Как чува човешкото ухо. Хамерите са хора, които чуват това, което другите не чуват.
Слуховите халюцинации са един от най-честите симптоми на психично и някои видове соматични заболявания: в това състояние пациентът може да чуе гласове, шумове, звуци, които обективна реалностне, както и моите собствени мисли.
Етиология
Причината за слухови халюцинации често са заболявания на централната нервна система. При туморни заболявания на мозъка в 75-80% от случаите възникват различни психопатологии, чиито прояви зависят от локализацията на онкологичния процес. На фона на зашеметено съзнание и намалени когнитивни функции, пациентът може да забележи появата на слухови халюцинации, когато туморът се намира в темпорален лоб. Подобни прояви ще се появят, когато в тази област се образува епилептоиден фокус.
В напреднала възраст слухови халюцинациинаблюдавани при сенилна деменция, прогресиране на болестта на Алцхаймер, различни съдови заболявания(атеросклероза, циркулаторна недостатъчност на някои части на мозъка).
В психиатричната практика "гласовете в главата" се срещат при значителен брой заболявания. Това включва предимно халюцинаторно-налудни синдроми, шизофрения, депресивни състояния и биполярно афективно разстройство. Причините за тези нарушения все още не са установени.
Злоупотребата с алкохол също е причина за слухови халюцинации, особено по време на делириум. Най-често са заплашителни, наложени.
Прояви
При слухови халюцинации пациентът чува различни гласове и звуци, които не съществуват в действителност.
Ако симптомите се появят под формата на гласове, смислени фрази, думи, тогава те се наричат фонеми. Но ако пациентът чува звуци, които не съществуват в действителност (звук на вода, чукане, драскане, звуци на музика), тогава този вид халюцинация се нарича акоазма.
Слуховите халюцинации, както всички други, се разделят на истински и лъжливи.
При истински халюцинациипациентът чува звуци в пространството около себе си и успешно ги интегрира в реалния свят. В същото време пациентите са уверени в тяхната реалност и не поставят под въпрос тяхната истинност.
Но фалшивите халюцинации се появяват в повечето случаи в тялото на пациента (гласове в главата, стомаха) и се характеризират с обсебване и усещане за свършено.
Най-опасни за живота на пациента и неговите близки са императивните халюцинации, които имат императивен характер.
В този случай пациентът винаги приема лично значението на това, което се казва с „гласове“. Това може да е забрана или заповед. В същото време понякога съобщението може да бъде коренно различно от намеренията на пациента или характеристиките на неговия характер: да удари някого, да убие, да нарани или да се нарани. Пациентите с такива симптоми изискват специален подход и внимателно наблюдение. По правило причината за такива прояви е шизофренията.
Също така слуховите халюцинации могат да бъдат контрастни или антагонистични. Те се изразяват в това, че гласовете в главата на пациента са "разделени" на две групи, които си противоречат.
Понякога психически здрави хораможе да чува несъществуващи звуци по време на прехода от сън към бодърстване или при заспиване. Това се нарича хипнагогични халюцинации и се обяснява с факта, че съзнанието на човек бавно се изключва и предава юздите на подсъзнанието.
Диагностика
Слуховите халюцинации са само симптом на основното заболяване. Следователно лекарят трябва да установи причината за появата им.
Във всички случаи трябва да започнете със събиране на анамнеза. Понякога това е доста трудно да се направи, защото пациентът може да не поддържа критично отношение към случващото се, може да види врага в своя лекар и да не му признае, че е разстроен. В такива ситуации членове на семейството могат да бъдат интервюирани.
За да се изключи органична патология, серия от лабораторни и инструментални изследвания. Това включва изследвания на кръв, урина и цереброспинална течност, компютърна томография и ядрено-магнитен резонанс и електроенцефалограма.
Ако възрастен пациент, който използва слухов апарат, дойде с оплаквания за нарушения на слуха, тогава диагностицирането на проблема трябва да започне с електронното устройство. Понякога се случва устройството да се повреди или да пречи.
Ако слуховите халюцинации са проява на психична патология, тогава клинична диагнозасе определя въз основа на съществуващите положителни и отрицателни симптоми.
Лекарят може да познае наличието на слухови халюцинации и илюзии по специфичното поведение на пациента. Той може да слуша нещо, да държи главата си наполовина обърната, да направи пауза, преди да отговори на поставения въпрос. Когато разговаря с такъв пациент, психиатърът трябва да изгради максимално доверителна връзка, за да получи пълна картина на заболяването.
Терапевтични методи
Няма специфично лечение за слухови халюцинации. Тъй като това е само симптом на основното патологично състояние, тогава терапевтичните методи са насочени към елиминирането му или спиране на неговите прояви.
Всички пациенти са показани за хоспитализация в специализирано отделение. Лечението се избира индивидуално и в острия стадий се провежда под наблюдението на лекуващия лекар. Не трябва да се самолекувате, особено следвайки съветите на хора, които по никакъв начин не са свързани с медицината. Това може да доведе до вредни последици.
В психиатричната практика най-често се придружават слухови халюцинации различни формишизофрения. В този случай се предписват антипсихотични лекарства, дългосрочната и системна употреба на които може да намали вероятността от рецидив.
Ако халюцинациите са причинени от приема лекарства(антиконвулсанти, антимигрена и други), тогава лекуващият лекар трябва да коригира дозировката им или да предпише по-приемлив аналог.
Всеки е виждал такъв параметър за сила на звука или свързан с него на аудиограми или аудио оборудване. Това е мерна единица за сила на звука. Някога хората се съгласиха и определиха, че човек нормално чува от 0 dB, което всъщност означава определено звуково налягане, което се възприема от ухото. Статистиката казва, че нормалният диапазон е или лек спад до 20 dB, или слухът е над нормата под формата на -10 dB! Делтата на „нормата“ е 30 dB, което някак си е доста.
