Коллоквиум по слуховому восприятию

Коллоквиум по слуховому восприятию

Звук - результат преобразования определенной формы механической энергии, представляющий собой паттерны последовательных возмущений давления, происходящих в разных средах (жидких, твердых, газообразных).

Большинство воспринимаемых человеком звуков передается по воздуху.

Компрессии - сжатия, декомпрессии - разрежения окружающего воздуха, вызванные вибрацией и порождающие звук.

Примеры: камертон, репродуктор стереосистемы или радио (конусообразный, вытесняет воздух - компрессия, втягивает - вакуум, декомпрессия).

Звуковая волна - паттерн изменений давления воздуха, представленный в виде серий пиков и подошв; от ее физических характеристик напрямую зависит воспринимаемый звук.

Звуковая волна простейшего типа синусоидальна, имеет неизменный паттерн, вызывает последовательные изменения давления воздуха во времени.

Цикл - единица звука, представляющая собой полное изменение давления: сжатие, разрежение и повторное сжатие.

Звуковая волна не вызывает вибрации или перемещения среды, молекулы располагаются вдоль волны (аналогия: брошенный в воду камень).

Звуки возникают только в определенной среде, способной передавать колебания давления (в вакууме звук невозможен, т.к. нечего подвергать компрессии).

Скорость распространения звука зависит от физических свойств среды: чем выше плотность и температура, тем звук быстрее (в твердых телах она выше, чем в жидкостях или газе; повышение температуры на 1 градус увеличивает скорость распространения звука на 61 см/сек).

Основные физические характеристики звука и соответствующие им сенсорные качества.

Основные физические характеристики звуковых волн: частота, амплитуда (интенсивность) и сложность.

Частота:

- число циклов изменения давления на 1 секунду (f, Гц)

- ниже 20 и выше 20 000 Гц - за порогами слухового восприятия человека

- длина звуковой волны - линейное расстояние между двумя последовательными компрессиями (λ; обратно пропорциональна частоте, т.е. λ=v/f; низкочастотные звуки имеют большую длину волны, высокочастотные - короткую)

- абсолютная высота тона - психологический параметр аудиального стимула; звуки разной высоты вызывают разные ощущения

Амплитуда:

- количество изменения звукового давления, т.е. степень смещения (компрессии/декомпрессии) относительно положения покоя

- при низком давлении амплитуда мала и звук слабый, при высоком давлении амплитуда велика и звук интенсивыный

- зависит от давления или силы, воздействующих на источник звука (сила на единицу площади; дин/см², микробар, Ньютон/м² или микропаскаль)

- шкала децибел - логарифмическая шкала давлений (прибл. от 0 до 160); число децибел (N) =20 log звуковое давление(P^e)/эталонное давление (P^r=0,0002 дин/см²); эталонное давление близко к среднему слуховому порогу человека

- уровень звукового давления - децибельная шкала, построенная относительно эталонного давления

- громкость - слуховое ощущение, или психологический параметр, определяемый величиной амплитуды (чем больше амплитуда и чем больше меняется давление, тем громче звук)

- между громкостью и амплитудой нет линейной зависимости

- громкость также может зависеть от частоты

Сложность:

- простую синусоиду с постоянной частотой и амплитудой можно получить только в лабораторных условиях

- привычные людям звуки - суммарная, сложная синусоида

- фундаментальная частота (первая гармоника) - низкие частоты, определяющие высоту сложного звука

- гармоники (обертона) - дополнительные колебания с частотами, кратными фундаментальной

- анализ Фурье - разложение сложной волны любой формы на синусоидальные компоненты

- синтез Фурье - наоборот

- акустический закон Ома: когда на нас воздействует относительно сложный звук, мы способны воспринимать индивидуальные частотные компоненты этого звука

- тембр - результат числа и интенсивности обертонов, производящих этот звук

- высота звука зависит в первую очередь от фундаментальной частоты, а тембр - от обертонов

Явление резонанса.

