Cechy wrażeniowe dźwięku

1. Cechy wrażeniowe dźwięku Janusz Renowski

2. Źródłami dźwięku są obiekty sprężyste, emitujące fale akustyczne w otaczającą przestrzeń, a suma zjawisk dźwiękowych tj. fal akustycznych emitowanych przez poszczególne źródła stanowi pole akustyczne. Pole to posiada określoną zmienność czasową oraz przestrzenną, opisywaną przez czterowymiarowe funkcje (np. funkcję ciśnienia lub prędkości cząsteczkowej), zależne od czasu t oraz od współrzędnych x, y, z.

3. Możemy zatem wprowadzić pojęcie „obrazu dźwiękowego pola akustycznego” obserwowanego w danym punkcie, czyli po prostu „obrazu dźwiękowego”, jako relacji wartości tych wspomnianych przed chwilą parametrów w danym punkcie przestrzeni.

4. Zdarzenie dźwiękowe, w danym punkcie pola akustycznego, opisane przez obraz dźwiękowypola akustycznego w danym punkcie, powoduje zaistnienie w umyśle słuchacza zdarzenia słuchowegoopisanego przez obraz słuchowy.

5. Pojęcie to, pojęcie „obrazu słuchowego”, może odnosić się zarówno do słuchania bezpośredniego tzn. do sytuacji, kiedy słuchacz znajduje się w polu oddziaływania naturalnych źródeł dźwięku, jak i do słuchania pośredniego, tzn. gdy słuchacz odbiera sygnały transmitowane przez tor elektro-akustyczny

6. Można to wszystko wyrazić przy użyciu następującego prostego schematu blokowego NES PNA Obraz dźwiękowy Tor elektro- akustyczny Źródłami obrazu słuchowego wywołanego przez obraz dźwiękowy mogą zatem być; Naturalne Elementy Sprężyste wytwarzające fale dźwiękowe (NES), Przebiegi foniczne zarejestrowane, które były odtwarzane wcześniej, np. przez głośniki itp., Przebiegi foniczne powstałe z przebiegów nie będących falami akustycznymi czyli z Przebiegów Nie Akustycznych ( PNA) wytwarzanych w układach elektronicznych (np. generatory akustyczne). Obraz słuchowy

7. Zdarzenie słuchowe (obraz słuchowy)powstaje w wyniku działania bodźców akustycznych. Trzeba jednak powiedzieć, że obraz słuchowymoże również powstać w wyniku działania wyobraźni (halucynacje słuchowe – np. dzwonienie w uszach ) lub też w wyniku schorzenia organizmu np. szum w uszach. Obraz słuchowymoże być opisany przez zespół cech wrażeniowych dźwięku.

8. W literaturze z zakresu psychoakustyki można znaleźć wiele prób przyporządkowania określonych cech obrazu słuchowego (w wyniku zaistnienia którego powstają wrażenia słuchowe) konkretnym parametrom obrazu dźwiękowego – takim jak; • widmo, • całkowite ciśnienie akustyczne, • czas trwania, • stosunek poziomu ciśnienia fal bezpośrednich do poziomu ciśnienia akustycznego fal odbitych.

9. Wyniki dotychczasowych prób świadczą jednak o tym, że nie ma naturalnego zespołu cech wrażeniowych będących jednoznacznymi odpowiednikami poszczególnych cech fizycznych obrazu dźwiękowego i że; należałoby dokonywać analizy wszystkich relacji pomiędzy obrazem dźwiękowym i obrazem słuchowym, gdyż każda z cech wrażeniowych dźwięku uwarunkowana jest przez całokształt obiektywnych cech obrazu dźwiękowego.

10. Upraszczając zagadnienie można się jednak ograniczyć do analizy kilku dominujących cech. I tak można wyróżnić zespół sześciu zasadniczych cech wrażeniowych.Są to: - głośność, - wysokość, • subiektywny czas trwania, • barwa, • przejrzystość, • przestrzenność. Zbiór tych sześciu cech nie jest zbiorem rozłącznym i jak już powiedziano, pomiędzy poszczególnymi cechami wrażeniowymi istnieje szereg wzajemnych odniesień i powiązań.

