2.10 Нелинейные свойства слуха.

Экспериментально установлено, что при воздействии звука с одной частотной составляю­щей (чистый тон) и уровнем интенсивности 100 дБ че­ловек слышит вторую гармонику с уровнем интенсив­ности 88 дБ, третью — с уровнем 74 дБ и т. д. Нали­чие этих гармоник в слуховом ощущении легко просле­дить с помощью «ищущего» тона: к уху дополнитель­но подводится другой тон — «ищущий», частота кото­рого плавно изменяется в диапазоне частоты исследуе­мого тона и выше. На каждой кратной ему частоте про­слушиваются биения, как будто в подводимом звуке были эти составляющие. Эти гармонические состав­ляющие называются субъективными. Именно поэтому наблюдается маскировка звука на частотах, кратных частоте маскирующего тона (см. рис. 2.7а).

При воздействии на слух двух чистых тонов с ча­стотами, не попадающими в одну и ту же критическую полоску слуха, человек часто слышит тон разностной частоты с достаточно высоким уровнем громкости и тон суммарной частоты и других комбинационных частот с меньшими уровнями.

Эксперименты показали, что если уровень каждого из чистых тонов составляет 60 дБ, то уровень громкости разностного тона не превышает 40 фон. При уровнях интенсивности составляющих, равных 80 дБ, уровень громкости разностного тона до­стигает 80 фон.

При воздействии на слух сложных звуков, имею­щих составляющие с кратными частотами, получается

ощущение такого же звука по частотному составу толь­ко с несколько измененным соотношением амплитуд составляющих, так как комбинационные частоты сов­падают по частоте с исходными частотами звука.

При воздействии сложного звука, состоящего из тонов с некратными частотами, получается ощущение сильных искажений: прослушивается много разност­ных и других комбинационных тонов.

Интересно отметить, что при срезании частотного диапазона ниже 1000 Гц при высокой громкости пере­дачи человек все же слышит низкие частоты вследст­вие нелинейности слуха. Поэтому при плохой передаче низких частот слушатели стремятся прослушивать пе­редачи на высоких уровнях громкости, так как при этом создается впечатление более громкого звучания низких частот.

И хотя при этом искажается звучание на высоких частотах, это не очень заметно при переда­че современной поп-музыки. Причины нелинейности слуха можно, по-видимому, объяснить нелинейностью характеристик среднего уха и, что более существенно, вихревыми явлениями в улитке.

Из-за нелинейности слуха в некоторых случаях об­наруживается сдвиг фаз. Если сдвиги фаз между со­ставляющими таковы, что амплитуды гармоник ариф­метически складываются и создают пикообразную фор­му кривой звуковой волны (рис.2.10, кривая 1), то из-за нелинейности слуха появятся более значитель­ные амплитуды субъективных гармоник, нежели при сдвигах фаз тех же составляющих, дающих, например, прямоугольную форму волны. По­этому будет обнаруживаться разница в их звучании.

2.11. Бинауральный эффект.

Бинауральным эффектом называют эффект двуухового слушания. По аналогии со зрительным ощущением для двух глаз его называют стереоакустическим эффек­том. Бинауральный эффект заключается в том, что вследствие двуухового слушания человек может опре­делить направление прихода звуковых волн с большой точностью; человек «ощущает» поперечные размеры источника звука, а также глубину его, т. е. создается акустическая перспектива.

Слуховая локализация источника звука зависит от расстояния между ушами. В обычных условиях чело­век определяет направление прихода звуковых волн в горизонтальной плоскости с точностью 3—4°. Если к ушам приставить раструбы с большим расстоянием между их отверстиями, то точность определения на­правления прихода звуковых волн может быть значи­тельно повышена (такими звукоулавливателями поль­зовались до войны при определении местонахождения самолета). Это расстояние влияет как на разность Бре­мени прихода звуковых волн к ушам, так и на соотно­шение между амплитудами этих волн около ушных ра­ковин.

Как указывалось, человек одним ухом слитно вос­принимает два звука, если их время прихода отличает­ся меньше чем на 50 мс. Но если звук поступает в од­но ухо со сдвигом во времени по отношению к друго­му уху, то слух воспринимает эти звуки раздельно, так как электрические импульсы, возбуждаемые звуковы­ми колебаниями, поступают в слуховой центр по неза­висимым путям. Именно поэтому суммарная громкость таких звуков сильно зависит от сдвига по времени. Этим объясняется бинауральный эффект на низких ча­стотах. На высоких частотах он объясняется разностью уровней звуков, поступающих в каждое из ушей, вслед­ствие того, что размеры головы на этих частотах ста­новятся соизмеримыми с размерами длин звуковых волн.

Если человек слушает одну и ту же передачу от двух источников звука, которые находятся на разных расстояниях от слушателя, то при равных уровнях громкости на месте ближайшего источника ощущается кажущийся (виртуальный) источник звука. Можно создать ощущение раздельного звучания обоих источ­ников, если уровень ближайшего сделать меньше, чем уровень удаленного. Это и определяет ощущение глу­бины источника звука. Все это положено в основу сте­реофонии.

Заметим, что человек плохо ощущает перемещение источника звука в вертикальной плоскости, проходя­щей перпендикулярно к линии ушей. Это объясняется тем, что в этом случае звуковые волны приходят в оба уха с одинаковыми фазой и амплитудой.