Psixoakustika: Insonning tovushni idrok etish sirlarini ochish

Psixoakustika - bu insonning tovushni qanday idrok etishini o'rganadigan ilmiy sohadir. U tovush to'lqinlarining obyektiv xususiyatlari (fizika) va eshitishning subyektiv tajribasi (psixologiya) o'rtasidagi bo'shliqni to'ldiradi. Psixoakustikani tushunish audio muhandislik, musiqa ishlab chiqarish, eshitish apparatlari dizayni va hatto atrof-muhit shovqinini nazorat qilish kabi turli sohalar uchun juda muhimdir. Ushbu keng qamrovli qo'llanma psixoakustikaning asosiy tamoyillari va qo'llanilishini o'rganib, inson eshitish idrokining ajoyib murakkabligi haqida tushuncha beradi.

Psixoakustika nima?

Aslida, psixoakustika akustik stimullar va bizning eshitish sezgilarimiz o'rtasidagi munosabatni o'rganadi. U tovushning jismoniy xususiyatlarini, masalan, chastota, amplituda va davomiylikni qanday talqin qilishimizni va bularning ohang, balandlik va tembr haqidagi idroklarimizga qanday aylanishini o'rganadi. Bu shunchaki tovushning qanday *bo'lishi* haqida emas, balki biz uni qanday *eshitishimiz* haqida.

Tovushning sof jismoniy o'lchovlaridan farqli o'laroq, psixoakustika bizning idrokimiz turli omillar bilan shakllanishini tan oladi, jumladan:

Fiziologik cheklovlar: Quloqlarimiz va eshitish tizimimizning tuzilishi va funksiyasi biz eshita oladigan narsalarga cheklovlar qo'yadi.
Kognitiv jarayonlar: Miyyamiz tovushni faol ravishda qayta ishlaydi va talqin qiladi, o'tmishdagi tajribalar va kutishlarga tayanadi.
Kontekst: Atrofdagi muhit va boshqa stimullar eshitish idrokimizga ta'sir qilishi mumkin.

Psixoakustikaning asosiy tamoyillari

Tovushni qanday idrok etishimizni boshqaradigan bir nechta asosiy tamoyillar mavjud. Ushbu tamoyillarni tushunish audio bilan ishlaydigan har bir kishi uchun muhimdir.

1. Balandlik

Balandlik - tovush intensivligi yoki amplitudasining subyektiv idrokidir. Intensivlik jismoniy o'lchov bo'lsa-da, balandlik psixologik tajribadir. Intensivlik va balandlik o'rtasidagi munosabat chiziqli emas. Biz balandlikni logarifmik shkalada idrok etamiz, ya'ni intensivlikning kichik o'sishi idrok etilgan balandlikda sezilarli o'zgarishga olib kelishi mumkin.

Teng balandlik konturlari, shuningdek, Fletcher-Munson egri chiziqlari (va keyinchalik Robinson-Dadson tomonidan takomillashtirilgan) deb ham ataladi, turli balandlik darajalarida turli chastotalarga bo'lgan sezgirligimiz o'zgarishini ko'rsatadi. Biz inson nutqi diapazoniga to'g'ri keladigan 1 kHz dan 5 kHz gacha bo'lgan chastotalarga eng sezgirmiz. Shuning uchun audio tizimlar ko'pincha ushbu chastotalarga urg'u beradi.

Misol: Musiqani mastering qilishda muhandislar barcha chastotalar kerakli balandlik darajasida idrok etilishini ta'minlash uchun teng balandlik konturlaridan ma'lumotnoma sifatida foydalanadilar. Bu muvozanatli va yoqimli tinglash tajribasini yaratishga yordam beradi.

2. Ohang

Ohang - tovush chastotasining subyektiv idrokidir. U ko'pincha tovushning qanchalik "baland" yoki "past" ekanligi bilan tavsiflanadi. Chastota jismoniy xususiyat bo'lsa-da, ohang miyamizning uni talqin qilishidir. Balandlik kabi, chastota va ohang o'rtasidagi munosabat ham mukammal chiziqli emas. Biz ohangni logarifmik shkalada idrok etamiz, shuning uchun oktavalar kabi musiqiy intervallar doimiy chastota nisbatiga (2:1) ega.

