Заметность ограничения частотного диапазона при передаче речи и пения

Очевидно, звукопередающая систейа, имеющая прямолинейную
частотную характеристику, которая полностью перекрывает спект-
ральные характеристики любых сигналов, не будет вносить в передачу
частотных искажений. Вместе с тем, так как оценка качества звуча-
ния осуществляется слухом, при определении ширины частотного
диапазона следует исходить из того, что частотные искажения мо-
гут возникать при его ограничении, однако они должны остаться
для слуха совсем или почти совсем необнаруживаемыми. Следователь-
но, только субъективная оценка заметности частотных искажений
позволяет определить, при каких ограничениях частотной характе-
ристики системы качество передачи звучания данного источника бу-
дет отвечать поставленному требованию. Такая оценка должна охва-
тывать все виды натуральных сигналов в различных режимах их
действия при одиночном и групповом звучании.

Опыты по определению заметности ограничения частотного диа-
пазона при речевых передачах проводились несколькими исследо-
вате^ями. Б. А. АДаменко проводил их при ограничении диапазона
последовательно на семи частотах, сначала низких, а затем высоких.
Границы диапазона смещались равномерно от значения 50 до
700 Гц —в первом случае и от 2000 до 12 000 Гц—«во втором слу-
чае. Уровень громкости при воспроизведении составлял 80 -ь 85 дБ.
Квалифицированные эксперты определяли качество звучания по пя-
тибалльной системе путем прослушивания одного и того же сигнала,
передаваемого. без ограничения и с ограничением диапазона. Эти
опыты были повторены нами при использовании в качестве экспер-
тов студентов звукооператорской специализации. Результаты ука-
занных экспертиз, проводимых по общей оценке качества звучания,
показаны в виде графиков на. рис. 5.3.

Как и следовало ожидать, женский голос (кривые 2 и £'), имею-
щий по сравнению с мужским (кривые 1 и 7') составляющие более
высоких частот, оказался менее критичным к ограничению в низко-
частотной области диапазона и более критичным к ограничениям в
области высоких частот. Попарное рассмотрение кривых 1, 1' та.''2, 2',
имея в виду, что кривые с номерами без индекса соответствуют дик-
торскому, ас индексом — художественному чтению, показывает, что
вид программы также сказывается на заметности частотных ограни-
чений. Так_г для мужского голоса при художественной программе
критичность на низких частотах меньше, а на высоких — больше,
чем при дикторском чтении. Это может быть объяснено тем, что при
исполнении художественной программы голос становится громче
70 -

и максимум энергии его (см. рис. 2.3) смещается в область более

высоких частот.

Для женского голоса искажения становятся более заметными
при сужении диапазона со стороны низких частот в случае чтения
дикторского текста и при сужении его со стороны высоких — для
художественного чтения. Это связано со спектральной характёристи-

Рис. 5.4. Зависимость ограничения диапазона со стороны низких (а) и высоких (б) частот для женского и мужского голосов, в режиме речи (1, 2) и пения .(!'* 1", 2')

Рис. 5.3. Заметность ограничения диапа-
зона со стороны низких (а) и высоких (б)
частот для женской (2, 2') и мужской
(2, 1') речи

кой указанного голоса (см. рис. 2.3), которая при дикторском испол-
нении по сравнению со случаем художественного чтения расширяет-
ся в область низких и высоких частот.

Таким образом, заметность ограничения частотного диапазона
при звукопередаче зависит как от протяженности частотного спектра
исходного сигнала, так и от распределения его энергии по частотным
составляющим. Весомую поправку в эту зависимость вносит также
падение чувствительности органа слуха к краям звукового диапазона.

Данные о влиянии ограничения частотного диапазона на качество
звучания певческого голоса были получены в других опытах [11]. Они
показаны на графике рис. 5.4, где кривые _?, 1' и 1" построены для
мужского голоса соответственно при речевом ж вокальном исполне-
нии (тенор и бас), кривые 2 и 2' — для женского голоса в речевом
и певческом режиме (колоратурное сопрано). По оси ординат отло-
жено число экспертов (в процентах^, замечающих искажения. Кри-
вые этого рисунка подтверждают большую заметность ограничения
частотного диапазона в области высоких частот для звучания жен-
ской речи. Из них видно, что ограничение диапазона с любой сторо-
ны и для каждого голоса слухом обнаруживается при вокальном ис-
полнений меньше, чем при речевом. Еще меньшая критичность по
отношению к ограничению диапазона, как показывает кривая 3
рис. 5.4, б, проявляется в случае хорового пения, что является след-
ствием (как видно из рис. 2.2 и рис. 2.3) ухудшения передачи ре-
чевых формант, менее важных для восприятия пения.

Рис? 5.5 позволяет оценить влияние ограничения диапазона на качество семантической информации (кривые./', 2'), характеризуе- мой понятностью речи, и эстетической информации (1", 2"), кото- рая характеризуется только тембром (оценка на слух других ее составляющих затруднена). При рассмотрении этих кривых обнару- живается, что понятность мужской (.-?') и женской (2'} речи и за-

Рис. 5.5. Заметность органичения частотного диапазона для речи (а, б) общая (1, 2), по понятности (Г, 2') и тембру (1", 2")

метность изменения ее тембра не составляют в сумме общей заметное. ти ограничения (кривые 1 и 2]. Это указывает на важность другю неучтенных здесь характеристик речевого сигнала. Кроме того, вид- но, что ограничение диапазона влечет за собой все более заметное из- менение тембра речи, тогда как понятность ее изменяется мало, осо- бенно при ограничении диапазона в области низких частот.. На рис..5.6 приведены данные о значимости отдельных полос частотного диапазона для передачи семантической (1) и эстетичес- кой (2) информации (понятности и тембра). Они были получены для женского голоса при поочередном включении одной из восьми частотных полос. На рисунке помещен также график -(3) весового значения каждой полосы в создании общего уровня звукового дав- ления (в децибелах). Обращает на себя внимание то, что каждый

Рис. 5.6. Значимость частотных полос в
передаче понятности (1), тембра (г) и
уровня (J) речевого сигнала

из трех рассматриваемых пара-
метров имеет несовпадающие меж-
ду собой максимумы и минимумы,
из чего следует, что-сокращение
частотного" диапазона по-разному
сказывается на их передаче. Если
в.создании общей громкости уча-
ствуют почти все частотные поло-
сы, то понятность речи определя-
ется прежде всего полосами ча-
стот от 30 до 5000 Гц, а в сохра-
нении тембральной окраски наи-
большая ответственность ложится
на полосы от 50 до 300 Гц и от
2000 до 10000 Гц.

В заключение можно сделать несколько общих выводов.

1. Ограниченна диапазона со стороны низких частот более замет-
но при передаче мужской речи. Уверенная заметность (3 балда) для
дикторского чтения наступает при граничной частоте 320 Гц, для
художественного — при частоте 250 Гц.

2. Ограничение со стороны высоких частот заметнее для жен-
ской речи. Для нее оценка 3 балла в режимах дикторского и худо-
жественного чтения соответствует граничным частотам 6000 в
6500 Гц, - -.

. 3. Заметность ограничения при передаче певческого голоса мень-
ше, чем при передаче речи. Для хора она снижается еще больше.

4. Все большее сужение диапазона при речевых передачах при-
водит сначала к искажению тембра, а потом к снижению разбори
чивости.