Psihoakustika je področje znanosti, ki preučuje slušne občutke osebe, ko zvok dovajamo v ušesa.

Ljudje z absolutnim (analitičnim) posluhom za glasbo z visoko natančnostjo določajo višino, glasnost in tember zvoka, si lahko zapomnijo zvok instrumentov in jih čez nekaj časa prepoznajo. Znajo pravilno analizirati slišano, pravilno prepoznati posamezna glasbila.

Ljudje, ki nimajo absolutne višine, lahko določijo ritem, tember, tonaliteto, vendar jim je težko pravilno analizirati slišano gradivo.

Pri poslušanju visokokakovostne avdio opreme se mnenja strokovnjakov praviloma razlikujejo. Nekateri imajo raje visoko preglednost in zvestobo prenosu vsakega prizvoka, moti jih pomanjkanje podrobnosti v zvoku. Drugi imajo raje zvok zamegljenega, mehkega značaja, hitro se naveličajo obilice podrobnosti v glasbeni podobi. Nekdo se osredotoča na harmonijo v zvoku, nekdo na spektralno ravnovesje in nekdo na dinamični razpon. Izkazalo se je, da je vse odvisno od tipa značaja posameznika.Tip ljudi delimo na naslednje dihotomije (razrede parov): čutni in intuitivni, misleči in čuteči, ekstravertirani in introvertirani, odločni in dojemljivi.

Ljudje s čutno prevlado imajo jasno dikcijo, odlično zaznavajo vse nianse govora ali glasbene slike. Za njih je izjemno pomembna transparentnost zvoka, ko so vsi zveneči instrumenti jasno razločeni.

Poslušalci z intuitivno dominanto imajo raje zamegljeno glasbeno sliko, pri čemer pripisujejo največji pomen ravnovesju zvoka vseh glasbil.

Poslušalci z miselno dominanto imajo raje glasbena dela z visokim dinamičnim razponom, z jasno izraženo durovo in molsko dominanto, s poudarjenim pomenom in zgradbo skladbe.

Ljudje z občutkom dominantnosti pripisujejo velik pomen harmoniji v glasbenih delih, raje imajo dela z rahlimi odstopanji dura in mola od nevtralne vrednosti, tj. "glasba za dušo"

Poslušalec z ekstravertirano dominanto uspešno loči signal od šuma, najraje posluša glasbo na visoki glasnosti, s frekvenčnim položajem glasbene podobe v glasbenem delu določi, ali je glasbeno delo dur ali mol. ta trenutek.

Ljudje z introvertirano prevlado posvečajo veliko pozornosti notranji strukturi glasbene podobe, dur-manjšina se med drugim ocenjuje s frekvenčnim premikom ene od harmonik v nastajajočih resonancah, tuji hrup otežuje zaznavanje zvočnih informacij .

Ljudje z odločilno prevlado imajo raje pravilnost v glasbi, prisotnost notranje periodičnosti.

Perceptivno dominantni poslušalci imajo raje improvizacijo v glasbi.

Vsak zase ve, da iste glasbe na isti opremi in v istem prostoru ne zaznamo vedno enako. Verjetno so naši občutki, odvisno od psiho-čustvenega stanja, oslabljeni ali zaostreni.

Po drugi strani pa lahko pretirane podrobnosti in naravnost zvoka utrujenega in obremenjenega poslušalca razdražijo s čutno dominanto, da bo v tem stanju imel raje zamegljeno in mehko glasbo, grobo rečeno, raje bo poslušal živa glasbila v klobuku z naušniki. .

V določeni meri na kakovost zvoka vpliva tudi »kakovost« omrežne napetosti, ki pa je odvisna tako od dneva v tednu kot tudi od ure v dnevu (v konicah je omrežna napetost najbolj »onesnažena«). «). Raven hrupa v prostoru in s tem realni dinamični razpon sta odvisna tudi od časa dneva.