Yo'qolgan asosiy chastota fenomeni miyamiz tovushda asosiy chastota bo'lmaganda ham ohangni qanday idrok eta olishini ko'rsatadi. Bu bizning miyamiz uning garmonikalari mavjudligiga asoslanib, yo'qolgan asosiy chastotani taxmin qilishi tufayli sodir bo'ladi.

Misol: Telefon karnayi erkak ovozining asosiy chastotasini takrorlay olmasligi mumkin, ammo biz baribir to'g'ri ohangni idrok eta olamiz, chunki miyamiz garmonikalardan yo'qolgan asosiy chastotani qayta tiklaydi.

3. Tembr

Ko'pincha tovushning "ohang rangi" yoki "tovush sifati" deb ta'riflanadigan tembr - bu turli asboblar yoki ovozlarni, hatto ular bir xil notani bir xil balandlikda ijro etganda ham ajratib turadigan narsadir. U tovushni tashkil etuvchi chastotalar va amplitudalarning murakkab birikmasi, shu jumladan asosiy chastota va uning garmonikalari (obertonlar) bilan belgilanadi.

Tembr ko'p o'lchovli atribut bo'lib, unga quyidagi omillar ta'sir qiladi:

Spektral qobiq: Energiyaning turli chastotalar bo'ylab taqsimlanishi.
Hujum va pasayish xususiyatlari: Tovushning amplitudada qanchalik tez ko'tarilishi va pasayishi.
Formantlar: Ma'lum asboblar yoki ovozlarga xos bo'lgan rezonans chastotalari.

Misol: Skripka va fleytaning bir xil notani ijro etishi turlicha eshitiladi, chunki ularning o'ziga xos spektral qobiqlari va hujum/pasayish xususiyatlaridan kelib chiqadigan turli tembrlari bor. Bu bizga ikki asbobni osongina ajratish imkonini beradi.

4. Niqoblash

Niqoblash bir tovush boshqa tovushni eshitishni qiyinlashtirganda yoki imkonsiz qilganda yuzaga keladi. Balandroq tovush niqoblovchi, pastroq tovush esa niqoblanuvchi deb ataladi. Niqoblash niqoblovchi va niqoblanuvchi chastota jihatidan yaqin bo'lganda eng samarali bo'ladi. Baland, past chastotali tovush pastroq, yuqori chastotali tovushni niqoblashi mumkin, bu hodisa yuqoriga niqoblash deb nomlanadi.

Niqoblashning ikki asosiy turi mavjud:

Chastotali niqoblash: Niqoblovchi va niqoblanuvchi chastota jihatidan yaqin bo'lganda yuzaga keladi.
Vaqtinchalik niqoblash: Niqoblovchi va niqoblanuvchi vaqt jihatidan yaqin bo'lganda yuzaga keladi. Bunga oldinga niqoblash (niqoblovchi niqoblanuvchidan oldin keladi) va orqaga niqoblash (niqoblovchi niqoblanuvchidan keyin keladi) kiradi.

Misol: Shovqinli restoranda suhbatni eshitish qiyin bo'lishi mumkin, chunki fon shovqini nutq signallarini niqoblaydi. Shovqinni bekor qiluvchi naushniklar tashqi shovqin bilan fazadan tashqari bo'lgan tovush to'lqinini yaratib, uni samarali ravishda bekor qilish orqali atrof-muhit shovqinini kamaytirish uchun niqoblash tamoyillaridan foydalanadi.

5. Tovushni lokalizatsiya qilish

Tovushni lokalizatsiya qilish - bu tovush manbasining yo'nalishi va masofasini aniqlash qobiliyatimizdir. Tovushni lokalizatsiya qilish uchun biz bir nechta belgilardan foydalanamiz, jumladan:

Quloqlararo vaqt farqi (ITD): Tovushning ikki quloqqa yetib kelish vaqtidagi farq. Bu past chastotali tovushlar uchun eng samarali.
Quloqlararo daraja farqi (ILD): Tovushning ikki quloqdagi intensivlik farqi. Bu yuqori chastotali tovushlar uchun eng samarali, chunki bosh akustik soya hosil qiladi.
Bosh bilan bog'liq uzatish funksiyasi (HRTF): Bosh, tana va tashqi quloqning tovushga filtrlash ta'siri. Bu tovush manbasining balandligi haqida ma'lumot beradi.

Misol: Chapdan yaqinlashayotgan mashinani eshitganingizda, miyangiz tovush manbai chap tomonda ekanligini aniqlash uchun ITD va ILD belgilaridan foydalanadi. Bu ma'lumot sizga mos ravishda munosabat bildirish va baxtsiz hodisaning oldini olish imkonini beradi.

