Лютий 7, 2018

Часто у людей (навіть тих хто добре розуміється на питанні) виникає плутанина і труднощі в чіткому розумінні того, як саме чутний людиною частотний діапазон звуку ділиться на загальні категорії (низькі, середні, високі) і більш вузькі підкатегорії (верхні баси, нижня середина і т.п.). У той самий час ця інформація вкрай важлива не тільки для експериментів з автозвуком, але й корисна для загального розвитку. Знання обов'язково знадобляться під час налаштування аудіосистеми будь-якої складності і, головне, допоможе правильно оцінити сильні або слабкі сторони тієї чи іншої акустичної системи або нюанси приміщення прослуховування музики (у нашому випадку актуальніший за салон автомобіля), адже воно безпосередньо впливає на кінцеве звучання. Якщо є хороше і чітке розуміння переважання тих чи інших частот у звуковому спектрі на слух, то елементарно та швидко можна оцінити звучання тієї чи іншої музичної композиції, при цьому виразно почути вплив акустики приміщення на фарбування звуку, внесок самої акустичної системи у звук та тонше розібрати всі нюанси, чого прагне ідеологія "хай-фай" звучання.

Поділ чутного діапазону на три основні групи

Термінологія поділу чутного спектра частот прийшла до нас частково з музичного, частково з наукового світів і загалом вона знайома практично кожному. Найпростіший і зрозуміліший поділ, який може випробувати частотний діапазон звуку в загальному вигляді, виглядає наступним чином:

• Низькі частоти.Межі діапазону низьких частот перебувають у межах 10 Гц (нижній кордон) – 200 Гц (верхній кордон). Нижня межа починається саме з 10 Гц, хоча в класичному поданні людина здатна чути від 20 Гц (все, що нижче потрапляє вже в область інфразвуку), 10 Гц, що залишили, все ще можуть частково прослуховуватися, а так само відчуватися тактильно у разі глибокого низького басу і навіть впливати на психологічний настрій людини.
  Низькочастотний діапазон звуку несе функцію збагачення, емоційного насичення та кінцевого відгуку - якщо провал у низькочастотній частині у акустики або початкового запису буде сильним, то це ніяк не позначиться на впізнаваності тієї чи іншої композиції, мелодії або голосу, але звук сприйматиметься бідно, обід посередньо, при цьому суб'єктивно буде різкішим і гострішим у плані сприйняття, оскільки середні та високі частоти випинаються і переважатимуть на тлі відсутності гарної насиченої басової області.
  
  Достатньо велика кількість музичних інструментів відтворюють звуки в діапазоні низьких частот, зокрема чоловічий вокал може опускатися в область до 100 Гц. Найбільш вираженим інструментом, який грає від початку чутного діапазону (від 20 Гц), можна сміливо назвати духовий орган.
• Середня частота.Межі діапазону середніх частот перебувають у межах 200 Гц (нижній кордон) – 2400 Гц (верхній кордон). Середній діапазон завжди буде фундаментальним, визначальним і складатиме фактично основу звуку чи муз композиції, тому його важливість важко переоцінити.
  Пояснюється це по-різному, але головним чином дана особливість людського слухового сприйняття обумовлюється еволюцією - так склалося багато років нашого формування, що слуховий апарат найбільш гостро і виразно вловлює середньочастотний діапазон, т.к. у його межах знаходиться людська мова, а вона є головним інструментом для ефективної комунікації та виживання. Цим пояснюється деяка нелінійність слухового сприйняття, завжди націлена на переважання середніх частот при прослуховуванні музики, т.к. наш слуховий апарат найбільш чутливий до цього діапазону, а також автоматично підлаштовується під нього як би більше "підсилюючи" на тлі інших звуків.
  
  У середньому діапазоні знаходиться абсолютна більшість звуків, музичних інструментів або вокалу, навіть якщо зачіпається вузький діапазон зверху або знизу, то все одно діапазон зазвичай простягається до верхньої або нижньої середини. Відповідно, в середньочастотному діапазоні розташовується вокал (як чоловічий так і жіночий), а також майже всі добре відомі інструменти, такі як: гітара та інші струнні, піаніно та інші клавішні, духові інструменти і т.д.
• Високі частоти.Межі діапазону високих частот перебувають у межах 2400 Гц (нижній кордон) – 30000 Гц (верхній кордон). Верхня межа, як і у випадку з низькочастотним діапазоном, виходить дещо умовною та також індивідуальною: середньостатистична людина не може чути вище 20 кГц, проте зустрічаються рідкісні люди з чутливістю до 30 кГц.
  Також ряд музичних обертонів теоретично може заходити в область понад 20 кГц, а як відомо - обертона в кінцевому рахунку відповідають за забарвлення звучання і остаточне тембральне сприйняття цілісної картини звучання. Начебто "нечутні" ультразвукові частоти можуть впливати явно на психологічний стан людини, хоч і не при цьому прослуховуватимуться у звичній манері. В іншому ж роль високих частот, знову ж таки за аналогією з низькими, більш збагачувальна та доповнювальна. Хоча високочастотний діапазон значно більше впливає на пізнаваність конкретного звуку, достовірність та збереження початкового тембру, ніж НЧ секція. Високі частоти надають музичним трекам "легкість", прозорість, чистоту та ясність.
  
  Багато музичних інструментів грають також у діапазоні високих частот, у тому числі вокал може заходити в область 7000 Гц і вище за допомогою обертонів та гармонік. Найбільш виражена група інструментів у високочастотному сегменті – це струнні та духові, а більш повно у звучанні доходять майже до верхньої межі чутного діапазону (20 кГц) тарілки та скрипка.

У будь-якому випадку, роль всіх частот чутного людським вухом діапазону велика і проблеми в тракті на будь-якій частоті швидше за все будуть добре помітні, особливо натренованому слуховому апарату. Метою відтворення високоточного звучання "хай-фай" класу (або вище) ставиться достовірне та максимально рівне звучання всіх частот один з одним так, як воно відбувалося на момент запису фонограми в студії. Наявність сильних провалів або піків в АЧХ акустичної системи свідчить про те, що в силу своїх конструктивних особливостей вона не здатна відтворити музику так, як спочатку замислювалося автором або звукорежисером на момент запису.

Слухаючи музику, людина чує сукупність звучання інструментів та голосу, кожен із яких звучить у якомусь своєму відрізку частотного діапазону. У деяких інструментів може бути дуже вузький (обмежений) діапазон частот, в інших він навпаки може простягатися буквально від нижньої до верхньої чутної межі. Необхідно враховувати, що незважаючи на однакову інтенсивність звуків на різних частотах діапазонах, людське вухо сприймає ці частоти з різною гучністю, що зумовлено механізмом біологічного пристрою слухового апарату. Природа цього явища також пояснюється багато в чому біологічною необхідністю адаптації переважно до середньочастотного звукового діапазону. Так на практиці, звук, що має частоту 800 Гц при інтенсивності в 50 дБ, сприйматиметься суб'єктивно на слух як гучніший у порівнянні зі звуком тієї ж сили, але з частотою 500 Гц.

Більш того, у різних звукових частот, що наповнюють чутний частотний діапазон звуку, буде різна гранична больова чутливість! Больовий порігеталонно вважається на середній частоті 1000 Гц при чутливості приблизно 120 Дб (може трохи змінюватись в залежності від індивідуальних особливостей людини). Як і у випадку з нерівномірним сприйняттям інтенсивності на різних частотах при нормальних рівнях гучності, приблизно така ж залежність спостерігається і щодо больового порога: найшвидше він настає на середніх частотах, а от по краях діапазону чутного поріг стає вище. Для порівняння больовий поріг на середній частоті 2000 Гц становить 112 Дб, тоді як больовий поріг на низькій частоті 30 Гц буде вже 135 Дб. Больовий поріг на низьких частотах завжди вищий, ніж на середніх та високих.

Аналогічна нерівномірність спостерігається і щодо порога чутності- це нижній поріг, після якого звуки стають чутним людським вухом. Умовно порогом чутності вважається значення 0 Дб, але справедливо воно знову ж таки для стандартної частоти 1000 Гц. Якщо для порівняння взяти низькочастотний звук частотою 30 Гц, він стане чуючим лише за інтенсивності випромінювання хвилі в 53 Дб.

Перелічені особливості людського слухового сприйняття звичайно ж безпосередньо впливають тоді, коли ставиться питання прослуховування музики і досягнення певного психологічного ефекту сприйняття. Ми пам'ятаємо з того, що звуки інтенсивністю вище 90 Дб шкідливі для здоров'я і здатні призвести до деградації та значного погіршення слуху. Але при цьому занадто тихий звук низької інтенсивності страждатиме від сильної частотної нерівномірності через біологічні особливості слухового сприйняття, яке за природою нелінійне. Таким чином, музичний тракт гучністю 40-50 Дб сприйматиметься як збіднений, з явно вираженим недоліком (можна сказати провалом) низьких і високих частот. Названа проблема добре і давно відома, для боротьби з нею навіть придумана відома функція під назвою тонокомпенсація, Яка шляхом еквалізації вирівнює рівні низьких і високих частот близько до рівня середини, тим самим усуваючи небажаний провал без необхідності піднімати рівень гучності, роблячи чутний частотний діапазон звуку суб'єктивно рівномірним за рівнем розподілу звукової енергії.

З урахуванням цікавих та унікальних особливостей людського слуху корисно відзначити, що з підвищенням гучності звуку крива нелінійності частот вирівнюється, і приблизно на позначці 80-85 дБ (і вище) звукові частоти стануть суб'єктивно рівнозначними інтенсивністю (з відхиленням 3-5 Дб). Хоча вирівнювання відбувається не до кінця і на графіку все ще буде видно нехай і згладжена, але крива лінія, яка зберігатиме тенденцію у бік переважання інтенсивності середніх частот порівняно з іншими. В аудіосистемах подібна нерівномірність може вирішуватися або за допомогою еквалайзера, або ж за допомогою окремих регулювань гучності в системах з роздільним посиленням поканального.

Поділ чутного діапазону на дрібніші підгрупи

Крім загальноприйнятого і добре відомого поділу на три загальні групи, іноді виникає необхідність більш детально і розгорнуто розглянути ту чи іншу вузьку частину, тим самим розділити частотний діапазон звуку ще більш дрібні "фрагменти". Завдяки цьому з'явився детальніший поділ, користуючись яким можна елементарно швидко і досить точно позначити передбачуваний відрізок звукового діапазону. Розглянемо цей поділ:

В область найнижчого басу і тим більше суб-басу опускається невелика кількість інструментів: контрабас (40-300 Гц), віолончель (65-7000 Гц), фагот (60-9000 Гц), туба (45-2000 Гц), валторни (60-5000 Гц), бас-гітара (32-196 Гц), бас-барабан (41-8000 Гц), саксофон (56-1320 Гц), піаніно (24-1200 Гц), синтезатор (20-20000 Гц) , Орган (20-7000 Гц), арфа (36-15000 Гц), контрафагот (30-4000 Гц). Зазначені діапазони з урахуванням усіх гармоній інструментів.

