Психоакустика и мотивации.

Как я упоминал в другом месте книги, моя оригинальная мотивация для проведения аудиозаписей исходила из обширного прослушивания классической музыки. Это слушание серьезно началось, в 1949 году, и к 1952 году я занимался изготовлением на заказ того, что тогда называлось системами высокой точности (high fidelity). Параллельно с этой деятельностью у меня была возможность слушать множество крупных оркестров и много прекрасных артистов из-за того, что мы жили в университетском городке. Стремясь соответствовать уровню звука, низкому искажению и широкому диапазону частот большого оркестра, мы сталкивались с множеством неизмеримых качеств, которые заставляли нас понимать разницу между «высокой точностью» и точностью. Разница была тогда обширной, она все еще огромна и сегодня.

Ричард Хейзер однажды заметил, что доски для сцены, используемые в кинотеатрах (технические данные сцены записывались на доске, а звуковой хлопок делался ударом куска доски) предоставляли необходимые импульсные данные, чтобы позволить нам, спустя годы, если мы когда-либо приобретали такую возможность, воспроизвести акустическую среду, присутствующую на этом звуковом уровне. Некоторые из лучших классических записей, например, сделанные EMI ​​много лет назад, позволяют слушателю слышать реверберацию комнаты и уникальные окружающие звуки. Пространства между крещендо могут иметь важное эмоциональное содержание, особенно в операх. В современных записях может быть много значимых сигналов, которые могут содержать «эмоциональный» контент, если их не обрабатывать современными цифровыми технологиями.

Мир людей психоакустики добился больших успехов в помощи цифровой технологии записи, чтобы удалить смысл и эмоции, сохраняя при этом информацию. Действительно, Шеннон игнорировал и смысл, и эмоцию как несущественную для своей цели передачи и сохранения информации, а технология скрыла собой возможности, пока еще невообразимые. Ни один из этих комментариев не предназначен для того, чтобы обесценить замечательные достижения, которые предоставили нам цифровые технологии, а скорее побудить исследования к тому, что представляет собой истинную высокую точность, истинную hi-fi. Я бы рекомендовал, чтобы те, кто сегодня архивирует записи, никогда не использовали частоту дискретизации ниже 96 кГц и скорость выборки менее двадцати четырех бит для двухканальных записей.

Я не являюсь поклонником «проверенных в доме», двойных слепых тестов и т. д. На протяжении десятилетий было показано, что тонкие недостатки в записи обнаруживаются путем повторного прослушивания любимых выборов без какой-либо мысли о сознательном анализе. Часто понимание проявляется в том, что запись вызвала чрезмерную усталость по сравнению с другими записями того же материала. Это верно как для аналоговых, так и для цифровых записей.

Занимаясь шестьдесят лет аудио, я встретил всего лишь несколько людей, чей слух, опыт и интеллект предоставили им исключительные возможности для оценки, которые находятся на вершине кривой Гаусса для человеческого слуха. Такие люди могут быть интересным руководством (справочником) по новым впечатлениям от прослушивания. Музыкальный критик обнаружил в записи старой дивы, что для нее была дублирована одна высокая нота. Затем он определил артиста, кто эту единственную ноту наложил (дублировал). Музыкальный критик, который может это сделать, требует нашего признания и уважения, как за его остроумие, так и за его опыт.

4.2. Воспроизведение звука.

Ученые мужи, измерения, советы друзей и т. д., все это может служить грубым руководством для поиска удовлетворительной системы воспроизведения. Действительно критический слушатель - это вы. При прослушивании громкоговорителей для воспроизведения музыки предыдущий опыт играет огромную роль. Истинная музыкальная верность в живом исполнении талантливых артистов, и чем больше опыта в прослушивании таких исполнителей, тем больше вероятность обнаружения неверного музыкального качества в громкоговорителе.

Залы, в которых артисты исполняют, не только влияют на акустическое качество сигнала, который они производят; но и влияют на то, чтобы создать у артиста ощущение его собственного выступления. Даже частичное воспроизведение среды исполнения в записи является редким случаем. Таким образом, мы начинаем выбор системы громкоговорителей для музыкального воспроизведения в качестве компромисса.

