Как ширина критической полосы влияет на ощущения консонанса и диссонанса двух тонов.

Если разница частот равна нулю, то есть два тона звучат в унисон, то это совершенный

консонанс. Если разница частот больше, чем критическая полоса, то это созвучие тоже звучит как консонанс.

Для частот, разница между которыми составляет от 5 до 50% от критической полосы, созвучие

воспринимается как диссонанс. Максимальный диссонанс прослушивается, когда разница составляет одну

четверть от ширины критической полосы. Следует помнить, что ширина эта меняется с частотой (смотри

рисунок 2). Поэтому два тона могут звучать как консонансный интервал в одной октаве, и как значительно

менее консонансный (или даже диссонансный) - в другой.

Эти результаты полезно иметь в виду при составлении различных электронных музыкальных композиций и

компьютерной обработке звука. Следует с осторожностью использовать сочетания звуков, частотная разница

между которыми порядка одной четверти критической полосы - если не ставить специальной задачи создать

такую музыку, чтобы слушатель от нее впадал в нервное расстройство.

10. (*) Что значит «развертывание гармоник»? Что происходит с гармониками, которые не развертываются?

Внутри критической полосы слух производит интегрирование поступившей звуковой информации, что играет

также важную роль в процессах слуховой маскировки. Если проанализировать сигналы на выходе слуховых фильтров, то можно видеть, что первые пять-семь гармоник в спектре звучания любого инструмента попадают обычно каждая в свою критическую полосу, поскольку они достаточно далеко отстоят друг от друга в таких случаях говорят, что гармоники "развертываются" слуховой системой. Разряды нейронов на выходе таких

фильтров синхронизированы с периодом каждой гармоники.

Гармоники выше седьмой обычно находятся достаточно близко друг к другу по частотной шкале, и не "развертываются" слуховой системой внутрь одной критической полосы попадает несколько

гармоник, а на выходе слуховых фильтров получается сложный сигнал. Разряды нейронов в этом случае синхронизированы с частотой огибающей, т.е. основного тона. Соответственно, механизм обработки информации слуховой системой для развернутых и неразвернутых гармоник несколько отличается в первом случае используется информация "по времени", во втором "по месту".

Как изменяется ощущение высоты тона в зависимости от громкости?

Чем громче, тем выше.

12. (*) Какова минимальная продолжительность сигнала, в котором слух способен определить высоту тона? Как она зависит от частоты?

Ощущение высоты тона зависит и от его длительности: короткие звуки воспринимаются как сухой щелчок, но при удлинении звука щелчок начинает давать ощущение высоты тона. Время, требуемое для перехода от щелчка к тону, зависит от частоты: для низких частот требуется для распознания высоты тона примерно 60 мс, для частот

от 1 до 2 кГц - 15 мс. Для сложных звуков это время увеличивается, для звуков речи оно может составлять

20-30 мс.

Что такое фундаментальная частота гармонического сигнала?

Основная частота сигнала, как правило самая низшая.

14. Какие механизмы определения высоты тона для сигналов, богатых гармониками, вы можете описать?

Метод 1: локализовать место фундаментальной частоты и по нему определить высоту тона;

Метод 2: найти минимальную частотную разницу между соседними гармониками, которая равна

фундаментальной частоте: [(n+1)f0)-(nf0)]=(nf0)+(1f0)-(nf0)=f0, где n =1,2,3… и принять ее за основу при

распознавании высоты;

Метод 3: найти общий наибольший сомножитель, который получается при делении всех гармоник на

последовательные целые числа, и использовать его как базу для определения частоты. Первой была

предложена теория, по которой ощущаемая высота соответствует частоте только в том случае, если в

звуковой волне присутствует энергия на этой частоте (второй закон Ома). Отсюда следовало, что присутствие

фундаментальной частоты является обязательным для определения высоты звука. Первые сомнения в этой

теории появились, когда стало возможным электрическим путем синтезировать спектры сложных звуков. В

1940 Шутен продемонстрировал, что ощущение высоты тона (сложной периодической волны) не изменится,

если вырезать в музыкальном тоне фундаментальную частоту (Рис. 9).

Из этого следовало:

- присутствие фундаментальной частоты не обязательно для восприятия высоты;

- низшая частота не всегда является основой определения высоты.

Этот эксперимент получил название "феномен пропущенной фундаментальной" и доказал, что метод 1 не

может служить единственной базой для определения высоты сложного тона, хотя он работает для

большинства музыкальных, в том числе вокальных звуков.

Метод 2 дает возможность определить высоту тона по определению позиции соседних гармоник, даже если

фундаментальная частота отсутствует. Для большинства музыкальных звуков соседние гармоники обычно

присутствуют. Слуховая система, оценивая положение их максимумов на базилярной мембране, вычисляет

частотную разницу между ними и по ней определяет высоту. Однако с помощью современных технических

средств можно создать ситуацию, которую объяснить с помощью этого метода невозможно. Например,

подаем звук, в котором присутствуют только нечетные гармоники 1f0, 3f0, 5f0, 7f0, например, 100, 300, 500, 700

Гц и др. Если фундаментальная частота есть в спектре, то слух определяет высоту по ней f0 = 100 Гц. Если ее

вырезать, то расстояние между гармониками останется 2 f0, но слух продолжает определять высоту тона,

равную фундаментальной f0=100 Гц.

Метод 3 позволяет объяснить и пропущенную фундаментальную и наличие только нечетных гармоник, т.к. от отсутствия каких-то гармоник общийнаибольший сомножитель 100 Гц не меняется (см. таблицу). Этот метод позволяет также объяснить восприятие слабого ощущения высоты тона у колоколов и других источников квазипериодических тонов.

15. (*) Как фазовые соотношения между гармониками влияют на четкость определения высоты тона?

Согласно современным теориям мозг принимает информацию от периферийной слуховой системы как за счет

индикации места (частотный анализ), так и за счет информации о форме звуковой волны (временной анализ).

Самостоятельно каждая теория, по-видимому, не может объяснить восприятие высоты полностью, т.к. та и

другая информация передается по одним и тем же нервным волокнам.

Современная модель для восприятия высоты тона, объединяющая оба метода, показана на рисунке 11:

сначала идет фильтрация сигнала по частоте с помощью развертки по месту, затем - анализ по межимпульсным интервалам (до шестой-седьмой гармоники они соответствуют периоду каждой гармоники), выше - по периоду огибающей. Поскольку период огибающей равен периоду основной частоты, то здесь различие высоты тона пределяется только по месту возбуждения. Так определяется общий период, и по нему данному звуку присваивается определенная высота. Таким образом, обе теории дополняют друг друга.

Объясните фразу: «Ощущения пропорциональны логарифму стимула».

Слуховые ощущения связаны с физическими характеристиками неоднозначно и нелинейно, например,

громкость зависит от интенсивности звука, от его частоты, от спектра и т.п.

Еще в прошлом веке был установлен закон Фехнера, подтвердивший, что эта связь нелинейна: "Ощущения

пропорциональны отношению логарифмов стимула". Например, ощущения изменения громкости в первую

очередь связаны с изменением логарифма интенсивности, высоты - с изменением логарифма частоты и т.д.

17. (*) Что такое «предел возникновения звуковых ощущений (слуховой порог)» в применении к широкому кругу звуковых параметров?

Слуховые пороги определяются минимальным значением объективного параметра звукового сигнала, при котором возникают слуховые ощущения. Они характеризуют чувствительность слухового аппарата к данному параметру * чем ниже слуховой порог, тем выше чувствительность.