Теоретические основы физической акустики глава звуковые колебания и волны


НазваниеТеоретические основы физической акустики глава звуковые колебания и волны
страница2/25
Дата публикации15.03.2013
Размер1.96 Mb.
ТипДокументы
userdocs.ru > Физика > Документы
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   25
^ ГЛАВА 2. ОСНОВЫ ПСИХОЛОГИИ ВОСПРИЯТИЯ ЗВУКА
2.1. Основные положения

Восприятием называют познавательный процесс, обу­словленный внешними воздействиями, в котором предметы и явления отражаются в виде образов или символов. От воздей­ствия раздражителей (стимулов) на органы чувств субъект испытывает слуховые, зрительные, осязательные, обонятель­ные, тепловые и другие ощущения. Созданный восприятием об­раз не есть простая совокупность ощущений. Предметы и яв­ления всегда воспринимаются целостно, и в обычной обста­новке субъект не различает, какие именно ощущения он испы­тал. Более того, иногда нужна "подсказка", чтобы субъект испы­тал ощущение от какого-либо раздражителя.

Образ можно описать, выделяя и рассматривая его от­дельные признаки, детали. ^ Признаки образа - это конкретная форма реализации ощущений. Чистое ощущение выступает как абстрактное, отвлечённое от конкретных образов, но присущее многим из них общее свойство. Например, высота тона - абст­рактное понятие, извлечённое из множества звуковых образов свойство звуков представляться тонким, высоким или низким, "басистым".

Интенсивность ощущения характеризует силу воздейст­вия на субъекта. Интенсивность ощущения измерима. Субъект способен дать этому ощущению количественную оценку, по ко­торому каждому ощущению интенсивности приписать некоторое число согласно правилам эксперимента. В результате получа­ются шкалы ощущений или так называемые сенсорные харак­теристики. Например, громкость звука (параметр ощущения) находится в соответствии со звуковым давлением или интен­сивностью звука (физические величины). Высота тона (параметр ощущения) зависит от частоты акустического сигнала. Гром­кость звука зависит также от длительности звукового импульса, т.е. физической характеристики импульса.

Исследование соотношений между результатами чувст­венных экспериментов и физическими параметрами раздражи­телей - предмет психофизики. Раздел психофизики, занимаю­щийся соотношениями звуковых образов и акустическими сиг­налами, называется психоакустикой. Прохождение сигналов в процессе восприятия может быть представлено схемой рис. 2.1. В этой схеме, как и в модели системы связи, имеется вход и выход. Со стороны входа на субъекта действуют раздражите­ли {стимулы), имеющие физическую природу. Раздражителями или стимулами называют только те физические воздействия, которые могут быть восприняты органами чувств и вызвать ощу­щения. Слабый, ниже порога слышимости звук частоты 1 кГц считают слуховым стимулом, так как при увеличении его интен­сивности субъект воспримет его как звук, а ультразвуковое ко­лебание, какой бы интенсивности оно ни было, стимулом не считают (впрочем, можно заметить, что ультразвуковые коле­бания большой интенсивности вызывают ощущение ожога). Итак, оба физических воздействия не вызывают у субъекта слу­ховых ощущений, но первое вызовет их, если увеличить его ин­тенсивность, а второе - нет.



Рис.2.1. Прохождение сигналов в процессе восприятия
Множество входных сигналов, т.е. стимулов, называют по­лем восприятия (перцептивным полем). Приёмниками стимулов служат специализированные рецепторы - слуховые, зритель­ные, осязательные, обонятельные и другие. Их совокупность образует рецепторные поля - кортиев орган уха, сетчатку глаза и т.д. На выходе системы образуются реакции на воспринятые субъектом входные стимулы. Характер реакций может быть различным: созерцательным, мыслительным, речевым, двига­тельным. Совокупность реакций субъекта составляет ответ, на­зываемый поведением. В формировании воспринимаемого об­раза и ответного поведения занята память и внимание. В па­мяти хранятся образы и реакции, накопленные в результате жизненного опыта. Поэтому память участвует в распознавании образов и выработке модели поведения.

Определим понятие внимания. Внимание - создаваемое субъектом ограничение поля восприятия на его определённой части. Благодаря вниманию субъект способен выделить голос собеседника из шума толпы или звучание одного из инструмен­тов оркестра из общего ансамблевого звучания.

Различают передачу информации в прямом и обратном направлениях. Прямыми являются пути передачи сигналов от рецепторов и из памяти на входы блока обработки, а также ка­нал передачи управляющих сигналов внимания.

Обратные связи обеспечивают корректирование сигналов рецепторов, перебор извлеченных из памяти вариантов реак­ций и управление вниманием. Содержание образов и, следо­вательно, поведение зависит не только от стимулов, но и от ис­ходного психического состояния субъекта. Для обозначения этого состояния пользуются термином "установка".

