Akustika Teorie - slyšení 5. Přednáška
http://data.audified.com/downlpublic/edu/zha_pdf.zip http://data.audified.com/downlpublic/edu/akustikaotazky03.pdf http://data.audified.com/downlpublic/edu/jamusimulatorspro103mac.dmg.zip http://data.audified.com/downlpublic/edu/jamusimulatorspro103pc.zip
Sluchové ústrojí
Ucho Ucho je složeno z ucha vnějšího, středního a vnitřního. K vnějšímu uchu patří boltec, který zachycuje zvukové vlny, a zvukovod. Zvukovodem se vede zvuk na pružnou blanku bubínek (pružná asi 0,1 mm silná a 1 cm velká blána). Úkolem středního ucha (tři pružné kůstky kladívko, kovadlinka a třmínek) je snižovat amplitudu výchylky akustických kmitů a převádět je k systému vnitřního ucha. Střední ucho je spojeno Eustachovou trubicí s dutinou ústní, čímž se vyrovnává tlak na obou stranách bubínku. Ve vnitřním uchu, složitém systému kanálků a míšků, které je vyplněno kapalinou - perilymfou, je vlastní sluchový orgán, tzv. Cortiho ústrojí, které obsahuje sluchové buňky.
Ucho Dopadne-li na bubínek zvuková vlna zachycená boltcem, přenese se energie zvukového vlnění kůstkami středního ucha na tekutinu ve vnitřním uchu. Zde vznikne stojaté vlnění, kterým se rezonancí rozkmitávají jemná vlákna sluchového nervu uložená na Cortiho ústrojí. Nejvíce se rozkmitá to vlákno, jehož vlastní frekvence je stejná jako frekvence dopadajícího vlnění. Sluchový vjem se přenáší pomocí elektrických impulsů do nervové soustavy.
Sluchová trubice
Přenos zvuku do sluchového aparátu Zpěv, vlastní hlas Vibrace a chvění Dechové nástroje Zvukovod - charakteristika: 100 1 000 10 000 Hz
Sluchové pole db 140 120 100 80 '::... r;..."' ' 60 w 20 o -- PRÁH BOLESTIVOSTI... I --- l':., --...... - -- ' / ' "'-- '... )/ ', i" r-. j'r PRÁH -10 tl 2 3 4 5 10 -- SLUCHOVf POLE -fo-...,, J... ' '... _ OBLAST A HUDBY - --- -,_ I',, 1-----... -- - -......... -,.. --... / -, _ 2 3 4 5 v' 2 3 4 5 ' ' I' +- - R\ I 0::... ' 10 " "'"' ' "'"'" ::... ' N ' "'I: c:o::.,.; ' N.m-a 10 2-10 10 2 1 vo-' 10-2.10-70- 2.70"' 70-2.10-4 10-2.10-s S$ 70-r uo Hz
Citlivost sluchu Slyšíme ideálně 16 Hz - 20kHz Vnímáme i neslyšitelné frekvence Práh slyšení i subjektivní vjem závisí na frekvenci
Citlivost sluchu Slyšíme ideálně 16 Hz - 20kHz Vnímáme i neslyšitelné frekvence w 2 50 f--'.-1--+---- + 40 r'r-i't--- 0,2 Práh slyšení i subjektivní vjem závisí na frekvenci JO IO 'v<;: I.,, " I I X v I 2.1Ó3 db O I I/ f---j 2155 Pa 100 1000 10000 Hz a - monaurální poslech sluchátkem b - binaurální poslech v poli c - binaurální poslech v poli
Citlivost sluchu Směrová citlivost Vliv na rozmístění hudebních těles
Vnímání kvality zvuku Teritoriální diference Žánrové diference Další zvyklostní prvky
MP3 Jak ošidit slyšení... Důvod: Menší množství digitálních dat Nejde jen o zmenšení rozsahu přenášených frekvencí Maskování Zpracování (enkodér a dekodér) - zopakujte si: Spektrum Ukázky na webových stránkách VCJAMU
Směrové (binaurální) slyšení Rozdíl intenzity Vzdálenost Akustický stín hlavy Rozdíl časů Rozdíl fází Vliv pohybů hlavy Frekvenční závislost