Dobro se spomnimo primera izpred 20 let o vplivu hrupa v okolici. Pozno zvečer, po vaški svatbi, je mladina ostala pomagati pri pospravljanju miz in pomivanju posode. Na dvorišču je bila organizirana glasba: električna gumbna harmonika z dvokanalnim ojačevalnikom in dvema zvočnikoma, štirikanalni ojačevalnik moči po shemi Šušurina, električna gumbna harmonika je bila priključena na vhod ter dva 3-stezna in dva Na izhode so bili povezani 2-stezni akustični sistemi. Magnetofon z zapisi, izdelanimi pri 19 hitrostih z anti-paralelnim pristranskostjo. Okoli druge ure zjutraj, ko so bili vsi prosti, se je mladina zbrala na dvorišču in prosila, naj prižgejo nekaj za dušo. Kakšno je bilo presenečenje glasbenikov in prisotnih ljubiteljev glasbe, ko je zazvenela mešanica na teme Beatlov v izvedbi skupine STARS on 45. Za uho, prilagojeno zaznavanju glasbe v atmosferi povečanega hrupa, zvok v tišini noči je postala presenetljivo jasna in niansirana.

Zaznavanje po frekvenci

Človeško uho zaznava nihajni proces kot zvok le, če je frekvenca njegovih nihanj v območju od 16...20 Hz do 16...20 kHz. Pri frekvenci pod 20 Hz se vibracije imenujejo infrazvočne, nad 20 kHz - ultrazvočne. Zvoki s frekvenco pod 40 Hz so v glasbi redki, v pogovornem govoru pa jih sploh ni. Zaznavanje visokih zvočnih frekvenc je močno odvisno tako od individualnih značilnosti slušnih organov kot od starosti poslušalca. Tako na primer pri starosti do 18 let zvoke s frekvenco 14 kHz sliši približno 100%, medtem ko pri starosti 50 ... 60 let - le 20% poslušalcev. Zvoke s frekvenco 18 kHz do 18. leta sliši približno 60%, do starosti 40 ... 50 let pa le 10% poslušalcev. Toda to sploh ne pomeni, da so zahteve glede kakovosti poti reprodukcije zvoka zmanjšane za starejše. Eksperimentalno je bilo ugotovljeno, da ljudje, ki komaj zaznavajo signale s frekvenco 12 kHz, zlahka prepoznajo pomanjkanje visokih frekvenc v fonogramu.

Ločljivost sluha za spremembo frekvence je približno 0,3 %. Na primer, dva tona 1000 in 1003 Hz, ki si sledita drug za drugim, lahko ločimo brez instrumentov. In z utripanjem frekvenc dveh tonov lahko oseba zazna frekvenčno razliko do desetink herca. Hkrati je težko na uho razločiti odstopanje hitrosti predvajanja glasbenega fonograma znotraj ± 2%.

Subjektivna lestvica zaznavanja zvoka glede na frekvenco je blizu logaritemskemu zakonu. Na podlagi tega so vse frekvenčne karakteristike naprav za prenos zvoka izrisane v logaritemskem merilu. Stopnja natančnosti, s katero človek na uho določi višino zvoka, je odvisna od ostrine, muzikalnosti in izurjenosti njegovega sluha ter od jakosti zvoka. Pri višji glasnosti so zvoki večje intenzivnosti videti nižji od šibkejših.

Ob dolgotrajni izpostavljenosti intenzivnemu zvoku se slušna občutljivost postopoma zmanjšuje in tem bolj, večja je glasnost zvoka, kar je povezano z reakcijo sluha na preobremenitev, tj. z naravno prilagoditvijo. Po določenem času se občutljivost povrne. Sistematično in dolgotrajno poslušanje glasbe pri visoki glasnosti povzroči nepopravljive spremembe v slušnih organih, še posebej trpijo mladi, ki uporabljajo slušalke (slušalke).

Pomembna lastnost zvok je tember. Sposobnost sluha, da razlikuje njegove odtenke, nam omogoča razlikovanje različnih glasbil in glasov. Zaradi obarvanosti tembra postane njihov zvok večbarven in zlahka prepoznaven. Pogoj za pravilen prenos tembra je nepopačen prenos spektra signala - skupek sinusnih komponent kompleksnega signala (overtonov). Prizvoki so večkratniki frekvence osnovnega zvoka in manjši od njegove amplitude. Barva zvoka je odvisna od sestave prizvokov in njihove jakosti.

