1

Cechy wrażeniowe dźwięku

Janusz Renowski

2

Źródłami dźwięku są obiekty sprężyste, emitujące fale akustyczne w otaczającą przestrzeń, a suma

zjawisk dźwiękowych tj. fal akustycznych emitowanych przez poszczególne źródła stanowi

pole akustyczne.

Pole to posiada określoną zmienność czasową oraz przestrzenną, opisywaną przez czterowymiarowe

funkcje (np. funkcję ciśnienia lub prędkości cząsteczkowej), zależne od czasu t oraz od

współrzędnych x, y, z.

3

Możemy zatem wprowadzić pojęcie

„obrazu dźwiękowego pola akustycznego”

obserwowanego w danym punkcie, czyli po prostu „obrazu dźwiękowego”, jako relacji wartości tych wspomnianych przed chwilą parametrów w danym punkcie przestrzeni.

4

Zdarzenie dźwiękowe, w danym punkcie pola akustycznego, opisane przez obraz dźwiękowy pola akustycznego w danym punkcie, powoduje zaistnienie w umyśle

słuchacza zdarzenia słuchowego opisanego przez obraz słuchowy.

5

Pojęcie to, pojęcie „obrazu słuchowego”, może odnosić się zarówno do słuchania bezpośredniego

tzn. do sytuacji, kiedy słuchacz znajduje się w polu oddziaływania naturalnych źródeł dźwięku, jak i do słuchania pośredniego, tzn. gdy słuchacz odbiera sygnały transmitowane przez tor elektro-

akustyczny

6

Można to wszystko wyrazić przy użyciu następującego prostego schematu blokowego

Źródłami obrazu słuchowego wywołanego przez obraz dźwiękowy

mogą zatem być;

-Naturalne Elementy Sprężyste wytwarzające fale dźwiękowe (NES),

-Przebiegi foniczne zarejestrowane, które były odtwarzane wcześniej, np.

przez głośniki itp.,

- Przebiegi foniczne powstałe z przebiegów nie będących falami

akustycznymi czyli z Przebiegów Nie Akustycznych ( PNA) wytwarzanych

w układach elektronicznych (np. generatory akustyczne).

Obraz

dźwiękowy

Tor elektro-

akustyczny

Obraz

słuchowy

NES PNA

7

Zdarzenie słuchowe (obraz słuchowy) powstaje w wyniku działania bodźców akustycznych. Trzeba jednak powiedzieć, że obraz słuchowy może również powstać w wyniku działania wyobraźni (halucynacje słuchowe – np. dzwonienie w uszach ) lub też w wyniku schorzenia organizmu np. szum w uszach.

Obraz słuchowy może być opisany przez

zespół cech wrażeniowych dźwięku.

8

W literaturze z zakresu psychoakustyki można znaleźć wiele prób przyporządkowania

określonych cech obrazu słuchowego (w wyniku zaistnienia którego powstają wrażenia słuchowe)

konkretnym parametrom obrazu dźwiękowego – takim jak;

- widmo,- całkowite ciśnienie akustyczne,- czas trwania,- stosunek poziomu ciśnienia fal bezpośrednich do

poziomu ciśnienia akustycznego fal odbitych.

9

Wyniki dotychczasowych prób świadczą jednak o tym, że nie ma naturalnego zespołu

cech wrażeniowych będących jednoznacznymi odpowiednikami

poszczególnych cech fizycznych obrazu dźwiękowego i że;

należałoby dokonywać analizy wszystkich relacji pomiędzy obrazem dźwiękowym i obrazem słuchowym,

gdyż każda z cech wrażeniowych dźwięku uwarunkowana jest przez całokształt obiektywnych cech obrazu dźwiękowego.

10

Upraszczając zagadnienie można się jednak ograniczyć do analizy kilku dominujących cech. I tak można wyróżnić zespół sześciu zasadniczych

cech wrażeniowych.Są to:

- głośność,

- wysokość,

- subiektywny czas trwania,

- barwa,

- przejrzystość,

- przestrzenność.

