Psixoakustika ilmi: tovushni qanday idrok etamiz

Psixoakustika — bu tovushning fizik xususiyatlari va ularning odamlarda uyg'otadigan hissiyotlari va idroklari o'rtasidagi munosabatni o'rganadigan fan sohasi. U obyektiv akustik o'lchovlar va subyektiv eshitish tajribasi o'rtasidagi bo'shliqni to'ldiradi. Aslida, u quyidagi savolni beradi: miyamiz quloqlarimizga yetib kelgan tovushlarni qanday talqin qiladi?

Nima uchun Psixoakustika muhim?

Psixoakustikani tushunish turli sohalarda, jumladan:

Ovoz muhandisligi: Ovoz yozish, ijro etish tizimlari va audio uskunalari uchun tovush sifatini optimallashtirish.
Musiqa ishlab chiqarish: Hissiy ta'sirchan va qiziqarli musiqiy tajribalar yaratish.
Eshitish apparatlarini ishlab chiqish: Eshitish qobiliyatini yo'qotishni samarali va qulay tarzda qoplaydigan qurilmalarni loyihalash.
Shovqinni nazorat qilish: Shovqin ifloslanishining salomatlik va farovonlikka salbiy ta'sirini yumshatish bo'yicha strategiyalarni ishlab chiqish.
Nutqni aniqlash va sintez qilish: Nutqqa asoslangan texnologiyalarning aniqligi va tabiiyligini oshirish.
Virtual reallik (VR) va Toʻldirilgan reallik (AR): Qamrab oluvchi va realistik eshitish muhitini yaratish.
Tibbiy diagnostika: Eshitish salomatligini baholash va eshitish buzilishlarini tashxislash.

Psixoakustikaning asosiy tamoyillari

Tovushni idrok etishimizni boshqaradigan bir nechta asosiy tamoyillar mavjud:

1. Chastota va Tovush balandligi (ton)

Chastota — bu bir soniyada sodir bo'ladigan tovush to'lqini davrlarining fizik o'lchovi bo'lib, Gerts (Hz) da o'lchanadi. Tovush balandligi (ton) — bu tovushning qanchalik "baland" yoki "past" ekanligining subyektiv idroki. Garchi ular bir-biriga yaqin bo'lsa-da, chastota va tovush balandligi bir xil emas. Bizning tovush balandligini idrok etishimiz chiziqli emas; chastotaning teng oraliqlari idrok etilgan tovush balandligining teng oraliqlariga to'g'ri kelmasligi mumkin.

Misol: Chastotasi 440 Hz bo'lgan tovush to'lqini odatda A4 musiqiy notasi sifatida idrok etiladi. Biroq, idrok etilgan tovush balandligiga ovoz balandligi va niqoblash kabi boshqa omillar ta'sir qilishi mumkin.

2. Amplituda va Ovoz balandligi

Amplituda — bu tovush to'lqinining intensivligining fizik o'lchovi. Ovoz balandligi — bu tovushning qanchalik "past" yoki "baland" ekanligining subyektiv idroki. Amplituda odatda referens bosimga nisbatan desibellarda (dB) o'lchanadi. Chastota va tovush balandligi kabi, amplituda va ovoz balandligi o'rtasidagi munosabat ham chiziqli emas. Quloqlarimiz ba'zi chastotalarga boshqalarga qaraganda sezgirroqdir.

Misol: 10 dB ga oshish odatda ovoz balandligining ikki barobar oshishiga to'g'ri keladi. Biroq, bu taxminiy va aniq munosabat tovush chastotasiga qarab o'zgaradi.

3. Niqoblash

Niqoblash bir tovush boshqa tovushni eshitishni qiyinlashtirganda yoki imkonsiz qilganda sodir bo'ladi. Bu niqoblovchi tovush balandroq, chastotasi yaqinroq yoki niqoblangan tovushdan biroz oldin paydo bo'lganda yuz berishi mumkin. Niqoblash audio siqish algoritmlarida (masalan, MP3) va shovqinni kamaytirish usullarida muhim omil hisoblanadi.

Misol: Shovqinli restoranda stolingizdagi suhbatni eshitish qiyin bo'lishi mumkin, chunki fon shovqini nutq tovushlarini niqoblaydi.

