 |
|
Механізми обробки та сприйняття звуку
Здатність людини і тварин локалізувати джерело звуку, тобто визначати його місце розташування в просторі, називається просторовим слухом. Дане визначення передбачає здатність локалізувати джерело звуку в горизонтальній і вертикальній площинах, а також визначає ступінь його віддаленості від організму. Просторовий слух відіграє істотну роль у просторовій орієнтації людини і тварини, яка може здійснюватися як пасивним, так і активним способами. У першому випадку відбувається локалізація звучного об'єкта, у другому випадку - акустична орієнтація здійснюється за рахунок випромінювання тваринами звуку і локалізації відбиваючого звук об'єкта (ехолокація). Добре відомо, що ехолокація властива деяким видам тварин, класичними представниками яких є кажани і дельфіни.
У людини локалізація звуку відбувається за допомогою взаємодії двох симетричних половин слухової системи (бінауральний слух). Однак, незважаючи на те, що бінауральний слух є універсальною основою локалізації, людина здатна за допомогою рухів голови і при певному часі спостереження за сигналом локалізувати джерело звуку і за допомогою одного вуха, т. е. монауральному, а також визначити ступінь його віддаленості. В психоакустичних дослідженнях просторового слуху зазвичай користуються двома основними методичними прийомами.
Перший прийом, що одержав назву діотичної стимуляції, полягає в переміщенні джерела звуку у вільному звуковому полі. Цей спосіб вивчення локалізаційних здібностей людини проводиться тільки зі спеціальними цілями, зважаючи на методичні складності і велику вартість організації такого експерименту (наявність, так званих, безлунних камер або великих вільних просторів, щоб уникнути впливу на результат вимірювання відображених, ехо сигналів).
Здатність локалізації джерела звуку людиною при діотичній стимуляції висока. Мінімально помітний кут тону в горизонтальній площині (азимут) може досягати часток градуса. Найкраще локалізуються звуки з крутим переднім фронтом наростання і широким спектром, наприклад шумові сигнали з крутим переднім фронтом включення. Локалізація істотно поліпшується при невеликих рухах голови.
Відомо, що основою бінаурального механізму локалізації в горизонтальній площині є межуючі (інтерауральні) відмінності стимуляції за часом (фазі) і за інтенсивністю. Інтерауральні відмінності за часом (інтерауральна затримка) виявляються важливими, якщо джерело звуку зміщене від середньої лінії голови, а довжина хвилі сигналу більше відстані між вухами. В цьому випадку звукова хвиля огинає середню лінію голови, а довжина хвилі тонального сигналу більше голови слухача, що і забезпечує прихід подразнення на одне вухо раніше, ніж на протилежне. Відстань між вухами у людини в середньому прийнято вважати рівним 21 см, і ця величина отримала назву ефективної інтерауральної бази. Величина бази визначає для даної тварини той діапазон частот, який може створювати інтерауральну затримку. Так, наприклад, для людини інтерауральну затримку створюють частоти до 1,5 кГц. Як і слід було очікувати, найбільших значень (трохи більше 0,6 мс) вона досягає при положенні джерела звуку у одного з вух (90 °) і дорівнює 0 при розташуванні джерела спереду або ззаду по середній лінії голови, коли інтерауральні відмінності відсутні (рис. 3.12, а). При частоті джерела звуку вище 1,5 кГц у людини вступає в дію другий бінауральний механізм локалізації, а саме, інтерауральна різниця за інтенсивністю. Вона виникає в зв'язку з тим, що частоти вище 1,5 кГц вже не оминають голову слухача, а поглинаються і відбиваються головою як екраном (екранний або "тіньовий" ефект голови). Підвищення частоти тону призводить до суттєвого підвищення різниці звукового тиску в зовнішніх слухових проходах.
Все викладене стосувалося локалізації джерела звуку людиною в горизонтальній площині. Оцінка віддаленості і локалізація у вертикальній площині (елевація джерела звуку) вивчені менш докладно. Відомо, що локалізація тонів і шумів у вертикальній площині відбувається з великими помилками, якщо в них відсутні частотні компоненти вище 7 кГц. При наявності в сигналі частот вище 7 кГц помилка локалізації становить приблизно 4. Істотну роль в оцінці елевації джерела звуку грає вушна раковина людини як своєрідний акустичний фільтр і акустична лінія затримки, по різному впливає на різні спектральні складові багатокомпонентних за частотою звукових сигналів. В даний час проведені розрахунки передавальної функції вушної раковини, що дозволяє розрахунковим чином синтезувати сигнали, що мають властивості різного ступеня елевації джерела звуку. Що стосується оцінки віддаленості джерела звуку від організму, то фактори, що її визначають, пов'язані з ослабленням звуку при збільшенні відстані до спостерігача і зміною його тембру з видаленням джерела. Необхідно вказати, що розрізняють абсолютну і відносну оцінку віддаленості. Під абсолютною оцінкою віддаленості розуміють здатність слухача визначати в довжини розташування джерела звуку (наприклад, в метрах). Відносна оцінка віддаленості передбачає наявність двох або кількох джерел звуку, розташованих на різній відстані від спостерігача. Оцінка віддаленості в цьому випадку полягає у вказівці слухачем, який з джерел ближче, а який далі.