11. Omówmy zatem poszczególne cechy najpierw pierwsze trzy które są cechami prostymi (w prosty sposób zależnymi od na ogół jednego parametru obrazu dźwiękowego) - potem pozostałe. Głośność - jest to cecha obrazu słuchowego umożliwiająca uporządkowanie wrażeń słuchowych w skali od najcichszych do najgłośniejszych. Zależy ona przede wszystkim od takiej cechy obrazu dźwiękowego jak poziom ciśnienia akustycznego, również jednak - ale w znacznie mniejszym stopniu - zależy od czasu trwania (dla krótkich czasów trwania czas narastania dźwięku w uchu) oraz widma dźwięku (dźwięk o szerokim równomiernym widmie a dźwięk sinusoidalny o np. f=4000Hz).

12. W złożonym obrazie słuchowym można wyróżnić, poza głośnością sumaryczną (całkowitą), głośności poszczególnych zdarzeń słuchowych. Percypujemy bowiem zarówno głośność całkowitą pochodzącą od wszystkich pracujących w hali fabrycznej maszyn jak i równocześnie - percypujemy oddzielnie - głośności poszczególnych maszyn.

13. Wysokośćjest cechą obrazu słuchowego umożliwiającą uporządkowanie wrażeń słuchowych w skali od najniższych do najwyższych. Analogicznie, jak w przypadku głośności, można w złożonym obrazie słuchowym wyróżnić jedną, lub kilka jednocześnie współbrzmiących wysokości.

14. Jednakowoż, zagadnienia związane ze współbrzmieniem szeregu wysokości w złożonym obrazie słuchowym wykraczają poza zakres pojęciowy terminu wysokości i zaliczają się do dziedziny kryterium barwy (współbrzmienie dźwięków o różnych wysokościach). Dla dźwięków złożonych (m.in. wielo tonów) wprowadza się pojęcie wysokości wirtualnej (lub inaczej) residualnej. Jest to wrażenie słyszenia wysokości podstawowej, która nie istnieje fizycznie w słuchanym dźwięku.

15. Subiektywny czas trwania jest cechą obrazu słuchowego umożliwiającą uporządkowanie wrażeń słuchowych od najkrótszych do najdłuższych. Cecha ta jest związana ze spostrzeganiem skończonego charakteru zdarzeń dźwiękowych. Zależy ona przede wszystkim od; • przebiegu dynamicznegozdarzenia dźwiękowego, • warunków akustycznych otoczenia, • cech bodźców poprzedzających i (w pewnych przypadkach) następującychpo tym zdarzeniu (ich poziomu, ciśnienia akustycznego, widma itp.).

16. Powyższe trzy cechy obrazu słuchowego (głośność, wysokość i subiektywny czas trwania) noszą wspólną nazwę cech prostych Nazwa ta oznacza , ze w każdym przypadku istnieje pewna – prosta opisowo – cecha obrazu dźwiękowego która najsilniej oddziałuje na kształtowanie się danego wrażenia.

17. Istnieją zatem „proste”(ale nie jednoznaczne) relacje: głośność - poziom ciśnienia akustycznego, wysokość - częstotliwość dźwięku, subiektywny czas trwania - realny czas trwania.

18. Pozostałe trzy cechy są cechami złożonymi, tzn. cechami, które nie posiadają„prostych” odpowiedników w obrazie dźwiękowym.

19. Tę hierarchiczną strukturę parametrycznego systemu opisu jakości dźwięku można przedstawić w ślad za Łętowskim i Makowskim [1977]

20. A poza tym: wrażenia barwy, przejrzystości i przestrzenności zależą przy tym w znacznie większym stopniu, od binauralności wrażeń akustycznych. Czyli stanowią wynik koincydencji obrazów dźwiękowych odbieranych przez lewe i prawe ucho słuchacza.

21. Pierwsza ze wspomnianych cech złożonych - „barwa” -jest cechą obrazu słuchowego wynikającąz odbioru przez słuchacza określonego widma akustycznego: tzn. zespołu określonych poziomów ciśnienia akustycznego, częstotliwości i faz poszczególnych wypadkowych składników obrazu dźwiękowego.

