, у которых верхняя частота примерно соответствует максимальной слышимой частоте (Рис. 7).
Десять возможных комбинаций из оригинальной и целевой областей ориентируются на избирательное частотное разрешение базилярной мембраны, т.е. на слуховые фильтры. Эти фильтры определяются шириной кохлеарных полосных фильтров, возрастают в логарифмической зависимости в сторону высоких частот и приводятся в единицах ERB (equivalent rectangular bandwidth, эквивалентная прямоугольная ширина полосы). В соответствии с этим естественным распределением ощущений компоненты, копируемые из оригинальной области в область средних частот, добавляются и кодируются заново таким образом, что в этой области вновь возникает логарифмическое распределение. При этом воспринимаемая ширина полосы оригинальной области (4-5 ERB) примерно соответствует ширине полосы целевой области (3 ERB). Так достигается наименьшая компрессия копируемого сигнала. Для конфигураций с первой по пятую оригинальная область делится на три подобласти, которые копируются друг на друга (складываются в штабель) в очень узкой целевой области на линейной шкале. Конфигурации с шестой по десятую осуществляют копирование в целевую область, которая шире располагается на линейной шкале, поэтому здесь функция работает только с двумя подобластями (Рис. 8). Оригинальная область доходит до 10 кГц, что дает возможность передавать такие частотные диапазоны, которые до сих пор невозможно было передать при помощи сверхмощных слуховых аппаратов. Если попросить нормально слышащих людей оценить звук при наивысшей интенсивности частотной композиции, то они воспринимают его воспроизведение как слабый шепот. Слухопротезист может оценить это явление самостоятельно, но обязательно с соблюдением мер предосторожности, так как настройка осуществляется для сверхмощных аппаратов.
Точная настройка
После активации Speech Rescue можно оптимизировать настройку. Если после одобрения предложения, которое сделала программа настройки, такие высокочастотные звуки, как /с/ или /ш/, по-прежнему не слышны, то необходимо выбрать другую конфигурацию. Для этого регулятор сдвигается влево до тех пор, пока эти звуки не начнут восприниматься. Это проверяется посредством произношения звука /с/. В некоторых системах измерений в реальном ухе, таких как Verifit и Affinity, эти сигналы уже предлагаются, и слухопротезист с их помощью может провести объективную проверку пользы настроенного слухового аппарата. В аудиологическом представлении в программе настройки можно использовать для визуального отображения вид сигнала «Речевой звук С» или «Речевой звук Ш» (Рис. 9). После этого для оптимизации результата можно варьировать интенсивность: «резкость» для звука С при этом будет изменяться (Рис. 6). Согласно стандарту настройки слуховых аппаратов, высокочастотное усиление включено всегда. Если слабослышащему усиление высоких частот неприятно, его можно снизить с помощью триммера настройки или полностью отключить щелчком мышки (Рис. 6). При асимметричных потерях слуха Speech Rescue необходимо настраивать отдельно для каждого уха.
Функции Speech Rescue и Speech Guard
Слуховые аппараты, обладающие обеими функциями Speech Rescue и Speech Guard, наилучшим образом поддерживают функционирование мозга в процессе понимания (Рис. 10). Speech Rescue «спасает» неслышимые высокочастотные компоненты сигнала посредством копирования «частотных пакетов» в слышимую среднечастотную область. Speech Guard 2.0 принимает эти «спасенные» частотные пакеты и усиливает их максимально линейно в индивидуальном динамическом диапазоне таким образом, чтобы сохранить речевую огибающую. В итоге частотная композиция сохраняет больше динамики, контраста и нюансов, чем традиционные методы компрессии.
Значимость метода для людей с сильными потерями слуха
Заключение
Хорст Варнке,
журнал «Hörakustik» № 2 за 2016 год
Воспроизведение звука и музыки: какие частоты используют и зачем их ограничивают
Содержание
Содержание
Собаки слышат до 45 кГц, кошки — до 79 кГц, дельфины и летучие мыши — выше 100 кГц, а человеческое ухо едва в состоянии услышать несчастные 20 Кгц, а чаще — всего 16-17 кГц. Почему все так? И зачем тогда гордые значения воспроизводимых частот типа «16 Гц — 40 кГц» на аудиотехнике? На каких частотах вообще звучат музыкальные инструменты и человеческий голос? Об этом ниже.