6. Eshitish guruhlash

Eshitish guruhlash miyaning tovushlarni izchil eshitish oqimlariga tartiblash va ajratish qobiliyatini anglatadi. Bu bizga murakkab akustik sahnalarni tartibsiz aralashma o'rniga alohida tovushlar to'plami sifatida idrok etish imkonini beradi. Eshitish guruhlashni bir nechta tamoyillar boshqaradi, jumladan:

Yaqinlik: Vaqt yoki chastota jihatidan yaqin bo'lgan tovushlar bir guruhga birlashtiriladi.
O'xshashlik: O'xshash tembrlar yoki ohang konturlariga ega bo'lgan tovushlar bir guruhga birlashtiriladi.
Uzluksizlik: Vaqt o'tishi bilan asta-sekin o'zgaradigan tovushlar bir guruhga birlashtiriladi.
Umumiy taqdir: Bir xil tarzda birgalikda o'zgaradigan tovushlar bir guruhga birlashtiriladi.

Misol: Orkestrni tinglaganda, miyamiz turli asboblarning tovushlarini ajratish va ularni alohida musiqiy ovozlar sifatida idrok etish uchun eshitish guruhlash tamoyillaridan foydalanadi. Bu bizga orkestr tovushining murakkabligi va boyligini qadrlash imkonini beradi.

Eshitish illyuziyalari

Vizual illyuziyalarga o'xshab, eshitish illyuziyalari ham eshitish idrokimizni qanday aldash mumkinligini ko'rsatadi. Ushbu illyuziyalar miyaning tovushni talqin qilishdagi faol rolini va idrok xatolari ehtimolini ta'kidlaydi.

MakGurk effekti: Nutqni idrok etishda eshitish va ko'rish o'rtasidagi o'zaro ta'sirni namoyish etuvchi idrok fenomeni. Bir fonemaning vizual belgisi (masalan, "ga") boshqa fonemaning eshitish belgisi (masalan, "ba") bilan birlashtirilganda, idrok etilgan fonema ikkalasining birlashmasi bo'lishi mumkin (masalan, "da").
Shepard ohangi: Hech qachon chegaraga yetmaydigan, doimiy ravishda ko'tarilayotgan yoki pasayayotgan ohangni idrok etishni yaratadigan eshitish illyuziyasi. Bunga chastota va amplitudada asta-sekin o'zgarib turadigan bir qator ohanglarni ustma-ust qo'yish orqali erishiladi.
Kokteyl bazmi effekti: Raqobatdosh tovushlar (masalan, bazmdagi fon shovqini) mavjudligida bir eshitish oqimiga (masalan, suhbatga) e'tibor qaratish qobiliyati. Bu miyaning tegishli eshitish ma'lumotlariga tanlab e'tibor berishdagi ajoyib qobiliyatini namoyish etadi.

Ushbu illyuziyalar shunchaki qiziqish uyg'otadigan narsalar emas; ular miyamizning tovushni qanday qayta ishlashi va talqin qilishining asosiy jihatlarini ochib beradi. Ularni o'rganish eshitish tizimining ishlashi haqida qimmatli tushunchalar beradi.

Psixoakustikaning qo'llanilishi

Psixoakustikaning turli sohalarda ko'plab amaliy qo'llanilishlari mavjud.

1. Audio muhandislik va musiqa ishlab chiqarish

Psixoakustik tamoyillar audio muhandislar va musiqa prodyuserlari uchun muhimdir. Ular ushbu tamoyillardan quyidagilar uchun foydalanadilar:

Audioni mikslash va mastering qilish: Tiniq va yoqimli tovush yaratish uchun turli asboblar va vokallarning darajalarini muvozanatlash. Niqoblash, balandlik va tembrni tushunish juda muhim.
Audio effektlarni loyihalash: Tinglash tajribasini yaxshilaydigan reverb, delay va xorus kabi effektlarni yaratish.
Audio kodeklarni optimallashtirish: Idrok etilgan sifatni sezilarli darajada pasaytirmasdan audio fayllarni siqadigan algoritmlarni ishlab chiqish. Psixoakustik modellar audio signalning eshitilmaydigan qismlarini aniqlash va olib tashlash uchun ishlatiladi. Misollar qatoriga MP3, AAC va Opus kiradi.
Immersiv audio tajribalarini yaratish: Mavjudlik va realizm hissini yaratadigan atrof-muhit tovush tizimlari va virtual reallik audio muhitlarini loyihalash.

