Звук: теория

Интеграция звуковой и зрительной информации

Мак-Гурка поставил эксперимент по интеграции. Он создал конфликт между визуальным и слышимым. Т.е. испытуемые видели одну артикуляцию, а слышали другое. На экране диктор говорил: «Га-га», — в наушниках участников эксперимента поступал звук «ба-ба». Предполагалось, что испытуемые выберут один канал восприятия, но вместо этого произошло наложение, в результате которого все слышали: «Да-да». 

Чтобы не было такого искажения восприятия, большинство людей предпочитают смотреть фильмы с субтитрами. А при дубляже стараются подложить слова так, чтобы они совпадали с открытием и закрытием рта актера.

Всё ещё сложно?
Наши эксперты помогут разобраться

Все услуги

Решение задач

от 1 дня / от 150 р.

Курсовая работа

от 5 дней / от 1800 р.

Реферат

от 1 дня / от 700 р.

Вступление

Основная задача психоакустики — описывать и объяснять различные аспекты. восприятие на основе анатомии и физиологии слуховая система. Точное понимание процесса восприятия звуков, доходящих до органа слуха, — нетривиальная задача. Таким образом, знания в этом отношении, несмотря на почти столетие интенсивных исследований, все еще не так точны, как хотелось бы.

Знание свойств слуховой системы и понимание ее работы имеет значение во многих областях науки и техники. Во-первых, это позволяет разрабатывать системы, исправляющие потерю слуха у больных. Это касается обеих относительно простых систем. слуховые аппараты как для слабослышащих, так и для сложных людей кохлеарные имплантаты предназначен для глухих в результате врожденного или приобретенного повреждения улитки. Ученые также надеются, что развитие психоакустики позволит в будущем разработать имплант, который заменит всю периферическую слуховую систему, доставляя сигналы в соответствующей форме непосредственно в ствол мозга (искусственное ухо).

Во-вторых, изучение характеристик и ограничений слуховой системы позволяет разрабатывать новые и более совершенные устройства для записи, передачи, обработки и генерации звуковых волн. Знания о локализации звука уже позволили, среди прочего, разрабатывать стереофонические и квадрофонические системы, а также системы объемного звука. Они пользуются этим биомиметика. Знание диапазонов звуковой слышимости позволило усовершенствовать такие устройства, как динамики, наушники, микрофоны, электроакустические усилители а также магнитофоны. Наконец, изучение правил, регулирующих маскирующие звуки и пороги слышимости, способствовало разработке эффективных методов сжатия сигнала с потерями, позволяющих более чем десятикратно уменьшить информационный объем сигнала (с небольшой потерей качества), что привело к тому, что среди прочего, к созданию таких популярных аудиокодеки как MPEG-1/2 Audio Layer-3 (называемый MP3) если ATRAC.

В-третьих, знание физиологии и строения уха используется в бионика а также кибернетическая акустика предоставление новых концепций построения систем автоматического распознавания речи и говорящего или акустический анализ сцены на игровых автоматах. Использование моделей слуховой системы используется при разработке объективных (то есть инструментальных) методов оценки и прогнозирования качества передачи, кодирования и записи речи и музыки. Эти методы используются, среди прочего, в телекоммуникациях (например, PSQM, PESQ, PEAQ, МБСД), а также при проектировании и оценке кинозалов, концертных, оперных, театральных и зрительных залов (например, ИППП).

В-четвертых, психоакустическое исследование можно рассматривать с точки зрения неинвазивного изучения принципов, лежащих в основе функционирования слуховой системы или, в дальнейшем, того, как наши разум воспринимает окружающую среду и на этой основе строит ее образ — специфическую модель феноменальной реальности. Стоит иметь в виду, что именно исследования в области звукового восприятия внесли свой вклад в теорию восприятия, предложенную до Второй мировой войны в Германии, а затем разработанную в Соединенных Штатах после войны, которая отличается от других, альтернативных психологических теорий — психология характера.

Звук и подсознание

Звуки имеют влияние как на сознание так и на подсознание. Современные исследования подтверждают целебные свойства произносимых звуков, что объясняется соответствующим их влиянием на подсознание человека. Создаются даже своеобразные реестры их действия. К примеру:

— Звук «и» — прочищает нос, лечит глаза; — Звук «у» — укрепляет горло и голосовые связки; — Звуки «в», «н», «м», «е» — улучшают работу головного мозга — Звуки «ц», «к», «щ», «и» — лечат уши; — Звуки «у», «и», «х», «ч» — улучшают дыхание; — Звуки «о», «а», «с», «м», «и» — лечат заболевания сердца.