Что такое частота звука?
Звуковая волна, как и любая другая, имеет две главные характеристики — амплитуда и частота. Если к поплавку на озере привязать карандаш и устроить так, чтобы он чертил на движущейся бумаге свою траекторию (как кардиометр или сейсмограф), то получится синусоида:
Почему мы слышим хуже кошки?
Звуковые волны могут иметь любую частоту колебаний, но человеческое ухо улавливает их в диапазоне примерно от 20 Гц до 20 Кгц. На самом деле, в идеальных лабораторных условиях некоторые слышат аж до 12–16 Гц, а те, кто не слышит, могут уловить низкочастотные колебания телом. А вот с высокими частотами все хуже. Лишь немногие смогут уловить 20 кГц, большинство же слышат лишь до 16-17 кГц, и с возрастом это значение падает до 8–10 кГц.
Более того, человеческое ухо наиболее чувствительно к диапазону от 2 до 5 кГц — это так называемая зона разборчивости. Чувствительность к волнам на разных участках спектра различается. Любой может записаться на аудиометрию — обследование слуха, чтобы получить аудиограмму — кривую чувствительности своих ушей по частотам. Правда, в медицине она измеряется в диапазоне от 125 Гц до 8 кГц, но даже в таком укороченном отрезке у всех будет видна неравномерность слуха. Чувствительность ушей зависит даже от времени дня и настроения.
Кроме того, воспринимаемая громкость зависит от частоты звука. К примеру, на малой громкости низкие и высокие частоты слышны хуже. Это как раз следствие того, что человеческое ухо заточено под средние частоты, позволяющие распознавать речь. Эффективная коммуникация — одно из главных эволюционных преимуществ человека, поэтому эволюция и наделила нас тем слуховым диапазоном, что мы имеем.
В свою очередь, эволюционные преимущества других животных могут отличаться. К примеру, летучие мыши ориентируются в пространстве, издавая и улавливая ультразвук, поэтому и слышат до 200 кГц. А большая восковая моль часто становится добычей летучих мышей, поэтому ей пришлось развить слуховой диапазон до 300 кГц, чтобы избегать встреч с ужасом, летящим на крыльях ночи. Кошка слышит ультразвук, потому что многие грызуны общаются на высоких частотах, а киты слышат инфразвук, чтобы общаться самим, потому что низкочастотные волны лучше передаются на большие расстояния.
Фундаментальная частота голоса мужчины — в районе 80-150 Гц, женщины — 150-250 Гц. Однако телефонные линии обрезают в звуке все, что ниже 300 Гц и выше 3,5 кГц. Почему? Потому что кроме фундаментальной частоты есть еще обертона. Это призвуки, которые появляются из-за того, что у человека звучат не только голосовые связки, но и гортань, голова, да и все тело целиком. Обычно они находятся выше основного тона, поэтому так и называются.
У мужчин обертона голоса достигают 4 кГц, у женщин — 5-6 кГц. Они сильно влияют на звучание, благодаря им мы можем отличить одного человека от другого и даже определить по голосу его телосложение. Соответственно, именно они, а не фундаментальный тембр, важны для телефонных переговоров.
Частоты музыки
Бас гитара, как и контрабас, обычно настраиваются в ми контроктавы — это 41 Гц, гитара — на октаву выше, 82 Гц. Скрипка, один из самых писклявых инструментов в оркестре, начинается с соль малой октавы (196 Гц) и заканчивается на ля четвертой октавы (440 Гц). Диапазон большинства фортепиано — от ля субконтроктавы (27,5 Гц) до до 5 октавы (523 Гц).
Как можно заметить, диапазон большинства музыкальных инструментов находится довольно низко по спектру, не выше 4-5 кГц. Зачем тогда вообще что-то выше условных 5 кГц в аудиотехнике?