Верхні баси (від 80 Гц до 200 Гц)представлені верхніми нотами класичних басових інструментів, а також нижніми чутними частотами окремих струнних, наприклад гітари. Діапазон верхнього басу відповідальний за відчуття сили та передачу енергетичного потенціалу звукової хвилі. Він же дарує відчуття драйву, верхній бас покликаний повністю розкрити ударний ритм танцювальних композицій. На противагу нижньому басу, верхній відповідає за швидкість і натиск басової області і всього звуку, тому в якісній аудіо системі він завжди виражається швидким і хльостким, як відчутний тактильний удар одночасно з безпосереднім сприйняттям звуку.
Тому саме верхній бас відповідальний за атаку, натиск і музичний драйв, а також тільки цей вузький відрізок звукового діапазону здатний подарувати слухачеві відчуття легендарного "панча" (від англ. punch - удар), коли потужний звук сприймається відчутним і сильним ударом у груди. Таким чином, розпізнати добре оформлений і правильний швидкий верхній бас у музичній системі можна за якісним відпрацюванням енергійного ритму, зібраною атакою та по гарній оформленості інструментів у нижньому регістрі нот, таких як віолончель, рояль або духові інструменти.

В аудіосистемах відрізок діапазону верхнього басу найдоцільніше віддати мідбасовим динамікам досить великого діаметру 6.5"-10" і з хорошими потужними показниками, сильним магнітом. Підхід пояснюється тим, що саме такі конфігурації динаміки повною мірою зможуть розкрити енергетичний потенціал, закладений у цій дуже вимогливій області діапазону, що чує.
Але не варто забувати і про деталізованість та розбірливість звуку, ці параметри так само важливі в процесі відтворення того чи іншого музичного образу. Оскільки верхній бас вже добре локалізується/визначається в просторі на слух, то діапазон вище 100 Гц необхідно віддавати виключно фронтально динамікам, які будуть формувати і будувати сцену. У відрізку верхнього баса добре прослуховується стереопанорама, якщо вона передбачена самим записом.

Область верхнього басу охоплює досить багато інструментів і навіть низький за тональністю чоловічий вокал. Тому серед інструментів ті ж, що грали низький бас, але до них додаються багато інших: томи (70-7000 Гц), малий барабан (100-10000 Гц), перкусія (150-5000 Гц), тенор-тромбон (80-10000) Гц), труба (160-9000 Гц), тенор-саксофон (120-16000 Гц), альт-саксофон (140-16000 Гц), кларнет (140-15000 Гц), альт-скрипка (130-6700) (80-5000 Гц). Зазначені діапазони з урахуванням усіх гармоній інструментів.

Нижня середина (від 200 Гц до 500 Гц)- найбільша область, що захоплює більшість інструментів і вокалу, як чоловічого так і жіночого. Оскільки область діапазону нижньої середини фактично переходить з енергетично насиченого верхнього басу, то можна сказати, що вона "перехоплює естафету" і також відповідає за правильну передачу ритм-секції в сукупності з драйвом, хоча цей вплив вже йде на спад у бік діапазону чистих середніх частот.
У цьому діапазоні зосереджуються нижні гармоніки і обертона, що наповнюють голос, відповідно він дуже важливий для правильної передачі вокалу та насиченості. Так само в нижній середині розташовується весь енергетичний потенціал голосу виконавця, без якого не буде відповідної віддачі та емоційного відгуку. За аналогією з передачею людського голосу багато живих інструментів теж ховають свій потенціал енергії в цьому відрізку діапазону, особливо ті, у яких нижня чутна межа починається від 200-250 Гц (гобій, скрипка). Нижня середина дозволяє чути мелодійність звучання, але не дає змоги чітко розрізняти інструменти.

Відповідно, нижня середина відповідає за правильне оформлення більшості інструментів та голосу, насичуючи останні та роблячи їх впізнаваними за тембральним забарвленням. Так само нижня середина вкрай вимоглива щодо правильної передачі повноцінного басового діапазону, оскільки вона "підхоплює" драйв і атаку основного ударного баса і передбачається, що вона повинна його правильно підтримати і плавно "закінчити", поступово зводячи нанівець. Відчуття чистота звуку і розбірливості баса лежать саме в цій галузі і, якщо є проблеми в нижній середині від надлишку або наявності резонансних частот - то звук стомлюватиме слухача, він буде брудним і злегка бубонить.
Якщо відчувається брак області нижньої середини, то постраждає правильне відчуття басу і достовірна передача вокальної партії, яка буде позбавлена ​​напору і енергетичної віддачі. Те саме стосується більшості інструментів, які без підтримки нижньої середини втратять "своє обличчя", стануть оформлені неправильно і звучання їх помітно збідніє, навіть якщо залишиться пізнаваним, воно вже буде не таким повним.

При побудові аудіосистеми діапазон нижньої середини і вище (до верхньої) зазвичай віддається середньочастотним динамікам (СЧ), які повинні розташовуватися у фронтальній частині перед слухачем і будувати сцену. Для цих динаміків не такий важливий розмір, він може бути 6.5" і нижче, наскільки важлива деталізація і здатність розкрити нюанси звучання, що досягається конструктивними особливостями самого динаміка (дифузором, підвісом та іншими характеристиками).
Так само, для всього середньочастотного діапазону життєво важлива правильна локалізація і буквально найменший нахил або доворот динаміка може впливати на звучання з точки зору правильного реалістичного відтворення образів інструментів і вокалу в просторі, хоча залежатиме це багато в чому від конструктивних особливостей самого дифузора динаміка.

Нижня середина охоплює майже всі існуючі інструменти та людські голоси, правда не несе фундаментальної ролі, але все ще дуже важлива для повноцінного сприйняття музики чи звуків. Серед інструментів буде той самий набір, який був здатний відігравати нижній діапазон басової області, але до них додаються й інші, які починаються вже з нижньої середини: тарілки (190-17000 Гц), гобой (247-15000 Гц), флейта (240- 14 500 Гц), скрипка (200-17000 Гц). Зазначені діапазони з урахуванням усіх гармоній інструментів.

Середня середина (від 500 Гц до 1200 Гц)або просто чиста середина, майже за теорією рівноваги даний відрізок діапазону можна вважати фундаментальним і основним у звуку і по праву назвати "золотою серединою". У представленому відрізку частотного діапазону можна знайти основні ноти та гармоніки абсолютної більшості інструментів та голосу. Від насиченості середини залежить ясність, розбірливість, яскравість та пронизливість звучання. Можна сказати, що весь звук як би "розтікається" в сторони від основи, якою є середньочастотний діапазон.

У разі провалу середини звучання стає нудним і невиразним, втрачає дзвінкість та яскравість, вокал перестає зачаровувати і фактично сходить на "ні". Так само середина відповідає за розбірливість основної інформації, що виходить від інструментів і вокалу (меншою мірою, тому що приголосні звуки йдуть діапазоном вище), допомагаючи добре розрізняти їх на слух. Більшість існуючих інструментів оживають у цьому діапазоні, стають енергійними, інформативними та відчутними, теж відбувається і з вокалом (особливо жіночим), який наповнюється енергією в середині.

Середньочастотний фундаментальний діапазон охоплює абсолютну більшість інструментів, які вже були перераховані раніше, а також розкривають весь потенціал чоловічого та жіночого вокалу. Своє життя на середніх частотах починають лише рідкісні обрані інструменти, які грають у відносно вузькому діапазоні спочатку, наприклад мала флейта (600-15000 Гц).

Верхня середина (від 1200 Гц до 2400 Гц)є дуже тонкою і вимогливою ділянкою діапазону, з яким необхідно поводитися дбайливо і обережно. У цій галузі не так багато основних нот, що складають фундамент звучання інструменту або голосу, зате велика кількість обертонів і гармонік, завдяки яким звук фарбується, набуває різкості та яскравого характеру. Керуючи цією областю частотного спектра можна практично грати забарвленням звучання, роблячи його або живим, іскристим, прозорим і гострим; або навпаки сухуватим, помірним, але в той же час більш напористим і драйвовим.

І це надмірне підкреслення цього діапазону позначається вкрай небажано на звуковий картині, т.к. вона починає помітно різати слух, дратувати і навіть викликати болючі неприємні відчуття. Тому верхня середина вимагає із собою делікатного та обережного ставлення, т.к. через проблеми в цій галузі дуже легко зіпсувати звучання, або навпаки зробити його цікавим і гідним. Зазвичай забарвлення у сфері верхньої середини багато чому визначає суб'єктивний момент жанрової власності акустичної системи.

Завдяки верхній середині остаточно оформляється вокал і багато інструментів, вони добре розрізняються на слух і з'являється розбірливість звучання. Особливо це стосується нюансів відтворення людського голосу, адже саме у верхній середині міститься спектр приголосних звуків і точаться голосні, що з'явилися в ранніх діапазонах середини. Загалом, верхня середина вигідно підкреслює і розкриває повною мірою інструменти чи голоси, які насичені верхніми гармоніками, призвуками. Зокрема, по-справжньому жваво та натурально у верхній середині розкривається жіночий вокал, багато смичкових, струнних та духових інструментів.

У верхній середині все ще грає переважна більшість інструментів, хоча багато хто вже представлений лише у вигляді обертнів і гармонік. Виняток становлять окремі рідкісні, що спочатку відрізняються обмеженим низькочастотним діапазоном, наприклад туба (45-2000 Гц), яка закінчує своє існування у верхній середині повністю.

Нижні високі (від 2400 Гц до 4800 Гц)- це зона/область підвищених спотворень, які, якщо є у тракті, звичайні стають помітними саме у цьому відрізку. Так само нижні високі наповнюють різні гармоніки інструментів та вокалу, які при цьому несуть цілком конкретну та важливу роль у остаточному оформленні відтвореного штучним шляхом музичного образу. Нижні високі несуть у собі основне навантаження високочастотного діапазону. У звучанні вони проявляються здебільшого залишковими і добре прослуховуються гармоніками вокалу (переважно жіночого) і сильними гармоніками деяких інструментів, що не вщухають, які завершують образ останніми штрихами природного звукового забарвлення.

Вони ж практично не несуть у собі роль щодо розрізнення інструментів і впізнавання голосу, хоча нижній верх залишається вкрай інформативною і основною областю. По суті ці частоти окреслюють музичні образи інструментів і вокалу, вони позначають їх присутність. У разі провалу нижнього високого відрізка частотного діапазону мова стане сухою, неживою і незавершеною, приблизно те саме відбувається з інструментальними партіями - втрачається яскравість, спотворюється сама суть джерела звуку, він стає виразно незавершеним і недооформленим.