Естественная, или резонансная частота - частота, с которой колеблется приведенный в движение объект. Зависит от массы и упругости объекта.

Резонанс - резкое возрастание амплитуды колебаний объекта при воздействии на него источника звука, частота которого соответствует его собственной естественной, или резонансной частоте.

Изменение резонансной частоты: 3 одинаковых пустых стакана издают примерно одинаковые звуки при ударе, эти звуки соответствуют резонансной частоте стекла; 1 стакан оставим пустым, 2 наполним водой наполовину, 3 - на ⅔, звуки изменятся, чем больше воды - тем ниже звук и частота колебаний молекул вследствие понижения резонансных частот.

Структура наружного уха и среднего уха.

Наружное ухо:

- состоит из ушной раковины, наружного слухового прохода и барабанной перепонки

- ушная раковина защищает от механических повреждений чувствительные, легко травмируемые внутренние структуры, предотвращая попадание в слуховой проход инородных тел; направляет в слуховой проход улавливаемые ею колебания воздуха; благодаря форме, усиливает высокочастотные звуки (в пределах 4000 Гц); играет роль в локализации источника звука (впереди или позади) и определении удаленности от земли вертикально расположенных источников звука.

- наружный слуховой проход - полость в виде желобка с длиной и диаметром ок. 2,5-3 см и 7 мм соответственно, с открытым входным (наружным) и слепым выходным (внутренним) отверстиями;

улавливает звуковые колебания и передает их барабанной перепонке; защищает перепонку от инородных тел, поддерживает определенную температуру и влажность вблизи нее;

в первую очередь важен в восприятии звуков с частотой примерно равной 3000 Гц;

резонансная частота наружного слухового прохода человека очень близка к частотам тех звуков, к которым наша аудиальная система наиболее чувствительна.

- барабанная перепонка - тонкая, полупрозрачная мембрана, отделяющая наружный слуховой проход от среднего уха;

вибрирует под воздействием звукового давления, преобразуя его в механическое движение, при этом смещения перепонки, необходимые для восприятия, ничтожно малы.

Среднее ухо:

- полость заполнена воздухом

- трансформирует колебания барабанной перепонки в механическую энергию, которую передает внутреннему уху

- молоточек - первая косточка в цепи слуховых косточек, связывающих среднее ухо с внутренним; примыкает к барабанной перепонке; связан с наковальней, которая, в свою очередь, связана со стременем (самая мелкая косточка); основание стремени вставлено в овальное окно - вход во внутреннее ухо

- евстахиева труба - узкий проход длиной 35-40мм, связывающий ухо с глоткой, при помощи которого давление в среднем ухе выравнивается с наружным давлением

- функция среднего уха - выравнивание импедансов (сопротивление, оказываемое средой при прохождении через нее звуковых волн)

- акустический рефлекс - сжатие мышц (мышца, напрягающая барабанную перепонку и стремянная мышца) для уменьшения потока вибраций, проходящих через среднее ухо, т.е. для снижения чувствительности среднего уха к интенсивным звукам (аналогия: зрачок)

- костная передача звука - альтернативный путь колебаний, через вибрацию костей черепа и непосредственную стимуляцию внутреннего уха (пример: звуки, которые мы слышим, когда что-то грызем)

Структура внутреннего уха.

- полость заполнена водой

- “улитка”, небольшая (длиной 25-30 мм) трубчатая структура, представляющая собой спираль из трех примыкающих друг к другу витков

- три полости (канала):

улитковый (кохлеарный, центральный): проходит по всей длине и делит улитку на два канала; ограничен двумя мембранами (мембраной Рейсснера от вестибулярного канала и базилярной мембраной от барабанного)

вестибулярный (верхний): начинается у овального окна, связан с нижним каналом геликотремой (небольшое отверстие в верхушке улитки)

барабанный (нижний)

- круглое окно - закрытое мембраной отверстие в основании барабанного канала; мембрана расширяется, когда вследствие контакта стремечка с овальным окном происходит смещение жидкости

- кортиев орган - специализированные сенсорные структуры, нервы и опорные ткани, находящиеся в центральном улитковом канале и преобразующие звуковые колебания в нервные импульсы; волосковые клетки, реснички

Восприятие громкости звука.

