Глава 4. Психоакустическая оценка тембра и высоты звука

звук, тембра и громкости воспроизводимого звука, индивидуальности испытуе­мого, его психического состояния, ее можно сузить путем упражнений». После­дующие исследования показал и, что зона абсолютного слуха равна 80 центов и расширяется в крайних регистрах до 200 центов. Человек в состоянии обнару­жить отличие в высоте двух тонов, если их частоты отличаются на 0,2...0,3% для средних частот, на 0,5% для верхних частот и более чем на \% для частот нижа500 Гц. Зона интервального относительного слуха (при сравнении двух тонов) — от 60 до 70 центов. Внутри зон музыканты различают большое коли­чество интонаций и оттенков

Что такое цент

Центом называется акустическая единица измерения звуковысотных рас­стояний, обозначается буквой «с».

1 цент = 1/100 темперированного полутона.

1 октава = 3 терции = 12 полутонов = 1200 центов.

Нелинейный характер слуха. Субъективные тона

Еще в 1714 г. знаменитый скрипач Тартини заметил и описал странное явле­ние: когда на скрипке одновременно и громко проигрываются две ноты, на­чинает звучать третий тон, отсутствующий при тихом исполнении того же созвучия Многочисленные эксперименты позволили установить, что эти до­полнительные — «субъективные* тоны возникают непосредственно в слухо­вой системе и являются следствием ее нелинейности. Особенно ярко данная нелинейность проявляется на очень тихих и крайне громких звуках. Так, на­пример, если слушатель воспринимает тон частотой 1 кГц с уровнем громко­сти 100 дБ, то кроме самого звука он услышит вторую гармонику 2 х 1 кГц с уровнем 88 дБ, третью 3 х 1 кГц с уровнем 74 дБ и так далее

Второй формой проявления нелинейности слуха является появление «комбинационных» тонов Из теории нелинейных электрических цепей из­вестна описываемая далее закономерность Если через устройство, имеющее нелинейную характеристику передачи, проходит сумма сигналов с частотами F, и F₂, то на выходе, кроме основных тонов, появятся новые комбинацион­ные составляющие: простые F₂-F, и F₂ + F_lt кубические комбинационные тоны 2F, - F₂, 2¥_г - F,, 2F_t + F_v 2Р_г + F_l и другие. Из этого ряда частот наибо­лее громко прослушиваются гармоники F₃ - F_t И 2F_l - F₂.

Простой разностный тон F₂ - F_] может быть услышан, если уровень пер­вичных танов F₂ и F, больше, чем 50 дБ. Для кубического разностного тона 2F_t - F₂ установлено, что он чаше всего слышится при соотношении частот

49

Глава 4. Психоакустическая оценка тембра и высоты звука

11/3. В этом случае он может возникнуть при очень низком уровне исходных тонов — ниже 40 д Б.

Биения

Исследовать нелинейные свойства слуха помогло одно интересное акустиче­ ское явление, получившее название «биения». Биения — это изменения ам­ плитуды звука, происходящие с частотой, равной разности исходных частот (не следует путать биения и разностную частоту, возникающую в результате искажений гармонического сигнала). i

Если прослушивать два тональных сигнала с близкими частотами и уров­нями громкости, возникает эффект «качания» громкости. Казалось бы, от простого суммирования сигналов громкость должна лишь увеличиться, но она начинает колебаться. Причина элементарная — сигналы имеют близкие, но не равные частоты, поэтому расстояние между пиками обеих волн посто­янно изменяется. Периодически пики совпадают, и к слушателю приходит сигнал с удвоенной громкостью. В другие периоды пик одной волны прихо­дится на нулевой уровень другой; в эти моменты амплитуда суммы равна ам­плитуде одного сигнала. Так возникает колебание суммарного уровня.

В чем могут помочь биения?

Биения часто используют при настройке двух тонов в унисон. Даже если частота биений очень мала, человеческое ухо способно уловить периодичес­кое нарастание и убывание громкости звука. Поэтому биения являются весь­ма чувствительным методом настройки в звуковом диапазоне. Настройка частоты производится до тех пор, пока биения не перестанут прослушивать­ся. Если настройка неточна, то разность частот можно определить на слух, подсчитав число биений за одну секунду. При прослушивании музыкальных звуков биения могут восприниматься и для высших гармонических состав­ляющих, что применяется, например, при настройке фортепиано.

Кроме настройщиков, прибегают к биениям и конструкторы музыкаль­ных инструментов. Так, чтобы избежать строительства огромных 32-футовых труб, органные мастера обходятся дополнительной парой меньших — длиной 16 и 8 футов, генерируюших тона 32 и 64 Гц соответственно, В случае их одно­временного звучания в помещении возникают 2-й и 3-й обертоны от желае­мого основного тона,что воспринимается на слух как присутствие в звучании органа звука настоящей 32-футовой трубы.

И, наконец, о биениях, как помощниках в изучении субъективных тонов. Многие звуки мы не слышим или слышим плохо из-за эффекта маскиров­ки — громкие звуки «прикрывают» собой более тихие. То, что замаскировано, с трудом поддается исследованию. Но, если к плохо слышимому тону доба­вить близкий ему по частоте и по уровню, то биения «проявятся» и обозначат уровень замаскированного сигнала.

50

1