У будь-якій нормальній аудіосистемі роль високих частот бере на себе окремий динамік під назвою твітер (високочастотний). Зазвичай невеликий за розміром, він невимогливий до потужності, що підводиться (в розумних межах) за аналогією з серединою і особливо НЧ секції, однак так само важливий для того, щоб звук грав правильно, реалістично і як мінімум красиво. Твітер охоплює весь чутний високочастотний діапазон від 2000-2400 до 20000 Гц. У випадку з високочастотними динаміками, майже за аналогією з СЧ секцією, дуже важливим є правильне фізичне розташування та спрямованість, оскільки твітери максимально задіяні не тільки у формуванні звукової сцени, але так само і в процесі її тонкого настроювання.

За допомогою твітерів можна багато в чому керувати сценою, наближати/віддаляти виконавців, змінювати форму та подачу інструментів, грати з забарвленням звучання та його яскравістю. Як і у разі регулювання СЧ динаміків, на правильне звучання твітерів впливає практично все, причому часто дуже і дуже чутливо: поворот і нахил динаміка, його розташування по вертикалі та горизонталі, віддаленість від найближчих поверхонь тощо. Однак, успіх правильної настройки та вибагливість ВЧ секції залежить від конструкції динаміка та його діаграми спрямованості.

Інструменти, які дограють до нижніх високих, роблять це переважно за рахунок гармонік, а не основних нот. В іншому в діапазоні нижніх високих "живуть" практично ті ж, що були і в середньочастотному відрізку, тобто. практично всі існуючі. Те саме і з голосом, який особливо активний у нижніх високих частотах, особливу яскравість та вплив можна почути у жіночих вокальних партіях.

Середні високі (від 4800 Гц до 9600 Гц)Діапазон частот середніх високих найчастіше вважається межею сприйняття (наприклад за медичною термінологією), хоча на практиці це не відповідає дійсності і залежить як від індивідуальних особливостей людини, так і від її віку (що старша людина, то сильніший поріг сприйняття знижується). У музичному тракті ці частоти дають відчуття чистоти, прозорості, "легкості" і певної суб'єктивної завершеності.

Фактично представлений відрізок діапазону порівняний з підвищеною чіткістю та деталізацією звучання: якщо провалу в середньому верхі немає, то джерело звуку добре локалізується подумки у просторі, концентрується у певній точці та виражається відчуттям певної відстані; і навпаки, якщо відчувається брак нижнього верху, то чіткість звуку ніби розмивається і образи губляться у просторі, звук стає каламутним, затиснутим і синтетично нереалістичним. Відповідно, регулювання відрізка нижніх високих частот можна порівняти з можливістю віртуально " рухати " звукову сцену у просторі, тобто. віддаляти чи наближати її.

Частоти середніх високих в кінцевому рахунку забезпечують бажаний ефект присутності (точніше вони довершують його повною мірою, тому що основу ефекту становлять глибокі та проникливі НЧ), завдяки цим частотам інструменти та голос стають максимально реалістичними та достовірними. Так само про середні верхи можна сказати, що вони відповідають за детальність у звуку, за численні дрібні нюанси та призвуки як щодо інструментальної частини, так і у вокальних партіях. Під кінець відрізка середніх високих починається "повітря" і прозорість, яка так само може цілком виразно відчуватися і впливати на сприйняття.

Незважаючи на те, що звук впевнено сходить на спад, у цьому відрізку діапазону все ще активні: чоловічий та жіночий вокал, бас-барабан (41-8000 Гц), томи (70-7000 Гц), малий барабан (100-10000 Гц) , тарілки (190-17000 Гц), тромбон у формі повітряної підтримки (80-10000 Гц), труба (160-9000 Гц), фагот (60-9000 Гц), саксофон (56-1320 Гц), кларнет (140-15) Гц), гобій (247-15000 Гц), флейта (240-14500 Гц), мала флейта (600-15000 Гц), віолончель (65-7000 Гц), скрипка (200-17000 Гц), арфа (36- ), орган (20-7000 Гц), синтезатор (20-20000 Гц), літаври (60-3000 Гц).

Верхні високі (від 9600 Гц до 30 000 Гц)дуже складний і для багатьох незрозумілий діапазон, що забезпечує здебільшого підтримку певних інструментів та вокалу. Верхні високі переважно забезпечують звуку характеристики легкості, прозорості, кристальності, деякого часом важкого доповнення та фарбування, яке може здатися несуттєвими і навіть нечутним багатьом людям, але при цьому все ще несе цілком певний і конкретний зміст. При спробі побудувати звучання високого класу "hi-fi" або навіть "hi-end" діапазону верхніх високих частот приділяється пильна увага, т.к. справедливо вважається, що у звуку не можна втратити жодної деталі.

До того ж, крім безпосередньої чутної частини, область верхніх високих, плавно переходить в ультразвукові частоти, все ще може мати певний психологічний вплив: навіть якщо ці звуки не чути виразно, але хвилі випромінюються в простір і можуть сприйматися людиною, при цьому більше на рівні формування настрою Також вони зрештою впливають якість звучання. В цілому, ці частоти - найтонші і ніжні у всьому діапазоні, але вони ж відповідальні за відчуття краси, витонченості, іскристого післясмаку музики. При нестачі енергії у діапазоні верхніх високих цілком реально відчути дискомфорт та музичну недомовленість. На додаток до всього, примхливий діапазон верхніх високих дарує слухачеві відчуття просторової глибини, наче занурення вглиб сцени та обволікання звуком. Однак надлишок насиченості звуку в зазначеному вузькому діапазоні може зробити звук надмірно "пісковим" і неприродно тонким.

При обговоренні діапазону верхніх високих частот варто також згадати про ВЧ динамік під назвою "супертвітер", який є фактично розширеною конструктивно версією звичайного твітера. Такий динамік розробляється з метою охоплення більшої ділянки діапазону у верхню сторону. Якщо робочий діапазон звичайного твітера закінчується на передбачуваній обмежувальній відмітці, вище за яку людський слух теоретично не сприймає звукову інформацію, тобто. 20 кГц, то супертвітер може піднімати цей кордон до 30-35 кГц.

Ідея, переслідувана реалізацією такого витонченого динаміка, дуже цікава і цікава, вона прийшла зі світу "hi-fi" і "hi-end", де вважається, що в музичному тракті не можна ігнорувати жодної частоти і, навіть якщо ми їх прямо не чуємо, вони все одно спочатку присутні під час живого виконання тієї чи іншої композиції, а отже опосередковано можуть надавати якийсь вплив. Ситуація з супертвитером ускладнюється тільки тим, що не будь-яка апаратура (джерела звуку/програвачі, підсилювачі тощо) здатні виводити сигнал у повному діапазоні без обрізки частот зверху. Те саме справедливо і щодо самого запису, який часто робиться з обрізанням частотного діапазону та втратою якості.

Приблизно таким описаним вище виглядає поділ чутного частотного діапазону на умовні відрізки в реальності, за допомогою розподілу легше розуміти проблеми в звуковому тракті з метою їх усунення або вирівнювання звучання. Незважаючи на те, що кожна людина уявляє собі якийсь виключно свій і зрозумілий тільки йому еталонний образ звуку відповідно лише зі своїми смаковими уподобаннями, характер початкового звучання прагне рівноваги, а точніше до усереднення всіх частот, що звучать. Тому правильний студійний звук завжди врівноважений та спокійний, весь спектр звукових частот у ньому прагне рівної лінії на графіку АЧХ (амплітудно-частотної характеристики). Той самий напрямок намагається реалізувати безкомпромісний "hi-fi" та "hi-end": отримати максимально рівне та збалансоване звучання, без піків та провалів на всій ділянці чутного діапазону. Такий звук за характером може здатися звичайному недосвідченому слухачеві нудним і невиразним, позбавленим яскравості і не представляє інтересу, проте саме він і є істинно правильним насправді, що прагне рівноваги за аналогією з тим, як проявляють себе закони самого всесвіту, в якому ми живемо .

Так чи інакше, бажання відтворити певний характер звучання в рамках своєї аудіосистеми лежить цілком і повністю на пристрастях самого слухача. Комусь подобається звук з переважаючими потужними низами, інші люблять підвищену яскравість "задертих" верхів, треті можуть годинами насолоджуватися різким підкресленим у середині вокалом... Варіантів сприйняття може бути безліч, а інформація про частотний поділ діапазону на умовні відрізки якраз допоможе будь-кому, хто бажає створити звук своєї мрії, тільки тепер уже з більш повним розумінням нюансів і тонкощів тих законів, яким підкоряється звук як фізичне явище.

Розуміння процесу насичення тими або іншими частотами звукового діапазону (наповнення його енергією на кожній із ділянок) на практиці не тільки полегшить налаштування будь-якої аудіосистеми і уможливить побудову сцени в принципі, але також дасть безцінний досвід з оцінки конкретного характеру звучання. З досвідом людина зможе моментально на слух визначати недоліки звуку, до того ж дуже точно описати проблеми в певній ділянці діапазону і припустити можливе рішення для покращення звукової картини. Коригування звучання може проводитися різними методами, де як "важелі" можна використовувати еквалайзер, наприклад, або ж "гратися" розташуванням та напрямком динаміків - тим самим змінюючи характер ранніх відбитків хвилі, усуваючи стоячі хвилі тощо. Це вже буде "зовсім інша історія" і тема для окремих статей.

Частотний діапазон людського голосу у музичній термінології

Окремо та відокремлено в музиці відводиться роль людського голосу як вокальна партія, адже природа цього явища воістину дивовижна. Людський голос настільки багатогранний а діапазон його (порівняно з музичними інструментами) найбільш широкий, за винятком деяких інструментів, наприклад фортепіано.
Більше того, у різних віках людина може видавати різні за висотою звуки, у дитячому віці до ультразвукових висот, у дорослому віці чоловічий голос цілком здатний опускатися вкрай низько. Тут, як і раніше, украй важливі індивідуальні особливості голосових зв'язок людини, т.к. зустрічаються люди, здатні вражати своїм голосом у діапазоні 5 октав!

Дитячі
• Альт (низький)
• Сопрано (високий)
• Дискант (високий у хлопчиків)

Чоловічі
• Бас-профундо (наднизький) 43.7-262 Гц
• Бас (низький) 82-349 Гц
• Баритон (середній) 110-392 Гц
• Тенор (високий) 132-532 Гц
• Тенор-альтіно (надвисокий) 131-700 Гц

Жіночі
• Контральто (низькі) 165-692 Гц
• Меццо-сопрано (середні) 220-880 Гц
• Сопрано (високі) 262-1046 Гц
• Колоратурне сопрано (надвисокий) 1397 Гц

Поняття звуку та шуму. Сила звуку.

Звук - фізичне явище, що є поширенням у вигляді пружних хвиль механічних коливань у твердому, рідкому або газоподібному середовищі.Як і будь-яка хвиля, звук характеризується амплітудою та спектром частот. Амплітудою звукової хвилі називається різниця між найвищим і найнижчим значенням густини. Частотою звуку називається кількість коливань повітря за секунду. Частота вимірюється у Герцах (Гц).