Не менее целебными свойствами обладают различные звукосочетания, так называемые «мантры». В частности, созвучие: — «ом» — снижает кровяное давление; — «Глаз», «па» — снимают боли в сердце; — «Ап», «ам», «ат», «т», «ут» — исправляют речи. Таких соединений очень много. Все они основаны не на смысловом значении, а на целебном действии колебаний, возникающих при их произношении.

Существуют психологические звуко- цветовые исследования, которые выявляют соотношение звуков с цветом:

— «А» — красный — «е» — светлый, желто-зеленый — «и» — светло-синий — «о» — яркий, светло-белый, или солнечно-желтый — «у» — темный, сине-зеленый, густо-синий — «и» — тусклый, темно-коричневый или черный и т. д.

однако этой теории относительно медицинского воздействия не хватает доказательств

Инженер-акустик (профессионал) [ редактировать ]

Инженеры-акустики обычно имеют степень бакалавра или более высокую квалификацию в области акустики , физики или другой инженерной дисциплины. Практика инженера-акустика обычно требует степени бакалавра со значительным научным и математическим содержанием. Инженеры-акустики могут работать в консалтинговой компании по акустике, специализируясь в определенных областях, таких как архитектурная акустика , шум окружающей среды или контроль вибрации . В других отраслях инженеры-акустики могут: проектировать автомобили.звуковые системы; исследовать реакцию человека на звуки, например звуковые пейзажи городов и бытовые приборы; разрабатывать программное обеспечение для обработки аудиосигналов для микшерных пультов, а также проектировать громкоговорители и микрофоны для мобильных телефонов. Акустики также участвуют в научных исследованиях и изучении звука. Некоторые должности, такие как факультет, требуют наличия доктора философии .

В большинстве стран диплом по акустике может представлять собой первый шаг к профессиональной сертификации, а программа на получение степени может быть сертифицирована профессиональным органом . После завершения сертифицированной программы получения степени инженер должен удовлетворить ряд требований, прежде чем будет сертифицирован. После сертификации инженер получает звание дипломированного инженера (в большинстве стран Содружества ).

Временная теория

Временная теория восприятия высоты базируется на анализе временной структуры звуковой волны (теория места на ее спектральном анализе). Эта теория использует синхронизацию разрядов нейронов органа Корти с фазой колебания базилярной мембраны (эффект запирания фазы). При смещениях определенной точки мембраны в сторону расположения волосковых клеток в них возникает электрический потенциал, при смещении в противоположную сторону — потенциал отсутствует. Благодаря фазовому запиранию время между импульсами в любом отдельном волокне будет равно целому числу 1, 2, 3… умноженному на период в основной звуковой волне. Нервные волокна кооперируются, чтобы кодировать частоты выше 300 Гц.

Основа временной теории — анализ формы волны в различных частях базилярной мембраны. Если рассматривать механизм частотного анализа на базилярной мембране как работу линейки фильтров различной ширины, то форма волны звукового сигнала, выходящего из этого набора фильтров, должна иметь вид, показанный на рисунке 10а. Например, если анализируется музыкальный тон с основной частотой 200 Гц, то выход из фильтра с центральной частотой 200 Гц имеет форму синусоидальной волны, т.к. эта гармоника разворачивается анализирующим фильтром. Аналогично разворачиваются этими фильтрами и все гармоники до пятой (около 1300 Гц). На выходе они имеют синусоидальную волну. Шестая гармоника (около 1560 Гц) имеет уже вариации амплитуды, но индивидуальные циклы еще видны. Волновая форма выходного сигнала для фильтра, центральная частота которого (в данном примере) выше шестой, не синусоидальная, т.к. гармоники не разворачиваются индивидуально, демонстрируя, что частотный диапазон полосового фильтра шире, чем расстояния между ними. По меньшей мере две гармоники комбинируются на выходе этого фильтра. Известно, что если две частоты находятся достаточно близко друг от друга, между ними возникают биения, т.е. одно колебание со средней частотой, равной разности частот. В данном случае, когда взаимодействуют две гармоники, этот период определяется фундаментальной частотой T=1/f0. Таким образом, период всех волн, выходящих после фильтров с центральной частотой выше шестой гармоники и состоящих из соседних гармоник, будет одинаковым и равным 1/f0.

Минимальное время между импульсами от различных мест на базилярной мембране определяется периодом волны, выходящей от соответствующего фильтра. Для мест, которые соответствуют частотам от основной до шестой гармоники, минимальное время равно периоду данной гармоники. Для мест, соответствующих более высоким гармоникам, промежутки между импульсами равны периоду огибающей, т.е. основному тону (Рис. 10б). Таким образом, выше шестой гармоники разряды нейронов синхронизированы с формой огибающей, и период разрядов совпадает с периодом для фундаментальной частоты. Иными словами, для всех гармоник периоды разрядов или равны, или отличаются в целое число раз от частоты основного тона.