Установка - подсознательная готовность субъекта к оп­ределенной совокупности реакций на раздражители. Обычно установки вырабатываются и закрепляются в результате нако­пления жизненного опыта, но могут также создаваться под воз­действием средств массовой информации (СМИ), внушения, гипноза, тренировок, запоминания определенных инструкций и наставлений. Установки формируются действием рекламы, действительного или воображаемого авторитета близких лю­дей, артистов, общественных деятелей и т.д. Влияние устано­вок бывает временным или долговременным и стабильным: субъект, находящийся под действием установки, зачастую не осознает этого.

Обсудим понятие "иллюзия". Иллюзия - это несоответ­ствие образа объекту восприятия. Прямое сравнение образа и объекта, как правило, невозможно. Образ описывается в тер­минах поведения, объект - в терминах физики.

Иллюзию нельзя объяснить обманом чувств, т.е. по­грешностью преобразования стимулов в ощущения. Экспери­менты показали, что в цепочке объект - стимул - образ по­следний оказывается адекватным стимулу, т.е. органы чувств действуют правильно, но не адекватно объекту - источнику сти­мулов. Возникают иллюзии, вообще не связанные с органами чувств. Такова известная иллюзия, называемая deja vu, когда субъекту кажется, что наблюдаемое им событие уже когда-то было в его жизни.

Еще пример неадекватного восприятия, когда в цепочке объект - стимул - образ последний не адекватен стимулу, но адекватен объекту. Это так называемая константность вос­приятия. Человек правильно оценивает размеры предметов, независимо от их удаленности, хотя размеры изображения на сетчатке глаза различны. Точно также громкость источника зву­ка оценивают правильно, независимо от расстояния до ис­точника звука, хотя звуковое давление, действующее на ухо, уменьшается с увеличением расстояния.

Константность восприятия обеспечивается установкой, и человек подсознательно вносит поправки в воспринимаемые зрительный или слуховой образы.

Никакой стимул не вызывает реакции, пока его интен­сивность не достигнет определенного порога восприятия. Су­ществуют пороги яркости, слышимости, концентрации вкусовых или пахучих веществ. Значения порогов не постоянны. Порог заметности стимула данной физической природы зависит от воздействия на субъект других стимулов той же или иной физи­ческой природы. Совместное действие стимулов может быть:

  • индифферентным, когда один стимул не влияет на порог заметности другого;

  • синергичным, когда пороги заметности обоих стимулов или одного из них понижаются относительно порогового значе­ния единственного стимула (стимул воспринимается лучше, заметнее);

  • антагонистическим, когда значения порога возрастают, т.е. когда чувствительность к данному стимулу понижается.

В последнем случае говорят о явлении маскировки одного стимула другим. Один из раздражителей называют стимулом, второй - маскером. Если во время демонстрации изображения на кино- или телевизионном экране подсветить его посторонним источником, то детали изображения в тенях пропадут, а общая контрастность изображения уменьшится. Точно так же слабые звуки маскируются другими, более интенсивными звуками - за­метная в паузе помеха становится незаметной в присутствии сигнала. Если же стимул и маскер имеют различную физиче­скую природу, то действие маскера можно объяснить отвлече­нием внимания. Например, акустические шумы менее заметны в кинематографе или телевизионном вещании, чем в звуковом вещании, в котором отвлекающего действия изображения нет. Наряду с маскировкой, существует противоположное ей явление - демаскировка. В простейшем случае демаскировка наступает при устранении маскера, например, при отключении второго источника. Иногда демаскировку рассматривают как психический процесс, выражающийся в сканировании или рас­ширении поля восприятия.

^ Сканирование поля восприятия - это перевод внимания с одних раздражителей на другие. Расширение поля восприятия достигают двумя путями: введением дополнительных стимулов, например, переключением воспроизводящего устройства из ре­жима "моно" в режим "стерео", либо целенаправленной трени­ровкой субъекта, развитием у него музыкального вкуса.
^ 2.2. Понятия, относящиеся к восприятию звука

Прежде всего, определим, термины - слуховой и звуковой объекты, поскольку в литературе их нередко смешивают. Поня­тие слуховой объект относится к области ощущений, к воспри­ятию, понятие звуковой объект - к источнику звука, к стимулам.

Познакомимся еще с одним понятием, называемым слу­ховым образом. Каждый слуховой образ со­держит информацию о направлении на источник звука, объект, и его удаленности ( т.е. в совокупности, о местонахождении ис­точника), о громкости звука, высоте тона, если таковая подда­ется определению ( бывают атональные звуки), и тембре звука.