Хвилі з різною частотою сприймаються як звук різної висоти. Звук частотою нижче 16 – 20 Гц (діапазону чутності людини) називають інфразвуком; від 15 – 20 кГц до 1 ГГц – ультразвуком, від 1 ГГц – гіперзвуком. Серед чутних звуків можна назвати фонетичні (мовні звуки і фонеми, у тому числі складається усне мовлення) і музичні звуки (у тому числі складається музика). Музичні звуки містять не один, а кілька тонів, а іноді й шумові компоненти у широкому діапазоні частот.

Шум є різновидом звуку, він сприймається людьми як неприємний фактор, що заважає або навіть викликає хворобливі відчуття, що створюють акустичний дискомфорт.

Для кількісної оцінки звуку використовують усереднені параметри, визначені виходячи з статистичних законів. Сила звуку - застарілий термін, що описує величину, подібну до інтенсивності звуку, але не ідентичну їй. Вона залежить від довжини хвилі. Одиниця виміру сили звуку - білий (Б). Рівень звуку частішевсього вимірюють у децибелах (це 0,1Б).Людина на слух може виявити різницю в рівні гучності приблизно 1 дБ.

Для вимірювання акустичного шуму Стівеном Орфілдом була заснована в Південному Міннеаполісі «Лабораторія Орфілд». Щоб досягти виняткової тиші, в кімнаті використані скловолоконні акустичні платформи завтовшки метр, подвійні стіни із ізольованої сталі та бетон завтовшки 30 см. Кімната блокує 99,99 відсотків зовнішніх звуків і поглинає внутрішні. Ця камера використовується багатьма виробниками для тестування гучності своїх продуктів, таких як клапани серця, звук дисплея мобільного телефону, звук перемикача на панелі приладів автомобіля. Також її використовують визначення якості звуку.

Звуки різної сили впливають на організм людини. Так звук силою до 40 дБ має заспокійливу дію.Від впливу звуку 60-90 дБ виникає відчуття подразнення, стомлюваність, біль голови. Звук силою 95-110 дБ викликає поступово ослаблення слуху, нервово-психічний стрес, різноманітні захворювання.Звук від 114 дБ викликає звукове сп'яніння на кшталт алкогольного сп'яніння, порушує сон, руйнує психіку, призводить до глухоти.

У Росії діють санітарні норми допустимого рівня шуму, де для різних територій та умов знаходження людини дано граничні значення рівня шуму:

· На території мкр-вона 45-55 дБ;

· У шкільних класах 40-45 дБ;

· Лікарні 35-40 дБ;

· У промисловості 65-70 дБ.

У нічний час (23:00-7:00) рівні шуму мають бути на 10 дБ менше.

Приклади сили звуку в децибелах:

· Шерех листя: 10

· Житлове приміщення: 40

· Розмова: 40–45

· Офіс: 50-60

· Шум у магазині: 60

· ТБ, крик, сміх на відстані 1 м: 70–75

· Вулиця: 70–80

· Фабрика (важка промисловість): 70-110

· Ланцюгова пилка: 100

· Старт реактивного літака: 120–130

· Шум на дискотеці: 175

Сприйняття звуків людиною

Слух – здатність біологічних організмів сприймати звуки органами слуху.В основі виникнення звуку лежать механічні коливання пружних тіл. У шарі повітря, що безпосередньо примикає до поверхні тіла, що коливає, виникає згущення (стиснення) і розрідження. Ці стискування і розрідження чергуються в часі і поширюються в сторони у вигляді пружної поздовжньої хвилі, яка досягає вуха і викликає поблизу нього періодичні коливання тиску, що впливають на аналізатор слуху.

Звичайна людина здатна чути звукові коливання у діапазоні частот від 16–20 Гц до 15–20 кГц.Здатність розрізняти звукові частоти залежить від конкретної людини: її віку, статі, схильності до слухових хвороб, тренованості і втоми слуху.

У людини органом слуху є вухо, яке сприймає звукові імпульси, а також відповідає за положення тіла у просторі та здатність утримувати рівновагу. Це парний орган, який розміщується у скроневих кістках черепа, обмежуючись зовні вушними раковинами. Він представлений трьома відділами: зовнішнім, середнім і внутрішнім вухом, кожен із яких виконує свої конкретні функції.

Зовнішнє вухо складається з вушної раковини та зовнішнього слухового проходу. Вушна раковина у живих організмів працює як приймач звукових хвиль, які потім передаються у внутрішню частину слухового апарату. Значення вушної раковини в людини набагато менше, ніж у тварин, тому в людини практично нерухома.

Складки людської вушної раковини вносять у звук, що надходить у слуховий прохід, невеликі частотні спотворення, що залежать від горизонтальної і вертикальної локалізації звуку. Таким чином, мозок отримує додаткову інформацію для уточнення розташування джерела звуку. Цей ефект іноді використовується в акустиці, у тому числі для створення відчуття об'ємного звуку під час використання навушників або слухових апаратів. Зовнішній слуховий прохід закінчується сліпо: від середнього вуха він відокремлений барабанною перетинкою. Уловлені вушною раковиною звукові хвилі ударяються в барабанну перетинку і викликають її коливання. У свою чергу коливання барабанної перетинки передаються в середнє вухо.

Основною частиною середнього вуха є барабанна порожнина - невеликий простір об'ємом близько 1см³, що знаходиться у скроневій кістці. Тут знаходяться три слухові кісточки: молоточок, ковадло і стремечко - вони з'єднуються між собою і з внутрішнім вухом (вікно присінка), вони передають звукові коливання із зовнішнього вуха у внутрішнє, одночасно посилюючи їх. Порожнина середнього вуха пов'язана з носоглоткою за допомогою євстахієвої труби, через яку вирівнюється середній тиск повітря всередині та зовні від барабанної перетинки.

Внутрішнє вухо через свою хитромудру форму називається лабіринтом. Кістковий лабіринт складається з присінка, равлика і напівкружних каналів, але безпосереднє відношення до слуху має тільки равлик, усередині якого знаходиться перетинчастий канал, заповнений рідиною, на нижній стінці якого розташований рецепторний апарат слухового аналізатора, покритий волосковими клітинами. Волоскові клітини вловлюють коливання рідини, що заповнює канал. Кожна волоскова клітина налаштована певну звукову частоту.

Слуховий орган людини працює в такий спосіб. Вушні раковини вловлюють коливання звукової хвилі і направляють в слуховий прохід. По ньому коливання прямують у середнє вухо і, досягнувши барабанної перетинки, викликають її коливання. Через систему слухових кісточок коливання передаються далі – у внутрішнє вухо (звукові коливання передаються перетину овального вікна). Коливання перетинки викликають рух рідини в равлику, вона, своєю чергою, змушує коливатися базальну мембрану. При русі волоконець волоски рецепторних клітин стосуються покривної мембрани. У рецепторах виникає збудження, яке по слуховому нерву зрештою передається в головний мозок, де через середній та проміжний мозок збудження потрапляє в слухову зону кори великих півкуль, розташовану у скроневих частках. Тут відбувається остаточне розрізнення характеру звуку, його тону, ритму, сили, висоти та її сенсу.

Вплив шуму на людину

Важко переоцінити вплив шуму стан здоров'я людей. Шум відноситься до тих факторів, яких не можна звикнути. Людині лише здається, що вона звикала до шуму, але акустичне забруднення, діючи постійно, руйнує здоров'я людини. Шум викликає резонанс внутрішніх органів, поступово зношуючи їх непомітно нам. Недарма в середні віки існувала страта "під дзвін". Гул дзвін мучив і повільно вбивав засудженого.

Довгий час вплив шуму на організм людини спеціально не вивчався, хоча вже в давнину знали про його шкоду. В даний час вчені у багатьох країнах світу ведуть різні дослідження з метою з'ясування впливу шуму на здоров'я людини. Насамперед від шуму страждають нервова, серцево-судинна системи та органи травлення.Існує залежність між захворюваністю та тривалістю проживання в умовах акустичного забруднення. Зростання хвороб спостерігається після проживання протягом 8-10 років при дії шуму з інтенсивністю понад 70 дБ.

Тривалий шум несприятливо впливає орган слуху, знижуючи чутливість до звуку.Регулярна і тривала дія виробничого шуму в 85-90 дБ призводить до появи приглухуватості (поступової втрати слуху). Якщо сила звуку вище 80 дБ, з'являється небезпека втрати чутливості ворсинок, що знаходяться в середньому вусі – відростків слухових нервів. Відмирання половини їх ще веде до відчутної втрати слуху. А якщо гине більше половини - людина порине у світ, у якому не чути шелесту дерев, дзижчання бджіл. З втратою всіх тридцяти тисяч слухових ворсинок людина потрапляє у світ безмовності.

Шум має акумулятивний ефект, тобто. акустичні роздратування, накопичуючись в організмі, дедалі більше пригнічують нервову систему. Тому перед втратою слуху від дії шумів виникає функціональний розлад центральної нервової системи. Особливо шкідливий вплив шум надає нервово-психічну діяльність організму. Процес нервово-психічних захворювань вищий серед осіб, які працюють у шумних умовах, ніж у осіб, які працюють у нормальних звукових умовах. Уражаються всі види інтелектуальної діяльності, погіршуються настрій, іноді з'являється відчуття розгубленості, тривоги, переляку, страху, а за високої інтенсивності - почуття слабкості, як і після сильного нервового потрясіння. У Великій Британії, наприклад, один із чотирьох чоловіків і одна з трьох жінок хворі на неврози через високий рівень шуму.

Шуми викликають функціональні розлади серцево-судинної системи. Зміни, що відбуваються в серцево-судинній системі людини під впливом шуму, мають такі симптоми: больові відчуття в ділянці серця, серцебиття, нестійкість пульсу та артеріального тиску, іноді спостерігається схильність до спазм капілярів кінцівок та очного дна. Функціональні зрушення, що виникають у системі кровообігу під впливом інтенсивного шуму, згодом можуть призвести до стійких змін судинного тонусу, що сприяють розвитку гіпертонічної хвороби.

Під впливом шуму змінюються вуглеводний, жировий, білковий, сольовий обмін речовин, що проявляється у зміні біохімічного складу крові (знижується рівень цукру в крові). Шум надає шкідливий вплив на зорові та вестибулярні аналізатори, знижує рефлекторну діяльність, що часто стає причиною нещасних випадків та травм. Чим вище інтенсивність шуму, тим гірша людина бачить і реагує на те, що відбувається.

Шум також впливає на здатність до інтелектуальної та навчальної діяльності. Наприклад, на успішність учнів. 1992 року в Мюнхені аеропорт перенесли в іншу частину міста. І з'ясувалося, що учні, які проживали поряд зі старим аеропортом, які до його закриття демонстрували погані показники з читання та запам'ятовування інформації, в тиші стали показувати набагато кращі результати. Натомість у школах того району, куди аеропорт перенесли, успішність навпаки погіршилася, а діти отримали нове виправдання для поганих оцінок.