Misol: Mikslash muhandisi vokal trekining bas gitara tomonidan niqoblanishini kamaytirish uchun ekvalayzerdan (EQ) foydalanishi mumkin, bu esa miksda ikkalasining ham aniq eshitilishini ta'minlaydi. Ular shuningdek, dinamik diapazonni nazorat qilish va buzilishdan qochib, balandlikni maksimal darajada oshirish uchun kompressorlar va limiterlardan foydalanadilar, bunda balandlik turli chastotalarda qanday idrok etilishini hisobga oladilar.

2. Eshitish apparatlari dizayni

Psixoakustika eshitish apparatlari dizaynida hal qiluvchi rol o'ynaydi. Muhandislar psixoakustik tamoyillardan quyidagilar uchun foydalanadilar:

Ma'lum chastotalarni kuchaytirish: Shaxs uchun eshitish qiyin bo'lgan chastotalarni kuchaytirish orqali eshitish qobiliyatini yo'qotishni qoplash.
Fon shovqinini kamaytirish: Shovqinli muhitda nutqni tushunishni yaxshilaydigan shovqinni kamaytirish algoritmlarini joriy etish.
Tovush sifatini optimallashtirish: Kuchaytirilgan tovushning tiniq va tabiiy eshitilishini ta'minlash.
Eshitish apparati sozlamalarini shaxsiylashtirish: Eshitish apparati sozlamalarini shaxsning o'ziga xos eshitish qobiliyatini yo'qotish profili va tinglash afzalliklariga moslashtirish.

Misol: Eshitish apparati foydalanuvchining oldidan kelayotgan tovushlarga e'tibor qaratish uchun yo'naltirilgan mikrofonlardan foydalanishi mumkin, shu bilan birga yon va orqadan kelayotgan tovushlarni susaytiradi. Bu shovqinli vaziyatlarda fon shovqinini kamaytirishga va nutqni tushunishni yaxshilashga yordam beradi. Ilg'or signalni qayta ishlash algoritmlari ham akustik muhitga qarab real vaqtda kuchaytirish darajalarini moslashtirish uchun ishlatiladi.

3. Shovqinni nazorat qilish va atrof-muhit akustikasi

Psixoakustika shovqin ifloslanishini nazorat qilish va tinchroq muhitlarni loyihalash uchun muhimdir. Arxitektorlar va muhandislar psixoakustik tamoyillardan quyidagilar uchun foydalanadilar:

Shovqin darajasini pasaytirish: Shovqin to'siqlari, tovush yutuvchi materiallar va boshqa shovqinni nazorat qilish choralarini amalga oshirish.
Tovush landshaftlarini shakllantirish: Akustik jihatdan yoqimli va inson faoliyatini qo'llab-quvvatlaydigan muhitlarni loyihalash.
Shovqin ta'sirini baholash: Shovqinning inson salomatligi va farovonligiga ta'sirini baholash.
Tinchroq mahsulotlarni loyihalash: Maishiy texnika, transport vositalari va boshqa mahsulotlar tomonidan chiqariladigan shovqinni kamaytirish.

Misol: Arxitektorlar konferensiya zalida aks-sadoni kamaytirish va nutqni tushunishni yaxshilash uchun tovush yutuvchi panellardan foydalanishlari mumkin. Ular, shuningdek, turuvchi to'lqinlar va boshqa akustik anomaliyalarni minimallashtirish uchun xonani ma'lum o'lchamlar va shakllar bilan loyihalashlari mumkin. Shahar rejalashtirishda transport shovqinining psixoakustik ta'sirini tushunish tinchroq turar-joy hududlarini loyihalash va aholi uchun hayot sifatini yaxshilashga yordam beradi.

4. Nutqni tanib olish va sintez qilish

Psixoakustik modellar ularning aniqligi va tabiiyligini yaxshilash uchun nutqni tanib olish va sintez qilish tizimlarida qo'llaniladi. Ushbu modellar quyidagilarga yordam beradi:

Nutq signallarini tahlil qilish: Nutqni idrok etish uchun eng muhim bo'lgan akustik xususiyatlarni aniqlash.
Nutq tovushlarini tanib olish: Aytilgan so'zlarni matnga aniq transkripsiya qilish.
Nutqni sintez qilish: Tabiiy va tushunarli eshitiladigan sun'iy nutqni yaratish.