Громкость - отображение интенсивности акустического колебания, зависит от значения звукового давления или интен­сивности звука.

^ Высота тона определяется частотой колебаний. При­нимают, что между высотой тона и частотой синусоидального акустического сигнала существует взаимно однозначное соот­ветствие: каждому значению частоты в герцах соответствует единственное значение высоты тона по той или иной психоаку­стической шкале и каждому значению высоты тона соответст­вует единственное значение частоты. Для любого другого аку­стического сигнала подбирают на слух синусоидальный сигнал, эквивалентный ему по высоте тона, измеряют его частоту и об­ращаются к сенсорной характеристике в координатах "частота -высота тона". Сигналы, которым можно приписать определен­ное значение высоты тона, называют тональными. Простейший тональный сигнал - синусоидальное колебание. Несинусои­дальные тональные сигналы не обязаны быть периодическими функциями, бывают также хаотические или импульсные то­нальные сигналы. В спектре тонального сигнала может не быть составляющей с частотой, эквивалентной по высоте тона сину­соидальному сигналу.

Тембр - нечетко очерченное понятие, которое включает в себя все признаки звукового образа, кроме громкости, длитель­ности и высоты тона. Этим объясняется, что специалисты раз­личных профессий - музыканты, звукорежиссеры, инженеры - звукотехники - вкладывают в это понятие разное содержание и описывают его в разных терминах.

Качество звуковой аппаратуры и звукового вещания (ЗВ) определяется тем, насколько точно передаются и воспроизво­дятся тембральные характеристики звуков: не появляются ли посторонние призвуки и хрипы, сохраняется ли звонкость, объ­емность и полнота звучания. От такого описания тембра пере­ходят к искажениям сигналов - частотным, фазовым, нелиней­ным - и к техническим показателям (параметрам качества) зву­ковой аппаратуры. В музыкальной акустике тембр звучания пев­ческих голосов и музыкальных инструментов описывают иначе: говорят о составе обертонов, атаке и затухании звука, модуля­ции (вибрато и тремоло). От такого описания удобно перехо­дить к особенностям возбуждения звука голосом, особенностям музыкальных инструментов, приемам извлечения звука.

Основным источником формирования звуковых образов является слух. Нельзя отрицать влияния других органов чувств, в первую очередь, зрения. Выше уже указывалось на участие зрения в создании установки на престижную фирму при прослу­шивании звучания роялей. Такова же роль установки на имя и облик исполнителя при оценке его исполнения.

Зрительные или иные стимулы могут маскировать те при­знаки звукового образа, для наблюдения которых нужны внима­ние и оперативная память. Эти обстоятельства учитывают при проектировании звукотехнической аппаратуры и особенно при организации испытаний методом экспертных оценок качества.
^ 2.3. Физиология действия слуховой системы

2.3.1. Строение органов слуха

Орган слуха схематически изображен на рис.2.2. Различают три крупные структуры: наружное, среднее и внутреннее ухо (соответственно 1, 2, 3). Звуковые волны от источника звука по­ступают в ушную раковину 4. Она является своеобразным рупо­ром, концентрирующим звуковую энергию. Из-за асимметрии ушной раковины диаграммы направленности не одинаковы в разных плоскостях. Это, как будет показано ниже, играет роль при определении направления на источник звука в вертикальной плоскости.

Через слуховой проход 5, представляющий собой аку­стический волновод, звуковые колебания подводятся к конусо­видной, воронкообразной барабанной перепонке 6. Слуховые косточки - молоточек 7, наковальня 8, стремячко 9, поддержи­ваемые мышцами 10, передают колебания далее. Основание стремянка закрывает овальное окно 11, отделяющее внутрен­нее ухо от среднего. Наружное и среднее ухо в совокупности являются преобразователем акустических колебаний окру­жающей среды в механические колебания стремячка, причем амплитуда колебаний увеличивается в десятки раз.

Во внутреннем ухе находятся орган равновесия - вестибу­лярный аппарат - с тремя полукружными каналами, располо­женными в трех взаимно перпендикулярных плоскостях (на схе­ме не показаны), и орган слуха - спиралеобразная улитка 12 (изображена на схеме в распрямленном виде). Длина канала улитки составляет примерно 32 ...35 мм. Пространство улитки разделено на три заполненные жидкостью (лимфой) 14 канала. Они отделены друг от друга двумя перепонками - мембраной Рейснера 13 и основной мембраной 15. В жидкости внутреннего уха волновые процессы отсутствуют, так как во всем диапазоне звуковых частот длина волны в жидкости много больше длины улитки. Ширина основной мембраны у овального окна около 0,1 мм, а в конце, у вершины улитки - около 0,5 мм. На основной мембране 15 расположен кортиев орган - множество (примерно 22 тысячи) волосковых клеток, чувствительных к давлению и деформации основной мембраны. Волосковые клетки слабо связаны друг с другом и поэтому могут колебаться почти неза­висимо. С волосковыми клетками соприкасаются окончания нервных волокон. Волокна объединены в пучок 16, называемый слуховым нервом. Он соединен с улитковым ядром ствола го­ловного мозга.