Громкость - один из психологических параметров аудиального восприятия и характеризует тот аспект слухового ощущения, который определяется физической интенсивностью звука, или амплитудой звукового давления. Однако, между громкостью и интенсивностью нет прямой зависимости. Громкость растёт медленнее, чем интенсивность.

Единицей измерения субъективной громкости является сон (sonus - звук). Один сон это громкость тона с частотой 1000 Гц, уровень интенсивности которого равен 40 дБ УЗД. Сон и связанные с ним параметры, характеризующие частоту звука и интенсивность, были приняты в качестве стандарта громкости.

Интересной особенностью является то, что при увеличении интенсивности на 10дБ громкость в сонах удваивается (60дБ - 4сона, 70дБ - 8сон). Двухкратное увеличение громкости достигается трёхкратным (на 10дБ) увеличением интенсивности. При увеличении интенсивности тона от 40 до 50дБ происходит значительное увеличение его громкости - добавление к тону 10дБ утраивает его интенсивность и удваивает громкость.

Громкость так же зависит и от частоты звука. Зависимость становится очевидной, если попытаться подобрать интенсивности двух тонов с разными частотами таким образом, чтобы они воспринимались как одинаково громкие.

Восприятие высоты звука.

Высота звука - субъективный психологический параметр слуха, определяющий, насколько высоким или низким он кажется слушателю. Преимущественно зависит от частоты, но не только от нее. Как правило, высокочастотные звуки воспринимаются как высокие, а низкочастотные - как низкие, но простой линейной зависимости между этими параметрами нет.

Стивенс разработал шкалу субъективной оценки высоты звука при помощи метода фракционирования. Для этого была введена отдельная единица измерений - мел, отражающая связь между частотой (объективный показатель) и высотой (субъективный показатель). Звук частотой 1000 Гц вызывает ощущение звука высотой 1000 мел (при их равной громкости). При этом, частота, которая даёт в два раза меньшую высоту, чем 1000 Гц, считается равной 500 мел, а частота, вызывающая ощущение высоты в два раза большей, чем при 1000 ГЦ, как 2000 мел, и т.д.

В эксперименте Стивенс предъявлял испытуемым два звуковых стимула - оба с постоянной громкостью, но лишь один с постоянной частотой. Частоту второго звука испытуемых измерял до тех пор, пока его высота не казалась ему, например, в два раза меньше/больше высоты эталонного звука. Данные этого эксперимента показали логарифмическую зависимость высоты звука от его частоты. Например, если звук выше 1000 Гц, то изменение его по высоте будет замечено при гораздо меньшем изменении частоты, чем если бы он был ниже 1000 Гц.

Восприятие мелодии.

Гештальтистские факторы группирования:

- фактор близости (близко лежащее во времени и пространстве имеет тенденцию быть объединенным или сгруппированным; здесь - одна музыкальная фраза)

- фактор сходства (идентичные по высоте звуки воспринимаются как связанные воедино, т.е. образующие единую перцептивную группу, т.е. как единый элемент мелодии)

- фактор “общей судьбы” (когда меняется паттерн высоты или интенсивности (одновременно смолкают/начинают звучать), звуки воспринимаются как группа или часть единой фразы)

- фактор замкнутости (даже при возникновении интенсивной помехи, мы продолжаем слышать музыку, т.к. перцептивно “заполняем пробелы”)

- сочетание “фигура-фон” (мелодия - фигура, аккомпанемент - фон; в один момент времени только одна мелодия может восприниматься как фигура)

Константность восприятия мелодий:

- при транспонировании (целиком или частично) мелодия воспринимается как прежняя или похожая