Barva zvoka živih glasbil je v veliki meri odvisna od intenzivnosti zvočne produkcije. Na primer, ista nota, odigrana na klavirju z rahlim dotikom prsta, in ostra, ima različne napade in signalne spektre. Celo neusposobljena oseba zlahka zazna čustveno razliko med dvema takšnima zvokoma z njunim napadom, tudi če sta poslušalcu posredovana z mikrofonom in sta glasno uravnotežena. Zvočni napad je začetna faza, specifičen prehodni proces, med katerim se vzpostavijo stabilne lastnosti: glasnost, tember, višina. Trajanje zvočnega napada različnih instrumentov se giblje od 0 do 60 ms. Na primer, za tolkala je v območju 0 ... 20 ms, za fagot - 20 ... 60 ms. Značilnosti napada instrumenta so močno odvisne od načina in tehnike glasbenikovega igranja. Prav te lastnosti inštrumentov omogočajo prenos čustvene vsebine glasbenega dela.

Zvočni ton vira signala, ki se nahaja na razdalji manj kot 3 m od poslušalca, se zazna kot bolj "težak". Odstranitev vira signala s 3 na 10 m spremlja sorazmerno zmanjšanje glasnosti, medtem ko tember postane svetlejši. Z nadaljnjo odstranitvijo vira signala se izgube energije v zraku povečujejo sorazmerno s kvadratom frekvence in imajo kompleksno odvisnost od relativne vlažnosti zraka. Izgube energije RF komponent so največje pri relativni vlažnosti v območju od 8 do 30 ... 40% in minimalne pri 80% (slika 1.1). Povečanje izgube prizvoka povzroči zmanjšanje svetlosti tona.

Zaznavanje amplitude

Krivulje enake glasnosti od praga sluha do praga bolečine za binauralni in monouralni sluh so prikazane na sl. 1.2.a, b. Zaznavanje amplitude je odvisno od frekvence in ima velik razpon, povezan s starostnimi spremembami.

Slušna občutljivost na jakost zvoka je diskretna. Prag občutka spremembe jakosti zvoka je odvisen tako od frekvence kot od glasnosti zvoka (pri visokih in srednjih je 0,2 ... 0,6 dB, pri nizkih doseže nekaj decibelov) in je v povprečju manjši od 1 dB.

Haasov učinek (Haas)

Za slušni aparat je, tako kot za vsak drug nihajni sistem, značilna vztrajnost. Zaradi te lastnosti so kratki zvoki, ki trajajo do 20 ms, zaznani kot tišji od zvokov, ki trajajo več kot 150 ms. Ena od manifestacij vztrajnosti -

nezmožnost osebe, da zazna popačenje impulzov s trajanjem manj kot 20 ms. Če do ušesa prideta 2 enaka signala s časovnim intervalom med njima 5...40 ms, ju sluh zazna kot en signal, če je interval več kot 40...50 ms - ločeno.

učinek maskiranja

Ponoči v tihih razmerah je slišati cviljenje komarja, tiktakanje ure in druge tihe zvoke, v hrupnih razmerah pa je težko razločiti glasen govor sogovornika. V realnih pogojih zvočni signal ne obstaja v popolni tišini. Tuji šumi, ki so neizogibno prisotni na mestu poslušanja, do določene mere zakrijejo glavni signal in ga otežijo zaznavanje. Zvišanje praga slišnosti enega tona (ali signala) ob izpostavljenosti drugemu tonu (šumu ali signalu) imenujemo maskiranje.

Eksperimentalno je bilo ugotovljeno, da se ton katere koli frekvence veliko bolj učinkovito prikrije z nižjimi kot z višjimi, z drugimi besedami, nizkofrekvenčni toni bolj zakrijejo visokofrekvenčne kot obratno. Na primer, pri istočasnem predvajanju zvokov 440 in 1200 Hz z enako jakostjo bomo slišali le ton s frekvenco 440 Hz, šele z izklopom pa bomo slišali ton s frekvenco 1200 Hz. Stopnja maskiranja je odvisna od frekvenčnega razmerja in je kompleksne narave, povezana s krivuljami enake glasnosti (sl. 1.3.α in 1.3.6).

Večje kot je frekvenčno razmerje, manjši je maskirni učinek. To v veliki meri pojasnjuje pojav "tranzistorskega" zvoka. Spekter nelinearnih popačenj tranzistorskih ojačevalnikov sega do 11. harmonika, medtem ko je spekter elektronskih ojačevalnikov omejen na 3...5 harmonikov. Ozkopasovne maskirne krivulje hrupa za tone različnih frekvenc in njihove stopnje intenzivnosti imajo različne vzorce. Jasno zaznavanje zvoka je možno, če njegova jakost presega določen prag slišnosti. Pri frekvencah 500 Hz in manj mora biti presežek intenzivnosti signala približno 20 dB, pri frekvenci 5 kHz - približno 30 dB in

pri frekvenci 10 kHz - 35 dB. Ta funkcija slušno zaznavanje upoštevati pri snemanju na zvočne medije. Torej, če je razmerje med signalom in šumom analognega zapisa približno 60 ... 65 dB, potem dinamični razpon posnetega programa ne sme biti večji od 45 ... 48 dB.