К слову, первые граммофоны умели воспроизводить от 170 до 2 000 Гц, а с появлением электронной записи их диапазон расширился на 2,5 октавы — от 100 до 5 000 Гц. То есть как раз, чтобы воспроизводить диапазон голоса и большинства инструментов в оркестре. А другой музыки в 20-х годах прошлого века и не было.
Однако, как и в случае с человеческим голосом, решающую роль играют обертона. Они также зависят от «телосложения» инструмента — его габаритов, плотности дерева или металла, массы и т. п. Ведь когда нажимаешь клавишу ля на фортепиано — звучит не чистый синус, а весь инструмент целиком, включая и ноты ля в других октавах — они начинают колебаться в унисон. На этом эффекте основано звучание ситара — у него есть дюжина резонирующих струн, производящих характерный звон.
Более того, даже части самой струны, кратные ее длине, начинают колебаться в унисон. К примеру, половина, треть, четверть, пятая части струны будут издавать обертона на октаву или несколько октав выше фундаментальной частоты.
Обертона, которые кратны основному тону, называют гармоническими, или, попросту, гармониками. Именно они придают инструменту свой уникальный характер звучания, именно в них вся красота, именно количеством обертонов хороший инструмент отличается от плохого. Благодаря обертонам и гармоникам музыка предстает перед нами во всей полноте. Для них и нужен этот, на первый взгляд, пустой участок от 5 до 20 кГц.
Частотный диапазон у аудиотехники
Производители аудиотехники всегда стремились расширить диапазон воспроизводимых частот, чтобы добиться красоты и величественности звучания настоящих инструментов. Во времена ламповой техники верхняя граница едва достигала 12 кГц. Магнитная запись повысила порог до 15 кГц, но даже этот показатель могла выдать только студийная магнитная пленка с высокой скоростью протягивания ленты. У бытового катушечного магнитофона верхняя граница воспроизводимых им частот падает до 10–12 кГц, а в кассетных магнитофонах — и того меньше.
Все изменилось с появлением цифровой записи и CD, позволивших кодировать весь диапазон от 20 Гц до 20 кГц. Но вновь откатилось с появлением интернета и mp3, срезающих значительную часть верхов во имя меньшего объема файлов.
При этом сделать колонки, воспроизводящие весь диапазон, оказалось проще. Одни из первых студийных мониторов на рынке, Altec 604, в некоторых модификациях уже могли воспроизводить от 20 Гц до 22 кГц, а это 70-е годы прошлого века. Большинство современных колонок без проблем воспроизводят до 20 кГц, а нижняя планка зависит от диаметра вуфера, конструкции фазоинвертора и наличия саба.
Также нередко встречаются колонки с диапазоном до 30–40 кГц. Но нужно всегда смотреть на АЧХ, чтобы понять, на какой громкости они могут эти частоты воспроизводить, и будет ли их вообще слышно.
Тем не менее, многие обладатели колонок и наушников с расширенным частотным диапазоном (от 5/10/15 Гц до 30/40/50 кГц) утверждают, что они звучат ярче и/или глубже. Правда, чтобы это услышать, нужно воспроизводить музыку, в которой есть соответствующая информация. К примеру, ютуб режет все, что выше 16 кГц, mp3 даже в 320 bpm режет до 19 кГц, а стандарт CD (16 bit 44.1 кГц) срезает все, что выше 22 кГц. Расширенным диапазоном могут похвастаться стандарты типа DVD-Audio, Super Audio CD, DSD и некоторые другие, но музыки в таких форматах не так уж и много.
Если же наушники еще и беспроводные, то диапазон частот дополнительно ограничен кодеками Bluetooth. Даже Aptx-HD имеет потолок в 19 кГц, и только LDAC от Sony умеет транслировать музыку в высоком разрешении, но многие жалуются на слабое качество сигнала в таком режиме.
Жанры музыки и частоты
Стоит сказать, что не всегда гармоники и обертона делают музыку лучше. Слышимый диапазон можно представить себе, как тесный лифт, инструменты — как его посетителей, а обертона и гармоники — как их вес и габариты. В этом случае оркестр будет похож на группу детей — большинство инструментов не обладают большим диапазоном и занимают строго свое место, поэтому их может поместиться много.