Я читал книги, домашние отчеты о тестировании, публикации лабораторных отчетов, знакомился с эмоциональными оценками; и ни одна из оценок не имела никакого отношения к тому, что я слышал, когда у меня была возможность услышать громкоговорители, которые они описывали. За свои шестьдесят лет участия в разработках аудио систем я обнаружил, что выбор, который я сделал в молодости, - это не тот выбор, который я делаю в своей зрелости. По большому счету это произошло не из-за технических достижений, совершенных за шестьдесят лет, а из-за моего возрастающего опыта прослушивания громкоговорителей. Все те устройства с рупорной нагрузкой, которыми я так наслаждался в 1950-х годах, из-за их динамического диапазона и направленного контроля, были смягчены воспроизведением скрипки лучшими прямыми излучателями, связанными с подходящими басовыми воспроизводителями.

Удивительно, но лучшая электроника шестидесяти летней давности по-прежнему остается лучшей электроникой сегодня, хотя она и не очень доступна, как потребительский продукт. Интересно, что производители профессиональных мониторов выпускают самые надежные громкоговорители, которые наименее склонны к усталости с возрастом или могут быть повреждены чрезмерными уровнями. Звучание низкочастотных громкоговорителей с рупорной нагрузкой приводит к существенному запасу при воспроизведении любого вида переходных процессов, особенно в фортепианной музыке, перкуссии и звуке.

Лучшим испытанием любой системы громкоговорителей является человеческий голос. Это то, что мы знаем лучше всего и легче всего оценивать на точность, просто задавая задание слушателю определить говорящего. Помня, что простая телефонная схема также допускает это в ограниченном диапазоне, нам нужно добавить тесты на прогулку вдоль диаграммы направленности громкоговорителя, и тесты на прослушивание тональных изменений, которые происходят при изменении позиции. Задержка сигнала и затруднения с фазой обнаруживаются опытным слушателем именно с такими изменениями в положениях прослушивания.

Орган, в сочетании с оркестровыми записями, обнаруживает интермодуляционные искажения, когда такое искажение присутствует. В некоторых ранних, очень неэффективных прямых излучателях интермодуляция удаляла звук из высокочастотных инструментов, когда использовались педали органа. Это было не электронное воздействие, а электроакустический эффект.

В конечном счете, при выборе громкоговорителя для критического прослушивания выберите тот, который лучше всего подходит для вас, без советов других. Мой лучший совет - выбрать лучший, который вы не можете себе позволить, потому что вы перерастете в него, а рост в него намного лучше, чем рост мимо него.

Самый надежный тест громкоговорителя - это то, что вы можете слушать свою любимую музыку часами. Когда ваше слуховое восприятие приводит к ранней усталости и подсознательной раздражительности, то вы уже переросли свое устройство. При покупке дорогой системы громкоговорителей для вашей домашней обстановки, договоритесь с дилером о его использовании в вашем доме в течение нескольких дней до окончательной покупки.

Одна из радостей жизни в аудио состоит в том, когда опытный коллега может наставить вас, чтобы вы могли услышать через ваш громкоговоритель, звуки, ранее неслышимые для вас, которые увеличивают удовольствие от прослушивания.

Не ожидайте, что другие оценят ваш выбор. Инженеры делают радикально иной выбор, в отличие от музыкантов. Музыканты, услышав гармоники, мысленно заменят отсутствующую фундаментальную. Инженеры будут съеживаться при грубом гармоническом искажении, тогда как музыканты его могут не услышать. В рабочей среде, такой как студия звукозаписи, сравнение контрольного громкоговорителя и живого звука - это лишь шаг через дверь в студию, тогда как в доме это поездка через весь город в концертный зал.

Проходите мимо любого, кто критиковал бы ваш выбор персонального громкоговорителя.

4.3. Что лучше, родиться слепым или глухим?

Заявление Хелен Келлер по этому вопросу:

Я такой же глухой, как и слепой. Проблемы глухоты глубже и сложнее, если не важнее, чем слепота. Глухота - гораздо худшее несчастье. Ибо это означает потерю самого жизненного стимула - звук голоса, который приносит язык, заставляет мысли думать и удерживать нас в интеллектуальной компании человека.

От неизвестного автора:

Давайте сосредоточимся на вопросе слепой / глухой. Гений преодолевает множество трудностей. В качестве доказательства у нас есть пантеон слепых и глухих художников, от Бетховена до Гойи до Милтона до Рэя Чарльза. По словам нейрофизиолога и автора, Оливера Сакса (в своей книге «Видящие голоса»), лучше ли быть слепым или глухим, зависит от того, сколько вам лет. Для взрослых слепота и глухота одинаково проблематично. Но для ребенка нет сомнений: лучше быть слепым. Об этом знает любой, кто имел возможность обучать глухих детей. Слушание - это основной канал, через который мы получаем язык, и все эти входящие слова, загруженные в наши мозги, содержат множество эмоциональных и когнитивных аппаратов, которые структурируют и наделяют наше воображение. Язык - это разум.