4. Vaqtinchalik effektlar

Vaqtinchalik effektlar tovushni idrok etishimizning vaqt o'tishi bilan qanday o'zgarishiga bog'liq. Bularga quyidagilar kiradi:

Vaqtinchalik niqoblash: Niqoblovchi tovushdan oldin (oldindan niqoblash) yoki keyin (keyingi niqoblash) sodir bo'ladigan niqoblash. Oldindan niqoblash odatda keyingi niqoblashdan kuchsizroq bo'ladi.
Eshitish integratsiyasi: Qisqa tovush portlashlarini bir butun idrokka birlashtirish qobiliyatimiz.
Bo'shliqni aniqlash: Uzluksiz tovush ichidagi qisqa sukunatlarni aniqlash qobiliyatimiz.

Misol: Baland chertish undan keyin paydo bo'lgan pastroq tovushni qisqa vaqtga niqoblashi mumkin (keyingi niqoblash), hatto pastroq tovush chertishdan oldin mukammal eshitilgan bo'lsa ham.

5. Fazoviy eshitish

Fazoviy eshitish — bu tovushlarni fazoda joylashishini aniqlash qobiliyatimiz. Bu bir nechta belgilarga tayanadi, jumladan:

Quloqlararo vaqt farqi (ITD): Tovushning ikki quloqqa yetib kelish vaqtidagi farq.
Quloqlararo daraja farqi (ILD): Tovushning ikki quloqdagi intensivligidagi farq.
Bosh bilan bog'liq uzatish funksiyasi (HRTF): Bosh, tana va tashqi quloqlarning tovush to'lqinlariga filtrlash ta'siri.

Misol: Biz odatda tovushning chap yoki o'ng tomondan kelayotganini har bir quloqqa yetib kelish vaqtidagi kichik farq (ITD) va ikki quloq orasidagi ovoz balandligi farqi (ILD) orqali aniqlay olamiz.

6. Kritik diapazonlar

Kritik diapazon — bu chig'anoqda tovushlarning bir-biri bilan o'zaro ta'sir qiladigan chastota diapazonini tavsiflovchi tushuncha. Bir xil kritik diapazondagi tovushlar turli kritik diapazonlardagi tovushlarga qaraganda bir-birini ko'proq niqoblaydi. Kritik diapazonlarning kengligi chastotaga qarab o'zgaradi, past chastotalarda torroq va yuqori chastotalarda kengroq bo'ladi.

Misol: Chastotasi yaqin bo'lgan ikkita ton urilish effektini yaratadi va chastotasi uzoq bo'lgan ikkita tonga qaraganda bir-birini kuchliroq niqoblaydi.

7. Eshitish illyuziyalari

Eshitish illyuziyalari — bu tovushni idrok etishimiz fizik haqiqatdan chetga chiqqan holatlar. Bu illyuziyalar eshitish tizimida va miyada sodir bo'ladigan murakkab qayta ishlash jarayonlarini namoyish etadi.

Misollar:

Shepard toni: Oktavalar bilan ajratilgan sinus to'lqinlarining superpozitsiyasidan iborat tovush. Maxsus tarzda taqdim etilganda, u doimiy ravishda ko'tarilayotgan yoki pasayayotgan tonning eshitish illyuziyasini yaratadi.
MakGerk effekti: Asosan vizual illyuziya bo'lsa-da, u eshitish idrokiga sezilarli ta'sir qiladi. Odam bir bo'g'inni (masalan, "ga") talaffuz qilayotgan odamning videosini ko'rib, boshqa bo'g'inni (masalan, "ba") eshitganda, u uchinchi bo'g'inni (masalan, "da") idrok etishi mumkin. Bu vizual ma'lumotning eshitish idrokiga qanday ta'sir qilishini ko'rsatadi.
Yo'qolgan asosiy chastota illyuziyasi: Asosiy chastotaning tovushda jismonan mavjud bo'lmaganda ham uning tonini eshitish.

Psixoakustikaning amaliy qo'llanilishi

Psixoakustik tamoyillar keng ko'lamli sohalarda qo'llaniladi:

Ovoz muhandisligi va Musiqa ishlab chiqarish

Psixoakustika mikslash, mastering va audio qayta ishlash bo'yicha qarorlar qabul qilishga yordam beradi. Muhandislar tovushni tinglovchilar uchun yoqimli va ta'sirchan qilib shakllantirish uchun ekvalizatsiya, kompressiya va reverb kabi usullardan foydalanadilar. Niqoblash effektlarini tushunish muhandislarga barcha asboblar eshitiladigan va aniq bo'lgan mikslar yaratishga imkon beradi, hatto bir nechta asboblar o'xshash chastota diapazonlarida chalinayotgan bo'lsa ham. Eshitish muhitlari, xoh u naushniklar, avtomobil audio tizimlari yoki uy kinoteatrlari bo'lsin, e'tiborga olinadi.

