4.4. Пространственное восприятие сигналов

Орган слуха в состоянии определить пространственное положение одиночного или группового источника сигнала. Он находит направ- ление на источник и расстояние до него; может выделить из мно- гих звучание одного или группы одинаковых источников. Такая про- " етранственная распознаваемость отдельных звучаний на фоне других усиливает прозрачность звучания, обусловливаемую прежде всего тембральными данными источника звука.

Выделяя каждый источник среди других, слух субъективно фор- мирует их пространственное размещение. Однако вследствие не- большой точности определения пространственных параметров ис- точников слуховое пространство всегда менее дифференцировано, чем пространство звуковых объектов, ,

Направление на источник. Неточность в определении направле- ния на источник простого одиночного сигнала (кривая 1 рис. 4.11), воспринимаемая слухом как некоторая «размытость» слухового объ- екта Д<р, зависит от частоты этого сигнала и достигает 3-г-5°. При- мерно такая же неточность характерна для узкополосного шума (кривая 2) с шириной полосы, равной критической. Опыт, иллю- стрируемый этими кривыми, проводился при размещении источника и органа слуха в одной горизонтальной плоскости и при нулевом угле приема, т. е. при нахождении источника на осевой линии слу-

61

Рис. 4.11. Угол смещения Дф, при кото- ром непрерывный тон (1, 1', 1")-я узко- полосный сигнал (2, 2', 2") совпадают по направлению с источником широко- полосного шума

х ового аппарата. Если же изменять угол приема, то будет меняться неточность в определении направления. На рис. 4.11 показано, на- сколько нужно сместить источник простого (кривая ./', 1") или узкополосного (кривая: 2', 2") сигнала относительно источника ши- рокополосного шума, для того чтобы они казались идущими с одно- го направления. Параметром кри- вых являлся угол приема ер_г, рав- ный 0° (1, 2), 40° (Г, 2'} и 320* (-/", 2'*). Большое несовпадение кривых^ отвечающих различным по типу сигналам и углам приема, убеждает в том, что сложные сиг- налы могут широко «размываться» и даже раздваиваться. Если эти данные отнести к таким сложным сигналам, как речь и музыка, то окажется, что свойственное слуху «размывание» способствует прост- ранственному восприятию, расши- ряя слуховой объект по фронту. • В вертикальной плоскости при вос-

приятии речи незнакомого дикто- ра размытость положения звукового источника увеличивается в 2-7-4 раза и в среднем составляет 17°.

К роме того, если два одинаковых сигнала приходят к слушате- лю с разных направлений с некоторым сдвигом,во времени, то они воспринимаются как один, находящийся между действительными ис- точниками этих сигналов. При времени запаздывания Лт=0 они локализуются ровно посредине; при увеличении Ат до 1,5 ч-2,0 мс, как это видно из рис. 4.12, возникающий кажущийся источник все больше смещается в сторону источника опережающего сигнала. Этот эффект используется ,в системе стереофонической передачи. Даль- нейшее увеличение времени задержки вызывает расплывание кажу-

Рис. 4.13. "Слитность восприятия зри- тельного и слухового объектов в за-

в.исимоети, от угла <р_п между ними

Рис,. 4.12. Влияние отраженного сиг- нал^ на направление прихода прямо- го при малом (1), среднем (2) и большом (3) его запаздывании

62

щегося источника. В отношении прямого и первого отраженного в помещении сигналов это проявляется в том, что слух, не разделяя еще, начинает улавливать различие в направлении их прихода. Воз- никает впечатление объемности звучания, характерное для восприя- тия звука в закрытом помещении. Это происходит до Дт=30-т-40 мс, после чего происходит расщепление сигнала (см..пунктирный учас- ток кривой) и отраженные сигналы начинают восприниматься как эхо,

В условиях'стереофонического кинематографа важно, чтобы на- правления на слуховой и соответствующий ему зрительный объект

Рис. 4.15. Субъективная оценка расстоя- ния г' при восприятии простого (7), им- пульсного (2) и речевого (3, 4, 5, в)

сигналов

Рис. 4.14. Слитность восприятия зри- тельного и слухового объектов для экс- пертов, сидящих вдоль оси к центру экрана (1, 2, 3, 4) и перед его краем (Г, 2', 3', 4')

совпадали, создавая единый звукозрительный образ. Это не всегда обеспечивается. В связи с этим нужно знать, при каком реальном несовпадении этих- объектов они могут восприниматься слитно. Как видно из выполненных нами опытов (рис. 4.13), слияние зритель- ного и слухового объектов воспринимается все меньшим числом экс- пертов (N%} по "мере увеличения действительного углового сдвига ф_и между изображением (И) и источником звука (Г), причем это слияние происходит за счет «притяжения» последнего из них к пер- вому. Так как каждый зритель (1, 2} воспринимает, изображение звучащего объекта под своим углом,, выяснялось, как их местополо-' жение связано со слитным восприятием звукозрительного образа.