Виктор Пютц, который проводил длительное исследование разборчивости и процента потери артикуляции согласных, часто утверждал, что было бы лучше родиться слепым, чем глухим, поскольку язык необходим для развития интеллекта. Ключевое слово здесь «родиться». Хелен Келлер была наконец достигнута Энн Салливан, когда Хелен установила связь через водяной насос, что Салливан использовала для воды. Хелен, как младенец незадолго до болезни, которая разрушала ее зрительные и слуховые чувства, испытала воду.

Для пожилых людей это спорный вопрос. Стоит отметить, что видеоизображения требуют только восьми бит цифровой информации по сравнению со звуком, для чего требуется полная версия в 24 бита. У меня есть соседка, слух которой был восстановлен через кохлеарный имплантат. Она родилась с ограниченным слухом. К тому времени, когда ей было 40 лет, она была совершенно глухой, хотя она воспитывала семью и управляла успешным магазином красоты, читая по губам.

Современные средства защиты слуха - очень ценная инвестиция, особенно когда вы находитесь в присутствии импульсных звуков, таких как стрельба, пусковые установки и различные движущиеся ударные устройства. В то время как чрезвычайно высокоуровневые не импульсные звуки могут вызвать дискомфорт и даже временный сдвиг порога в человеческом слухе, импульсные звуки высокого уровня могут привести к потере при однократном воздействии.

4.4. Запись звука в барабанной перепонке.

Бинауральная запись имеет историю, датируемую 1880-х гг. Истинные бинауральные записи - это два канала для воспроизведения через наушники. Когда Mead Killion, Eytomotic Research, разработали широкодиапазонные зондовые микрофоны, которые можно было использовать на барабанной перепонке человека, я использовал их для измерительных работ по записи контрольных помещений и для музыкальных записей в театрах с присутствующей аудиторией. Используя эту новую систему ITE (in-the-ear - у барабанной перепонки), использующую методы записи акустических откликов pinna, мы впервые в нашей жизни ее испытали. Слушатели не смогли отличить живого говорящего от записанного говорящего, когда запись воспроизводится и когда «говорящий» на записи, также присутствует в комнате для прослушивания. В первый раз, когда я слушал воспроизведение, сделанное в нашем классе, я встал дважды и подошел к двери, чтобы ответить на стук, прежде чем понял, что стук был на записи.

Харви Флетчер в журнале SMPTE № 61, за сентябрь 1953 года заявил:

Важно признать разницу между стереофонической системой и бинауральной системой. В первой системе используются громкоговорители, но для обеспечения идеального воспроизведения требуется бесконечное количество каналов. Последняя система, требует только двух каналов для идеального воспроизведения, но предполагает использование пары головных телефонов, крепко зажатых вокруг ушей каждого слушателя. Все слушатели с такой системой могут получить иллюзию сидения в лучшем месте в концертном зале.

Большинство бинауральных записей сегодня делается с искусственной или «фиктивной» головой, реплицирующей человеческую голову не только в средних размерах и деталях, но также в приблизительной твердости и мягкости кожи и кости. Некоторые из записывающих голов также моделируют плечи, и у многих на голове есть волосы, потому что все эти детали влияют на звук, подхваченный двумя микрофонами.

Эти микрофоны обычно представляют собой крошечные всенаправленные конденсаторы, установленные у входа в ушные каналы или вблизи него. Некоторые конструкции помещают микрофоны в том же месте, что и барабанные перепонки. В каждом случае пытаются сохранить связанные с головой передаточные функции (HRTF), рис. 4-2.

Заметная разница между записями ITE, сделанными в живой человеческой голове и более обычными методами, может быть вызвана отоакустической эмиссией или эфферентными стимулами, которые возникают в слуховой коре и заканчиваются у датчика органа Corti.

На протяжении всего своего нисходящего курса эфферентный слуховой путь взаимодействует с афферентным слуховым путем через петли обратной связи и идентифицируется с продуцированием мышечных и других реакций. Афферентный путь - это путь от улитки к области мозга, ассоциированный со слухом. Эфферентные пути - это те, которые отходят от мозга обратно в область улитки. Известно, что «нисходящие» (эфферентные) имеют модулирующее управление медиальной эфферентной слуховой системой. (Нина Краус в Северо-западном университете в Эванстоне, штат Иллинойс) написала многочисленные публикации, посвященные этому вопросу.