Дослідники встановили, що шум може руйнувати рослинні клітини. Наприклад, експерименти показали, що рослини, схильні до обстрілу звуками, засихають і гинуть. Причиною загибелі є надмірне виділення вологи через листя: коли рівень шуму перевищує певну межу, квіти виходять сльозами. Бджола втрачає здатність орієнтуватися та перестає працювати при шумі реактивного літака.

Дуже галаслива сучасна музика також притупляє слух, спричиняє нервові захворювання. У 20 відсотків юнаків і дівчат, які часто слухають модну сучасну музику, слух виявився притупленим такою мірою, як у 85 літніх людей похилого віку. Особливу небезпеку становлять плеєри та дискотеки для підлітків. Зазвичай рівень шуму на дискотеці становить 80-100 дБ, що порівняно з рівнем шуму інтенсивного вуличного руху або турбореактивного літака, що злітає в 100 м. Гучність звуку плеєра складає 100-114 дБ. Майже так само оглушливо працює відбійний молоток. Здорові барабанні перетинки без шкоди можуть переносити гучність плеєра 110 дБ максимум протягом 1,5 хв. Французькі вчені відзначають, що порушення слуху у наш час активно поширюються серед молодих людей; з віком вони швидше за все будуть змушені користуватися слуховими апаратами. Навіть низький рівень гучності заважає концентрації уваги під час інтелектуальної роботи. Музика, нехай навіть зовсім тиха, знижує увагу – це слід враховувати під час домашньої роботи. Коли звук наростає, організм виробляє багато гормонів стресу, наприклад адреналін. У цьому звужуються кровоносні судини, уповільнюється робота кишечника. Надалі це може призвести до порушень роботи серця і кровообігу. Погіршення слуху через шум відноситься до невиліковних захворювань. Відновити ушкоджений нерв хірургічним шляхом практично неможливо.

Негативно впливають на нас не лише ті звуки, які ми чуємо, а й ті, що знаходяться за межами діапазону чутності: насамперед інфразвук. Інфразвук у природі виникає при землетрусах, ударах блискавок, за сильного вітру. У місті джерела інфразвуку - важкі верстати, вентилятори та будь-яке обладнання, що вібрує . Інфразвук з рівнем до 145 дБ викликає фізичну напругу, перевтому, головний біль, порушення роботи вестибулярного апарату. Якщо інфразвук сильніший і триваліший, то людина може відчувати вібрації у грудній клітці, сухість у роті, порушення зору, головний біль та запаморочення.

Небезпека інфразвуку в тому, що від нього складно захиститися: на відміну від звичайного шуму, він практично не піддається поглинанню та поширюється набагато далі. Для його придушення необхідно зменшити звук у самому джерелі за допомогою спеціального обладнання: глушників реактивного типу.

Повна тиша також шкодить організм людини.Так, співробітники одного конструкторського бюро, яке мало чудову звукоізоляцію, вже через тиждень почали скаржитися на неможливість роботи в умовах тиші, що гнітюче. Вони нервували, втрачали працездатність.

Конкретним прикладом впливу шуму на живі організми, можна вважати таку подію. Тисячі пташенят, що не вилупилися, загинули внаслідок днопоглиблювальних робіт, які ведуть німецька компанія «Мебіус» за розпорядженням Мінтрансу України. Шум від працюючої техніки розносився на 5-7км, негативно впливаючи на прилеглі території Дунайського біосферного заповідника. Представники Дунайського біосферного заповідника та ще 3 організацій змушені були з болем констатувати загибель усієї колонії строкатої крачки та річкової крачки, які розташовувалися на косі Пташина. Дельфіни та кити викидаються на берег через сильні звуки військових гідролокаторів.

Джерела шуму у місті

Найшкідливіший вплив надають звуки на людину у великих містах. Але навіть у заміських селищах можна страждати від шумового забруднення, викликаного працюючими технічними пристроями у сусідів: газонокосаркою, токарним верстатом чи музичним центром. Шум від них може перевищувати гранично допустимі норми. І все ж основне забруднення шумове відбувається в місті. Джерелом його здебільшого є транспортні засоби. Найбільша інтенсивність звуків походить від автомагістралей, метро та трамваїв.

Автотранспорт. Найбільші рівні шуму спостерігаються на магістральних вулицях міст. Середня інтенсивність руху досягає 2000-3000 транспортних одиниць на годину та більше, а максимальні рівні шуму – 90-95 дБ.

Рівень вуличних шумів визначається інтенсивністю, швидкістю та складом транспортного потоку. Крім того, рівень вуличних шумів залежить від планувальних рішень (подовжній та поперечний профіль вулиць, висота та щільність забудови) та таких елементів благоустрою, як покриття проїжджої частини та наявність зелених насаджень. Кожен із цих факторів здатний змінити рівень транспортного шуму до 10 дБ.

У промисловому місті зазвичай високий відсоток вантажного транспорту на магістралях. Збільшення, у загальному потоці автотранспорту, вантажних автомобілів, особливо великовантажних із дизельними двигунами, призводить до зростання рівнів шуму. Шум, що виникає на проїжджій частині магістралі, поширюється не лише на примагістральну територію, а й углиб житлової забудови.

Рейковий транспорт. Підвищення швидкості руху поїздів також призводить до значного зростання рівня шуму в житлових зонах, розташованих уздовж залізничних колій або поблизу сортувальних станцій. Максимальний рівень звукового тиску на відстані 7,5 м від електропоїзда, що рухається, досягає 93 дБ, від пасажирського - 91, від товарного складу -92 дБ.

Шум, що виникає під час проходження електропоїздів, легко поширюється на відкритій території. Найбільш значно звукова енергія знижується з відривом перших 100 м від джерела (загалом на 10 дБ). На відстані 100-200 зниження шуму дорівнює 8 дБ, а відстані від 200 до 300 всього на 2-3 дБ. Основне джерело залізничного шуму – удари вагонів під час руху на стиках та нерівностях рейок.

З усіх видів міського транспорту найбільш гучний трамвай. Сталеві колеса трамвая при русі рейками створюють рівень шуму на 10 дБ вище, ніж колеса автомобілів при зіткненні з асфальтом. Трамвай створює шумові навантаження під час роботи двигуна, відчинення дверей, подачі звукових сигналів. Високий рівень шуму від руху трамвая – одна з основних причин скорочення трамвайних ліній у містах. Однак трамвай має і цілу низку переваг, тому при зниженні створюваного ним шуму він може виграти у змаганні з іншими видами транспорту.

Велике значення має швидкісний трамвай. Він може з успіхом використовуватися як основний вид транспорту в малих та середніх містах, а у великих – як міський, приміський і навіть як міжміський для зв'язку з новими житловими масивами, промисловими зонами, аеропортами.

Повітряний транспорт. Значну питому вагу в шумовому режимі багатьох міст займає повітряний транспорт. Нерідко аеропорти цивільної авіації опиняються в безпосередній близькості від житлової забудови, а повітряні траси проходять над численними населеними пунктами. Рівень шуму залежить від напрямку злітно-посадкових смуг та трас прольотів літаків, інтенсивності польотів протягом доби, сезонів року, від типів літаків, що базуються на даному аеродромі. При цілодобовій інтенсивній експлуатації аеропортів еквівалентні рівні звуку на житловій території досягають вдень 80 дБ, у нічний – 78 дБ, максимальні рівні шуму коливаються від 92 до 108 дБ.

Промислове підприємство. Джерелом великого шуму у житлових кварталах міст є промислові підприємства. Порушення акустичного режиму відзначається у випадках, коли їх територія безпосередньо до житлових масивів. Вивчення промислового шуму показало, що характером звучання він постійний і широкосмуговий, тобто. звук різних тонів. Найбільші рівні спостерігаються на частотах 500-1000 Гц, тобто в зоні найбільшої чутливості органу слуху. У виробничих цехах встановлюється багато різнотипного технологічного устаткування. Так, ткацькі цехи можуть бути охарактеризовані рівнем звуку 90-95 дБ А, механічні та інструментальні – 85-92, ковальсько-пресові – 95-105, машинні зали компресорних станцій – 95-100 дБ.

Домашня техніка. З настанням постіндустріальної епохи все більше джерел джерел шумового забруднення (а також електромагнітного) з'являється і всередині житла людини. Джерелом цього шуму є побутова та офісна техніка.

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ МЕДИЦИНИ

Фізіологія

Як вухо сприймає звуки

Вухо - це орган, що перетворює звукові хвилі на нервові імпульси, які здатний сприймати мозок. Взаємодіючи один з одним елементи внутрішнього вуха дають

нам можливість розрізняти звуки.

Анатомічно поділяється на три частини:

□ Зовнішнє вухо - призначене для спрямування звукових хвиль у внутрішні структури вуха. Воно складається з вушної раковини, що представляє собою еластичний хрящ, вкритий шкірою з підшкірною клітковиною, з'єднаний зі шкірою черепа і зовнішнім слуховим проходом - слуховою трубкою, вкритою вушною сіркою. Ця трубка закінчується барабанною перетинкою.

□ Середнє вухо – порожнина, всередині якої знаходяться дрібні слухові кісточки (молоточок, ковадло, стремено) та сухожилля двох невеликих м'язів. Розташування стремена дозволяє йому вдаряти по овальному вікну, яке є входом у равлик.

□ Внутрішнє вухо складається:

■ із півкружних каналів кісткового лабіринту та передодня лабіринту, які є частиною вестибулярного апарату;

■ з равлика - власне органу слуху. Слимак внутрішнього вуха дуже нагадує раковину живого равлика. У поперечному

перерізі можна побачити, що вона складається з трьох поздовжніх частин: барабанних сходів, вестибулярних сходів і каналу равлика. Усі три структури заповнені рідиною. У каналі равлика знаходиться спіральний кортієвий орган. Він складається з 23 500 чутливих, забезпечених волосками клітин, які фактично вловлюють звукові хвилі і далі через слуховий нерв передають їх у головний мозок.

Анатомія вуха

Зовнішнє вухо

Складається з вушної раковини та зовнішнього слухового проходу.

Середнє вухо

Містить три дрібні кісточки: молоточок, ковадло і стремено.

Внутрішнє вухо

Містить напівкружні канали кісткового лабіринту, переддень лабіринту та равлик.

< Наружная, видимая часть уха называется ушной раковиной. Она служит для передачи звуковых волн в слуховой канал, а оттуда в среднее и внутреннее ухо.

А Зовнішнє, середнє і внутрішнє вухо відіграють важливу роль у проведенні та передачі звуку із зовнішнього середовища до головного мозку.

Що таке звукГ

Звук поширюється в атмосфері, переміщаючись з високого тиску в область низького.

Звукова хвиля

з більшою частотою (блакитна) відповідає високому звуку. Зеленим позначено низький звук.

Більшість звуків, які ми чуємо, є комбінацією звукових хвиль різної частоти та амплітуди.