Zbiór tych sześciu cech nie jest zbiorem rozłącznym i jak już powiedziano, pomiędzy poszczególnymi cechami wrażeniowymi istnieje szereg wzajemnych odniesień i powiązań.

11

Omówmy zatem poszczególne cechy najpierw pierwsze trzy które są cechami prostymi (w prosty

sposób zależnymi od na ogół jednego parametru obrazu dźwiękowego) - potem pozostałe.

Głośność - jest to cecha obrazu słuchowego umożliwiająca

uporządkowanie wrażeń słuchowych w skali od najcichszych do najgłośniejszych.

Zależy ona przede wszystkim od takiej cechy obrazu dźwiękowego jak poziom ciśnienia akustycznego,

również jednak - ale w znacznie mniejszym stopniu - zależy od czasu trwania (dla krótkich czasów trwania czas

narastania dźwięku w uchu) oraz widma dźwięku (dźwięk o szerokim równomiernym widmie a dźwięk sinusoidalny o np. f=4000Hz).

12

W złożonym obrazie słuchowym można wyróżnić, poza głośnością sumaryczną (całkowitą), głośności poszczególnych

zdarzeń słuchowych.

Percypujemy bowiem zarówno głośność całkowitą pochodzącą od wszystkich pracujących w hali fabrycznej maszyn jak i równocześnie - percypujemy oddzielnie - głośności poszczególnych maszyn.

13

Wysokośćjest cechą obrazu słuchowego umożliwiającą uporządkowanie wrażeń słuchowych w skali

od najniższych do najwyższych.

Analogicznie, jak w przypadku głośności, można w złożonym obrazie słuchowym wyróżnić jedną, lub kilka jednocześnie współbrzmiących wysokości.

14

Jednakowoż, zagadnienia związane ze współbrzmieniem szeregu wysokości w złożonym

obrazie słuchowym wykraczają poza zakres pojęciowy terminu wysokości i zaliczają się do

dziedziny kryterium barwy (współbrzmienie dźwięków o różnych wysokościach).

Dla dźwięków złożonych (m.in. wielo tonów) wprowadza się pojęcie wysokości wirtualnej (lub inaczej) residualnej.

Jest to wrażenie słyszenia wysokości podstawowej, która nie istnieje fizycznie w słuchanym dźwięku.

15

Subiektywny czas trwania jest cechą obrazu słuchowego umożliwiającą

uporządkowanie wrażeń słuchowych od najkrótszych do najdłuższych.

Cecha ta jest związana ze spostrzeganiem skończonego charakteru zdarzeń dźwiękowych.

Zależy ona przede wszystkim od;

- przebiegu dynamicznego zdarzenia dźwiękowego,

- warunków akustycznych otoczenia,- cech bodźców poprzedzających i (w pewnych przypadkach)

następujących po tym zdarzeniu (ich poziomu, ciśnienia

akustycznego, widma itp.).

16

Powyższe trzy cechy obrazu słuchowego (głośność, wysokość i subiektywny czas

trwania) noszą wspólną nazwę cech prostych

Nazwa ta oznacza , ze w każdym przypadku istnieje pewna – prosta opisowo – cecha obrazu dźwiękowego która najsilniej oddziałuje na kształtowanie się danego wrażenia.

17

Istnieją zatem „proste” (ale nie jednoznaczne) relacje:

głośność - poziom ciśnienia akustycznego,

wysokość - częstotliwość dźwięku,

subiektywny czas trwania - realny czas trwania.

18

Pozostałe trzy cechy są cechami złożonymi,

tzn. cechami,

które nie posiadają „prostych” odpowiedników w obrazie dźwiękowym.

19

Tę hierarchiczną strukturę parametrycznego systemu opisu jakości dźwięku można przedstawić w ślad za

Łętowskim i Makowskim [1977]

20

A poza tym: wrażenia barwy, przejrzystości i przestrzenności zależą przy tym w znacznie większym

stopniu, od binauralności wrażeń akustycznych.