22. Z uwagi na złożoność omawianej cechy celowe jest rozpatrywanie wypadkowego wrażenia barwy w kategoriach kryteriów szczegółowych. Dotychczasowe badania oraz doświadczenia słuchowe wykazały, że najbardziej użytecznymi kryteriami tego typu są trzy następujące; pełnia brzmienia, równowaga brzmienia, i formantowość.

23. Pełnia brzmienia - cecha obrazu słuchowego będąca wynikiem nasycenia brzmienia dźwięku w pełnym paśmie słyszenia.

24. Równowaga brzmienia - cecha obrazu słuchowego będąca wynikiem odczucia prawidłowychproporcjipomiędzy składowymi dźwięku w poszczególnych zakresach częstotliwości.

25. Formantowość - cecha obrazu słuchowego będąca wynikiem odczuciamaksimów energetycznych składowych widma dźwięku (np. widmo samogłosek).

26. Zespół tych trzech pojęć pozwala na określenie podstawowego opisu wrażeń słuchowych związanych z percepcją określonego widma dźwięku. Taki szczegółowy opis realizuje się zazwyczaj za pomocą: - zespołu przymiotników opisowych(np. jasny chropowaty, matowy, ciepły itp..), albo - dwubiegunowych skal przymiotników opisowych (np. dźwięk; „jasny – ciemny”, gładki – chropowaty, „błyszczący – matowy”, „ciepły – zimny” itp..). Opis taki może być użyteczny np.. przy ocenie (wyborze) licencji na głośniki przy zbliżonych ich parametrach fizycznych.

27. Drugą ze złożonych cech obrazu słuchowego jest przejrzystość Jest to cecha obrazu słuchowego umożliwiająca identyfikację obrazu dźwiękowego oraz/lub selektywną koncentracje uwagi słuchacza na wyobrażeniachwybranych zdarzeń dźwiękowych.

28. Charakter jej zależy między innymi; - od wzajemnych proporcji ciśnienia akustycznego poszczególnych źródeł dźwięku, oraz - od wartości opóźnień czasowych fal odbitych dochodzących do słuchacza. Jako synonim przejrzystościstosuje się niekiedy pojęcie czytelność(szczególnie w badaniach nad percepcją mowy).

29. Jednym z elementów decydujących o wrażeniu przejrzystości jest: maskowanie - tj. cecha obrazu słuchowego wynikająca z określonych proporcji ciśnienia akustycznego od różnych źródeł obrazu dźwiękowego oraz opóźnień czasowych obrazów odbitych (wpływa także maskowanie szumem otoczenia).

30. Następnym elementem decydującym o wrażeniu przejrzystości są: zakłócenia - tj. cecha obrazu słuchowego wynikająca z pojawienia się elementów przeszkadzających w odbiorze wrażenia oczekiwanego (przykłady).

31. Kolejnym elementem decydującym o wrażeniu przejrzystości jest: rozdzielczość - tj. cecha obrazu słuchowego wynikająca z ostrości lokalizacji poszczególnych źródeł składowych oraz z wyobrażeń rozmiarów źródeł obrazu dźwiękowego.

32. Maskowanie orazzakłócenia stanowią organiczne elementy przejrzystości obrazu słuchowego natomiast rozdzielczośćjest czynnikiem wpływającym nie tylko na odczucie przejrzystości ale wpływa również na odczucie przestrzennego charakteru wrażeń słuchowych.

33. Kolejna ze złożonych cech obrazu słuchowego - przestrzenność – jest cechą wynikającą z wyobrażenia „określonej przestrzeni wrażeń dźwiękowych”. Powstaje ona w wyniku odbioru przez słuchacza określonych relacji pomiędzyokreślonym charakterem i rozmieszczeniem przestrzennym źródeł dźwięku a właściwościami akustycznym przestrzeni rzeczywistej.

34. Relacje te uzależnione są: • od wzajemnych odległości pomiędzy poszczególnymi źródłami dźwięku i od odległości źródeł od słuchacza, • od warunków granicznych przestrzeni zjawisk dźwiękowych, oraz • od odległości, zarówno samych źródeł jak i słuchacza, od skrajów przestrzeni dźwiękowej.