Какво е динамичен обхват на слуха? Това е способността да чувате звуци с различна сила на звука. Общоприето е, че човешкото ухо може да чуе от 0dB до 120-140dB. Силно се препоръчва да не слушате звуци от 90 dB и повече за дълго време.
Динамичният диапазон на всяко ухо ни казва, че при 0dB ухото чува добре и в детайли, при 50dB ухото чува добре и в детайли. Възможно е при 100dB. На практика всеки е бил на клуб или концерт, където музиката е звучала силно – и детайлът е бил прекрасен. Слушахме записа тихо през слушалки, докато лежахме в тиха стая - и също така всички детайли бяха на мястото си.
Всъщност намаляването на слуха може да се опише като намаляване на динамичния обхват. Всъщност човек с лош слух не може да чуе детайли при ниска сила на звука. Динамичният му диапазон е стеснен. Вместо 130dB става 50-80dB. Ето защо: няма как да „напъхате“ информация, която реално е в диапазона 130dB в диапазона 80dB. И ако си спомним също, че децибелите са нелинейна връзка, тогава става ясна трагедията на ситуацията.
Но сега нека си спомним за добрия слух. Тук някой чува всичко на ниво от около 10 dB спад. Това е нормално и социално приемливо. На практика такъв човек може да чуе нормална реч от 10 метра. Но тогава се появява човек с перфектен слух - над 0 на 10 dB - и той чува същата реч от 50 метра при равни условия. Динамичният диапазон е по-широк - има повече детайли и възможности.
Широкият динамичен диапазон кара мозъка да работи по напълно, качествено различен начин. Има много повече информация, тя е много по-точна и подробна, защото... Чуват се все повече и повече различни обертонове и хармоници, които изчезват с тесен динамичен диапазон: те убягват на човешкото внимание, т.к. невъзможно е да ги чуеш.
Между другото, тъй като е наличен динамичен диапазон от 100dB+, това също означава, че човек може да го използва постоянно. Току-що слушах при сила на звука от 70 dB, после изведнъж започнах да слушам - 20 dB, после 100 dB. Преходът трябва да отнеме минимално време. И всъщност можем да кажем, че човек с упадък не си позволява да има голям динамичен диапазон. Хората с увреден слух сякаш подменят идеята, че сега всичко е много силно - и ухото се подготвя да чуе силно или много силно, вместо реалната ситуация.
В същото време наличието на динамичен обхват показва, че ухото не само записва звуци, но и се настройва към текущата сила на звука, за да чуе всичко добре. Общият обемен параметър се предава на мозъка по същия начин като звуковите сигнали.
Но човек с перфектен тон може много гъвкаво да променя динамичния си диапазон. И за да чуе нещо, той не се напряга, а просто се отпуска. Така слухът остава отличен както в динамичния диапазон, така и в същото време в честотния диапазон.
Външното ухо включва Ушна мида, ушния канал и тъпанчето, което покрива вътрешния край на ушния канал. слухов каналима неправилна извита форма. При възрастен човек дължината му е около 2,5 cm, а диаметърът му е около 8 mm. Повърхността на ушния канал е покрита с косми и съдържа жлези, които отделят секрет ушна кал, който е необходим за поддържане на влажността на кожата. Ушният канал също осигурява постоянна температура и влажност тъпанче.
- Средно ухо
Средното ухо е пълна с въздух кухина зад тъпанчето. Тази кухина се свързва с назофаринкса чрез евстахиевата тръба, тесен хрущялен канал, който обикновено е затворен. Гълтателните движения са отворени евстахиева тръба, което осигурява навлизането на въздух в кухината и изравнява налягането от двете страни на тъпанчето за оптимална подвижност. В кухината на средното ухо има три миниатюрни слухови костици: малеус, инкус и стреме. Единият край на чука е свързан с тъпанчето, другият край е свързан с инкуса, който от своя страна е свързан със стремето, а стремето с кохлеята на вътрешното ухо. Тъпанчето непрекъснато вибрира под въздействието на звуци, уловени от ухото, а слуховите костици предават вибрациите му към вътрешното ухо.
- Вътрешно ухо
Вътрешното ухо съдържа няколко структури, но само кохлеята, която получава името си поради спираловидната си форма, е свързана със слуха. Кохлеята е разделена на три канала, пълни с лимфна течност. Течността в средния канал има различен състав от течността в другите два канала. Органът, пряко отговорен за слуха (органът на Корти), се намира в средния канал. Органът на Корти съдържа около 30 000 космени клетки, които откриват вибрациите на течността в канала, причинени от движението на стремето, и генерират електрически импулси, които се предават по слуховия нерв към слуховата кора. Всяка космена клетка реагира на специфична звукова честота, като високите честоти се улавят от клетки в долната част на кохлеята и клетките се настройват на ниски честоти, се намират в горната част на кохлеята. Ако космените клетки умрат по някаква причина, човек престава да възприема звуците на съответните честоти.
- Слухови пътища
Слуховите пътища са колекция от нервни влакна, които провеждат нервните импулси от кохлеята до слуховите центрове на мозъчната кора, което води до слухово усещане. Слуховите центрове се намират в темпоралните дялове на мозъка. Времето, необходимо за преминаване на звуковия сигнал външно уходо слуховите центрове на мозъка е около 10 милисекунди.
Как работи човешкото ухо (чертеж с любезното съдействие на Siemens)
Звукоусещане
Ухото последователно преобразува звуците в механични вибрации на тъпанчето и слуховите костици, след това във вибрации на течността в кохлеята и накрая в електрически импулси, които се предават по проводимите пътища на централната слухова система до темпорални дяловемозък за разпознаване и обработка.