Использование записей in-ear позволяет более поздним лабораторным суждениям оценивать то, из какого направления поступала нежелательная энергия, а в случае контрольных комнат записи - замечательная разница в кривых времени огибающей с теми, которые были сделаны обычными всенаправленными микрофонами. Одно очевидное использование для более качественных «фиктивных» голов - это способность размещать их незаметно в аудитории, так что контрольная комната, удаленная из аудитории, могла иметь значимый слуховой вклад самой аудитории.

В те годы, когда мы делали оригинальные записи ITE, фазовый отклик между регистраторами DAT не был совместимый. Современные твердотельные цифровые регистраторы имеют требуемую стабильность фазы, позволяющую осуществлять обмен записей с одного устройства на другое с помощью карт данных.

Одно замечательное использование прецизионной искусственной головы было в Лаборатории акустики в Mercedes Benz в Штутгарте, где они проследили источники шума и их направленность в рамках проекта по отключению шума дизельных двигателей в автомобилях. Недавно у меня был опыт езды на седане Mercedes, где я не мог обнаружить разницы в уровне шума от их автомобилей, работающих на бензине, внутри и снаружи автомобиля.

4.5. Психоакустика против Метафизического фонда (Metaphysical Foundation) .

Я хотел бы воспользоваться моментом времени читателя, чтобы обсудить психоакустику с метафизической, а не материалистической основы. Измерения, сделанные для изучения уязвимости людей иллюзиям, с учетом их ценности «не учитывают все, что близко и дорого для наших сердец».

Бакминстер Фуллер сказал: «Поделиться идеей - это общение, чтобы понять, что идея метафизична». Будучи молодым человеком, я сопротивлялся музыкальному обучению. Военные группы и марши были моей единственной связью с музыкой. На университетском уровне я познакомился с Владимиром Горовицем, большими оркестрами и оперой. Влияние Тоски, исполненной Марией Каллас, сонат Моцарта и Девятой симфонией Бетховена, оказало долговременное эмоциональное воздействие на мое состояние.

В этот период жизни мой близкий друг, художник необычайно чувствительного умения, говорил, что слушать музыку определенного периода, одновременно просматривая картины того же исторического периода времени, и изучать саму историю того же периода, приведет к замечательному, более глубокому пониманию всех трех предметов. Это будет недостижимо, при изучении только одного из предметов по отдельности.

Просмотр фильмов, сделанных в 1930-х годах на митингах Гитлера в Нюрнберге, прослушивание немецкого национального гимна, и просмотр того как реагируют аудитории, резко контрастирует с фильмами, сделанными после войны, когда большие толпы слушают German National Anthem в Германии.

Художники, демагоги, политические лидеры, министры и учителя все общаются со своей аудиторией и в редких случаях достигают ее метафизически. Безумие, наблюдаемое на рок-концертах, ярость мобов третьего мира, вызванная демагогом с мощной звуковой системой, и связь вдохновленного проповедника с его аудиторией с помощью мощной звуковой системы - это современные примеры психоакустики в метафизическом смысле.

С инженерной точки зрения мы знаем, как внести свой вклад в такие события, должным образом усиливая музыку, речь и освещение. Я вспоминаю, что к одному звуковому подрядчику подошел евангельский министр, который попросил, чтобы он добавил больше «души» в монитор. Я попросил его не разглашать эту коммерческую тайну.

В Европе «тон meisters, тонмейстеры» преподают технологии, музыку и историю. В исторических местах звукорежиссер должен подражать медику - «не навреди» цели, прежде чем пытаться внедрить звуковой аппарат. Цель дизайна всегда должна быть настолько ненавязчивой, чтобы аудитория не понимала, что звуковая система присутствует до тех пор, пока она неожиданно не отключится и ее присутствие исчезнет.

В Оперном театре в Висбадене в Германии мы поздравили тонмейстера за качество детского хора в Гензеле и Грете без звукового подкрепления. Он ответил: «О, но мы их подкрепляли (усиливали)», а затем показал нам чрезвычайно умную систему громкоговорителей, встроенную в арку открытой сцены. Он использовал ее настолько чутко, чтобы она не наблюдалась, и значительно усиливал детей. Мы были свидетелями этого спектакля, сидя в коробке Кайзера (ложе), в качестве гостей тонмейстера. Именно этот опыт заставил меня заметить: «Я бы хотел жить в классной системе, но только в том случае, если бы мог быть королем».