Czyli stanowią wynik

koincydencji obrazów dźwiękowych odbieranych przez lewe i prawe ucho słuchacza.

21

Pierwsza ze wspomnianych cech złożonych - „barwa” - jest cechą obrazu słuchowego wynikającą

z odbioru przez słuchacza określonego widma akustycznego:

tzn. zespołu określonych poziomów ciśnienia akustycznego, częstotliwości i faz poszczególnych wypadkowych składników obrazu dźwiękowego.

22

Z uwagi na złożoność omawianej cechy celowe jest rozpatrywanie wypadkowego wrażenia barwy w

kategoriach kryteriów szczegółowych.

Dotychczasowe badania oraz doświadczenia słuchowe wykazały, że najbardziej użytecznymi kryteriami tego typu są trzy następujące;

pełnia brzmienia,równowaga brzmienia,i

formantowość.

23

Pełnia brzmienia -

cecha obrazu słuchowego będąca wynikiem nasycenia brzmienia dźwięku w pełnym paśmie słyszenia.

24

Równowaga brzmienia -

cecha obrazu słuchowego będąca wynikiem odczucia prawidłowych proporcji pomiędzy składowymi dźwięku w poszczególnych zakresach częstotliwości.

25

Formantowość -

cecha obrazu słuchowego będąca wynikiem odczucia maksimów energetycznych składowych widma dźwięku (np. widmo

samogłosek).

26

Zespół tych trzech pojęć pozwala na określenie podstawowego opisu wrażeń słuchowych związanych z

percepcją określonego widma dźwięku. Taki szczegółowy opis realizuje się zazwyczaj za pomocą:

- zespołu przymiotników opisowych (np. jasny chropowaty, matowy, ciepły itp..),

albo

- dwubiegunowych skal przymiotników opisowych (np. dźwięk; „jasny – ciemny”, gładki – chropowaty, „błyszczący – matowy”, „ciepły – zimny” itp..).

Opis taki może być użyteczny np.. przy ocenie (wyborze) licencji na głośniki przy zbliżonych ich parametrach fizycznych.

27

Drugą ze złożonych cech obrazu słuchowego jest

przejrzystość

Jest to cecha obrazu słuchowego umożliwiająca identyfikację obrazu dźwiękowego oraz/lubselektywną koncentracje uwagi słuchacza na wyobrażeniach wybranych zdarzeń dźwiękowych.

28

Charakter jej zależy między innymi;

- od wzajemnych proporcji ciśnienia akustycznego poszczególnych źródeł dźwięku,

oraz

- od wartości opóźnień czasowych fal odbitych dochodzących do słuchacza.

Jako synonim przejrzystości stosuje się niekiedy pojęcie czytelność (szczególnie w badaniach nad percepcją mowy).

29

Jednym z elementów decydujących o wrażeniu przejrzystości jest:

maskowanie - tj. cecha obrazu

słuchowego wynikająca z określonych proporcji ciśnienia akustycznego od różnych źródeł obrazu dźwiękowego oraz opóźnień czasowych obrazów odbitych (wpływa także maskowanie szumem otoczenia).

30

Następnym elementem decydującym o wrażeniu przejrzystości są:

zakłócenia

- tj. cecha obrazu słuchowego wynikająca z pojawienia się elementów przeszkadzających w odbiorze wrażenia oczekiwanego (przykłady).

31

Kolejnym elementem decydującym o wrażeniu przejrzystości jest:

rozdzielczość

- tj. cecha obrazu słuchowego

wynikająca z ostrości lokalizacji poszczególnych źródeł składowych oraz z wyobrażeń rozmiarów źródeł obrazu dźwiękowego.

32

Maskowanie oraz zakłócenia stanowią organiczne elementy przejrzystości obrazu

słuchowego natomiast rozdzielczość jest

czynnikiem wpływającym nie tylko na odczucie przejrzystości ale wpływa również na odczucie

przestrzennego charakteru wrażeń słuchowych.