На рис. 4.14 по оси абсцисс отложено относительное расстояние—

\ ^% ч *

от экспертов до центральной линии экрана, ширина которого равна 21. По оси ординат---то их относительное число (N%), для кото- рого слияние достигается, несмотря на большое расстояние между изображением и соответствующим ему источником (0,5Z). Кривые 1, 2, 3 и 4 на этом рисунке отвечают удалению экспертов вдоль оси к экрану соответственно на расстояние равное I, 21, 31 и 4Z; кривые 1', 2' и 3' — тем же удалением, но не вдоль оси, а вдоль нормали к краю экрана. Из рисунка следует, что «притяжение» слухового о^ъ-

63

акта к соответствующему зрительному настолько велико, что при ях фактическом несовпадении, равном 0,5/, от 40 до 80% экспертов воспринимают их слитно.

Расстояние до источника. Для фиксации положения слухового объекта кроме направления на этот объект нужно знать еще рас- стояние до"-него.- Орган слуха определяет это расстояние по ряду косвенных признаков и с некоторыми погрешностями. Здесь также обнаруживается определенное размывание. В зависимости от того, мало, значительно или велико расстояние до источника сигнала, субъективная его оценка меняется под воздействием различных фак- торов. Так, экспериментально было установлено, что если определя- емые расстояния невелики (до 3 м), то их субъективная оценка почти линейно связана с изменением громкости перемещающегося по глубине источника звука. Ошибка же в оценке для ряда реаль- ных речевых и музыкальных сигналов, включая такие, как звучание, органа, составляет величину, равную 15-*-20%. Дополнительным фактором для сложного сигнала является его тембр, который ста- новится все более «мягким» и даже «тяжелым» по мере прибли- жения источника к слушателю. Это связано со все большим усиле- нием обертонов низкого по сравнению с обертонами высокого ре- гистра, вызванным происходящим при этом повышением уровня громкости (см. рис. 4.1).

Для средних расстояний (34-15 м) удаление источника "от слу- шателя будет сопровождаться пропорциональным уменьшением громкости, причем в случае сложного сигнала .это изменение будет одинаково относиться к основной частота и к гармоническим состав- ляющим. В результате происходит относительное усиление высоко- частотной части спектра и тембр становится более ярким.

Если расстояние до источника звука больше чем 15 м, изменение уровней* громкости гармонических составляющих сложных сигналов происходит непропорционально изменению этого расстояния. С его ростом будут пропорционально квадрату частоты расти потери энер- гии в воздухе. Увеличенная потеря обертонов высокого регистра приведет к снижению тембральной яркости. Таким образом, субъ- ективная оценка расстояний для сложных сигналов связана" с из- менением его громкости и тембра. Кроме этого, влияют еще форма .сигнала (простой, сложный), его вид и режим работы, о чем мож- но судить по рис. 4.15. На нем кривые / и 2 соответствуют восприя- тию простого (с частотой 150 Гц) и импульсного сигналов. Кривые 3, 4) 5 и 6 — восприятию речевого сигнала соответственно в режиме, крика, повышенной громкости, дикторского чтениями шепота.

Как указывалось, в~ условиях закрытого помещения сигналь! пер- вых отражений, запаздывающие относительно прямого на 20-т-40мс, воспринимаются органом «луха как приходящие с различных направ- лений. Вместе с этим все большее их запаздывание создает впечат- ление о значительном удалении точек, от которых происходят эти отражения. Таким образом, по времени запаздывания можно судить об относительной удаленности фиктивных источников или, что то же, о размерах помещения,

64 , -

Восприятие изменяющегося акустического отношения /?, кото- рое представляется-в виде соотношения отраженной и прямой энер- гии в помещении, также вызывает представление об изменяющемся расстоянии. Чем больше будет это отношение, тем больше расстоя- ние до источника. Этот эффект наиболее заметен при

Л< 1—2.

Таким образом, пространственное восприятие звукового сигнала определяется 4>ядом взаимосвязанных факторов.

1. Направление на источник сигнала, лежащий в горизонтальной плоскости, определяется слухом с некоторой размытостью. При раз- мещении его на оси симметрии системы слуха размытость составляет угол в 1-7-4°, При смещении источника с этой оси она возрастает до 10-М2⁰. '-.-'..

2. Эта размытость увеличивается в 2-т-4 раза, если источник зву- ка расположен дод углом к горизонтальной плоскости.

3. Сигналы от двух одинаковых источников сначала воспринима- ются слитно, как идущие из точки, направление на которую зависит от времени прихода их к слушателю. Если сдвиг Дт = О , то эта точка лежит на средине между действительными источниками сиг- нала. ПриДт — 1,5-г-2,0 мс кажущийся источник будет перемещать- ся в сторону опережающего сигнала. Увеличение Ат от 2 до 40 мс приводит к изменению тембра сигнала и к впечатлению о приходе запаздывающего сигнала с направления, отличного от направления прихода прямого, и, наконец, при Дт=40-*-.50 мс сигналы явно расщепляются и воспринимаются как эхо.

4. В условиях кинопоказа несовпадение направления на действи- телвный монофонический источник сигнала (или на кажущийся при стереофонической передаче) с направлением на соответствующий^ ему видимый на экране объект корректируется последним на вели- чину .до 0,25 от ширины экрана.

5. Субъективное определение расстояния до источника звука свя- зано с оценкой изменения громкости и тембра сложного сигнала и осуществляется с размытостью по глубине.

3—189