В сегодняшнем мире жестких бюджетов, сжатых временных масштабов и изоляции дизайнера от конечного пользователя всего вышеизложенного остается только желать, но, когда это возможно, можно получить исключительные результаты.

4.6. Barks, Bands, Equivalent Rectangular Bandwidths (ERBs), Phons and Sones.

Барки, Группы, Эквивалентная Прямоугольная Ширина Полосы (ERB), Фоны и Соны.

Психоакустика используется во многих областях звука для манипулирования акустическим опытом. «Цифровое» аудио использует знания уровней phon и критических полос пропускания для удаления ненужных данных при кодировании в цифровой поток. Конструкция фильтра использует критические полосы пропускания в качестве оптимальных чисел, необходимых для получения желаемого выравнивания (эквализации).

Концепция критических полос частот впервые появилась, насколько мне известно, в работе Харви Флетчера в отношении маскировки. Статья Х.Бауха в «Acustica» в 1956 году, озаглавленная «Актуальность критических групп для громкости сложных звуков», была использована мной в 1960-х годах, чтобы оправдать ширину полосы частот, выбранную при проектировании выравнивающих фильтров.

Масштаб Барк колеблется от 1 до 24 Барков, соответствующий первым двадцати четырем критическим полосам слуха. Шкалы Барка приведены в таблице 4-1. Показаны номер Барка, центральная частота, и верхняя и нижняя точка -3 дБ. Критические полосы, сформированные шаблонами маскировки, следует рассматривать как формирующиеся вокруг определенных раздражителей в ухе, а не связанные с определенным фиксированным банком фильтров в ухе. Уравнение для нахождения полосы пропускания, зная центральную частоту, равно:

где,

Например, используя центральную частоту 1080 Гц:

Чтобы найти критическую полосу z, используйте уравнение 4-2:

Таблица 4-1. Номер Барк, центральная частота и верхние и нижние точки -3 дБ.

4.6.1. Уровень Phon.

На рисунке 4-1 показаны контуры равной громкости, из которых получены уровни фона. Как широко индивидуумы могут меняться от таких кривых, особенно в октавных полосах от 2 до 4 кГц, можно увидеть на рис. 4-2 для откликов пинны. На рисунке 4-3 сравниваются одна октава, одна треть октавы, одна шестая октавы, ERB и критические полосы на частоте в зависимости от полосы пропускания. ERB являются фильтрами, которые являются «эквивалентными прямоугольными полосами пропускания» критических фильтров полосы пропускания. Для определения ERB, когда известна центральная частота, используйте:

Если мы имеем центральную частоту 19 285 Гц, то ширина полосы частот будет равна:

Чтобы найти центральную частоту полосы, когда полоса пропускания известна, используем:

Например, для полосы пропускания 142 Гц центральная частота будет:

В таблице 4-2 показана эквивалентная прямоугольная ширина полосы для 41 центральной частоты.

Для большинства применений достаточно одного фильтра октавного типа (также самого доступного). Для перекрытия критических полос фон шкалы могут быть добавлены по мощности. Основа мощности используется вместо уровня звукового давления из-за определения фона, связанного с соном.

4.6.2. Соны.

Мы можем взять две соседние полосы в одну треть октавы, которые лежат на шкале 70 phon, добавить их как отношения мощности, а затем преобразовать результат в sones, Eqs. 4-3 и 4-4.

где, L_P1 и L_P2 - индивидуальные уровни звука в дБ.

Например:

Это позволяет субъективно ощущать увеличенную или уменьшенную «громкость» в масштабе, сопоставимом с человеческим слухом. На диаграмме показано, что изменение в 10 дБ можно рассматривать как удвоение значения звукового сигнала, следовательно, в два раза больше «громкости». Переход от одного сона до двух сон равен 10 дБ по определению.

Таблица 4-2. Центральные частоты Эквивалентных прямоугольных полос в зависимости от полосы пропускания.

Для определения номер сона используется 73 фона:

или

Рисунок 4-1. Контуры равной громкости при различных уровнях SPL.

Рисунок 4-2. Отклики пинны (Pinnae).

Рисунок 4-3. График критической пропускной способности (полосы пропускания) человеческой слуховой системы по сравнению с набором фильтров с постоянной процентной полосой пропускания, обычно используемых в акустических измерениях.

Чтобы перейти от sones к phons, используйте:

Поэтому, меняя 8 сон на фоны, мы находим:

В Табл. 4-3 приведены музыкальные уровни против фонов и сонов.

Таблица 4-3. Взаимосвязь между музыкой, фонами и сонами.