Глава 11. Теоретические основы стереофонии

Особенности моноурального восприятия

Рассмотрим особенности моноуральной локализации. Для оценки расстоя­ния до источника звука в чистом поле (то есть при отсутствии отражений) нервная система использует банк памяти звуков. Человек способен запом­нить среднюю громкость и тембральные характеристики типовых источни­ков, проанализировать изменения громкости и тембра, произошедшие при прохождении звуковой волной определенного расстояния.

Степень уменьшения громкости по мере прохождения звуковой волной единичного расстояния зависит от диаграммы направленности излучателя. При анализе расстояния слушатель исходит из памяти средней громкости данного источника и возможности ее уменьшения, связывая источник с тем или иным типом направленности.

Изменение тембра в зависимости от расстояния происходит следующим образом: низкие частоты распространяются с меньшим удельным затухани­ем, высокие частоты имеют более высокий коэффициент затухания при про­хождении единичного расстояния. Таким образом, звуки, раздающиеся изда­лека, содержат меньше высоких частот.

В помещении оценка расстояния до источника происходит проще и с бо­лее высокой точностью, так как нервная система получает для анализа массу дополнительной информации, извлекаемой из отраженных звуков Анализи­руются время задержки и уровень ранних отражений, относительный уровень и время затухания реверберации Частотный состав реверберации содержит дополнительную информацию о размере помещения. А значение акустиче­ского отношения с учетом размера помещения дает основания предполагать реальное расстояние до источника.

Бинауральное слияние

Откроем второе ухо и послушаем, что изменилось.

Если источник сигнала расположить в свободном от отражений поле, то его звуковые волны будут поступать в оба уха с определенным различием во времени, по интенсивности и спектру. В итоге нервная система начнет анали­ зировать пару подобных, но не идентичных звуков, которые сольются в еди­ ный образ. Первая фаза анализа носит название «бинауральное слияние» и определяет общие для обоих каналов характеристики с целью извлечения из сигнала полезной смысловой информации. Во второй фазе, наоборот, анали­ зируются различия в каналах и решается задача получения информации о ме­ сторасположении источника звука и характеристиках окружающего про­ странства. *

Глава 11. Теоретические основы стереофонии

Наиболее важными для бинаурального слияния являются звуки с частотой ниже 1500 Гц Можно провести характерный эксперимент: подадим в наушни­ки два высокочастотных звука с разными частотами —они будут восприни­маться на слух как отдельные звуковые сигналы. Если изменить условия опы­та — промодулировать исходные сигналы низкочастотной огибающей, то оба сигнала сольются в единый слуховой образ Результат свидетельствует о том, что нервная система для целей бинаурального слияния использует низкочас­тотную огибающую комплексного звука, то есть его макроструктуру, несмотря на то что детали составляющих комплексного звука — его микроструктура — различаются Это доказывает и следующий эксперимент если в одно ухо по­ступают только высокочастотные компоненты речевого звука, а в другое — только низкочастотные (при этом ни одно ухо не получает достаточной инфор­мации для распознавания речевого сигнала), то получаемый в результате би­наурального слияния слуховой образ позволит распознать и проанализировать речь. Говоря научным языком, механизм бинаурального слияния звуков можно описать в виде математической модели, которая основывается на поиске цен­тральной нервной системой перекрестных корреляций между звуковыми сиг­налами в обоих ушах Другими словами, используется поиск общих признаков в обоих каналах Результаты поиска позволяют выделить из шума периодиче­ские компоненты сигналов, что, в частном примере, и позволяет понять речь

Бинауральная локализация

Одновременно с выделением общих признаков ведется поиск отличий в тех звуковых сигналах, которые несут полезную для слушателя информацию. На основании анализа этих отличий нервная система способна сделать вывод о месторасположении источника в пространстве относительно слушателя и ха­рактеристиках окружающего пространства. При этом человек в состоянии определить как удаленность источника звука, так и направление, с которого приходит звуковая волна.

Оценка расстояния до источника звука при бинауральной локализации в целом аналогична одноканальной системе, однако, наличие двух разнесен­ных приемников звука существенно повышает точность и облегчает слуховую оценку расстояния В пределах дистанции до 10 метров модель опенки даль­ности на основании анализа пары звуковых лучей (в отсутствии маскирую­щей диффузной составляющей) можно изобразить в виде треугольников (рис. 11.1).

Как следует из рис. 11.1, звуковые лучи L и R приходят к левому и правому уху с неодинаковыми разностями интенсивностей и времен. При этом возни­кает некоторое отличие между разностью характеристик LA - RA и LB - RB. Это незначительное различие дает аналитическому аппарату достаточно

111