Звук – це вид енергії; звукова енергія передається у атмосфері як коливань молекул повітря. За відсутності молекулярного середовища (повітряного або будь-якого іншого) звук не може поширюватися.

РУХ МОЛЕКУЛ У атмосфері, у якій поширюється звук, є області високого тиску, у яких молекули повітря розташовуються ближче друг до друга. Вони чергуються з низьким тиском, де молекули повітря знаходяться на більшій відстані один від одного.

Деякі молекули при зіткненні із сусідніми передають їм свою енергію. Створюється хвиля, яка може поширюватися великі відстані.

Таким чином, відбувається передача звукової енергії.

Коли хвилі високого та низького тиску розподіляються рівномірно, вважається, що тон чистий. Таку звукову хвилю створює камертон.

Звукові хвилі, що виникають при відтворенні мовлення, розподіляються нерівномірно і комбіновані.

ВИСОТА ТА АМПЛІТУДА Висота звуку визначається частотою коливання звукової хвилі. Вона вимірюється в герцах (Гц). Чим більша частота, тим вищий звук. Гучність звуку визначається амплітудою коливань звукової хвилі. Людське вухо сприймає звуки, частота яких у діапазоні від 20 до 20 ТОВ Гц.

< Полный диапазон слышимости человека составляет от 20 до 20 ООО Гц. Человеческое ухо может дифференцировать примерно 400 ООО различных звуков.

Ці дві воли ие-ют од>*«коеую часто- 1 ту, але різну a^vviy-ду (вогна блакитного кольору відповідає більш гучному звуку).

Людина – це справді найрозумніша з тварин, що населяють планету. Однак наш розум нерідко позбавляє нас переваги в таких здібностях, як сприйняття оточуючого через нюх, слух та інші сенсорні відчуття.

Так, більшість тварин набагато випереджають нас, якщо йдеться про слуховий діапазон. Діапазон слуху людини – це низка частот, які може сприймати людське вухо. Спробуємо зрозуміти, як працює вухо людини щодо сприйняття звуку.

Діапазон слуху людини у нормальних умовах

У середньому людське вухо може вловлювати та розрізняти звукові хвилі в діапазоні від 20 Гц до 20 кГц (20000 Гц). Однак у міру старіння слуховий діапазон людини зменшується, зокрема знижується його верхня межа. У людей похилого віку вона зазвичай набагато нижча, ніж у молодих, при цьому максимально високими слуховими здібностями володіють немовлята і діти. Слухова сприйняття високих частот починає погіршуватися з восьмирічного віку.

Людський слух у ідеальних умовах

У лабораторії діапазон слуху людини визначається за допомогою аудіометра, що випускає звукові хвилі різної частоти, та налаштованих відповідним чином навушників. У таких ідеальних умовах людське вухо може розпізнавати частоти від 12 Гц до 20 кГц.

Діапазон слуху у чоловіків та жінок

Між слуховим діапазоном чоловіків та жінок існує значна різниця. Виявлено, що жінки, порівняно з чоловіками, більш чутливі до високих частот. Сприйняття низьких частот перебуває у чоловіків та жінок на більш менш однаковому рівні.

Різні шкали для вказівки діапазону слуху

Хоча частотна шкала є найбільш поширеною шкалою для вимірювання діапазону слуху людини, його також нерідко вимірюють у паскалях (Па) та децибелах (дБ). Проте вимір у паскалях вважається незручним, оскільки ця одиниця передбачає роботу з дуже великими цифрами. Один мкПа - це відстань, що долається звуковою хвилею під час коливання, яка дорівнює одній десятій діаметра атома водню. Звукові хвилі в людському вусі долають набагато більшу відстань, що робить вказівку діапазону слуху людини в паскалях скрутним.

Найм'якший звук, який може бути розпізнаний вухом людини, дорівнює приблизно 20 мкПа. Шкала децибел більш проста у використанні, оскільки вона є логарифмічною шкалою, яка безпосередньо посилається на шкалу Па. Вона приймає 0 дБ (20 мкПа) як точку відліку і далі продовжує стискати цю шкалу тиску. Таким чином, 20 мільйонів мкПа дорівнюють всього 120 дБ. Так виходить, що діапазон людського вуха становить 0-120 дБ.

Слуховий діапазон значно відрізняється від людини до людини. Тому для виявлення втрати слуху найкраще вимірювати діапазон чутних звуків по відношенню до опорної шкали, а не до звичайної стандартизованої шкали. Тести можуть проводитися за допомогою складних інструментів для діагностики слуху, які дозволяють точно визначати міру та діагностувати причини втрати слуху.

Психоакустика - область науки, що межує між фізикою та психологією, вивчає дані про слухове відчуття людини при дії на вухо фізичного роздратування - звуку. Накопичено великий обсяг даних про реакції людини на слухові подразнення. Без цих даних важко отримати правильне уявлення роботи систем передачі сигналів звукової частоти. Розглянемо найважливіші особливості сприйняття звуку людиною.
Людина відчуває зміни звукового тиску, що відбуваються із частотою 20-20 000 Гц. Звуки з частотою нижче 40 Гц порівняно рідко зустрічаються в музиці і не існують у розмовній мові. На дуже високих частотах музичне сприйняття зникає і виникає якесь невизначене звукове відчуття, що залежить від особливості слухача, його віку. З віком чутливість слуху в людини зменшується і в області верхніх частот звукового діапазону.
Але було б неправильно робити на цій підставі висновок, що для людей похилого віку неважлива передача звуковідтворювальної установки широкої смуги частот. Експерименти показали, що люди, що навіть ледве сприймають сигнали вище 12 кГц, дуже легко розпізнають у музичній передачі недостатність верхніх частот.

Частотні характеристики слухових відчуттів

Область чутних людиною звуків у діапазоні 20-20000 Гц обмежується інтенсивністю порогами: знизу - чутності і зверху - больових відчуттів.
Поріг чутності оцінюється мінімальним тиском, точніше, мінімальним збільшенням тиску щодо кордону чутливий до частот 1000-5000 Гц - тут поріг чутності найнижчий (звуковий тиск близько 2-10 Па). У бік нижчих та найвищих звукових частот чутливість слуху різко падає.
Поріг больових відчуттів визначає верхню межу сприйняття звукової енергії і приблизно відповідає інтенсивності звуку 10 Вт/м або 130 дБ (для опорного сигналу з частотою 1000 Гц).
При збільшенні звукового тиску збільшується інтенсивність звуку, причому слухове відчуття наростає стрибками, званими порогом розрізнення інтенсивності. Число цих стрибків на середніх частотах приблизно 250, на низьких і високих частотах воно зменшується і в середньому частотного діапазону становить близько 150.

Оскільки діапазон зміни інтенсивностей 130 дБ, то елементарний стрибок відчуттів у середньому діапазону амплітуд дорівнює 0,8 дБ, що відповідає зміні інтенсивності звуку в 1,2 рази. При низьких рівнях слуху ці стрибки досягають 2-3 дБ, при високих рівнях зменшуються до 0,5 дБ (в 1,1 разу). Збільшення потужності підсилювального тракту менше ніж у 1,44 рази практично не фіксується вухом людини. При нижчому звуковому тиску, що розвивається гучномовцем, навіть дворазове збільшення потужності вихідного каскаду може дати відчутного результату.

Суб'єктивні характеристики звуку

Якість звукопередачі оцінюється з урахуванням слухового сприйняття. Тому правильно визначити технічні вимоги до тракту звукопередачі або окремим його ланкам можна лише вивчивши закономірності, що пов'язують суб'єктивно відчуття звуку і об'єктивними характеристиками звуку є висота, гучність і тембр.
Поняття висоти звуку має на увазі суб'єктивну оцінку сприйняття звуку за частотним діапазоном. Звук прийнято характеризувати не частотою, а заввишки тону.
Тон - це сигнал певної висоти, що має дискретний спектр (музичні звуки, голосні звуки мови). Сигнал, що має широкий безперервний спектр, всі частотні складові якого мають однакову середню потужність, називається білим шумом.