33

Kolejna ze złożonych cech obrazu

słuchowego - przestrzenność – jest cechą wynikającą z wyobrażenia „określonej

przestrzeni wrażeń dźwiękowych”.

Powstaje ona w wyniku odbioru przez słuchacza określonych relacji pomiędzy określonym charakterem i rozmieszczeniem przestrzennym źródeł dźwięku a właściwościami akustycznym przestrzeni rzeczywistej.

34

Relacje te uzależnione są:

- od wzajemnych odległości pomiędzy poszczególnymi źródłami dźwięku i od odległości źródeł od słuchacza,

- od warunków granicznych przestrzeni zjawisk dźwiękowych,

oraz - od odległości, zarówno samych źródeł jak i słuchacza,

od skrajów przestrzeni dźwiękowej.

35

Sumaryczne wrażenie przestrzenności uzależnione jest od wrażeń składowych, które opisują charakterystyczne elementy rozkładu obrazie

słuchowym.• Wrażeniami tymi są:

- panorama słuchowa,

- perspektywa słuchowa ,

- atmosfera słuchowa.

36

Panorama słuchowa

Jest to zbiór wzajemnych odniesień różnych wyobrażeń kierunkowych wewnątrz kąta słyszenia , gdzie kąt słyszenia jest to kąt, w którym słuchaczowi ujawniają się wyobrażenia źródeł dźwięku.

37

Perspektywa słuchowa

Stanowi zbiór planów słuchowych i wzajemnych ich odniesień (przez plan słuchowy należy rozumieć zbiór punktów wyobrażonej przestrzeni dźwiękowej, które wydają się być równo oddalone od słuchacza).

38

Atmosfera słuchowa

Wynika z wrażenia bezpośredniego udziału słuchacza w przestrzeni zdarzeń dźwiękowych (np.. nagrania „live” muzyki rozrywkowej itp.).

39

Wszystkie złożone cechy obrazu słuchowego dotyczą zarówno wrażeń wytwarzanych w

warunkach słuchania bezpośredniego jak i w wyniku odbioru przetransmitowanego obrazu

dźwiękowego.

W tym drugim przypadku uzyskana atmosfera oraz panorama słuchowa określają stopień spójności obrazu słuchowego tj. wrażenia ciągłości wyobrażonej przestrzeni zdarzeń dźwiękowych (dawania wrażenia „tu i teraz”.

40

Przedstawiony przed chwilą zespół 6. cech wrażeniowych jest klasycznym spojrzeniem na klasyfikację tych cech i ich opis. Istnieją

oczywiście próby innego ujęcia tego problemu.

41

Przykładem może być system

hierarchiczny PI SHAW (kołowy) w

którym widać nakładanie się

poszczególnych cech czy kryteriów (komentarz),

42

Można też zaprezentować hierarchiczną strukturę oceny jakości nagrań dźwiękowych zaproponowaną

przez Łętowskiego i Szlifirskiego [2].

43

Omawiany zespół sześciu cech wrażeniowych stanowi punkt wyjścia do opisu wrażeń słuchowych wytwarzanych w umyśle słuchacza wskutek odbioru określonych obrazów dźwiękowych. Ma on na celu

umożliwienie jednolitego opisu wrażeń przy badaniach psychoakustycznych oraz przy szeroko pojętej ocenie słuchowej (np. przy ocenie jakości nagrań

dźwiękowych).

44

Przy ocenie nagrań można wykorzystać

np. arkusz ocen stosowany przy ocenie i selekcji

nagrań z taśmoteki Polskiego Radia [3].

45

Innego

rodzaju

pojęcia

można

stosować

przy ocenie

słuchowej

głośników.

46

• W normie AES20 – 1996, określającej warunki i sposoby przeprowadzania słuchowej oceny głośników [1], pojawiły się następujące szczegółowe parametry subiektywne pozwalające na te ocenę.

