Глава 11. Теоретические основы стереофонии

LA

■.

Рис. 11.1. Модель оценки дальности источника звука на основании анализа характеристик пары звуковых лучей

информации, чтобы «рассчитать» расстояние до источника звука. Так дистан­ция, равная 10 метрам, может быть воспринята на слух с точностью до 50%. В закрытых помещениях, наряду с прямым звуком, не менее важным факто­ром, обуславливающим глубинную локализацию, становится акустическое отношение, также воспринимаемое двухканальной системой с большей вер­ностью, нежели при моноуральном восприятии.

Если звук приходит к слушателю сбоку, то в ухе, обращенном к источнику сигнала, создается избыточное давление, а в противоположном ухе, затенен­ном головой, оно оказывается заметно меньше. По разнице уровней звуковых давлений аналитический слуховой аппарат принимает решение о направле­нии прихода звука.

Не менее важную роль, чем разность уровней, играет разность времен прихода сигналов к обоим ушам. Если принять расстояние между ушами, равное 21 сантиметру, то при боковом звуке задержка прихода звуковой вол­ны к одному из ушей может составить 630 микросекунд. Этой разности более чем достаточно для определения местоположения источника звука.

На рис. 11.2 изображена диаграмма для двухканальной стереофонии, по которой можно определить приблизительный угол локализации мнимого ис­точника в зависимости от разности уровней и отличий в фазах левого и пра­вого каналов.

Интересный характер имеет зависимость локализации азимута от частоты. На частотах ниже 150 Гц азимутальная локализация практически невозмоэ В спектральной полосе от 150 до 500 Гц азимутальное нйправле»

Глава П. Теоретические основы стереофонии

Мнимый источник у правого громкоговорителя

Мнимый источник в центре

Мнимый

источник у левого громкоговорителя

Tph, МС

-4

-2

О

Рис. 11.2. Расположение мнимого источника звука на «рабочей прямой» между двумя громкоговорителями и зависимости от разности времен пробега т_р11 (положительна, если левый сигнал приходит раньше) и разности уровней L(r) - L(l) (положительна, если правый громкоговоритель звучит громче) при расположении громкоговорителей и слушателя в углах равностороннего треугольника

определяется на основе разницы громкостей, услышанных правым и левым ухом. На частотах от 500 до 1500 Гц азимут «рассчитывается* как по разнице громкостей, так и по разнице времен (фаз) звуков.

Зная линейные размеры головы (20 на 25 см в среднем) и скорость звука в воздушной среде (340 м/с), можно вычислить, что звуковая волна с частотой 2,5 кГц будет доходить до одного уха на период позднее, чем до другого. А. на частоте порядка 1200 Гц задержка составит ровно половину периода. Таким образом, все звуки с частотой меньше 1,2 кГц можно локализовать по разно­сти фаз в пределах полупериода. Для частот от 1,2 до 2,5 кГц фазовый сдвиг не работает, так как мозгу непонятно — то ли они опережают по фазе данный пе­риод, то ли отстают от предыдущего. Для частот от 1200 Гц и выше действует иной механизм — частотная локализация. Для средних и высоких частот го­лова является препятствием, порождающим, вследствие явления дифракции, отраженную волну. Сравнивая интенсивности прямых и отраженных волн, мы и получаем возможность определения местоположения источника.

Если разница фаз содержит информацию о направлении, отличную от ин­формации, вытекающей из разницы громкостей, то такие противоречия спи­сываются на особенности акустики помещения.

Многие современные системы позиционирования звука в трехмерном пространстве используют способность человека покализовывать источники. звука на основании изменения их тембральной окраски. В английской

113