- воспринимаются глобальные связи между звуками, а не абсолютная высота

- слушатель реагирует в основном на музыкальный контур - интервалы между отдельными звуками и порядок следования изменений высоты соседствующих друг с другом звуков; музыкальный контур вызывает специфический паттерн нейронной активности, отличный от того, который соответствует восприятию немелодичной последовательности звуков

Ритмическая организация (приблизительно эквивалента фактору близости в гештальте):

- на восприятие сильно влияет скорость предъявления отдельных звуков, продолжительность звуков и другие временные зависимости, например, ритм
- ритмическая близость влияет на перцептивное группирование (снова гештальт: соседствующие ритмические единицы воспринимаются как одно целое)

- паузы между группами звуков могут спонтанно и существенно изменять ритмическую структуру и влиять на восприятие отдельных музыкальных фрагментов, а это, в свою очередь, может влиять на весь контур и мелодию

Цветовая синестезия.

Синестезия — явление восприятия, при котором раздражение одного органа чувств (вследствие иррадиации возбуждения с нервных структур одной сенсорной системы на другую) наряду со специфическими для него ощущениями вызывает и ощущения, соответствующие другому органу чувств.

Отдельный подвид синестезии - т.н. цветной слух, состоящий в возникновении визуальных ощущений (ощущение цвета) в ответ на аудиальные воздействия. Существует клонность к ассоциации ярких цветов с высокими звуками и тёмных с низкими (Маркс). Цветовой слух, как и другие формы синестезии, считается генетически заданной особенностью.

Среди люди без синестезии также часто встречаются цветовые ассоциации - феномен склонность людей связывать определённые свойства музыки с цветами. Торжественная музыка ассоциируется с красным, величавая - с синим, оживлённая - с жёлтым. Происхождение феномена цветовых ассоциаций и его механизм неизвестны.

Восприятие слов.

Мы воспринимаем слова отдельно друг от друга, но их действительная отделенность друг от друга не очевидна, т.к. при беглой устной речи слова произносятся смежно.

Известно, что на выделение отдельных слов из речи сильно влияет знакомство со фонетической составляющей речи, к которой принадлежат слова. Кроме того, исследование Нигарда показывает, что мы гораздо лучше различаем слова, произносимые хорошо знакомым нам голосом (также может сказывать знакомство с речевыми паттернами говорящего).

Коллоквиум по слуховому восприятию

Звук - результат преобразования определенной формы механической энергии, представляющий собой паттерны последовательных возмущений давления, происходящих в разных средах (жидких, твердых, газообразных).

Большинство воспринимаемых человеком звуков передается по воздуху.

Компрессии - сжатия, декомпрессии - разрежения окружающего воздуха, вызванные вибрацией и порождающие звук.

Примеры: камертон, репродуктор стереосистемы или радио (конусообразный, вытесняет воздух - компрессия, втягивает - вакуум, декомпрессия).

Звуковая волна - паттерн изменений давления воздуха, представленный в виде серий пиков и подошв; от ее физических характеристик напрямую зависит воспринимаемый звук.

Звуковая волна простейшего типа синусоидальна, имеет неизменный паттерн, вызывает последовательные изменения давления воздуха во времени.

Цикл - единица звука, представляющая собой полное изменение давления: сжатие, разрежение и повторное сжатие.

Звуковая волна не вызывает вибрации или перемещения среды, молекулы располагаются вдоль волны (аналогия: брошенный в воду камень).

Звуки возникают только в определенной среде, способной передавать колебания давления (в вакууме звук невозможен, т.к. нечего подвергать компрессии).

Скорость распространения звука зависит от физических свойств среды: чем выше плотность и температура, тем звук быстрее (в твердых телах она выше, чем в жидкостях или газе; повышение температуры на 1 градус увеличивает скорость распространения звука на 61 см/сек).

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Организация работы процедурного кабинета

Области применения синхронных машин

Оптимизация по Винеру и Калману