Misol: Audio fayllarni (masalan, MP3) siqish uchun psixoakustik niqoblashdan foydalanib, idrok etilgan tovush sifatiga sezilarli ta'sir qilmasdan kamroq eshitiladigan chastotalarni olib tashlash.

Eshitish apparatlari texnologiyasi

Eshitish apparatlari eshitish qobiliyati past odamlar uchun eshitish qiyin bo'lgan tovushlarni kuchaytirish uchun mo'ljallangan. Psixoakustika shaxsning eshitish profiliga asoslangan holda ma'lum chastotalarni tanlab kuchaytiradigan algoritmlarni ishlab chiqish uchun ishlatiladi. Shovqinni kamaytirish algoritmlari ham nutq tushunarliligini saqlab qolgan holda fon shovqinini bostirish uchun psixoakustik niqoblash tamoyillariga tayanadi.

Misol: Zamonaviy eshitish apparatlari ko'pincha yo'naltirilgan mikrofonlar va ilg'or signalni qayta ishlashdan foydalanib, shovqinli muhitda signal-shovqin nisbatini yaxshilaydi va foydalanuvchiga nutqni eshitishni osonlashtiradi.

Shovqinni nazorat qilish va Atrof-muhit akustikasi

Psixoakustika tinchroq muhitlarni loyihalashda hal qiluvchi rol o'ynaydi. Turli chastotalar va shovqin turlarining inson idrokiga qanday ta'sir qilishini tushunish muhandislar va arxitektorlarga shovqinni kamaytirishning samarali strategiyalarini ishlab chiqishga imkon beradi. Bunga tovush to'siqlarini loyihalash, tegishli qurilish materiallarini tanlash va shahar rejalashtirishda shovqinni nazorat qilish choralarini amalga oshirish kiradi.

Misol: Tovushni yutuvchi materiallardan foydalanish va suhbatlarning tushunarliligini kamaytirish uchun nozik fon shovqinini kiritadigan tovushni niqoblash tizimlarini joriy etish orqali tinchroq ofis maydonlarini loyihalash.

Virtual reallik (VR) va To'ldirilgan reallik (AR)

VR va AR tajribalari uchun qamrab oluvchi va realistik eshitish muhitini yaratish muhimdir. Psixoakustika fazoviy eshitishni simulyatsiya qilish uchun ishlatiladi, bu foydalanuvchilarga tovushlarni virtual yoki to'ldirilgan dunyodagi ma'lum joylardan kelayotgandek idrok etishga imkon beradi. Bu realistik 3D audio yaratish uchun binaural yozuv va HRTF modellashtirish kabi usullardan foydalanishni o'z ichiga oladi.

Misol: Oyoq tovushlari va otishma ovozlari o'yinchining virtual muhitdagi holati va harakatlarini aniq aks ettiradigan VR o'yinlarini ishlab chiqish.

Nutqni aniqlash va sintez qilish

Psixoakustika nutqni aniqlash va sintez qilish tizimlarining aniqligi va tabiiyligini oshirish uchun ishlatiladi. Odamlar nutq tovushlarini qanday idrok etishini tushunish muhandislarga urg'u, nutq uslubi va fon shovqinidagi o'zgarishlarga nisbatan mustahkamroq algoritmlarni ishlab chiqishga imkon beradi. Bu ovozli yordamchilar, diktant dasturlari va til tarjimasi tizimlari kabi ilovalar uchun muhimdir.

Misol: Talaffuzdagi o'zgarishlarga kamroq sezgir bo'lgan psixoakustik xususiyatlardan foydalangan holda nutqni aniqlash modellarini o'rgatish, bu modellarni yanada aniq va ishonchli qiladi.

Avtomobil sanoati

Psixoakustika transport vositalari ichidagi tovush sifatini optimallashtirish, kiruvchi shovqinni kamaytirish va dvigatel tovushlari va audio tizimlarining idrok etilgan sifatini oshirish uchun qo'llaniladi. Avtomobil ishlab chiqaruvchilari haydovchilar va yo'lovchilar uchun qulay va yoqimli muhitni ta'minlash uchun eshitish tajribasini sinchkovlik bilan loyihalashtiradilar.