Но в той же рок-музыке звучание инструментов многократно усиливается, обертонов становится слишком много, это больше похоже на сумоистов в пуховиках. Чтобы уместить их в лифт, нужно убрать лишнее — снять пуховики. Этим занимается звукорежиссер — он ограничивает частотный диапазон каждого инструмента фильтрами хай-пасс и лоу-пасс, а с помощью эквалайзера убирает ненужные и выделяет нужные гармоники.
К примеру, электрогитары, вокал и рабочий барабан обычно ограничивают от 100–150 Гц до 8–12 кГц, бас и бочку — от 20–40 Гц до 6–10 кГц и т. п. Да, звучание каждого инструмента становится менее богатым, но за счет этого в общем миксе они не мешают, а дополняют друг друга.
Появление синтезаторов дало возможность сделать чистый синус без обертонов, и уже потом обогатить его нужным количеством гармоник. Это позволило создать очень густой и четкий бас глубиной до 20 Гц, что невозможно проделать с живыми инструментами.
Заключение
Теперь понятно, почему музыка в высоком разрешении — это по большей части всякий джаз, кантри и классика, где сведение выполняется по минимуму, либо вообще отсутствует. Вполне возможно, что такая музыка в ультравысоком разрешении будет звучать максимально живо и естественно в наушниках, играющих от 4 Гц до 51 кГц.
В некоторых жанрах электронной музыки также встречается бас в районе инфразвука. Однако чаще всего электроника, рок и метал не содержат информации за пределами слышимого диапазона. Там все лишние обертона заботливо вырезал господин звукорежиссер, а те, что как-то выжили, добил мастеринг-инженер. Зато осталась самая сочная часть, которую будут отлично воспроизводить любые колонки и наушники.
Высокочастотный шум в ушах
Одним из вариантов тонального тиннитуса является высокочастотный шум в ушах. Человек воспринимает его и описывает как писк или свист. У молодых людей симптом чаще бывает односторонним, для пациентов зрелого и пожилого возраста характерны двусторонние проявления.
Провоцирующие факторы
Согласно акустическим нормам, высокочастотными считаются звуки с частотой в 800 Гц и более. Физиологический предел, который может человеческое ухо услышать, а мозг воспринять – 20 000 Гц.
За восприятие таких высоких тонов во внутреннем ухе отвечают волосковые клетки Кортиева органа (части улитки) с очень короткими ворсинками, которые с возрастом теряют гибкость. Поэтому молодежь может слышать более высокие частоты, чем люди в годах.
Многие случаи тонального высокочастотного тиннитуса возникают как раз вследствие патологической стимуляции с клеток Кортиева органа. Не менее часто писк в ушах возникает из-за проблем со слуховым нервом. Несколько реже – при поражении центральных отделов слухового анализатора.
Итак, пищать в ушах может по таким причинам:
В общем, причины писка и высокочастотного звона бывают разными и для того, чтоб их устранить, не обойтись без квалифицированной врачебной помощи.
Высокочастотный шум в ушах может быть первым симптомом нейросенсорной тугоухости.
Благодаря своему опыту, специалисты клиники восстановительной неврологии «Тинитус Нейро» уже в день обращения, по результатам опроса пациента, могут ориентировочно установить причину и место повреждения слухового анализатора.
Патология периферических отделов
Сюда относится вся патология, которая связана с повреждением органа слуха от ушной раковины до слухового нерва. Основные проблемы создают ЛОР-органы, лабиринт (отвечает за равновесие), Кортиев орган и сам слуховой нерв.
Акустические системы: поговорим о звуке (часть 1)
Этой статьей мы начнем цикл материалов о конструкции акустических систем, их свойствах и важных характеристиках, в которых стоит разобраться тому, кто решил, как минимум, обдуманно купить себе колонки или же хочет подробнее изучить, почему все работает именно так, а не иначе. Цикл рассчитан на новичков в мире аудио, но будет полезен и тем, кто уже все знает, чтобы освежить свои знания или написать свое мнение в комментариях. Итак, начнем мы, однако, не с акустики, а со звука, потому что единственная задача акустики — создать звук.
Что такое звук?