35. Sumaryczne wrażenie przestrzenności uzależnione jest od wrażeń składowych, które opisują charakterystyczne elementy rozkładu obrazie słuchowym. • Wrażeniami tymi są: - panorama słuchowa, - perspektywa słuchowa , - atmosfera słuchowa.

36. Panorama słuchowa Jest to zbiór wzajemnych odniesień różnych wyobrażeńkierunkowych wewnątrz kąta słyszenia , gdzie kąt słyszenia jest to kąt, w którym słuchaczowi ujawniają się wyobrażenia źródeł dźwięku.

37. Perspektywa słuchowa Stanowi zbiór planów słuchowych i wzajemnych ich odniesień (przez plan słuchowy należy rozumieć zbiór punktów wyobrażonej przestrzeni dźwiękowej, które wydają się być równo oddalone odsłuchacza).

38. Atmosfera słuchowa Wynika z wrażenia bezpośredniego udziału słuchacza w przestrzeni zdarzeń dźwiękowych (np.. nagrania „live” muzyki rozrywkowej itp.).

39. Wszystkie złożone cechy obrazu słuchowego dotyczą zarównowrażeń wytwarzanych w warunkach słuchania bezpośredniegojak i w wyniku odbioruprzetransmitowanego obrazu dźwiękowego. W tym drugim przypadku uzyskana atmosfera oraz panorama słuchowa określają stopieńspójności obrazu słuchowegotj. wrażenia ciągłości wyobrażonej przestrzeni zdarzeń dźwiękowych (dawania wrażenia „tu i teraz”.

40. Przedstawiony przed chwilą zespół 6. cech wrażeniowych jest klasycznym spojrzeniem na klasyfikację tych cech i ich opis. Istnieją oczywiście próby innego ujęcia tego problemu.

41. Przykładem może być system hierarchiczny PI SHAW (kołowy) w którym widać nakładanie się poszczególnych cech czy kryteriów (komentarz),

42. Można też zaprezentować hierarchiczną strukturę oceny jakości nagrań dźwiękowych zaproponowaną przez Łętowskiego i Szlifirskiego [2].

43. Omawiany zespół sześciu cech wrażeniowych stanowi punkt wyjścia do opisu wrażeń słuchowych wytwarzanych w umyśle słuchacza wskutek odbioru określonych obrazów dźwiękowych. Ma on na celu umożliwienie jednolitego opisu wrażeń przy badaniach psychoakustycznych oraz przy szeroko pojętej ocenie słuchowej (np. przy ocenie jakości nagrań dźwiękowych).

44. Przy ocenie nagrań można wykorzystać np. arkusz ocen stosowany przy ocenie i selekcji nagrań z taśmoteki Polskiego Radia [3].

45. Innego rodzaju pojęcia można stosować przy ocenie słuchowej głośników.

46. W normie AES20 – 1996, określającej warunki i sposoby przeprowadzania słuchowej oceny głośników [1], pojawiły się następujące szczegółowe parametry subiektywne pozwalające na te ocenę.

47. Są to (wymienione alfabetycznie): - ciepło, - gładkość, - jasność, - jednolitość, - otaczanie, - pełnia, - przejrzystość, - wymieszanie, - żywość.

48. Ciepło - (ang. Warmth) O ciepłym „oddawaniu” dźwięku możemy mówić, gdy w pomieszczeniu czas pogłosu dla dużych częstotliwości jest nieco mniejszy niż czas pogłosu dla małych częstotliwości. Trzeba jednak zwrócić uwagę na pewne ograniczenie, jakim jest utrata przejrzystości przy zbyt długim czasie pogłosu dla częstotliwości małych.

49. Gładkość – (ang.Smoothness) Występuje dla pomieszczeń/sal gdy czas dotarcia poszczególnych odbić jest nie dłuższy niż 20 – 30 ms.

50. Jasność – (ang. Brilliance) Jest odwrotnością ciepła czyli czas pogłosu dla dużych częstotliwości jest nieco większy niż czas pogłosu dla małych częstotliwości. Dla zbyt długiego czasu pogłosu częstotliwości dużych może się pojawić ciągłe „dzwonienie” na tych częstotliwościach.