Мозъкът и междинните възли на слуховите пътища извличат не само информация за височината и силата на звука, но и други характеристики на звука, например интервала от време между моментите, когато дясното и лявото ухо улавят звука - това е в основата на способността на човек да определя посоката, в която идва звукът. В този случай мозъкът оценява както информацията, получена от всяко ухо поотделно, така и комбинира цялата получена информация в едно усещане.
Мозъкът ни съхранява „модели“ на звуците около нас – познати гласове, музика, опасни звуци и др. Това помага на мозъка, когато обработва информация за звука, бързо да различава познатите звуци от непознатите. При загуба на слуха мозъкът започва да получава изкривена информация (звуците стават по-тихи), което води до грешки в интерпретацията на звуците. От друга страна, мозъчни проблеми, дължащи се на стареене, нараняване на главата или неврологични заболявания и разстройства, могат да бъдат придружени от симптоми, подобни на тези на загуба на слуха, като невнимание, отдръпване от околната среда и неадекватни реакции. За правилното чуване и разбиране на звуци е необходима координирана работа слухов анализатори мозък. Така без преувеличение можем да кажем, че човек чува не с ушите си, а с мозъка си!
Ако чувате звуци, които другите хора не могат да чуят, това не означава, че имате слухови халюцинации и е време да посетите психиатър. Може би принадлежите към категорията на така наречените Хамери. Терминът идва от английската дума hum, което означава бръмчене, бръмчене, бръмчене.
Странни оплаквания
Феноменът е забелязан за първи път през 50-те години на миналия век: хора, живеещи в различни части на планетата, се оплакват, че постоянно чуват определен еднообразен бръмчащ звук. Най-често жителите на селските райони говореха за това. Те твърдят, че странният звук се засилва през нощта (очевидно защото по това време общият звуков фон намалява). Тези, които го чуват, често изпитват странични ефекти - главоболие, гадене, виене на свят, кървене от носа и безсъние.
През 1970 г. 800 британци се оплакват от мистериозен шум. Подобни епизоди се случиха и в Ню Мексико и Сидни.
През 2003 г. специалистът по акустика Джеф Левентал откри, че само 2% от всички жители на Земята могат да чуят странни звуци. Предимно това са хора на възраст от 55 до 70 години. В един случай хамер дори се самоуби, защото не можеше да понесе непрекъснатия шум.
„Това е вид мъчение, понякога просто ти се иска да крещиш“, така описва чувствата си Кейти Жак от Лийдс (Великобритания). - Трудно ми е да спя, защото чувам този пулсиращ звук непрекъснато. Започваш да се мяташ и да мислиш за това още повече.
Откъде идва шумът?
Изследователите дълго време се опитват да открият източника на шума. В началото на 90-те години на миналия век изследователи от Националната лаборатория в Лос Аламос към Университета на Ню Мексико стигнаха до заключението, че хамърите чуват звуци, които съпътстват трафика и производствени процесивъв фабрики. Но тази версия е противоречива: в края на краищата, както бе споменато по-горе, повечето хамери живеят в селските райони.
Според друга версия всъщност няма бучене: това е илюзия, генерирана от болен мозък. И накрая, най-интересната хипотеза е, че някои хора имат повишена чувствителност към ниските честоти електромагнитно излъчванеили сеизмична активност. Тоест те чуват „бръмченето на Земята“, на което повечето хора не обръщат внимание.
Парадокси на слуха
Факт е, че обикновеният човек е в състояние да възприема звуци в диапазона от 16 херца до 20 килохерца, ако звуковите вибрации се предават във въздуха. Когато звукът се предава през костите на черепа, диапазонът се увеличава до 220 килохерца.
Например, вибрациите на човешкия глас могат да варират между 300-4000 херца. Чуваме звуци над 20 000 херца по-лошо. А колебанията под 60 херца се възприемат от нас като вибрации. Високите честоти се наричат ултразвук, ниските честоти се наричат инфразвук.
Не всички хора реагират по един и същи начин на различни звукови честоти. Това зависи от много индивидуални фактори: възраст, пол, наследственост, наличие на слухови патологии и др. Така е известно, че има хора, способни да възприемат звуци с висока честота - до 22 килохерца и по-високи. В същото време животните понякога могат да чуят акустични вибрации в диапазон, недостъпен за хората: прилепитеизползват ултразвук за ехолокация по време на полет, а китовете и слоновете вероятно комуникират помежду си чрез инфразвукови вибрации.
В началото на 2011 г. израелски учени установиха, че в човешки мозъкИма специални групи от неврони, които ви позволяват да оцените височината на звука до 0,1 тона. Повечето животински видове, с изключение на прилепите, нямат такива „устройства“. С възрастта, поради промени във вътрешното ухо, хората започват да възприемат по-лошо високите честоти и развиват сензорна загуба на слуха.
Но очевидно не всичко е толкова просто с нашия мозък, тъй като с годините някои хора спират да чуват дори обикновени звуци, докато други, напротив, започват да чуват това, което е недостъпно за ушите на другите.
Как можем да помогнем на Хамерите, след като те страдат толкова много от своята „дарба“? Редица експерти смятат, че така наречената когнитивно-поведенческа терапия може да ги излекува. Но може да работи само ако проблемът е свързан изключително с психическото състояние на човека.
Джеф Левентал отбелязва, че днес феноменът Хамер е една от мистериите, чието решение все още не е намерено.
