Файл: 3.1.5 - Слуховое восприятие и источники его избыточности.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 14.02.2021
Просмотров: 144
Скачиваний: 1
Слуховое
восприятие
и
источники
его
избыточности
.
Некоторые
сведения
из
психоакустики
•
Частотный
спектр
воспринимаемый
человеком
(
примерно
)
от
20
Гц
до
20
кГц
,
наибольшая
чувствительность
в
диапазоне
от
2
до
4
Гц
.
•
Динамический
диапазон
(
от
самых
громких
до
самых
громких
воспринимаемых
звуков
)
составляет
около
96
дБ
(
более
чем
1
к
30000
по
линейной
шкале
).
•
Общеизвестно
,
что
человек
в
состоянии
различить
изменение
частоты
на
0.3%
на
частоте
порядка
1
кГц
.
•
Если
два
сигнала
различаются
менее
чем
на
1
дБ
по
амплитуде
-
они
трудноразличимы
.
•
Разрешение
по
амплитуде
зависит
от
частоты
и
наибольшая
чувствительность
наблюдается
в
диапазоне
от
2
до
4
кГц
.
•
Пространственное
разрешение
(
способность
к
локализации
источника
звука
) -
до
1
градуса
.
•
Звуки
различной
частоты
распространяются
в
воздухе
с
разной
скоростью
.
В
результате
высокочастотная
часть
спектра
от
источника
находящегося
на
удалении
от
слушателя
несколько
запаздывает
.
•
Человек
не
в
состоянии
заметить
внезапное
исчезновение
высоких
частот
,
если
оно
не
превышает
порядка
2
мс
.
•
Некоторые
исследования
показывают
,
что
человек
в
состоянии
ощущать
частоты
выше
20
кГц
.
С
возрастом
частотный
диапазон
сужается
.
Частотный
спектр
,
несущий
информацию
в
человеческой
речи
:
от
500
Гц
до
2
кГц
•
Низкие
частоты
-
басы
и
гласные
•
Высокие
частоты
-
согласные
Восприятие
в
зависимости
от
частоты
Так
как
нейрон
может
возбуждаться
не
чаще
чем
500
раз
в
секунду
,
то
для
получения
информации
о
более
высоких
частотах
слуховой
аппарат
человека
прибегает
к
некоторым
"
ухищрениям
":
o
На
частотах
до
500
Гц
колебания
непосредственно
переходят
в
нервные
импульсы
.
o
Примерно
до
1.5
кГц
проблема
решается
подключением
одновременно
до
3
нейронов
к
одному
нервному
окончанию
.
Нейроны
в
данном
случае
возбуждаются
последовательно
,
один
за
другим
и
,
соответственно
,
помогают
улучшить
частотное
разрешение
в
3
раза
.
o
На
более
высоких
частотах
регистрируется
лишь
амплитуда
сигнала
.
Таким
образом
бинауральный
слух
,
играющий
большую
роль
в
локализации
источника
звука
,
лучше
всего
развит
на
частотах
меньших
1.5
кГц
.
Выше
этой
частоты
источником
информации
о
местоположении
служит
лишь
разница
амплитуд
сигнала
для
левого
и
правого
уха
.
Это
делает
возможным
применение
при
кодировании
режимов
Joint Stereo
-
запоминается
либо
информация
для
суммы
правого
и
левого
каналов
и
их
разница
,
со
значительно
меньшей
точностью
,
либо
вообще
запоминается
лишь
амплитуда
сигнала
.
Критические
полосы
.
Человеческая
система
восприятия
звука
имеет
ограниченное
,
зависящее
от
частоты
разрешение
.
Равномерное
,
с
точки
зрения
восприятия
человеком
измерение
частоты
может
быть
выражено
в
единицах
ширины
Критических
Полос
.
Их
ширина
менее
100
Гц
для
нижних
слышимых
частот
,
и
более
4
кГц
для
наиболее
высоких
.
Весь
частотный
диапазон
может
быть
разделен
на
25
критических
полос
.
Новый
отсчет
частоты
был
назван
барк
(bark, after Barkhausen):
1
Барк
=
ширина
одной
критической
полосы
Для
частот
< 500
Гц
,
может
быть
рассчитан
по
формуле
:
частота
/ 100
Барк
,
Для
частот
> 500
Гц
:
9 + 4log
2
(
частота
/ 1000)
Барк
.
Чувствительность
человеческого
уха
в
зависимости
от
частоты
Рассмотрим
первый
эксперимент
:
Слушатель
в
тихой
комнате
.
Повышаем
громкость
тона
частотой
1
кГц
до
уровня
когда
он
становится
слышимым
.
Изменяя
частоту
тона
,
получим
:
Частотное
(
параллельное
)
маскирование
Взаимодействуют
ли
звуковые
рецепторы
друг
с
другом
?
Рассмотрим
второй
эксперимент
:
•
Воспроизводим
тон
частотой
1
кГц
(
маскирующий
сигнал
),
с
фиксированной
громкостью
(60
дБ
).
Воспроизводим
тестовый
(
маскируемый
)
тон
с
различной
громкостью
(
скажем
с
частотой
1.1
кГц
),
и
повышаем
его
уровень
до
тех
пор
пока
он
не
становится
слышимым
.
•
Изменяем
частоту
тестового
тона
и
рисуем
границу
слышимости
:
•
Повторяем
эксперимент
для
различных
частот
маскирующего
сигнала
:
Частотное
маскирование
с
частотной
шкалой
выраженной
в
Барках
:
Временное
(
последовательное
)
маскирование
Если
мы
слышим
громкий
звук
,
который
внезапно
прекращается
,
требуется
некоторое
время
чтобы
услышать
более
тихий
тон
.
Рассмотрим
3
эксперимент
:
•
Воспроизводим
1
кГц
маскирующий
тон
на
уровне
60
дБ
,
и
тестовый
тон
с
частотой
1.1
кГц
на
уровне
40
дБ
.
Тестовый
тон
не
слышен
(
он
замаскирован
).
•
Отключаем
маскирующий
тон
,
затем
,
после
небольшой
задержки
отключаем
тестовый
тон
.
•
Уменьшаем
время
задержки
до
тех
пор
пока
тестовый
тон
еще
слышен
(
например
, 5
мс
).
•
Повторяем
,
используя
различную
громкость
тестового
тона
,
и
получаем
:
Общий
эффект
от
частотного
и
временного
маскирования
выглядит
следующим
образом
:
Полученные
в
трех
приведенных
экспериментах
результаты
используются
для
сжатия
акустических
сигналов
,
например
,
в
таком
широко
известном
формате
звуковых
файлов
как
MP3
(
MP
EG-1 Audio part, Layer
3
).
Высокая
степень
сжатия
достигается
за
счет
того
,
что
частотные
компоненты
,
которые
находятся
ниже
порога
слышимости
или
порога
маскирования
квантуются
с
меньшим
разрешением
,
что
,
в
свою
очередь
,
позволяет
сократить
количество
двоичных
разрядов
,
необходимых
для
их
кодирования
.