Поступове збільшення частоти звукових коливань від 20 до 20 000 Гц сприймається як поступова зміна тону від найнижчого (басового) до найвищого.
Ступінь точності, з якою людина визначає висоту звуку на слух, залежить від гостроти, музичності та тренування його слуху. Слід зазначити, що висота звуку певною мірою залежить від інтенсивності звуку (при більших рівнях звуки більшої інтенсивності здаються нижчими, ніж слабкі.).
Вухо людини добре розрізняє два близькі за висотою тони. Наприклад, в області частот приблизно 2000 Гц людина може розрізняти два тони, які відрізняються один від одного за частотою 3-6 Гц.
Суб'єктивний масштаб сприйняття звуку за частотою близький до логарифмічного закону. Тому збільшення частоти коливань удвічі (незалежно чи початкової частоти) завжди сприймається як однакову зміну висоти тону. Інтервал висоти, який відповідає зміні частоти в 2 рази, називається октавою. Діапазон частот, що сприймаються людиною, 20-20 000 Гц, він охоплює приблизно десять октав.
Октава – досить великий інтервал зміни висоти тону; людина розрізняє значно менші інтервали. Так, у десяти октавах, що сприймаються вухом, можна розрізнити понад тисячу градацій висоти тону. У музиці використовуються менші інтервали, які називають півтонами і відповідні зміні частоти приблизно в 1,054 рази.
Октаву ділять на напівоктави та третину октави. Для останніх стандартизовано наступний ряд частот: 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3; 3,15; 4; 5; 6,3: 8; 10, що є межами третьоктав. Якщо ці частоти розташувати рівних відстанях по осі частот, то вийде логарифмічний масштаб. Тому всі частотні властивості пристроїв передачі звуку будують в логарифмічному масштабі.
Гучність передачі залежить не тільки від інтенсивності звуку, а й від спектрального складу, умов сприйняття та тривалості дії. Так, два тони середньої і низької частоти, що звучать, мають однакову інтенсивність (або однаковий звуковий тиск), сприймаються людиною не як однаково гучні. Тому введено поняття рівня гучності у фонах для позначення звуків однакової гучності. За рівень гучності звуку у фонах приймають рівень звукового тиску децибелах такої ж гучності чистого тону частотою 1000 Гц, тобто для частоти 1000 Гц рівні гучності у фонах і децибелах збігаються. На інших частотах при тому самому звуковому тиску звуки можуть здаватися більш гучними або тихішими.
Досвід роботи звукорежисерів із запису та монтажу музичних творів показує, що для кращого виявлення дефектів звучання, які можуть виникнути в процесі роботи, рівень гучності, при контрольному прослуховуванні слід підтримувати високим, що приблизно відповідає рівню гучності в залі.
При тривалому впливі інтенсивного звуку чутливість слуху поступово знижується, тим більше, що вище гучність звуку. Виявлене зниження чутливості пов'язані з реакцією слуху перевантаження, тобто. з природною його адаптацією, після деякої перерви у прослуховуванні чутливість слуху відновлюється. До цього слід додати, що слуховий апарат при сприйнятті сигналів високого рівня привносить свої, звані суб'єктивні, спотворення (що свідчить про нелінійності слуху). Так, при рівні сигналу 100 дБ перша та друга суб'єктивні гармоніки досягають рівня 85 та 70 дБ.
Значний рівень гучності та тривалість його впливу викликають незворотні явища у слуховому органі. Наголошено, що у молоді за останні роки різко зросли пороги чутності. Причиною цього стало захоплення поп-музикою, що вирізняється високими рівнями гучності звучання.
Рівень гучності вимірюють за допомогою електроакустичного приладу – шумоміра. Вимірюваний звук спочатку перетворюється мікрофоном на електричні коливання. Після посилення спеціальним підсилювачем напруги цих коливань вимірюють стрілочним приладом, відрегульованим децибелах. Щоб показання приладу якнайточніше відповідали суб'єктивному сприйняттю гучності, прилад забезпечений спеціальними фільтрами, що змінюють його чутливість до сприйняття звуку різних частот відповідно до характеристики чутливості слуху.
Важливою характеристикою звуку є тембр. Здатність слуху розрізняти його дозволяє сприймати сигнали з великою різноманітністю відтінків. Звучання кожного з інструментів та голосів завдяки характерним для них відтінкам стає багатобарвним і добре впізнаваним.
Тембр, будучи суб'єктивним відображенням складності звучання, що сприймається, не має кількісної оцінки і характеризується термінами якісного порядку (красивий, м'який, соковитий та ін.). При передачі сигналу електроакустичному тракту виникають спотворення в першу чергу впливають на тембр відтворюваного звуку. Умовою правильної передачі тембру музичних звуків є перекручена передача спектра сигналу. Спектром сигналу називають сукупність синусоїдальних складових складного звуку.
Найпростішим спектром має так званий чистий тон, у ньому є тільки одна частота. Більш цікавим виявляється звук музичного інструменту: його спектр складається з частоти основного тону і кількох "домішних" частот, званих обертонами (вищими тонами), обертові кратні частоті основного тону і зазвичай менше його за амплітудою.
Від розподілу інтенсивності обертонів залежить тембр звуку. Звуки різних музичних інструментів відрізняються тембром.
Складнішим виявляється спектр поєднання музичних звуків, званий акордом. У такому спектрі є кілька основних частот разом з відповідними обертонами.
Відмінності в тембрі onрозподіляються в основному низько-середньо частотними складовими сигналу, отже, і велика різноманітність тембрів пов'язана з сигналами, що лежать в нижній частині частотного діапазону. Сигнали ж, що відносяться до верхньої його частини, у міру підвищення все більше втрачають своє забарвлення тембру, що зумовлено поступовим відходом їх гармонійних складових за межі частот, що чують. Це пояснити тим, що у освіті тембру низьких звуків беруть активну участь до 20 і більше гармонік, середніх 8 - 10, високих 2 - 3, оскільки інші або слабкі, або випадають із області чутних частот. Тому високі звуки, як правило, за тембром бідніші.
Майже у всіх природних джерел звуку, зокрема й у джерел музичних звуків, спостерігається специфічна залежність тембру від рівня гучності. До такої залежності пристосований і слух – для нього є природним визначення інтенсивності джерела забарвлення звуку. Гучні звуки зазвичай є і різкішими.

Музичні джерела звуку

Великий вплив на якість звучання електроакустичних систем має низку факторів, що характеризують первинні джерела звуків.
Акустичні параметри музичних джерел залежать від складу виконавців (оркестр, ансамбль, гурт, соліста та типу музики: симфонічна, народна, естрадна та ін.).

Зародження та формування звуку кожному музичному інструменті має власну специфіку, що з акустичними особливостями звукообразования у тому чи іншому музичному інструменті.
Важливим елементом музичного звуку є атака. Це – специфічний перехідний процес, протягом якого встановлюються стабільні характеристики звуку: гучність, тембр, висота. Будь-який музичний звук проходить три стадії - початок, середину і кінець, причому і початкова, і кінцева стадії мають деяку тривалість. Початкова стадія називається атакою. Триває вона по-різному: у щипкових, ударних та деяких духових інструментів 0-20 мс, у фаготу 20-60 мс. Атака - це не просто наростання гучності звуку від нуля до деякого значення, вона може супроводжуватися такою ж зміною висоти звуку і його тембру. Причому характеристики атаки інструменту неоднакові в різних ділянках його діапазону при різній манері гри: скрипка багатством можливих виразних способів атаки - найбільш досконалий інструмент.
Одна з характеристик будь-якого музичного інструменту – це частотний діапазон звучання. Крім основних частот, кожен інструмент характеризується додатковими високоякісними складовими - обертонами (або, як прийнято в електроакустиці, - вищими гармоніками), що визначають його специфічний тембр.
Відомо, що звукова енергія нерівномірно розподіляється по всьому спектру звукових частот, що випромінюються джерелом.
Більшість інструментів характеризується посиленням основних частот, а також окремих обертонів у певних (однієї або декількох) відносно вузьких смугах частот (формантах), різних для кожного інструменту. Резонансні частоти (в герцах) формантної області становлять: для труби 100-200, валторни 200-400, тромбона 300-900, труби 800-1750, саксофона 350-900, гобою 800-1500, 0 фата .
Інша характерна властивість музичних інструментів - сила їхнього звуку, що обумовлюється більшою або меншою амплітудою (розмахом) їхнього звучного тіла або повітряного стовпа (більшій амплітуді відповідає сильніше звучання і навпаки). Значення пікових акустичних потужностей (у ВАТ) становить: для великого оркестру 70, великого барабана 25, літавр 20, малого барабана 12, тромбона 6, фортепіано 0,4, труби та саксофона 0,3, труби 0,2, контрабаса 0. 6, малої флейти 0,08, кларнета, валторни та трикутника 0,05.
Відношення потужності звуку, що витягується з інструмента при виконанні "фортисімо", до потужності звуку при виконанні "піаніссімо" прийнято називати динамічним діапазоном звучання музичних інструментів.
Динамічний діапазон музичного джерела звуку залежить від виду виконавського колективу та характеру виконання.
Розглянемо динамічний діапазон окремих джерел звуку. Під динамічним діапазоном окремих музичних інструментів та ансамблів (різні за складом оркестри та хори), а також голосів розуміють відношення максимальних звукових тисків, створюваних даним джерелом, до мінімальних, виражене в децибелах.
Насправді щодо динамічного діапазону джерела звуку зазвичай оперують лише рівнями звукового тиску, обчислюючи чи вимірюючи відповідну їх різницю. Наприклад, якщо максимальний рівень звучання оркестру становить 90, а мінімальний 50 дБ, кажуть, що динамічний діапазон дорівнює 90 - 50= = 40 дБ. При цьому 90 та 50 дБ – це рівні звукового тиску щодо нульового акустичного рівня.
Динамічний діапазон даного джерела звуку - величина непостійна. Вона залежить від характеру твору, що виконується, і від акустичних умов приміщення, в якому відбувається виконання. Реверберація розширює динамічний діапазон, який зазвичай досягає максимального значення у приміщеннях, що мають великий об'єм та мінімальне звукопоглинання. Майже у всіх інструментів та людських голосів динамічний діапазон нерівномірний за регістром звучання. Наприклад, рівень гучності найнижчого звуку на "форте" у вокаліста дорівнює рівню найвищого звуку на "піано".

Динамічний діапазон тієї чи іншої музичної програми виражається так само, як і для окремих джерел звуку, але максимальний звуковий тиск відзначається при динамічному ff (фортисімо) відтінку, а мінімальний при рр (піаніссимо).

Найбільшій гучності, що позначається в нотах fff (форте-, фортисімо), відповідає акустичний рівень звукового тиску приблизно 110 дБ, а найменшої гучності, що позначається в нотах ррр (піано-піаніссімо), приблизно 40 дБ.
Слід зазначити, що динамічні відтінки виконання у музиці відносні та його зв'язок із відповідними рівнями звукового тиску певною мірою умовна. Динамічний діапазон тієї чи іншої музичної програми залежить від характеру твору. Так, динамічний діапазон класичних творів Гайдна, Моцарта, Вівальді рідко перевищує 30-35 дБ. Динамічний діапазон естрадної музики зазвичай не перевищує 40 дБ, а танцювальної та джазової – всього близько 20 дБ. Більшість творів для оркестру російських народних інструментів також мають невеликий динамічний діапазон (25-30 дБ). Це справедливо й у духового оркестру. Однак максимальний рівень звучання духового оркестру у приміщенні може досягати досить великого рівня (до 110 дБ).

Ефект маскування

Суб'єктивна оцінка гучності залежить від умов, у яких звук сприймається слухачем. У реальних умовах акустичний сигнал не існує в абсолютній тиші. Одночасно з ним впливають на слух сторонні шуми, що ускладнюють звукове сприйняття, що маскують до певної міри основний сигнал. Ефект маскування чистого синусоїдального тону стороннім шумом оцінюється величиною, що вказує. на скільки децибел підвищується поріг чутності сигналу, що маскується над порогом його сприйняття в тиші.
Досліди щодо визначення ступеня маскування одного звукового сигналу іншим показують, що тон будь-якої частоти маскується нижчими тонами значно ефективніше, ніж вищими. Наприклад, якщо два камертони (1200 і 440 Гц) випромінюють звуки з однаковою інтенсивністю, ми перестаємо чути перший тон, він замаскований другим (погасивши вібрацію другого камертону, ми знову почуємо перший).
Якщо одночасно існують два складні звукові сигнали, що складаються з певних спектрів звукових частот, виникає ефект взаємної маскування. При цьому якщо основна енергія обох сигналів лежить в одній і тій же області діапазону звукових частот, то ефект маскування буде найбільш сильним. Так, при передачі оркестрового твору через маскування акомпанементом партія соліста може стати погано розбірливою, невиразною.
Досягнення чіткості чи, як кажуть, " прозорості " звучання при звукопередачі оркестрів чи естрадних ансамблів стає дуже важким, якщо інструмент чи окремі групи інструментів оркестру грають у одному чи близьких регістрах одночасно.
Режисер, здійснюючи запис оркестру, обов'язково враховує особливості маскування. На репетиціях він з допомогою диригента встановлює баланс між силою звучання інструментів однієї групи, і навіть між групами всього оркестру. Ясність основних мелодійних ліній та окремих музичних партій досягається у випадках близьким розташуванням мікрофонів до виконавців, навмисним виділенням звукорежисером найважливіших у цьому місці твори інструментів та інші спеціальними прийомами звукорежисури.
Яві маскування протистоїть психофізіологічна здатність органів слуху виділяти з загальної маси звуків один або кілька, що несуть найважливішу інформацію. Наприклад, при звучанні оркестру диригент зауважує найменші неточності у виконанні партії на будь-якому інструменті.
Маскування може суттєво впливати на якість передачі сигналу. Чітке сприйняття прийнятого звуку можливе в тому випадку, якщо його інтенсивність істотно перевищує рівень складових перешкод, що знаходяться в тій же смузі, що і звук, що приймається. При рівномірному перешкоді перевищення сигналу має бути 10-15 дБ. Ця особливість слухового сприйняття знаходить практичне застосування, наприклад, в оцінці електроакустичних характеристик носіїв. Так, якщо відношення сигнал-шум аналогової грамплатівки 60 дБ, динамічний діапазон записаної програми може бути не більше 45 - 48 дБ.