Это основа временной теории восприятия высоты тона: мозг определяет периодичность разрядов и по ним восстанавливает частоту основного тона.

Восприятие музыкальной высоты связано с оценкой временной формы звукового сигнала (за счет использования эффекта «фазового запирания»).

Временная теория позволяет понять, как найти фундаментальную частоту на основе анализа временных интервалов между нервными импульсами от различных мест на базилярной мембране и по ней определить высоту тона. Однако, временная теория не объясняет восприятия высоты тона на частотах выше 5000 Гц, т.к. эффект фазового запирания не срабатывает на этих частотах. Вероятно, в этой области частот меняется механизм восприятия высоты тона.

Необходимо отметить, что на частотах выше 5 кГц в слуховой диапазон (до 20 кГц) попадают только две-три слышимых гармоники, этого слишком мало для слуха, поэтому, как уже было показано выше, восприятие высоты тона существенно обедняется и практически заканчивается восприятие музыкальной высоты (chroma pitch) тона (интонации). Вероятно, по этой причине, которая была интуитивно известна музыкантам, на большинстве музыкальных инструментов (рояль и др.) клавиатура заканчивается в области 5 кГц. На органе есть трубы, которые дают тон 8 кГц, но они употребляются только вместе с другими.

Характеристика восприятия речи и музыки

Восприятие музыки и речи являются только человеческими факторами. Первое исследование восприятия музыки было проведено задолго до появления психофизики. Его провел Пифагор, который увидел: если одна струна в два раза длиннее другой, то частота восприятия ее будет в два раза меньше. Он дал этому явлению название – октава. Психологический феномен заключается в следующем: тоны внутри одной октавы воспринимаются человек по-разному, а одинаковые ноты разных октав – схоже. Например, «Ля» четвертой октавы – 440 Гц, а «Ля» пятой – 880 Гц.

Люди с абсолютным музыкальным слухом способны распознавать отдельные тоны. Таких личностей мало – всего 1%. Даже многие знаменитые, талантливые композиторы не обладали абсолютным музыкальным слухом, например, Вагнер Р., Чайковский П.И., Шуман Р. Но существуют специальные упражнения, например, система Кабалевского, которые тренируют слух и уменьшают дифференциальный порог различения музыкальных тонов.

Изучение мелодий привлекло внимание психологов еще в прошлом столетии. При улавливании музыки действуют законы звукового поля, как и при зрительном восприятии

Поэтому человек легко может определить, где солирующая мелодия, а где аккомпанемент. Череда звуков воспринимается музыкальной фразой. Звуки, которые близки по высоте и тону улавливаются человеком как целая часть мелодии. Даже, несмотря на помехи, идет восприятия музыки. Таким образом, можно выделить три принципа:

• близости;
• сходства;
• замыкания.

Также к человеческим способностям относят звучащую речь. Диапазон улавливания слов в минуту без усилий – 180, т.е. константность велика. Здесь необходимо сказать об эффекте бланкирования речи. Дж.Миллер провел эксперимент, который заключался в следующем: исследуемые прослушивали магнитофонную запись, в которой текст диктора иногда прерывался помехами. Тем самым выяснилось, что природа бланкирования имеет широкий диапазон. После исследуемые должны были воспроизвести то, что услышали. Результат был следующий: при утрате 50% звуков правильно распознавалось 80% слов. Подобный эксперимент проводили Штейнберг, Френчем, которые тоже получили схожие данные. При первом опыте они создавали помехи не менее 1900 Гц, во втором – более 1900 Гц. Но, несмотря на это испытуемые усвоили 70% слов.

Нужна помощь преподавателя?
Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

Определение фонетики, различные разделы фонетики

Фонетика — это раздел языкознания, изучающий звуковую сторону языка.
К ней относятся все звуковые средства языка, то есть не только звуки
и их комбинации, но и ударение и интонация.

