|
О бинауральном эффекте. Бинауральный эффект
Наличие у человека двух ушей, разнесенных друг от друга на расстояние порядка 21 см, позволяет определять направления на источники звука, их удаленность, размеры. В обычных условиях слух способен определять угловое перемещение источника звука в горизонтальной плоскости с точностью около 3...4 градусов. При неподвижном источнике звука слух способен определить направление на него не точнее 12 градусов, а по вертикали - 17...20 градусов. Такие локационные способности слуха называют бинауральным эффектом и объясняют неодновременностью достижения звуковыми волнами каждого уха, неодинаковым уровнем звуковых давлений в слуховых проходах, особенностями тембров знакомых источников звуков и их изменений. На самых низких частотах, ниже 300 Гц, бинауральный эффект практически отсутствует и ухо не фиксирует направление звука. На частотах от 300 до 1000 Гц становится заметным сдвиг фаз звуковых волн, попадающих в правое и левое ухо. Мозг мгновенно вычисляет, какому направлению может соответствовать эта разность, и таким образом определяет, откуда идет звук. На частотах более 1000 Гц сдвиг фаз становится очень небольшим (длина волны уменьшается) и поиск направления осуществляется за счет сравнения силы звука, приходящего с разных сторон. 
Рис. 1. Акустическая система для создания эффекта интегральной локализации (локализации суммы) На рис. 1 показаны два одинаковых громкоговорителя (АС) 1 и 2, расположенные на расстоянии 2L один от другого. На расстоянии Х от базы АС на оси симметрии расположен слушатель, уши которого находятся на расстоянии r1 и r2 от соответствующих АС. Если на обе АС подать одинаковый сигнал, то звук от каждой АС достигнет ушей одновременно: правого от АС1, а левого - от АС2. Идентичность звуков не позволит слуху разделить их в пространстве на левый и правый. Так создается слуховая иллюзия: визуальный (кажущийся) источник звука как бы находится в середине базы - между АС. Если уменьшить громкость АС1, то это будет воспринято слухом как перемещение КИЗ в сторону АС2 и наоборот. Таким образом, варьируя громкость звучания левой и правой АС, можно вызывать и поддерживать иллюзию перемещения виртуального источника звука (КИЗ). Это явление называют интегральной локализацией (или локализацией суммы). 
Рис. 2. Зависимость локализации от: а) разных уровней звуковой энергии сигналов в каналах; б) от временного сдвига сигналов в каналах Аналогичную иллюзию перемещения КИЗ можно получить, создавая запаздывание звука в одной из АС. При этом виртуальный источник звука перемещается в сторону АС, излучающей звук с опережением по времени Dt>1,1 мс. На рис. 2 показаны зависимости локализации КИЗ соответственно от разности уровней и временного сдвига сигналов в каналах. Оба эти эффекта широко используются при записи музыки. Рис. 3. Влияние запаздывающего повторения сигнала на локализацию виртуального источника звука При одинаковых уровнях основного и задержанного сигналов виртуальный источник звука ощущается на месте физически существующего источника, излучающего опережающий сигнал. Источник звука, излучающий задержанный сигнал, не ощущается вовсе, но его присутствие проявляется в виде повышения общей гулкости звучания. При задержках одного из сигналов на время более 50 мс наличие запаздывающего сигнала ощущается как помеха в виде эха, хотя положение КИЗ остается неизменным. Отсюда следует, что опережающий сигнал при одинаковом уровне с задержанным полностью подавляет (маскирует) последний. Повышая уровень запаздывающего сигнала, можно добиться того, что оба источника звука будут восприниматься раздельно даже при запаздывании менее 50 мс. На рис. 3 показано необходимое превышение уровня (DL) запаздывающего сигнала в зависимости от временной задержки. При t = 15...20 мс уровень задержанного сигнала должен быть повышен на 11 дБ, чтобы оба источника звука воспринимались раздельно. При t < 50 мс для этого эффекта достаточно превышение уровня всего на 6 дБ. При t = 65 мс запаздывающий сигнал ощущается как эхо. При t < 5 мс наблюдается неустойчивый режим: виртуальный источник звука как бы перепрыгивает из одной АС в другую, совпадая то с источником опережающего, то с источником задержанного сигнала. Если источники звука резко различаются по тембру, это может привести к раздельному ощущению двух звуковых объектов даже при равных уровнях интенсивности обоих сигналов. |