Misol: Nutqni tanib olish dasturi fon shovqinini filtrlash va tegishli nutq signallariga e'tibor qaratish uchun psixoakustik modellardan foydalanishi mumkin. Nutq sintez qilish tizimlari tabiiy eshitiladigan intonatsiya va tembrga ega nutqni yaratish uchun ushbu modellardan foydalanadi.

5. Virtual reallik (VR) va Kengaytirilgan reallik (AR)

Psixoakustika VR va AR muhitlarida realistik va immersiv audio tajribalarini yaratish uchun juda muhimdir. O'yin ishlab chiquvchilari va VR dizaynerlari psixoakustik tamoyillardan quyidagilar uchun foydalanadilar:

Fazoviy audio: Virtual muhitdagi obyektlarning pozitsiyalarini aniq aks ettiruvchi tovush landshaftlarini yaratish.
Atrof-muhit effektlari: Aks-sado va reverberatsiya kabi turli muhitlarning akustik xususiyatlarini simulyatsiya qilish.
Interaktiv audio: Virtual dunyoda foydalanuvchining harakatlari va harakatlariga javob beradigan audio yaratish.

Misol: VR o'yinida qadam tovushi o'yinchi yurayotgan sirtga qarab o'zgarishi mumkin (masalan, yog'och, beton yoki o't). O'yin, shuningdek, muhitning reverberatsiyasini simulyatsiya qilishi mumkin, bu esa katta soborni kichik xonadan farqli eshitilishiga olib keladi.

Psixoakustikaning kelajagi

Psixoakustika doimiy rivojlanayotgan sohadir. Davom etayotgan tadqiqotlar quyidagilarga qaratilgan:

Eshitish idrokining aniqroq modellarini ishlab chiqish: Eshitish qobiliyati va kognitiv qayta ishlashdagi individual farqlarni o'z ichiga olgan holda.
Eshitish idrokining neyron asosini tadqiq qilish: Miyaning tovushni qanday qayta ishlashini tushunish uchun neyroimaging usullaridan (masalan, EEG, fMRI) foydalanish.
Yangi audio texnologiyalarni yaratish: Ilg'or audio kodeklar, eshitish apparatlari va fazoviy audio tizimlarini ishlab chiqish.
Tovushning terapevtik qo'llanilishini o'rganish: Tinnitus, bezovtalik va uyqusizlik kabi holatlarni davolash uchun tovushdan foydalanish.

Psixoakustika haqidagi tushunchamiz chuqurlashgani sari, kelgusi yillarda ushbu sohaning yanada innovatsion qo'llanilishini kutishimiz mumkin. Audio texnologiyalarining kelajagi va insonning dunyoni tovush orqali qanday idrok etishi haqidagi tushunchamiz psixoakustikada qilingan kashfiyotlar bilan shakllanadi. Imkoniyatlar individual eshitish qobiliyatini yo'qotishni mukammal qoplaydigan samaraliroq eshitish apparatlaridan tortib, eshitish tajribasi jihatidan haqiqatdan ajratib bo'lmaydigan virtual reallik muhitlarigacha cho'ziladi.

Xulosa

Psixoakustika - bu tovush va uning inson idrokiga ta'siri haqidagi tushunchamizga chuqur ta'sir ko'rsatadigan jozibali va muhim sohadir. Tovush fizikasi va eshitish psixologiyasi o'rtasidagi bo'shliqni to'ldirish orqali psixoakustika atrofimizdagi dunyoni qanday boshdan kechirishimiz haqida qimmatli tushunchalar beradi. Siz audio muhandis, musiqachi, eshitish olimi yoki shunchaki tovushning tabiatiga qiziquvchan odam bo'lishingizdan qat'i nazar, psixoakustik tamoyillarni tushunish sizning eshitish olamingizni qadrlashingizni oshirishi mumkin.

Yaxshiroq audio tizimlarini loyihalashdan tortib, realistikroq virtual reallik muhitlarini yaratishgacha, psixoakustikaning qo'llanilishi keng va doimo kengayib bormoqda. Texnologiya rivojlanishda davom etar ekan, psixoakustikaning ahamiyati faqat ortib boradi, bu esa audioning kelajagini va dunyoni tovush orqali idrok etishimizni shakllantiradi.