Пространственное восприятие сигналов

Орган слуха в состоянии определить пространственное положение
одиночного или группового источника сигнала. Он находит направ-
ление на источник и расстояние до него; может выделить из мно-
гих звучание одного или группы одинаковых источников. Такая про-
" етранственная распознаваемость отдельных звучаний на фоне других
усиливает прозрачность звучания, обусловливаемую прежде всего
тембральными данными источника звука.

Выделяя каждый источник среди других, слух субъективно фор-
мирует их пространственное размещение. Однако вследствие не-
большой точности определения пространственных параметров ис-
точников слуховое пространство всегда менее дифференцировано, чем
пространство звуковых объектов,,

Направление на источник. Неточность в определении направле-
ния на источник простого одиночного сигнала (кривая 1 рис. 4.11),
воспринимаемая слухом как некоторая «размытость» слухового объ-
екта Д<р, зависит от частоты этого сигнала и достигает 3-г-5°. При-
мерно такая же неточность характерна для узкополосного шума
(кривая 2) с шириной полосы, равной критической. Опыт, иллю-
стрируемый этими кривыми, проводился при размещении источника
и органа слуха в одной горизонтальной плоскости и при нулевом
угле приема, т. е. при нахождении источника на осевой линии слу-

Рис. 4.11. Угол смещения Дф, при кото- ром непрерывный тон (1, 1', 1")-я узко- полосный сигнал (2, 2', 2") совпадают по направлению с источником широко- полосного шума

хового аппарата. Если же изменять угол приема, то будет меняться
неточность в определении направления. На рис. 4.11 показано, на-
сколько нужно сместить источник простого (кривая./', 1") или
узкополосного (кривая: 2', 2") сигнала относительно источника ши-
рокополосного шума, для того чтобы они казались идущими с одно-
го направления. Параметром кри-
вых являлся угол приема ер_г, рав-
ный 0° (1, 2), 40° (Г, 2'} и 320*
(-/", 2'*). Большое несовпадение
кривых^ отвечающих различным
по типу сигналам и углам приема,
убеждает в том, что сложные сиг-
налы могут широко «размываться»
и даже раздваиваться. Если эти
данные отнести к таким сложным
сигналам, как речь и музыка, то
окажется, что свойственное слуху
«размывание» способствует прост-
ранственному восприятию, расши-
ряя слуховой объект по фронту.
• В вертикальной плоскости при вос-

приятии речи незнакомого дикто-
ра размытость положения звукового источника увеличивается в
2-7-4 раза и в среднем составляет 17°.

Кроме того, если два одинаковых сигнала приходят к слушате-
лю с разных направлений с некоторым сдвигом,во времени, то они
воспринимаются как один, находящийся между действительными ис-
точниками этих сигналов. При времени запаздывания Лт=0 они
локализуются ровно посредине; при увеличении Ат до 1,5 ч-2,0 мс,
как это видно из рис. 4.12, возникающий кажущийся источник все
больше смещается в сторону источника опережающего сигнала. Этот
эффект используется,в системе стереофонической передачи. Даль-
нейшее увеличение времени задержки вызывает расплывание кажу-

Рис. 4.13. "Слитность восприятия зри- тельного и слухового объектов в за- в.исимоети, от угла <рп между ними

Рис,. 4.12. Влияние отраженного сиг-
нал^ на направление прихода прямо-
го при малом (1), среднем (2) и
большом (3) его запаздывании

щегося источника. В отношении прямого и первого отраженного в
помещении сигналов это проявляется в том, что слух, не разделяя
еще, начинает улавливать различие в направлении их прихода. Воз-
никает впечатление объемности звучания, характерное для восприя-
тия звука в закрытом помещении. Это происходит до Дт=30-т-40 мс,
после чего происходит расщепление сигнала (см..пунктирный учас-
ток кривой) и отраженные сигналы начинают восприниматься как
эхо,

В условиях'стереофонического кинематографа важно, чтобы на-
правления на слуховой и соответствующий ему зрительный объект

Рис. 4.15. Субъективная оценка расстоя- ния г' при восприятии простого (7), им- пульсного (2) и речевого (3, 4, 5, в) сигналов

Рис. 4.14. Слитность восприятия зри-
тельного и слухового объектов для экс-
пертов, сидящих вдоль оси к центру
экрана (1, 2, 3, 4) и перед его краем
(Г, 2', 3', 4')

совпадали, создавая единый звукозрительный образ. Это не всегда
обеспечивается. В связи с этим нужно знать, при каком реальном
несовпадении этих- объектов они могут восприниматься слитно. Как
видно из выполненных нами опытов (рис. 4.13), слияние зритель-
ного и слухового объектов воспринимается все меньшим числом экс-
пертов (N%} по "мере увеличения действительного углового сдвига
ф_и между изображением (И) и источником звука (Г), причем это
слияние происходит за счет «притяжения» последнего из них к пер-
вому. Так как каждый зритель (1, 2} воспринимает, изображение
звучащего объекта под своим углом,, выяснялось, как их местополо-'
жение связано со слитным восприятием звукозрительного образа.