47

Są to (wymienione alfabetycznie):

- ciepło,

- gładkość,

- jasność,

- jednolitość,

- otaczanie,

- pełnia,

- przejrzystość,

- wymieszanie,

- żywość.

48

Ciepło - (ang. Warmth)

O ciepłym „oddawaniu” dźwięku możemy mówić, gdy w pomieszczeniu czas pogłosu dla dużych częstotliwości jest nieco mniejszy niż czas pogłosu dla małych częstotliwości. Trzeba jednak zwrócić uwagę na pewne ograniczenie, jakim jest utrata przejrzystości przy zbyt długim czasie pogłosu dla częstotliwości małych.

49

Gładkość – (ang.Smoothness)

Występuje dla pomieszczeń/sal gdy czas dotarcia poszczególnych odbić jest nie dłuższy niż 20 – 30 ms.

50

Jasność – (ang. Brilliance)

Jest odwrotnością ciepła czyli czas pogłosu dla dużych częstotliwości jest nieco większy niż czas pogłosu dla małych częstotliwości. Dla zbyt długiego czasu pogłosu częstotliwości dużych może się pojawić ciągłe „dzwonienie” na tych częstotliwościach.

51

Jednolitość - (ang. Uniformity)

Mówi nam o jednolitym rozkładzie przestrzennym dźwięku zarówno bezpośredniego, jak i odbitego.

Poprawę jednolitości możemy uzyskać zmniejszając w sali koncertowej odległość ostatniego rzędu od pierwszego.

52

Otaczanie - (ang. Envelopment)

Występuje, gdy wczesne odbicia docierają ze wszystkich stron w odpowiedniej kolejności.

Słuchacz powinien mieć wrażenie, że jest otoczony dźwiękiem.

53

Pełnia - (ang. Fullness)

Parametr ten opiera się na stosunku dźwięku bezpośredniego do odbitego. Im więcej jest dźwięku odbitego, tym większa jest pełnia, ale zarazem gorsza

przejrzystość.

Przejrzystość – (ang. Clarity)

Jest przeciwieństwem pełności. Im więcej dźwięku bezpośredniego w stosunku do odbitego tym przejrzystość pomieszczenia jest większa.

Zmniejszając czas pogłosu zwiększamy przejrzystość.

54

Wymieszanie – ( ang. Blend)

Jest związane z równomiernym rozkładem różnych grup dźwiękowych w całym pomieszczeniu,

czyli chodzi o to żeby w jakimś punkcie pomieszczenia jeden instrument nie górował nad innymi.

55

Żywość – (ang. Liveness)

Jest związana z czasem pogłosu dla średnich i dużych częstotliwości.

Wraz ze wzrostem czasu pogłosu wzrasta żywość w pomieszczeniu.

Przy zbyt krótkim czasie pogłosu mamy do czynienia z pomieszczeniem „martwym”, a przy zbyt długim z pomieszczeniem „błotnistym”.

56

Zdarza się, że w recenzjach/artykułach muzycznych omawiających ukazujące się nagrania/płyty, (czy też

zawierających opisy sal koncertowych), recenzenci używają często określeń które nie są jednoznaczne dla czytelnika.

Należy zatem przyjąć za konieczne, że gdy recenzent nie

stosuje określeń jednoznacznie zdefiniowanych w normach lub jednoznacznie interpretowanych w literaturze naukowej z zakresy percepcji dźwięku, to powinien on przy recenzji/artykule podać w odnośnikach swoje definicje używanych określeń. Tak, jak w ślad za normą AES uczyniliśmy to przed chwilą.

57

Literatura

[1] AES 20-1996, AES recommended practice for professional audio – Subiective evaluation of loudspeakers

[2] Łętowski T., Szlifirski .K. , Ogólne zasady oceny słuchowej urządzeń toru elektroakustycznego, Technika Radia i TV 3, 9, 1974

[2] Przegląd Techniki. Radio i Telewizja, zeszyt 37, s.41