Učinek maskiranja vpliva na subjektivno zaznano glasnost zvoka. Če so komponente kompleksnega zvoka med seboj blizu frekvence in opazimo njihovo medsebojno maskiranje, bo glasnost tako kompleksnega zvoka manjša od glasnosti njegovih komponent.

Če je več tonov frekvenčno tako daleč, da je njihovo medsebojno maskiranje mogoče zanemariti, bo njihova skupna glasnost enaka vsoti glasnosti vsake komponente.

Doseganje »prosojnosti« zvoka vseh inštrumentov orkestra ali estradne zasedbe je zahtevna naloga, ki ga rešuje tonski mojster - premišljen izbor najpomembnejših instrumentov na danem mestu dela in druge posebne tehnike.

binauralni učinek

Sposobnost osebe, da določi smer vira zvoka (zaradi prisotnosti dveh ušes), se imenuje binauralni učinek. Do ušesa, ki je bližje viru zvoka, pride zvok prej kot do drugega ušesa, kar pomeni, da se razlikuje po fazi in amplitudi. Pri poslušanju pravega vira signala so binauralni signali (tj. signali, ki prihajajo v desno in levo uho) statistično povezani (korelirani). Natančnost lokalizacije vira zvoka je odvisna tako od frekvence kot od njegove lokacije (pred ali za poslušalcem). Slušni organ prejme dodatne informacije o lokaciji vira zvoka (spredaj, zadaj, zgoraj) z analizo značilnosti spektra binauralnih signalov.

Do 150 ... 300 Hz ima človeški sluh zelo nizko usmerjenost. Pri frekvencah 300...2000 Hz, pri katerih je polovična valovna dolžina signala sorazmerna z "med" razdaljo 20...25 cm, so fazne razlike pomembne. Od frekvence 2 kHz se usmerjenost sluha močno zmanjša. Pri višjih frekvencah večja vrednost pridobi razliko v amplitudi signala. Ko razlika v amplitudi preseže prag 1 dB, se zdi, da je vir zvoka na strani, kjer je amplituda večja.

Z asimetrično lokacijo poslušalca glede na zvočnike se pojavijo dodatne jakostne in časovne ločitve, ki vodijo do prostorskih popačenj. Še več, dlje kot je QIS (navidezni vir zvoka) od središča podnožja (Δ L> 7 dB ali Δτ > 0,8 ms), manj so podvrženi popačenju. Pri Δ L> 20 dB, Δτ > 3...5 ms QIZ-ji se spremenijo v prave (zvočnike) in niso podvrženi prostorskim popačenjem.

Eksperimentalno je bilo ugotovljeno, da ni prostorskih popačenj (neopaznih), če je frekvenčni pas vsakega kanala omejen od zgoraj s frekvenco najmanj 10 kHz, visokofrekvenčni (nad 10 kHz) in nizkofrekvenčni (spodaj) 300 Hz) se deli spektra teh signalov reproducirajo monofono.

Napaka pri ocenjevanju azimuta vira zvoka v vodoravni ravnini je 3 ... 4 ° spredaj in približno 10 ... 15 ° zadaj in v navpični ravnini, kar je razloženo z zaščitnim učinkom ušesne školjke.