Психоакустиката, научна област, граничеща между физиката и психологията, изучава данни за слуховото усещане на човек, когато физически стимул - звук - се приложи към ухото. Натрупано е голямо количество данни за човешките реакции към слухови стимули. Без тези данни е трудно да се получи правилно разбиране за работата на системите за аудио предаване. Нека разгледаме най-важните характеристики на човешкото възприятие на звука.
Човек усеща промени в звуковото налягане, възникващи при честота 20-20 000 Hz. Звуци с честоти под 40 Hz са относително редки в музиката и не съществуват в говоримия език. При много високи честоти музикалното възприятие изчезва и се появява известно неясно звуково усещане, в зависимост от индивидуалността на слушателя и неговата възраст. С напредването на възрастта слуховата чувствителност на човек намалява, предимно в горните честоти на звуковия диапазон.
Но би било погрешно да се заключи на тази основа, че предаването на широка честотна лента от звуковъзпроизвеждаща инсталация не е важно за възрастните хора. Експериментите показват, че хората, дори ако едва възприемат сигнали над 12 kHz, много лесно разпознават липсата на високи честоти в музикално предаване.
Честотни характеристики на слуховите усещания
Обхватът на звуците, чуваеми от хората в диапазона 20-20000 Hz, е ограничен по интензитет от прагове: по-долу - чуваемост и над - болка.
Прагът на слуха се определя от минималното налягане или по-точно минималното увеличение на налягането спрямо границата е чувствително към честоти от 1000-5000 Hz - тук прагът на слуха е най-нисък (звуково налягане около 2-10 Pa). Към по-ниските и по-високите честоти на звука чувствителността на слуха рязко спада.
Прагът на болката се определя от горен лимитвъзприемане на звукова енергия и съответства приблизително на интензитет на звука от 10 W/m или 130 dB (за еталонен сигнал с честота 1000 Hz).
С увеличаването на звуковото налягане интензитетът на звука също се увеличава и слуховото усещане се увеличава на скокове, наречено праг на разграничаване на интензитета. Броят на тези скокове при средни честоти е приблизително 250, при ниски и високи честоти той намалява и средно в честотния диапазон е около 150.
Тъй като обхватът на промените в интензитета е 130 dB, елементарният скок в усещанията средно в амплитудния диапазон е 0,8 dB, което съответства на промяна в интензитета на звука с 1,2 пъти. При ниски ниваслуха тези скокове достигат 2-3 dB, при високи нива намаляват до 0,5 dB (1,1 пъти). Увеличаването на мощността на пътя на усилване с по-малко от 1,44 пъти практически не се открива от човешкото ухо. При по-ниско звуково налягане, развивано от високоговорителя, дори удвояването на мощността на изходното стъпало може да не доведе до забележим резултат.
Субективни звукови характеристики
Качеството на предаване на звука се оценява въз основа на слухово възприятие. Следователно е възможно правилно да се определят техническите изисквания за пътя на предаване на звука или неговите отделни връзки само чрез изучаване на моделите, свързващи субективно възприеманото усещане за звук и обективните характеристики на звука са височина, обем и тембър.
Концепцията за височина предполага субективна оценка на възприемането на звука в целия честотен диапазон. Звукът обикновено се характеризира не с честота, а с височина.
Тонът е сигнал с определена височина, който има дискретен спектър (музикални звуци, гласни звуци на речта). Сигнал, който има широк непрекъснат спектър, всички честотни компоненти на който имат еднаква средна мощност, се нарича бял шум.
Постепенното увеличаване на честотата на звуковите вибрации от 20 до 20 000 Hz се възприема като постепенна промяна на тона от най-ниския (бас) към най-високия.
Степента на точност, с която човек определя височината на звука чрез ухо, зависи от остротата, музикалността и подготовката на ухото му. Трябва да се отбележи, че височината на звука зависи до известна степен от интензитета на звука (при високи нива звуците с по-голям интензитет изглеждат по-ниски от по-слабите.
Човешкото ухо може ясно да различи два близки по височина тона. Например, в честотния диапазон от приблизително 2000 Hz, човек може да различи два тона, които се различават един от друг по честота с 3-6 Hz.
Субективната скала на звуковото възприятие по честота е близка до логаритмичния закон. Следователно удвояването на честотата на вибрациите (независимо от първоначалната честота) винаги се възприема като същата промяна на височината. Интервалът на височината, съответстващ на 2-кратна промяна на честотата, се нарича октава. Обхватът на възприеманите от хората честоти е 20-20 000 Hz, което обхваща приблизително десет октави.
Октава е доста голям интервал на промяна на височината; човек различава значително по-малки интервали. Така в десет октави, възприети от ухото, могат да се разграничат повече от хиляда градации на височината. Музиката използва по-малки интервали, наречени полутонове, които съответстват на промяна в честотата от приблизително 1,054 пъти.
Една октава е разделена на половин октава и една трета от октава. За последното е стандартизиран следният диапазон от честоти: 1; 1,25; 1.6; 2; 2,5; 3; 3,15; 4; 5; 6,3:8; 10, които са границите на една трета октави. Ако тези честоти са поставени на равни разстояния по честотната ос, получавате логаритмична скала. Въз основа на това всички честотни характеристики на устройствата за предаване на звук се изобразяват в логаритмична скала.
Силата на предаване зависи не само от интензивността на звука, но и от спектралния състав, условията на възприятие и продължителността на експозицията. Така два звучащи тона със средна и ниска честота, имащи еднакъв интензитет (или еднакво звуково налягане), не се възприемат от човек като еднакво силни. Поради това беше въведена концепцията за ниво на сила на звука във фонове, за да обозначи звуци с еднаква сила на звука. Нивото на силата на звука във фоновете се приема за нивото на звуково налягане в децибели на същия обем на чист тон с честота 1000 Hz, т.е. за честота от 1000 Hz нивата на звука във фоновете и децибелите са еднакви. При други честоти звуците може да изглеждат по-силни или по-тихи при същото звуково налягане.
