Подпишись на анонс журнала!

Что и как мы слышим? (Часть 2)

Об объемном восприятии:

Человек может воспринимать пространственное положение источника звука. Кстати, слово 'стерео' на языке оригинала, к сожалению, не помню на каком, означает что-то вроде 'полный'. Есть два принципа стерео - восприятия, которые соответствуют двум принципам передачи звуковой информации из уха в мозг (об этом см. выше).

Первый принцип - для частот ниже 1 кГц, которых слабо волнуют препятствия в виде человеческой головы - они просто огибают её. Эти частоты воспринимаются ударным способом, передавая в мозг информацию об отдельных звуковых импульсах. Временное разрешение передачи нервных импульсов позволяет использовать эту информацию для определения направления звука - если звук в одно ухо приходит раньше другого (разница порядка десятков микросекунд), мы можем засечь его расположение в пространстве - ведь запаздывание происходит из-за того, что звуку пришлось пройти еще дополнительно расстояние до второго уха, затратив на это какое-то время. Этот фазовый сдвиг звука одного уха относительно другого и воспринимается как информация, позиционирующая звуки.

И второй принцип - используется для всех частот, но в основном - для тех, что выше 2 кГц, которые отлично затеняются головой и ушной раковиной - просто определение разницы в громкости между двумя ушами.

Еще один важный момент, который позволяет нам гораздо более точно определять местоположение звука - возможность повернуть голову и посмотреть на изменение параметров звучания. Достаточно буквально нескольких градусов свободы, и мы можем определить звук почти точно. Принято считать, что направление с легкостью определяется с точностью до одного градуса. Этот прием пространственного восприятия - то, что почти не дает сделать реалистичный объемный звук в играх - по крайней мере до тех пор, пока наша голова не будет облеплена поворотными датчиками.. Ведь звук в играх, даже с современными 3д картами, не зависит от поворота нашей реальной головы, поэтому полная картина почти никогда не складывается и сложиться, к сожалению, не может.

Таким образом, для стерео - восприятия во всех частотах важна громкость правого и левого канала, а в частотах, где это возможно, до 1 - 2 кГц, дополнительно оцениваются и относительные фазовые сдвиги. Дополнительная информация - подсознательный поворот головы и мгновенная оценка результатов.

Фазовая информация в районе 1 - 4 кГц имеет приоритет над разницей в громкости, хотя определенная разница уровней перекрывает фазовую разницу, и наоборот. Не совсем соответствующие или прямо противоречивые данные (например - правый канал громче левого, однако запаздывает) дополняет наше восприятие окружения - ведь эти несоответствия рождаются из окружающих нас отражающих/поглощающих поверхностей. Таким образом, в очень ограниченном объеме воспринимается характер помещения, в котором находится человек. Этому также помогают общие для обоих ушей фазовые вариации огромного уровня - задержки, эхо и реверберация.

О нотах и октавах. Гармоники:

Слово 'гармоника', в общем-то, означает гармоническое колебание, или проще - синусоиду, простой тон. В аудио - технике, однако, находит применение термины - пронумерованные гармоники. Дело в том, что множество физических, акустических или просто простейших математических процессов дают дополнение какой-то определенной частоты частотами, ей кратными. Простой (основной) тон 100 Гц сопровождают гармоники 200, 300, 400 и так далее Гц. Звук скрипки, например - это, почти одни сплошные гармоники, основной тон имеет лишь немного большую мощность, чем его гармонические дополнения. Вообще говоря, характер звучания музыкального инструмента зависит от наличия и мощностей его гармоник, тогда как основной тон определяет ноту.

Вспоминаем дальше. Октава в музыке - интервал изменения частоты основного тона в два раза. Нота ля первой октавы, к примеру, имеет частоту примерно - 27.5 Гц, второй - 55 Гц. Состав гармоник этих двух разных звуков имеет много общего - в том числе это 110 Гц (ля третей октавы), 220 Гц (четвертой), 440 Гц (пятой) - и так далее. В этом основная причина того, что одинаковые ноты разных октав звучат в унисон - складывается влияние одинаковых высших гармоник. Дело в том, что гармоники нам обеспечены всегда - даже если музыкальный инструмент воспроизводит только один основной тон, высшие гармоники появятся уже в ухе, в процессе спектрального восприятия звука. Нота самой нижней октавы почти всегда включает в себя в качестве гармоник те же ноты всех вышестоящих октав.

Наше звуковосприятия почему-то устроено так, что нам приятны гармоники, и неприятны частоты, которые выбиваются из этой схемы - два звука, 1 кГц и 4 кГц, вместе будут звучать приятно - ведь это суть одна нота через две октавы, пусть и не калиброванного по стандартной шкале инструмента. Как я уже говорил - это то, что часто встречается в природе как следствие естественных физических процессов. А вот зато если взять два тона 1 кГц и 3.1 кГц - будет звучать раздражающе.

Вот мы и пришли к тому, что такое аккорд (трезвучие). Музыканты знают, что есть комбинации нот, которые вместе звучат приятно, воспринимаются как один звук. Это как раз и есть те три (обычно) ноты, четные гармоники которых не мешают друг другу, не проходят слишком близко друг от друга, чтобы не вызывать неудовлетворенность слушателя, в то же время другие гармоники дополняют друг друга приятным для слуха образом, создавая эффект единичного, стройного тембра. При этом воспринимается только базовый тон аккорда - так называемая тоника, нота, по которой построен аккорд, остальные ноты так или иначе включаются в гармоническое дополнение к ней.

Октава - понятие, полезное не только для музыкантов. Октава в акустике - это изменение частоты звука в два раза. Мы уверенно слышим примерно полных 10 октав, это на две октавы выше, чем последняя октава фортепьяно. Странное дело, но в каждой октаве содержится примерно одинаковое для нас количество информации, хотя последняя октава - это весь район с 10 до 20 кГц. В старости мы практически перестаем слышать эту последнюю октаву, и это дает потерю слуховой информации не в два раза, а всего на 10% - что не так уж и страшно. Для справки - самая высокая нота фортепьяно - около 4 кГц. Тем не менее, спектр звучания этого инструмента далеко выходит за эти 4 кГц за счет гармоник, реально покрывая весь наш звуковой диапазон. Так почти с любым музыкальным инструментом - основные тона почти никогда не выходят за 5 кГц, можно быть совершенно глухим к более высоким тонам, и, тем не менее, слушать музыку.

Даже если бы и были инструменты с более высокими тонами - слышимый гармонический состав их звучания был бы очень бедным. Сами смотрите - у инструмента в 6 кГц основного тона есть только одна слышимая гармоника - 12 кГц. Этого просто мало для наполненного, приятного звучания, какой тембр мы бы не хотели получить в результате.

Важный параметр всех звуковых схем - гармонические искажения. Почти все физические процессы приводят к их появлению, и в звукопередаче их стараются сделать минимальными, чтобы не изменять тональную окраску звука, и просто не засорять звук лишней, отягощающей информацией. Гармоники, однако, могут давать звуку и приятную окраску - например, ламповый звук - это наличие большого (сравнительно с транзисторной техникой) числа гармоник, дающих звуку в некотором роде приятный, теплый характер, практически не имеющий аналогов в природе.