Дифференциальные слуховые пороги

Дифференциальные слуховые пороги характеризуют способность слуховой системы обнаруживать и оценивать разницу в значении одного из основных параметров звукового сигнала – амплитуды, частоты или длительности. В зарубежной, а также в отечественной специальной литературе минимальная разница одного из этих параметров обозначается аббревиатурой JND (Just Noticeable Difference – едва заметная разница).

Знание дифференциальных порогов весьма важно для музыкантов и звукорежиссеров. Современные процедуры компьютерной обработки звуковых сигналов позволяют вносить в него какие угодно изменения, однако при этом нужно твердо знать возможности слуховой системы человека, в том числе – пределы ее разрешающей способности. Иначе усилия, потраченные на улучшение звука, могут оказаться бесполезными – человеческий слух такого украшательства просто не заметит.

Амплитудные дифференциальные слуховые пороги

Исследования амплитудных дифференциальных порогов проводились в разное время разными учеными. Для этого можно использовать два метода.

Один из методов состоит в том, что для эксперимента используются два синусоидальных сигнала одной и той же частоты, но разного уровня интенсивности (громкости). Сигналы попеременно предъявляются группе экспертов. Вначале интенсивность обоих сигналов устанавливается одинаковой, а затем уровень одного из сигналов постепенно увеличивают. Когда разница в уровнях становится таковой, что ее замечают 75% слушателей, величина этой разницы принимается за дифференциальный слуховой порог на данной частоте. Такие же измерения, выполненные на разных частотах и при разных уровнях звукового сигнала, позволяют получить общую картину зависимости дифференциальных порогов слышимости JND от частоты и общей интенсивности звукового сигнала.

Другой метод состоит в том, что используется всего один сигнал, но этот сигнал модулируется по амплитуде. Как показали предварительные эксперименты, наибольшей чувствительностью к изменению амплитуды несущего сигнала человеческий слух обладает на частоте 4 Гц, поэтому в качестве модулирующей частоты в этом эксперименте используется частота 4 Гц. Глубина модуляции вначале устанавливается равной нулю, а затем постепенно увеличивается до тех пор, пока не становится заметной для 75% слушателей. Подобные эксперименты, проведенные на разных частотах несущего колебания и при разных уровнях громкости, показали, что полученные результаты примерно совпадают с результатами, полученными с использованием первого метода.

Закономерности, установленные в ходе экспериментов, можно выразить в виде соответствующих диаграмм. К примеру, из рис. 2.12 видно, что дифференциальные пороги по амплитуде существенно зависят от частоты звукового сигнала: наименьшие значения получаются в области средних частот (500 – 4000 Гц), а на низких и высоких частотах они возрастают: например, при общем уровне 60 дБ JND для частоты 1000 Гц составляет 0,8 дБ, для частоты 8 кГц – 1,0 дБ, а для частоты 200 Гц – 1,3 дБ. Кроме того, они сильно зависят от общего уровня сигнала: чем он выше, тем меньшую разницу между сигналами можно заметить: JND на частоте 1000 Гц при общем уровне 40 дБ составляет 1,25 дБ, при уровне 80 дБ – 0,6 дБ. Это хорошо заметно на рис. 2.13, где показана зависимость порогового значения коэффициента модуляции М _гр тонального сигнала с частотой 1 кГц, модулируемого по амплитуде частотой 4 Гц, от уровня несущей частоты N.

Из рис. 2.13. видно, что при увеличении уровня несущего колебания чувствительность слуха к изменению амплитуды возрастает. При уровне звукового давления несущей N = 20 дБ коэффициент минимально заметной модуляции М _гр = 10%. При повышении уровня звукового давления N до 100 дБ коэффициент М _гр снижается до 1%, т.е. в 10 раз, что говорит о том, что при высоких уровнях звукового давления чувствительность слуха к изменению амплитуды тонального сигнала значительно обостряется.

Однако чистые тоны в повседневной жизни встречаются редко. Большинство звуков представляют собой созвучия и шумоподобные сигналы. Звуки, получаемые с помощью музыкальных инструментов, и гласные звуки речи – это созвучия, состоящие из основного колебания и целого ряда обертонов. Согласные и в особенности шипящие звуки по спектру ближе к шумам. Поэтому особенности слуха при восприятии шумовых сигналов также представляют значительный интерес для специалистов в области звукотехники.

Эксперименты показали, что восприятие амплитудной модуляции шумовых сигналов существенно отличается от восприятия амплитудной модуляции тональных сигналов.

На рис. 2.14 показана зависимость коэффициента М _гр минимально заметной амплитудной модуляции при увеличении уровня N модулируемого сигнала в качестве которого использовался широкополосный белый шум. Модуляции осуществлялась синусоидальным сигналом с частотой 4 Гц (сплошная линия) и прямоугольными импульсами со скважностью 2, следующими с той же частотой. Видно, что здесь коэффициент М _гр уменьшается с повышением уровня модулируемого шума только до значения уровня примерно 30 дБ, а затем, при его дальнейшем увеличении, остается практически неизменным и составляет в случае модуляции синусоидальным сигналом приблизительно 4%, а в случае модуляции прямоугольными импульсами – около 2,5%. Как и в эксперименте с модуляцией тонального сигнала, наилучшей чувствительностью к модуляции белого шума слух обладает при частоте модулирующего сигнала 4 Гц.