Рис.2.2. Схематическое изображение органа слуха
Согласно теории Г.Флетчера основная мембрана является своеобразным анализатором частоты. Резонансная частота ка­ждого нервного волокна основной мембраны определяется па­раметрами волокна как натянутой струны и массой лимфы, со-колеблющейся в волокном. Эта масса определяется расстоя­нием от нервного волокна до овального окна. На нижних часто­тах это расстояние больше, и в колебаниях участвует большая масса лимфы. На верхних частотах расстояние меньше, и в ко­лебаниях участвует меньшая масса лимфы.

Специфическая частотная характеристика чувстви­тельности слуха, со спадами чувствительности по краям звуко­вого диапазона определяется резонансными свойствами на­ружного и внутреннего уха. Резонансная частота барабанной перепонки лежит в области частот от 1,2 до 1,4 кГц, слухового прохода - от 3 до 4 кГц, комбинация слуховых косточек - в об­ласти частот 2,5... 3,0 кГц.

^ Рычажное устройство среднего уха превращает аку­стическое колебание с большой колебательной скоростью и не­большим звуковым давлением в колебания лимфы с небольшой скоростью и большим давлением. Коэффициент трансформа­ции по звуковому давлению от барабанной перепонки к лимфе внутреннего уха на частоте 100 Гц равен 10, на частотах 0,5 и 2,4 кГц-15, а в областях частот 2,5... 3,0 кГц достигает 60... 100.

Преобразования звука слуховой системы в нервные раз­дражения объясняют гидродинамической теорией слуха. За ее разработку американский акустик венгерского происхождения Дьердь Бекеши в 1961 г. был удостоен Нобелевской премии.

На рис.2.2. показаны некоторые дополнительные устройства среднего и внутреннего уха. Это евстахиева труба 17, соединяющая среднее ухо с полостью носоглотки и служащая для выравнивания статических (атмосферных) давлений по обе стороны барабанной перепонки, и канал 18, ведущий к вести­булярному аппарату.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   25

Похожие:

Теоретические основы физической акустики глава звуковые колебания и волны iconВлияние звука на сознание и здоровье человека
Звуковые колебания и частоты проницают нас постоянно. Не многие люди знают о том, что звуковые волны, в частности ультразвуки и инфразвуки,...
Теоретические основы физической акустики глава звуковые колебания и волны iconФизика веры
Когда над свечой читают молитвы, звуковые вибрации вызывают колебания плазмы, и она переводит их в торсионные волны, которые восходят...
Теоретические основы физической акустики глава звуковые колебания и волны iconГидроакустика раздел акустики, в к-ром изучаются характеристики звуковых...
Большое значение Г. связано с тем, что звуковые волны в океанах и морях являются единств видом излучения, способным распространяться...
Теоретические основы физической акустики глава звуковые колебания и волны iconТема: Механические колебания и волны
Дано уравнение колебательного движения х=0,45 sin 5П в см. Определить амплитуду, период колебаний и смещение при t=0,1 с
Теоретические основы физической акустики глава звуковые колебания и волны iconВ. В. Богачев теоретические основы
...
Теоретические основы физической акустики глава звуковые колебания и волны iconТеория и методика физической культуры общие основы теории
Мзз теория и методика физической культуры (общие основы теории и методики физического воспитания; теоретико-методические аспекты...
Теоретические основы физической акустики глава звуковые колебания и волны iconУчебное пособие для учащихся
Н. Л. Моргунова (глава I), С. А. Попов (глава II), Ю. С. Зобов (главы Ш, V § 1, 2, 3, 5), П. Е. Матвиевский (глава IV), Ю. П. Злобин...
Теоретические основы физической акустики глава звуковые колебания и волны iconТеоретические вопросы по курсу "Информатика"
Аппаратное обеспечение пк. Представление данных в пк. Внутренние устройства системного блока и их характеристики (материнская плата,...
Теоретические основы физической акустики глава звуковые колебания и волны iconСвободные гармоничесие колебания. Колебания с одной степенью свободы....

Теоретические основы физической акустики глава звуковые колебания и волны iconУказания к выполнению практического задания по дисциплине: «Правовые...
Модуль Тема №5 Социально-правовое положение специалистов сферы физической культуры и спорта. Контрактирование в сфере физической...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
userdocs.ru
Главная страница