Тимчасові характеристики слухового сприйняття

Слуховий апарат, як і будь-яка інша коливальна система, є інерційним. При зникненні звуку слухове відчуття зникає відразу, поступово, зменшуючись до нуля. Час, протягом якого шум за рівнем гучності зменшується на 8-10 тло, називається постійною часу слуху. Ця постійна залежить від низки обставин, а також від параметрів звуку, що сприймається. Якщо до слухача приходять два короткі звукові імпульси, однакових пі частотному складу і рівню, але один з них запізнюється, то вони будуть сприйматися разом при запізнюванні, що не перевищує 50 мс. При великих інтервалах запізнення обидва імпульси сприймаються окремо, виникає луна.
Ця особливість слуху враховується при конструюванні деяких приладів обробки сигналів, наприклад, електронних ліній затримки, ревербератів та ін.
Слід зазначити, що завдяки особливій властивості слуху, відчуття гучності короткочасного звукового імпульсу залежить не тільки від його рівня, а й від тривалості впливу імпульсу на вухо. Так, короткочасний звук, що триває всього 10-12 мс, сприймається вухом тихіше, ніж звук такий самий за рівнем, але впливає на слух протягом, наприклад 150-400 мс. Тому при прослуховуванні передачі гучність є результатом усереднення енергії звукової хвилі протягом певного інтервалу. Крім того, слух людини має інерцію, зокрема, при сприйнятті нелінійних спотворень він не відчуває таких, якщо тривалість звукового імпульсу менше 10-20 мс. Саме тому в індикаторах рівня звукозаписної побутової радіоелектронної апаратури здійснюється усереднення миттєвих значень сигналу за проміжок, що вибирається відповідно до тимчасових характеристик органів слуху.

Просторове уявлення про звук

Однією з важливих здібностей людини є можливість визначати напрямок джерела звуку. Ця здатність називається бінауральним ефектом і пояснюється тим, що людина має два вуха. Дані експериментів показують, звідки надходить звук: один високочастотних тонів, інший низькочастотних.

До вуха, зверненого до джерела, звук проходить коротший за часом шлях, ніж до другого вуха. Внаслідок цього тиск звукових хвиль у вушних каналах відрізняється по фазі та амплітуді. Амплітудні відмінності значні лише на високих частотах, коли довжина звукової хвилі стає порівнянною із розмірами голови. Коли різниця в амплітудах перевищує граничне значення, що дорівнює 1 дБ, то здається, що джерело звуку знаходиться на тій стороні, де амплітуда більше. Кут відхилення джерела звуку від середньої лінії (лінії симетрії) приблизно пропорційний логарифму відношення амплітуд.
Для визначення напрямку джерела звуку із частотами нижче 1500-2000 Гц істотні фазові відмінності. Людині здається, що звук приходить з того боку, з якого хвиля, що випереджає фазою, досягає вуха. Кут відхилення звуку від середньої лінії пропорційний різниці часу приходу звукових хвиль до обох вух. Тренована людина може помітити різницю фаз при різниці в часі 100 мс.
Здатність визначати напрямок звуку у вертикальній площині розвинена значно слабше (приблизно в 10 разів). Цю особливість фізіології пов'язують із орієнтацією органів слуху у горизонтальній площині.
Специфічна особливість просторового сприйняття звуку людиною в тому, що органи слуху здатні відчувати сумарну, інтегральну локалізацію, створювану з допомогою штучних засобів впливу. Наприклад, у приміщенні фронтом з відривом 2-3 м друг від друга встановлено дві АС. На такій відстані від осі з'єднуючої системи строго по центру знаходиться слухач. У приміщенні через АС випромінюються два однакових по фазі, частоті та інтенсивності звуку. В результаті ідентичності звуків, що проходять в орган слуху, людина не може їх розділити, її відчуття дають уявлення про єдине, здавалося б (віртуальне) джерело звуку, яке знаходиться строго по центру на осі симетрії.
Якщо тепер зменшити гучність однієї АС, то джерело, що здається, переміститься в бік більш гучно працюючого гучномовця. Ілюзію переміщення джерела звуку можна отримати як зміною рівня сигналу, а й штучної затримкою одного звуку щодо іншого; в цьому випадку джерело, що здається, зміститься в бік АС, що випромінює сигнал з випередженням.
Для ілюстрації інтегральної локалізації наведемо приклад. Відстань між АС 2м; відстань від фронтальної лінії до слухача 2 м; щоб джерело хіба що змістився на 40 див вліво чи вправо, необхідно подати два сигналу з різницею за рівнем інтенсивності 5 дБ чи з тимчасовим запізненням в 0,3 мс. При різниці рівнів 10 дБ або затримці за часом 0,6 мс джерело "переміститься" на 70 см від центру.
Таким чином, якщо змінювати створюваний АС звуковий тиск, виникає ілюзія переміщення джерела звуку. Це називається сумарною локалізацією. Для створення сумарної локалізації використовується двоканальна стереофонічна система звукопередачі.
У первинному приміщенні встановлюються два мікрофони, кожен із яких працює на свій канал. У вторинному - два гучномовці. Мікрофони розташовуються на певній відстані один від одного по лінії, паралельній до розміщення випромінювача звуку. При переміщенні випромінювача звуку на мікрофон діятиме різний звуковий тиск і час приходу звукової хвилі буде різним через неоднакову відстань між випромінювачем звуху та мікрофонами. Ця різниця і створює у вторинному приміщенні ефект сумарної локалізації, в результаті чого джерело, що здається, локалізується в певній точці простору, що знаходиться між двома гучномовцями.
Слід сказати про біноуральну систему звукопередачі. При використанні цієї системи, званої системою "штучної голови", в первинному приміщенні розміщують два окремих мікрофони, розташовуючи їх на відстані один від одного, що дорівнює відстані між вухами людини. Кожен із мікрофонів має незалежний канал звукопередачі, на виході якого у вторинному приміщенні включені телефони для лівого та правого вуха. При ідентичності каналів звукопередачі така система точно передає бінауральний ефект, створюваний біля вух "штучної голови" у первинному приміщенні. Наявність головних телефонів та необхідність користування ними протягом тривалого часу є недоліком.
Орган слуху визначає відстань до джерела звуку за низкою непрямих ознак і з деякими похибками. Залежно від цього, мало чи велика відстань до джерела сигналу, суб'єктивна його оцінка змінюється під впливом різних чинників. Було встановлено, що й зумовлені відстані невеликі (до 3 м), їх суб'єктивна оцінка майже лінійно пов'язані з зміною гучності що переміщається глибиною джерела звуку. Додатковим фактором для складного сигналу є його тембр, який стає все більш "важким"" у міру наближення джерела до слухача. Це пов'язано з посиленням обертонів низького порівняно з обертонами високого регістру, викликаним підвищенням рівня гучності, що при цьому відбувається.
Для середніх відстаней 3-10 м. видалення джерела від слухача супроводжуватиметься пропорційним зменшенням гучності, причому ця зміна однаково ставитиметься до основної частоти і до гармонійних складових. В результаті відбувається відносне посилення високочастотної частини спектру та тембр стає яскравішим.
Зі зростанням відстані втрати енергії у повітрі зростатимуть пропорційно квадрату частоти. Збільшена втрата обертонів високого регістру призведе до зниження тембральної яскравості. Таким чином, суб'єктивна оцінка відстаней пов'язана зі зміною його гучності та тембру.
В умовах закритого приміщення сигнали перших відбитків, що запізнюються щодо прямого на 20-40 мс, сприймаються органом слуху як такі, що приходять з різних напрямків. Разом з цим все більше їх запізнення створює враження про значне видалення точок, від яких походять ці відбиття. Таким чином, за часом запізнення можна судити про відносну віддаленість вторинних джерел або, що ж, про розміри приміщення.

Деякі особливості суб'єктивного сприйняття стереофонічних передач.

Стереофонічна система звукопередачі має низку істотних особливостей порівняно із звичайною монофонічною.
Якість, що вирізняє стереофонічне звучання, об'ємність, тобто. Природну акустичну перспективу можна оцінити за допомогою деяких додаткових показників, що не мають сенсу при монофонічній техніці передачі звуку. До таких додаткових показників слід зарахувати: кут чутності, тобто. кут, під яким слухач сприймає звукову стереофонічну картину; стереофонічну роздільну здатність, тобто. що визначається суб'єктивно локалізацію окремих елементів звукового образу в певних точках простору в межах кута чутності; акустичну атмосферу, тобто. ефект виникнення у слухача відчуття присутності в первинному приміщенні, де відбувається звукова подія, що передається.

Про роль акустики приміщення

Яскравість звучання досягається не тільки за допомогою апаратури відтворення звуку. Навіть при досить хорошій апаратурі якість звучання може виявитися низьким, якщо приміщення, призначене для прослуховування, не має певних властивостей. Відомо, що в закритому приміщенні виникає явище носозвучання, яке називається реверберацією. Вплив на органи слуху, реверберація (залежно від її тривалості) може покращувати або погіршувати якість звучання.

Людина, що у приміщенні, сприймає як прямі звукові хвилі, створювані безпосередньо джерелом звуку, а й хвилі, відбиті стелею і стінами приміщення. Відбиті хвилі чути ще деякий час після припинення дії джерела звуку.
Іноді вважають, що відбиті сигнали грають лише негативну роль, створюючи перешкоди сприйняттю основного сигналу. Однак таке уявлення неправильне. Певна частина енергії початкових відбитих ехосигналів, досягаючи вух людини з малими затримками, посилює основний сигнал та збагачує його звучання. Навпаки, пізніші відбиті ехосигнали. час затримки яких перевищує деяке критичне значення, утворюють звукове тло, що ускладнює сприйняття основного сигналу.
Приміщення прослуховування не повинно мати багато часу реверберації. Житлові кімнати, як правило, мають мале воювання реверберації в силу обмеженості своїх розмірів та наявності звукопоглинаючих поверхонь, м'яких меблів, килимів, фіранок тощо.
Різні за характером і властивостями перешкоди характеризуються коефіцієнтом поглинання звуку, який є відношенням поглиненої енергії до повної енергії падаючої звукової хвилі.

Для підвищення звукопоглинаючих властивостей килима (і зниження шумів у житловому приміщенні) килим бажано вішати не впритул до стіни, а із зазором 30-50 мм.