В зависимости от того объема материала, который является предметом
непосредственного исследования фонетистов, различаются общая фонетика
и сопоставительная фонетика и частная фонетика отдельных языков. Общая
фонетика исследует закономерности, характерные для звуковой стороны
любого языка. Сопоставительная фонетика занимается выявлением
общего и особенного в звуковой стороне двух или нескольких сопоставляемых
или сравниваемых языков. Фонетика отдельных языков изучает особенности
звуковой стороны отдельного языка в возможно более полном объеме.
В свою очередь в фонетике отдельных языков различаются историческая
фонетика и описательная фонетика. Историческая фонетика конкретного
языка изучает историю звуковых средств данного языка в той мере, в какой
она отражена в памятниках письменности на этом языке, диалектной речи
и т.д. Описательная фонетика исследует звуковые средства отдельного
языка в определенный период его истории или в современном состоянии.
В фонетике выделяются такие частные дисциплины, как артикуляционная
фонетика, акустическая фонетика, перцептивная фонетика, функциональная
фонетика, или фонология, акцентология, или учение о словесном ударении,
интонология, или учение об интонации. Артикуляционная фонетика исследует
деятельность человеческого речевого аппарата, в результате которой производятся
звуки. Акустическая фонетика исследует чисто физические особенности

(характеристики, параметры) звуков речи на отдельных языках. Перцептивная
фонетика рассматривает особенности восприятия звуков речи человеческим
органом слуха.
Функциональная фонетика, или фонология, изучает функции, которые звуки
речи выполняют в составе звучаний, образующих материальную, воспринимаемую
сторону значащих единиц языка: морфем, слов и их форм. Таким образом,
между терминами фонетика и фонология нельзя ставить знак равенства:
фонология — это лишь часть фонетики, частная дисциплина, которая изучает
функции, которые звуки речи, фонемы.
В кругу остальных языковедческих единиц — грамматики, лексикологии —
фонетика занимает равноправное с ними положение как самостоятельная
наука. Она взаимодействует прежде всего с грамматикой. Это взаимодействие
обусловлено тем, что одни и те же звуковые особенности звуковой формы
языковых явлений оказываются существенными не только для звуковой стороны
языка, но и для некоторых участков его грамматического строя. Например,
определенные виды чередований оказываются морфологизованными, то есть
используются при образовании разных форм одних и тех же слов или разных
слов от одних и тех же корневых морфем. (ср. в русском языке: будить
— бужу, водить — вожу, друг- дружок или в немецком языке: sprechen-sprach,
stechen-stach.
Подобные морфологизованные чередования звуков изучаются возникшей на
стыке фонетики и морфологии дисциплиной, называемой морфонологией. Как
для фонетики, так и для синтаксиса весьма существенны правила фразовой
интонации конкретных языков, так как каждое конкретное предложение характеризуется
определенным интонационным оформлением. Поэтому данные, полученные в
собственно интонологических исследованиях, находят самое непосредственное
применение в работах по описательному синтаксису.

Высота тона и центральный процессор

Восприятие высоты тона для сложных музыкальных сигналов, как указано выше, начинается с анализа в периферической слуховой системе, где производится их частотный и временной анализ, а затем полученная информация передается в высшие отделы мозга — «центральный слуховой процессор», где полученная информация определенным образом группируется и осмысливается.

Мозг группирует несколько тонов (гармоник) с одинаковым частотным интервалом в одно ощущение высоты тона. Это принципиальное свойство слухового процессора (высших отделов коры головного мозга): из сложного внешнего звукового мира он выделяет звуки и группирует их по определенным признакам: по месту, по времени начала и конца, по периодичности повторений и т.п. Это связано с тем, что кратковременная память оперирует только шестью-семью символами и без группировки мозг не может принимать быстрых решений.

Современная психология утверждает, что мозг мыслит образами. По-видимому, музыкальные звуки также запоминаются в виде некоторых гармонических эталонов (шаблонов — template), которые формируются в детстве, аналогично звукам речи.

В настоящее время принята гипотеза, что центральный процессор, получив информацию от периферической слуховой системы о наличии компонент с кратными периодами в музыкальном звуке, группирует их и сравнивает с гармоническим шаблоном, в котором имеются все последовательные гармоники. Для каждого входного сигнала подбирается по фундаментальной частоте гармонический шаблон, который ему лучше подходит. В соответствии с этой моделью наиболее соответствующая фундаментальная частота подобранного шаблона и будет воспринимаемой высотой тона. Если два шаблона с разными фундаментальными частотами подходят к данному сигналу, можно ожидать услышать или неопределенную высоту или две высоты. В случае отсутствия фундаментальной частоты, сравнение производится по отдельным гармоникам. Если удается подобрать хотя бы несколько гармоник, которые подходят под эталон, то по повторяющемуся интервалу между ними присваивается высота тона (виртуальная высота тона слышится, например, в звуке колоколов). Наиболее важными для синтеза ощущения высоты тона являются первые три — шесть развернутых гармоник. Компоненты сигнала, которые ведут себя аномально (например, одна гармоника включается-выключается или резко отличается от шаблона), выделяются центральным процессором и им присваивается отдельная высота.