Опитът на звуковите инженери при записване и редактиране на музикални произведения показва, че за по-добро откриване на звукови дефекти, които могат да възникнат по време на работа, нивото на звука по време на контролно слушане трябва да се поддържа високо, приблизително съответстващо на нивото на звука в залата.
При продължително излагане на интензивен звук чувствителността на слуха постепенно намалява и колкото повече, толкова по-висока е силата на звука. Установеното намаляване на чувствителността е свързано с реакцията на слуха към претоварване, т.е. с естествената си адаптация.След известно прекъсване на слушането чувствителността на слуха се възстановява. Към това трябва да се добави, че слуховият апарат, когато възприема сигнали от високо ниво, въвежда свои собствени, така наречените субективни изкривявания (което показва нелинейността на слуха). Така при ниво на сигнала от 100 dB първият и вторият субективен хармоник достигат нива от 85 и 70 dB.
Значителното ниво на силата на звука и продължителността на експозицията му причиняват необратими явления в слуховия орган. Беше отбелязано, че младите хора последните годинипраговете на слуха се повишават рязко. Причината за това беше страстта към поп музиката, която е различна високи нивасила на звука.
Нивото на звука се измерва с електроакустичен уред - шумомер. Звукът, който се измерва, първо се преобразува в електрически вибрации от микрофона. След усилване от специален усилвател на напрежението, тези трептения се измерват със стрелка, настроена в децибели. За да може показанията на устройството да съответстват възможно най-точно на субективното възприемане на силата на звука, устройството е оборудвано със специални филтри, които променят чувствителността му към възприемане на звук с различни честоти в съответствие с характеристиките на слуховата чувствителност.
Важна характеристиказвукът е тембър. Способността на слуха да го различава ви позволява да възприемате сигнали с голямо разнообразие от нюанси. Звукът на всеки от инструментите и гласовете, благодарение на техните характерни нюанси, става многоцветен и добре разпознаваем.
Тембърът, като субективно отражение на сложността на възприемания звук, няма количествена оценка и се характеризира с качествени термини (красив, мек, сочен и др.). При предаване на сигнал по електроакустичен път, получените изкривявания засягат предимно тембъра на възпроизвеждания звук. Условието за правилно предаване на тембъра на музикалните звуци е неизкривеното предаване на спектъра на сигнала. Спектърът на сигнала е колекция от синусоидални компоненти на сложен звук.
Най-простият спектър е така нареченият чист тон, той съдържа само една честота. Звукът на музикалния инструмент е по-интересен: неговият спектър се състои от честотата на основния тон и няколко „примесни” честоти, наречени обертонове (по-високи тонове).Обертоновете са кратни на честотата на основния тон и обикновено са с по-малка амплитуда .
Тембърът на звука зависи от разпределението на интензитета върху обертонове. Звуците на различните музикални инструменти се различават по тембър.
По-сложен е спектърът от комбинации от музикални звуци, наречен акорд. В такъв спектър има няколко основни честоти заедно със съответните обертонове
Разликите в тембъра се дължат главно на ниско-средночестотните компоненти на сигнала, следователно голямо разнообразие от тембри се свързва със сигнали, разположени в долната част на честотния диапазон. Сигналите, принадлежащи към горната му част, с нарастването си все повече губят оцветяването на тембъра, което се дължи на постепенното излизане на техните хармонични компоненти извън границите на звуковите честоти. Това може да се обясни с факта, че до 20 или повече хармоници участват активно във формирането на тембъра на ниски звуци, средни 8 - 10, високи 2 - 3, тъй като останалите са или слаби, или попадат извън обхвата на чуваемото честоти. Следователно високите звуци, като правило, са по-бедни в тембър.
Почти всички естествени звукови източници, включително източници на музикални звуци, имат специфична зависимост на тембъра от силата на звука. Слухът също е адаптиран към такава зависимост - за него е така естествено определениеинтензитет на източника въз основа на цвета на звука. По-силните звуци обикновено са по-резки.
Източници на музикален звук
Голямо влияние върху качеството на звука на електроакустичните системи оказват редица фактори, характеризиращи първичните звукови източници.
Акустичните параметри на музикалните източници зависят от състава на изпълнителите (оркестър, ансамбъл, група, солист и вид музика: симфонична, народна, естрадна и др.).
Произходът и формирането на звука на всеки музикален инструмент има своя специфика, свързана с акустичните характеристики на звукопроизводството на даден музикален инструмент.
Важен елементмузикалният звук е атаката. Това е специфичен преходен процес, по време на който се установяват стабилни звукови характеристики: обем, тембър, височина. Всеки музикален звук преминава през три етапа - начало, среда и край, като както началният, така и крайният етап имат определена продължителност. начална фазанаречена атака. Продължителността му е различна: за щипкови инструменти, ударни и някои духови инструменти е с продължителност 0-20 ms, за фагот е с продължителност 20-60 ms. Атаката не е просто увеличаване на силата на звука от нула до някаква постоянна стойност; тя може да бъде придружена от същата промяна в височината на звука и неговия тембър. Освен това атакуващите характеристики на инструмента не са еднакви в различните части на неговия диапазон с различни стилове на свирене: цигулката е най-съвършеният инструмент по отношение на богатството от възможни изразителни методи за атака.
Една от характеристиките на всеки музикален инструмент е неговият честотен диапазон. В допълнение към основните честоти, всеки инструмент се характеризира с допълнителни висококачествени компоненти - обертонове (или, както е прието в електроакустиката, висши хармоници), които определят специфичния му тембър.