На рис. 4.14 по оси абсцисс отложено относительное расстояние—

\ ^% ч *

от экспертов до центральной линии экрана, ширина которого равна
21. По оси ординат---то их относительное число (N%), для кото-
рого слияние достигается, несмотря на большое расстояние между
изображением и соответствующим ему источником (0,5Z). Кривые
1, 2, 3 и 4 на этом рисунке отвечают удалению экспертов вдоль оси
к экрану соответственно на расстояние равное I, 21, 31 и 4Z; кривые
1', 2' и 3' — тем же удалением, но не вдоль оси, а вдоль нормали к
краю экрана. Из рисунка следует, что «притяжение» слухового о^ъ-

акта к соответствующему зрительному настолько велико, что при
ях фактическом несовпадении, равном 0,5/, от 40 до 80% экспертов
воспринимают их слитно.

Расстояние до источника. Для фиксации положения слухового
объекта кроме направления на этот объект нужно знать еще рас-
стояние до"-него.- Орган слуха определяет это расстояние по ряду
косвенных признаков и с некоторыми погрешностями. Здесь также
обнаруживается определенное размывание. В зависимости от того,
мало, значительно или велико расстояние до источника сигнала,
субъективная его оценка меняется под воздействием различных фак-
торов. Так, экспериментально было установлено, что если определя-
емые расстояния невелики (до 3 м), то их субъективная оценка
почти линейно связана с изменением громкости перемещающегося
по глубине источника звука. Ошибка же в оценке для ряда реаль-
ных речевых и музыкальных сигналов, включая такие, как звучание,
органа, составляет величину, равную 15-*-20%. Дополнительным
фактором для сложного сигнала является его тембр, который ста-
новится все более «мягким» и даже «тяжелым» по мере прибли-
жения источника к слушателю. Это связано со все большим усиле-
нием обертонов низкого по сравнению с обертонами высокого ре-
гистра, вызванным происходящим при этом повышением уровня
громкости (см. рис. 4.1).

Для средних расстояний (34-15 м) удаление источника "от слу-
шателя будет сопровождаться пропорциональным уменьшением
громкости, причем в случае сложного сигнала.это изменение будет
одинаково относиться к основной частота и к гармоническим состав-
ляющим. В результате происходит относительное усиление высоко-
частотной части спектра и тембр становится более ярким.

Если расстояние до источника звука больше чем 15 м, изменение
уровней* громкости гармонических составляющих сложных сигналов
происходит непропорционально изменению этого расстояния. С его
ростом будут пропорционально квадрату частоты расти потери энер-
гии в воздухе. Увеличенная потеря обертонов высокого регистра
приведет к снижению тембральной яркости. Таким образом, субъ-
ективная оценка расстояний для сложных сигналов связана" с из-
менением его громкости и тембра. Кроме этого, влияют еще форма
.сигнала (простой, сложный), его вид и режим работы, о чем мож-
но судить по рис. 4.15. На нем кривые / и 2 соответствуют восприя-
тию простого (с частотой 150 Гц) и импульсного сигналов. Кривые
3, 4) 5 и 6 — восприятию речевого сигнала соответственно в режиме,
крика, повышенной громкости, дикторского чтениями шепота.

Как указывалось, в~ условиях закрытого помещения сигналь! пер-
вых отражений, запаздывающие относительно прямого на 20-т-40мс,
воспринимаются органом «луха как приходящие с различных направ-
лений. Вместе с этим все большее их запаздывание создает впечат-
ление о значительном удалении точек, от которых происходят эти
отражения. Таким образом, по времени запаздывания можно судить
об относительной удаленности фиктивных источников или, что то
же, о размерах помещения,

64, -

Восприятие изменяющегося акустического отношения /?, кото-
рое представляется-в виде соотношения отраженной и прямой энер-
гии в помещении, также вызывает представление об изменяющемся
расстоянии. Чем больше будет это отношение, тем больше расстоя-
ние до источника. Этот эффект наиболее заметен при

Л< 1—2.

Таким образом, пространственное восприятие звукового сигнала
определяется 4>ядом взаимосвязанных факторов.

1. Направление на источник сигнала, лежащий в горизонтальной
плоскости, определяется слухом с некоторой размытостью. При раз-
мещении его на оси симметрии системы слуха размытость составляет
угол в 1-7-4°, При смещении источника с этой оси она возрастает до
10-М2⁰. '-.-'..

2. Эта размытость увеличивается в 2-т-4 раза, если источник зву-
ка расположен дод углом к горизонтальной плоскости.

3. Сигналы от двух одинаковых источников сначала воспринима-
ются слитно, как идущие из точки, направление на которую зависит
от времени прихода их к слушателю. Если сдвиг Дт = О, то эта
точка лежит на средине между действительными источниками сиг-
нала. ПриДт — 1,5-г-2,0 мс кажущийся источник будет перемещать-
ся в сторону опережающего сигнала. Увеличение Ат от 2 до 40 мс
приводит к изменению тембра сигнала и к впечатлению о приходе
запаздывающего сигнала с направления, отличного от направления
прихода прямого, и, наконец, при Дт=40-*-.50 мс сигналы явно
расщепляются и воспринимаются как эхо.

4. В условиях кинопоказа несовпадение направления на действи-
телвный монофонический источник сигнала (или на кажущийся при
стереофонической передаче) с направлением на соответствующий^
ему видимый на экране объект корректируется последним на вели-
чину.до 0,25 от ширины экрана.