Имеется много доказательств в поддержку данной гипотезы: например, при подаче разных гармоник в разные уши через телефоны (600 Гц в одно ухо и 800 Гц в другое), отчетливо слышен разностный тон высотой, соответствующей частоте 200 Гц, т.е. центральная система синтезирует высоту из гармоник в разных ушах. Другое доказательство, когда гармоники предъявляются неодновременно: при последовательном включении третьей, четвертой и пятой гармоники по 40 мс с интервалом10 мс, отчетливо слышался низкий тон с фундаментальной частотой и т.п.

Таким образом, в соответствии с этой моделью, гармоники собираются вместе, сравниваются центральным процессором с гармоническим эталоном (шаблоном) и по нему синтезируется высота музыкального тона.

Говоря о высоте комплексного тона, можно сказать, что «высота — великий консолидатор». Начиная с большого количества гармоник, процессор высоты объединяет их вместе в одно ощущение высоты. Слуховая организация определения высоты — основная часть осмысления звуков окружающего мира.

Важность определения высоты для слуховой системы не случайна и, вероятно, вовсе не результат стремления всего человечества сочинять музыку. Восприятие высоты играет центральную роль в определении индивидуальных объектов в акустическом мире и отделении их друг от друга

Окружающий мир наполнен конкурирующими звуками: интересными, угрожающими, шумовыми и др., все смешано вместе и слуховая система несет ответственность за их выделение и идентификацию. Высота есть главный идентификатор, позволяющий отделять данный звук от других объектов.

Основные понятия психоакустики

Устройство речевого аппарата человека

Речевой аппарат-совокупность органов человеческого организма, приспособленная
для производства и восприятия речи. Речевой аппарат в широком смысле
охватывает центральную нервную систему, органы слуха и зрения, а также
органы речи.
К органам речи, или речевому аппарату в узком смысле, относят:
губы, зубы, язык, небо, маленький язычок, надгортанник, полость носа,
глотка, гортань, трахея, бронхи, легкие.
По роли в произнесении звуков органы речи разделяются на активные и
пассивные

Активные органы речи производят те или иные движения, необходимые
для образования звуков, и имеют тем самым особо важное значение для
их формирования. К активным органам речи относятся: голосовые связки,
язык, губы, мягкое небо, язычок, задняя спинка зева (фаринкс) и вся
нижняя челюсть

Пассивные органы не производят самостоятельной работы
при звукообразовании и выполняют лишь вспомогательную роль. К пассивным
органам речи относятся зубы, альвеолы, твердое небо и вся верхняя челюсть.

Артикуляция звука речи

Для образования каждого звука речи необходим комплекс работ органов
речи в определенной последовательности, то есть нужна вполне определенная
артикуляция. Артикуляцией называется работа органов речи, необходимая
для произнесения звуков.
Артикуляция звука речи складывается из набора движений и состояний органов
речи — артикуляционного комплекса; поэтому артикуляционная характеристика
звука речи оказывается многомерной, охватывая от 3 до 12 различных признаков.
Сложность артикуляции звука состоит также в том, что она является процессом,
в котором различают три фазы артикуляции звука: это приступ (экскурсия),
выдержка и отступ (рекурсия).
Приступ артикуляции состоит в том, что органы речи переходят из спокойного
состояния в положение, необходимое для произнесения данного звука. Выдержка
— это сохранение положения, необходимого для произнесения звука. Отступ
артикуляции состоит в переводе органов речи в спокойное состояние.

О соотношении звуков и букв

Одно из самых замечательных открытий науки о языке середины прошлого
века может быть сформулировано кратко так: установление отличий звуков
от букв, с помощью которых эти звуки изображаются. Еще великие основоположники
сравнительно-исторического языкознания первой трети 19 столетия — Ф.
Бопп (1791 — 1867), Раск (1787 — 1832), Востоков (1791 — 1864) — часто
смешивали языки и звуки и буквы не умели четко формулировать сущность
различия между ними. И только во второй половине позапрошлого столетия
разграничение это нашло всеобщее и бесспорное признание. Несмотря на
то, что природа звуков совсем иная, чем природа букв, тем не менее эти
понятия соотносимы. Однозначного соответствия между звуком и буквой
нет, если бы оно было, то это был бы идеальный алфавит. Буква представляет
собой обозначение звуков на письме.

Классификация звуков

Классификация звуков речи основывается на акустической и анатомо- физиологической
характеристике звуков. Исходным при этом является деление всех звуков
на
гласные и согласные звуки. Совокупность гласных образует вокализм, совокупность
согласных — консонантизм.