Известно е, че звуковата енергия е неравномерно разпределена в целия спектър от звукови честоти, излъчвани от източника.
Повечето инструменти се характеризират с усилване на основни честоти, както и на отделни обертонове, в определени (една или повече) относително тесни честотни ленти (форманти), различни за всеки инструмент. Резонансните честоти (в херци) на формантната област са: за тромпет 100-200, валдхорна 200-400, тромбон 300-900, тромпет 800-1750, саксофон 350-900, обой 800-1500, фагот 300-900, кларинет 250 -600 .
Друго характерно свойство на музикалните инструменти е силата на техния звук, която се определя от по-голямата или по-малка амплитуда (размах) на звучащото им тяло или въздушен стълб (по-голямата амплитуда съответства на по-силен звук и обратно). Пиковите стойности на акустичната мощност (във ватове) са: за голям оркестър 70, бас барабан 25, тимпани 20, малък барабан 12, тромбон 6, пиано 0,4, тромпет и саксофон 0,3, тромпет 0,2, контрабас 0. ( 6, малка флейта 0,08, кларинет, валдхорна и триъгълник 0,05.
Съотношението на звуковата мощност, извлечена от инструмент, когато се свири „фортисимо“, към силата на звука, когато се свири „пианисимо“, обикновено се нарича динамичен диапазон на звука на музикални инструменти.
Динамичният обхват на източника на музикален звук зависи от вида на изпълняващата група и естеството на изпълнението.
Нека разгледаме динамичния диапазон на отделните източници на звук. Динамичният диапазон на отделните музикални инструменти и ансамбли (оркестри и хорове с различни състави), както и гласове, се разбира като съотношение на максималното звуково налягане, създадено от даден източник, към минималното, изразено в децибели.
На практика, когато се определя динамичният обхват на източник на звук, обикновено се работи само с нивата на звуково налягане, като се изчислява или измерва съответната им разлика. Например, ако максималното ниво на звука на оркестър е 90, а минималното е 50 dB, тогава се казва, че динамичният диапазон е 90 - 50 = 40 dB. В този случай 90 и 50 dB са нива на звуково налягане спрямо нулево акустично ниво.
Динамичният диапазон за даден източник на звук не е постоянна стойност. Това зависи от естеството на извършваната работа и от акустичните условия на помещението, в което се извършва изпълнението. Реверберацията разширява динамичния диапазон, който обикновено достига своя максимум в помещения с големи обеми и минимално звукопоглъщане. Почти всички инструменти и човешки гласове имат неравномерен динамичен диапазон в звуковите регистри. Например нивото на силата на звука на най-ниския звук на форте за вокалист е равно на нивото на най-високия звук на пиано.
Динамичният диапазон на определена музикална програма се изразява по същия начин, както при отделните звукови източници, но максималното звуково налягане се отбелязва с динамичен тон ff (фортисимо), а минималното с pp (пианисимо).
Най-високата сила на звука, посочена в нотите fff (форте, фортисимо), съответства на ниво на акустично звуково налягане от приблизително 110 dB, а най-ниската сила на звука, посочена в нотите ppr (пиано-пианисимо), приблизително 40 dB.
Трябва да се отбележи, че динамичните нюанси на изпълнение в музиката са относителни и връзката им със съответните нива на звуково налягане е до известна степен условна. Динамичният диапазон на определена музикална програма зависи от естеството на композицията. Така динамичният обхват на класическите произведения на Хайдн, Моцарт, Вивалди рядко надвишава 30-35 dB. Динамичният диапазон на поп музиката обикновено не надвишава 40 dB, докато този на денс и джаз музиката е само около 20 dB. Повечето произведения за оркестър на руски народни инструменти също имат малък динамичен диапазон (25-30 dB). Това важи и за духовия оркестър. Въпреки това, максималното ниво на звука на духовия оркестър в помещението може да достигне доста високо ниво (до 110 dB).
Маскиращ ефект
Субективната оценка на силата на звука зависи от условията, при които звукът се възприема от слушателя. В реални условия акустичен сигнал не съществува при абсолютна тишина. В същото време външният шум засяга слуха, усложнява възприятието на звука, маскирайки до известна степен основния сигнал. Ефектът от маскирането на чиста синусоида от външен шум се измерва чрез показваната стойност. с колко децибела се повишава прагът на чуваемост на маскирания сигнал над прага на възприемането му в тишина.
Експериментите за определяне на степента на маскиране на един звуков сигнал от друг показват, че тон с всякаква честота се маскира от по-ниски тонове много по-ефективно, отколкото от по-високи. Например, ако два камертона (1200 и 440 Hz) издават звуци с еднакъв интензитет, тогава спираме да чуваме първия тон, той се маскира от втория (като изгасим вибрацията на втория камертон, ще чуем първия отново).
Ако два сложни звукови сигнала, състоящи се от определени звукови честотни спектри, съществуват едновременно, тогава възниква ефект на взаимно маскиране. Освен това, ако основната енергия и на двата сигнала е в една и съща област на звуковия честотен диапазон, тогава ефектът на маскиране ще бъде най-силен.По този начин, когато предавате оркестрова пиеса, поради маскиране от акомпанимента, партията на солиста може да стане лоша разбираеми и нечуваеми.
Постигането на яснота или, както се казва, „прозрачност“ на звука при звукопредаване на оркестри или поп ансамбли става много трудно, ако инструмент или отделни групи оркестрови инструменти свирят в един или подобни регистри едновременно.