В учебнике сказано: «Колебательные движения частиц, которое распространяется в виде волн в газообразной, жидкой или твердой средах». Давайте отброс им лишнее и поговорим только о слышимом звуке (кроме него ведь еще существуют ультразвук, инфразвук и т.д.).
Звук — это, на самом деле, не движение воздуха (газа) в пространстве, а волновые, периодические изменения давления этого самого газа. Звук является волновым излучением, подчиняется соответствующим физическим законам, которые описывают его распространение и взаимодействия. Согласно этим законам мы можем описать звук по нескольким характеристикам. Возьмем основные: частота, амплитуда (форма колебаний) и скорость.
Что такое частота звука?
Частота — это количество колебаний за единицу времени. Конкретней — число колебаний в секунду. Измеряется в герцах. Одно колебание в секунду — один герц (Гц). Если еще вспомнить, что звук распространяется в воздухе со скоростью около 350 метров в секунду или около 1250 км/ч, то достаточно легко понять, что частота и скорость связаны между собой. И эта связь дает нам возможность определить длину звуковой волны: чем больше частота, тем меньше длина волны — и наоборот.
Почти традиционно считается, что человеческий слух позволяет услышать диапазон частот «20–20» — от 20 Гц до 20 кГц, другими словами, от 20 колебаний в секунду до 20 000.
Не все частоты одинаково громкие
При этом матушка-природа наделила нас с вами достаточно избирательным слухом. Психоакустические исследования показывают, что лучше всего человек слышит самое для себя важное — человеческую речь. Эти звуки располагаются в диапазоне частот в районе 3000 Гц. Где-то в этом районе и находится максимальная чувствительность наших с вами ушей.
На других частотах она уменьшается, изменяясь в виде плавных кривых. Эти кривые показывают, с какой громкостью человек воспринимает звуковые колебания равной амплитуды. Эти данные важны не только для расчета акустических систем, но и для правильного понимания природы восприятия звука.
Они были получены статистическим способом, когда в субъективном оценивании громкости звучания на разных частотах принимало участие большое количество людей. В честь авторов этой научной разработки линии равной громкости называются кривыми Флетчера-Мэнсона.
Как мы понимаем, откуда пришел звук
Ответ простой: потому, что у нас есть голова и два уха! Если одно ухо вдруг не работает, это можно частично компенсировать быстрым поворотом головы. Слух при наличии двух ушей называется бинауральным. Он позволяет нам локализовать источник звука.
Это происходит потому, что звук приходит к правому и левому уху с небольшой задержкой или, если выразиться точнее, со сдвигом по фазе. Так как длина звуковой волны достаточно большая, в оба уха обычно поступает одна волна, но разные ее участки — фазы.
Этот сдвиг анализируется нашим мозгом, легкий поворот головы — и мы уже готовы приблизительно указать на какой ветке сидит птица, хотя разглядеть ее все равно не получится.
И чем выше звук, то есть, чем больше его частота, тем легче определить направление на его источник — сильнее проявляется фазовый сдвиг. А вот на низких частотах длина волны становится больше, чем расстояние между ушами, поэтому определить источник звука гораздо сложнее.
Почему одни звуки красивые, а другие нет?
Здесь почему-то тянет взять серый том Фейнмановских лекций и освежить воспоминания о рядах Фурье — но будем проще: любое колебание можно разложить на несколько колебаний с меньшей длиной волн. Эти меньшие волны — и есть гармоники, и сколько их укладывается в длине основной волны — две, три и т.д. — определяет их четность или нечетность. Как оказалось, нечетные гармоники воспринимаются нашим слухом дискомфортно. Причем вроде все играет правильно, но дискомфорт остается.
Более явный неприятный звук — диссонанс, две частоты, работающие одновременно и вызывающие редкие биения. Если хотите еще наглядней, то нажмите близлежащие черную и белую клавиши на пианино.
Есть и противоположность диссонанса — консонанс. Это сама благозвучность, например, — такой интервал, как октава (удвоение частоты), квинта или кварта. Кроме того, комфортности звучания мешают маскирующие его шумы различной природы, искажения и призвуки.