Směrové slyšení Lokalizace v prostoru se lépe daří u složených zvuků a hluků než u čistých tónů. Vyvíjí se během života zkušenostmi, spojováním zrakových a sluchových vjemů a závisí na několika faktorech, z nichž žádný sám o sobě nestačí k přesnému umístění zdroje. Všeobecně můžeme říci, že za normálních poměrů závisí určení směru na binaurálním slyšení, to je slyšení oběma ušima. Popíšeme si jednotlivě faktory, jež se uplatňují ve směrovém slyšení. 1. Rozdíl intenzity. Je-li zdroj zvuku umístěn ve střední rovině, dopadá zvuková energie na obě uši ve stejné intensitě. Odchýlí-li se od střední roviny, je intensita v obou uších rozdílná. Sluchový analysátor lokalizuje zvuk ke straně větší intenzity. Rozdíl intensity je způsoben jednak tím, že ucho přivrácené je ke zvukovému zdroji blíže než ucho druhé. Tento rozdíl vzdáleností se však uplatňuje jen u zdrojů velmi blízkých. U zdrojů vzdálenějších je nepatrný. Větší význam má však rozdíl intensity, způsobený akustickým stínem hlavy. Tento účinek se však může uplatnit jen u tónů vysokých, pro něž je hlava dostatečnou překážkou zvukových vln, neboť vlnová délka se blíží rozměrům hlavy. Hluboké tóny, které mají velkou délku vlny, hlavu obejdou a intensita zvuku je v obou uších stejná. Bylo zjištěno, že hluboké tóny - asi do 200 Hz - přicházejí do obou uší se stejnou intenzitou. Od 500 do 3000 Hz činí rozdíl asi 7-8 db, pak se rozdíl rychle zvětšuje, až dosáhne u 5000 Hz 25 db a po zpětném poklesu znovu u 10 000 Hz 30 db. Rozdíl intensity se uplatní při vysokých tónech, kdežto při nízkých selhává.
Směrové slyšení 2. Časový posun. Směr zvuku určujeme též podle toho, zda zvukové vlny dopadají na obě uši současně ve stejné fázi, či zda dopadne zvuková vlna na jedno ucho dříve než za druhé, tj. s časovým rozdílem stejných fází zvukových vln. Trimble určoval tento časový rozdíl pomocí impulsů a zjistil, že lze rozeznat časový posun o 0,1 ms. Hornbostel a Wertheimer dokonce zjistili, že k časovému rozlišení stačí již rozdíl 0,03 ms (30 mikrosekund). Zvětšuje-li se tento časový rozdíl podle Trimbla na více než 2 ms, vnímají se dva rozdílné zvuky, každý v jiném uchu. Maximální časový rozdíl, který vyplývá ze vzdáleností obou uší u člověka, činí 0,6 ms. Rozdíl intensity a času jsou dva hlavní principy, které slouží k určení směru zvuků v prostoru. V hlubokých tónech se uplatní rozdíl času, ve vysokých rozdíl intensity. Čisté tóny kolem frekvence asi 3000 Hz se však dají obtížně lokalizovat, neboť leží v místě, kde se časový rozdíl již neuplatňuje a rozdíl intensity se uplatní jen málo. V přírodě se však čisté tóny prakticky nevyskytují nebo jen výjimečně. U zvuků složených, které obsahují jak hluboké, tak vysoké tóny, je lokalizace všeobecně přesnější, nebol se kombinuje vliv intensity a vliv časového posunu. Na základě rozdílu intensity a času však není možné rozpoznat směr ve střední rovině, to znamená určit, zda přichází zpředu nebo zezadu či shora. K tomuto účelu se vypracují u člověka během života další kritéria. 3. Vliv pohybů hlavou umožní rozpoznat, zda zvuk přichází zepředu nebo zezadu. Pohneme-li nepatrně doprava, pak zdroj zvuku, umístěný vpředu, se posune poněkud k levému uchu. Je-li zdroj vzadu, posune se více k pravému uchu. Tyto změny, spojené s vnímáním pohybu hlavy, dávají dojem zvuku vpředu a vzadu. Znemožní-li se pohyby hlavou, nerozpoznáme směr. 4. Změna skladby zvuku se uplatňuje u složených tónů, které obsahují zvuky hluboké i vysoké, neboť při dopadu zezadu se zmenší obsah vysokých tónů a tím se změní kvalita zvuku. Jak je vidět, předpokládá tato lokalizace velmi jemnou schopnost sluchového analysátoru a může vzniknout jen dlouhým cvikem a častou zrakovou kontrolou. Proto je také směrové slyšení známých zvuků, např. řeči, mnohem dokonalejší než směrové slyšení čistých tónů.