Директорът, когато записва оркестър, трябва да вземе предвид характеристиките на камуфлажа. На репетициите с помощта на диригента той установява баланс между силата на звука на инструментите от една група, както и между групите на целия оркестър. Яснотата на основните мелодични линии и отделните музикални части се постига в тези случаи чрез поставяне на микрофоните близо до изпълнителите и чрез умишлено подчертаване на най-важните части от звукорежисьора. това мястопроизведения на инструменти и други специални звукови техники.
На явлението маскиране се противопоставя психофизиологичната способност на слуховите органи да отделят от общата маса звуци един или повече, които носят най-много важна информация. Например, когато свири оркестър, диригентът забелязва и най-малките неточности в изпълнението на дадена партия на който и да е инструмент.
Маскирането може значително да повлияе на качеството на предаване на сигнала. Ясното възприемане на получения звук е възможно, ако неговият интензитет значително надвишава нивото на компонентите на смущението, разположени в същата лента като приемания звук. При равномерни смущения излишъкът на сигнала трябва да бъде 10-15 dB. Тази особеност на слуховото възприятие е практическа употреба, например при оценка на електроакустичните характеристики на медиите. Така че, ако съотношението сигнал / шум на аналогов запис е 60 dB, тогава динамичният обхват на записаната програма може да бъде не повече от 45-48 dB.
Времеви характеристики на слуховото възприятие
Слуховият апарат, както всяка друга осцилационна система, е инерционен. Когато звукът изчезне, слуховото усещане не изчезва веднага, а постепенно, намалявайки до нула. Времето, през което нивото на шума намалява с 8-10 фона, се нарича времеконстанта на слуха. Тази константа зависи от редица обстоятелства, както и от параметрите на възприемания звук. Ако до слушателя пристигнат два къси звукови импулса, еднакви по честотен състав и ниво, но единият от тях е забавен, тогава те ще бъдат възприети заедно със закъснение, не по-голямо от 50 ms. При големи интервали на забавяне и двата импулса се възприемат отделно и се получава ехо.
Тази характеристика на слуха се взема предвид при проектирането на някои устройства за обработка на сигнали, например електронни линии за забавяне, реверберации и др.
Трябва да се отбележи, че благодарение на специално имуществослух, възприемането на силата на звука на краткотраен звуков импулс зависи не само от нивото му, но и от продължителността на въздействието на импулса върху ухото. Така краткотраен звук с продължителност само 10-12 ms се възприема от ухото по-тихо от звук със същото ниво, но засягащ слуха за например 150-400 ms. Следователно, когато слушате предаване, силата на звука е резултат от осредняване на енергията на звуковата вълна за определен интервал. В допълнение, човешкият слух има инерция, по-специално, когато възприема нелинейни изкривявания, той не ги усеща, ако продължителността на звуковия импулс е по-малка от 10-20 ms. Ето защо в индикаторите за ниво на звукозаписно битово радиоелектронно оборудване моментните стойности на сигнала се осредняват за период, избран в съответствие с времевите характеристики на слуховите органи.
Пространствено представяне на звука
Една от важните човешки способности е способността да определя посоката на източника на звук. Тази способност се нарича бинаурален ефект и се обяснява с факта, че човек има две уши. Експерименталните данни показват откъде идва звукът: един за високочестотни тонове, един за нискочестотни тонове.
Звукът преминава по-късо разстояние до ухото, обърнато към източника, отколкото до другото ухо. В резултат на това налягането на звуковите вълни в ушните канали варира във фаза и амплитуда. Разликите в амплитудата са значителни само при високи честоти, когато дължината на звуковата вълна стане сравнима с размера на главата. Когато разликата в амплитудата надвишава прагова стойност от 1 dB, източникът на звук изглежда е от страната, където амплитудата е по-голяма. Ъгълът на отклонение на източника на звук от централната линия (линията на симетрия) е приблизително пропорционален на логаритъма на отношението на амплитудата.
За да се определи посоката на източник на звук с честоти под 1500-2000 Hz, фазовите разлики са значителни. На човек му се струва, че звукът идва от страната, от която вълната, която е напред по фаза, достига до ухото. Ъгълът на отклонение на звука от средната линия е пропорционален на разликата във времето на достигане на звуковите вълни до двете уши. Обучен човек може да забележи фазова разлика с времева разлика от 100 ms.
Способността за определяне на посоката на звука във вертикалната равнина е много по-слабо развита (около 10 пъти). Тази физиологична особеност е свързана с ориентацията на слуховите органи в хоризонталната равнина.
Специфична характеристикапространственото възприятие на звука от човек се проявява във факта, че слуховите органи са в състояние да усетят цялостната интегрална локализация, създадена с помощта на изкуствени средства за въздействие. Например, в една стая два високоговорителя са монтирани отпред на разстояние 2-3 м един от друг. Слушателят се намира на същото разстояние от оста на свързващата система, строго в центъра. В една стая през високоговорителите се излъчват два звука с еднаква фаза, честота и интензитет. В резултат на идентичността на звуците, преминаващи в органа на слуха, човек не може да ги раздели, неговите усещания дават идеи за един, привиден (виртуален) източник на звук, който се намира строго в центъра на оста на симетрия.
Ако сега намалим силата на звука на един високоговорител, видимият източник ще се премести към по-силния високоговорител. Илюзията за движещ се източник на звук може да се получи не само чрез промяна на нивото на сигнала, но и чрез изкуствено забавяне на един звук спрямо друг; в този случай видимият източник ще се измести към високоговорителя, излъчващ сигнала предварително.
За да илюстрираме интегралната локализация, даваме пример. Разстоянието между високоговорителите е 2 м, разстоянието от предната линия до слушателя е 2 м; за да може източникът да се премести на 40 cm наляво или надясно, е необходимо да се подадат два сигнала с разлика в нивото на интензитет от 5 dB или с времезакъснение от 0,3 ms. При разлика в нивото от 10 dB или времезакъснение от 0,6 ms, източникът ще се „премести“ на 70 cm от центъра.