Misol: Elektr motoridan keladigan kiruvchi shovqinni minimallashtirgan holda, xavfsiz va ishonchli deb idrok etiladigan sun'iy dvigatel tovushlarini ishlab chiqaradigan elektromobillarni loyihalash.

Psixoakustik modellashtirish

Psixoakustik modellashtirish inson eshitish tizimining tovushni qayta ishlash usulini simulyatsiya qiladigan hisoblash modellarini yaratishni o'z ichiga oladi. Ushbu modellar turli tovushlarning qanday idrok etilishini bashorat qilish uchun ishlatilishi mumkin, bu audio kodeklar, shovqinni kamaytirish algoritmlari va eshitish apparatlarini loyihalash uchun foydalidir.

Odatdagi psixoakustik model quyidagi bosqichlarni o'z ichiga oladi:

Spektral tahlil: Tezkor Furye o'zgartirishi (FFT) kabi usullardan foydalangan holda tovushning chastota tarkibini tahlil qilish.
Kritik diapazon tahlili: Chig'anoqning chastota tanlash qobiliyatini simulyatsiya qilish uchun chastotalarni kritik diapazonlarga guruhlash.
Niqoblash chegarasini hisoblash: Niqoblovchi tovushlarning intensivligi va chastotasiga asoslanib, har bir kritik diapazon uchun niqoblash chegarasini taxmin qilish.
Idrok etish entropiyasini hisoblash: Tovushdagi idrok etish uchun ahamiyatli bo'lgan ma'lumot miqdorini aniqlash.

Psixoakustikadagi kelajakdagi yo'nalishlar

Psixoakustika sohasi texnologiyadagi yutuqlar va eshitish tizimini chuqurroq tushunish tufayli rivojlanishda davom etmoqda. Tadqiqotlarning ba'zi istiqbolli yo'nalishlariga quyidagilar kiradi:

Shaxsiylashtirilgan audio: Tinglovchining individual eshitish xususiyatlari va afzalliklariga moslashadigan audio tizimlarni ishlab chiqish.
Miya-kompyuter interfeyslari (BCI): Eshitish idrokini to'g'ridan-to'g'ri boshqarish va eshitish aloqasining yangi shakllarini yaratish uchun BCI-lardan foydalanish.
Eshitish sahnasini tahlil qilish: Murakkab eshitish muhitida turli tovush manbalarini avtomatik ravishda aniqlaydigan va ajratadigan algoritmlarni ishlab chiqish.
Dunyo bo'ylab shahar muhitida shovqin ifloslanishining umumiy salomatlik va farovonlikka ta'siri.
Turli madaniy kelib chiqishlarni va ularning tovushni talqin qilish va qadrlashga ta'sirini hisobga olgan holda, tovush afzalliklari va idroki bo'yicha madaniyatlararo tadqiqotlar. Masalan, turli madaniyatlardagi musiqiy gammalarni va ularning hissiy ta'sirini solishtirish.

Xulosa

Psixoakustika — tovushni qanday idrok etishimiz haqida qimmatli tushunchalar beradigan qiziqarli va murakkab soha. Uning tamoyillari ovoz muhandisligidan tortib eshitish apparatlari texnologiyasigacha bo'lgan keng ko'lamli sohalarda qo'llaniladi va kundalik hayotimizda tovush bilan o'zaro munosabatimizni shakllantirishda davom etmoqda. Texnologiya rivojlanib, eshitish tizimini tushunishimiz chuqurlashgani sari, psixoakustika barcha uchun qamrab oluvchi, qiziqarli va foydali eshitish tajribalarini yaratishda tobora muhim rol o'ynaydi.

Odamlarning tovushni idrok etish nozikliklarini tushunish orqali biz turli platformalar va ilovalarda yanada samaraliroq va yoqimli audio tajribalarni yaratishimiz, natijada aloqa, ko'ngilochar va umumiy hayot sifatini yaxshilashimiz mumkin.

Qo'shimcha o'qish uchun:

"Psychoacoustics: Introduction to Hearing and Sound" (Psixoakustika: Eshitish va Tovushga kirish), Hugo Fastl va Eberhard Zwicker
"Fundamentals of Musical Acoustics" (Musiqiy akustika asoslari), Arthur H. Benade
The Journal of the Acoustical Society of America (JASA) (Amerika Akustik Jamiyati Jurnali)