Ясно, что шум — то, что мешает в принципе. Звуковой мусор. Впрочем, есть и белый шум, этакий эталон шума, в котором присутствуют равномерно все частоты (точнее — спектральные составляющие). Если вы хотите уйти от источника белого шума, то по ходу удаления он будет розоветь. Это происходит потому, что воздух сильнее ослабляет верхние частоты слышимого спектра. Когда их меньше, тогда говорят о розовом шуме.
Чем громче шум по отношению к полезному звуку, тем больше этот звук маскируется шумом. Падает комфортность, а затем — и разборчивость звучания. Это же относится и к нечетным гармоникам, и к нелинейным искажениям, о которых мы еще поговорим более подробно. Все эти явления взаимосвязаны и, самое главное, — все они мешают нам слушать.
Нота — высота звука и его частота — зависит от специальности
В понимании звука, судя по всему, есть две крайности — понимание звукоинженера и музыканта. Первый говорит «440 Гц!» второй — «нота Ля!». И оба правы. Первый говорит «частота», второй — «высота звука». Впрочем, известно немало отличных музыкантов, которые вовсе не знали нот. При этом специалистов в области акустики, не знающих физических основ в этой области, еще никому не удавалось встретить.
Важно понимать, что оба этих специалиста по-своему занимаются комфортным звучанием. Автор музыкального произведения, инстинктивно, или опираясь на консерваторские знания, строит звук на принципах гармонии, не допуская диссонансов или искажений. Конструктор, создающий колонки, изначально не допускает посторонних призвуков, минимизирует искажения, заботится о равномерности амплитудно-частотной характеристики, динамике и многом, многом другом.
Громкость, звуковое давление — пределы и ориентиры
С громкостью все не так просто. Она относительна. Подумайте сами, ведь абсолютной тишины не существует. То есть, она в природе есть, но попадание в такое место превращается в пытку — вы начинаете слышать стук своего сердца, звон в ушах — все равно тишина исчезает.
Поэтому звуковое давление измеряется относительно некоего нулевого уровня в децибелах (дБ). Это логарифмические единицы, ведь логарифмическая шкала наиболее точно соответствует природе слуха. Если немного углубиться в теорию, нужно вспомнить эмпирически установленный закон психофизиологии Вебера-Фехнера, который описывает работу органов чувств. Согласно этому закону, интенсивность ощущения чего-либо прямо пропорциональна логарифму интенсивности раздражителя. В случае звука, это — амплитуда (размах) колебаний.
Разница приблизительно в шесть децибел воспринимается нами, как удвоение громкости. Добавление трех децибел на низкой частоте требует удвоения амплитуды колебаний источника звука, но на слух это замечает не каждый слушатель! Такие вот парадоксальные, на первый взгляд, данные.
Поведение звука
Оно всегда предсказуемо, если вооружиться определенными знаниями. Звук может отражаться от поверхности, поглощаться ею, проникать сквозь нее. При этом каждый вариант — лишь частичный. Отражение звука приводит к эффекту эхо, звукоинженеры еще называют его реверберацией. Это сложный процесс. В любой комнате есть своя реверберация, многократная, по-своему затухающая, с определенными частотными характеристиками. Затухающая потому, что часть звука все-таки поглощается стенами.
Но если звук сделать громче, то, в зависимости от выбранного звукового давления, через некоторое время (оно линейно зависит от громкости в дБ) в стену начнут стучать соседи. Это значит, мы выяснили, что часть звука проходит сквозь стену. Правильное соотношение всех этих свойств — очень важный параметр для комфортного звучания.
Та же реверберация должна быть оптимальной. Если ее практически нет, говорят, что комната переглушена. Если ее слишком много — вы слышали такое на вокзале, — страдает разборчивость звука. Существуют определенные критерии для правильной акустической обстановки, о них мы писали, например, в этой статье.
Еще один источник аудионегатива — резонирующие объекты. Скажем, хрусталь в стеклянном шкафу. И когда все эти факторы приведены в норму — поздравляю, мы с вами находимся в акустически комфортном помещении!
В таком помещении особенно хорошо звучит качественное аудиовоспроизводящее оборудование и его главная составляющая часть — акустические системы.