По този начин, ако промените звуковото налягане, създадено от високоговорителя, възниква илюзията за преместване на източника на звук. Това явление се нарича обобщена локализация. За създаване на обобщена локализация се използва двуканална стереофонична система за предаване на звук.
В основната стая са монтирани два микрофона, всеки от които работи на свой канал. Вторият има два високоговорителя. Микрофоните са разположени на определено разстояние един от друг по линия, успоредна на разположението на звуковия излъчвател. При преместване на звуковия излъчвател, различно звуково налягане ще действа върху микрофона и времето на пристигане на звуковата вълна ще бъде различно поради неравномерното разстояние между звуковия излъчвател и микрофоните. Тази разлика създава общ ефект на локализация във вторичната стая, в резултат на което видимият източник се локализира в определена точка в пространството, разположена между два високоговорителя.
Трябва да се каже за бинауралната система за предаване на звук. С тази система, наречена система с изкуствена глава, два отделни микрофона се поставят в основната стая, разположени на разстояние един от друг, равно на разстоянието между ушите на човек. Всеки от микрофоните има самостоятелен канал за предаване на звук, чийто изход във второто помещение включва телефони за ляво и дясно ухо. Ако каналите за предаване на звука са идентични, такава система точно предава бинауралния ефект, създаден близо до ушите на „изкуствената глава“ в основната стая. Да имаш слушалки и да ги използваш дълго време е недостатък.
Органът на слуха определя разстоянието до източника на звук с помощта на редица косвени знаци и с някои грешки. В зависимост от това дали разстоянието до източника на сигнала е малко или голямо, неговата субективна оценка се променя под въздействието на различни фактори. Установено е, че ако определените разстояния са малки (до 3 m), то субективната им оценка е почти линейно свързана с изменението на силата на звука на движещия се по дълбочина източник на звук. Допълнителен фактор за сложен сигнал е неговият тембър, който става все по-„тежък" с приближаването на източника към слушателя. Това се дължи на нарастващото усилване на ниските обертонове в сравнение с високите обертонове, причинено от произтичащото увеличаване на нивото на звука.
За средни разстояния от 3-10 m, преместването на източника от слушателя ще бъде придружено от пропорционално намаляване на силата на звука и тази промяна ще се прилага еднакво за основната честота и хармоничните компоненти. В резултат на това има относително засилване на високочестотната част на спектъра и тембърът става по-ярък.
С увеличаване на разстоянието загубите на енергия във въздуха ще се увеличат пропорционално на квадрата на честотата. Повишената загуба на обертонове от висок регистър ще доведе до намалена тембрална яркост. По този начин субективната оценка на разстоянията е свързана с промени в неговия обем и тембър.
В затворено помещение сигналите на първите отражения, които са закъснели спрямо директното отражение с 20-40 ms, се възприемат от слуховия орган като идващи от различни посоки. В същото време нарастващото им забавяне създава впечатлението за значително разстояние от точките, от които възникват тези отражения. Така по времето на забавяне може да се прецени относителното разстояние на вторичните източници или, което е същото, размерът на помещението.
Някои особености на субективното възприемане на стереофонични предавания.
Стереофоничната система за предаване на звук има редица важни характеристики в сравнение с конвенционалната монофонична.
Качеството, което отличава стереофоничния звук, силата на звука, т.е. естествената акустична перспектива може да бъде оценена с помощта на някои допълнителни индикатори, които нямат смисъл с техника за монофонично предаване на звук. Такива допълнителни показатели включват: ъгъл на слуха, т.е. ъгълът, под който слушателят възприема стереофоничната звукова картина; стерео резолюция, т.е. субективно обусловена локализация на отделни елементи от звуковия образ в определени точки от пространството в рамките на ъгъла на чуваемост; акустична атмосфера, т.е. ефектът да се даде на слушателя усещане за присъствие в основната стая, където се случва предаваното звуково събитие.
За ролята на акустиката на помещението
Цветен звук се постига не само с помощта на оборудване за възпроизвеждане на звук. Дори при сравнително добро оборудване качеството на звука може да е лошо, ако стаята за слушане няма определени свойства. Известно е, че в затворена стая възниква феномен на носов звук, наречен реверберация. Като засяга органите на слуха, реверберацията (в зависимост от нейната продължителност) може да подобри или влоши качеството на звука.
Човек в една стая възприема не само директно звукови вълни, създадени директно от източника на звук, но и вълни, отразени от тавана и стените на помещението. Отразените вълни се чуват известно време след като източникът на звук е спрял.
Понякога се смята, че отразените сигнали играят само отрицателна роля, пречейки на възприемането на основния сигнал. Тази идея обаче е неправилна. Специфична частЕнергията на първоначално отразените ехо сигнали, достигайки до ушите на човека с кратки закъснения, усилва основния сигнал и обогатява звука му. За разлика от това, по-късно отразено ехо. чието време на забавяне надвишава определена критична стойност, образуват звуков фон, който затруднява възприемането на основния сигнал.
Стаята за слушане не трябва да има дълго време на реверберация. Всекидневните, като правило, имат малко ехтене поради ограничения си размер и наличието на звукопоглъщащи повърхности, мека мебел, килими, пердета и др.
Препятствията с различно естество и свойства се характеризират с коефициент на звукопоглъщане, който е отношението на погълнатата енергия към общата енергия на падащата звукова вълна.
За да увеличите звукопоглъщащите свойства на килима (и да намалите шума в хола), препоръчително е да окачите килима не близо до стената, а с разстояние от 30-50 mm).