Ob upoštevanju teorije širjenja in mehanizmov nastanka zvočnih valov je priporočljivo razumeti, kako človek "interpretira" ali zaznava zvok. Odgovoren za zaznavanje zvočnih valov v človeškem telesu parni organ- uho. človeško uho- zelo zapleten organ, ki je odgovoren za dve funkciji: 1) zaznava zvočne impulze 2) opravlja vlogo vestibularnega aparata celotnega Človeško telo, določa položaj telesa v prostoru in daje vitalno sposobnost ohranjanja ravnotežja. Povprečno človeško uho lahko zazna nihanja 20 - 20.000 Hz, vendar obstajajo odstopanja navzgor ali navzdol. Idealno je slišno frekvenčno območje 16 - 20.000 Hz, kar ustreza tudi valovni dolžini 16 m - 20 cm. Uho je razdeljeno na tri dele: zunanji, srednji in notranje uho. Vsak od teh "oddelkov" opravlja svojo funkcijo, vendar so vsi trije oddelki tesno povezani med seboj in dejansko izvajajo prenos valov zvočnih vibracij drug drugemu.

zunanje (zunanje) uho

Zunanje uho je sestavljeno iz ušesne školjke in zunanjega slušnega kanala. Ušesna školjka je elastičen hrustanec kompleksna oblika prevlečen z usnjem. Na dnu ušesa je reženj, ki je sestavljen iz maščobnega tkiva in je tudi prekrit s kožo. Ušesna školjka deluje kot sprejemnik zvočnih valov iz okoliškega prostora. Posebna oblika strukture ušesa vam omogoča boljše zajemanje zvokov, zlasti zvokov srednjega frekvenčnega območja, ki je odgovoren za prenos govornih informacij. To dejstvo je v veliki meri posledica evolucijske nujnosti, saj človek večino svojega življenja preživi v ustni komunikaciji s predstavniki svoje vrste. Človeška ušesna školjka je praktično nepremična, za razliko od velikega števila predstavnikov živalskih vrst, ki uporabljajo gibanje ušes za natančnejšo prilagoditev viru zvoka.

Gube človeške ušesne školjke so razporejene tako, da povzročajo popravke (manjša popačenja) glede na navpično in vodoravno lokacijo vira zvoka v prostoru. Zaradi te edinstvene lastnosti lahko oseba precej jasno določi lokacijo predmeta v prostoru glede na sebe, pri čemer se osredotoča le na zvok. Ta funkcija je dobro znana tudi pod izrazom "lokalizacija zvoka". Glavna naloga ušesne školjke je zajeti čim več zvokov v slišnem frekvenčnem območju. Nadaljnja usoda "ujetih" zvočnih valov se odloča v ušesnem kanalu, katerega dolžina je 25-30 mm. V njej hrustančni del zunanjega ušesa prehaja v kost, površina kože sluhovoda pa je opremljena z lojnicami in žveplovimi žlezami. Na koncu sluhovoda je elastičen bobnič, do katerega segajo tresljaji zvočnih valov in s tem povzročijo njegove odzivne vibracije. Timpanična membrana pa prenaša te prejete vibracije v predel srednjega ušesa.

Srednje uho

Vibracije, ki jih prenaša bobnič, vstopijo v območje srednjega ušesa, imenovano "bobnična regija". To je območje prostornine približno en kubični centimeter, v katerem se nahajajo tri slušne koščice: kladivo, nakovalo in streme. Ti "vmesni" elementi opravljajo najpomembnejšo funkcijo: prenos zvočnih valov v notranje uho in hkratno ojačanje. Slušne koščice so izjemno zapletena veriga prenosa zvoka. Vse tri kosti so tesno povezane med seboj, pa tudi z bobničem, zaradi česar pride do prenosa vibracij "po verigi". Na pristopu do predela notranjega ušesa je okno preddverja, ki je zaprto z dnom stremena. Za izenačitev pritiska na obeh straneh bobniča (na primer pri spremembi zunanjega tlaka) je območje srednjega ušesa povezano z nazofarinksom preko Evstahijeve cevi. Vsi se dobro zavedamo učinka mašenja ušes, ki nastane ravno zaradi tako fine nastavitve. Iz srednjega ušesa zvočne vibracije, ki so že ojačane, padejo v območje notranjega ušesa, ki je najbolj zapleteno in občutljivo.

notranje uho

Najbolj zapletena oblika je notranje uho, ki se zaradi tega imenuje labirint. Kostni labirint vključuje: vestibul, polž in polkrožni kanali ter vestibularni aparat odgovoren za ravnotežje. V tem svežnju je polž neposredno povezan s sluhom. Polž je spiralni membranski kanal, napolnjen z limfno tekočino. V notranjosti je kanal razdeljen na dva dela z drugo membransko pregrado, imenovano "osnovna membrana". Ta membrana je sestavljena iz vlaken različnih dolžin (skupaj več kot 24.000), razpetih kot strune, vsaka struna resonira na svoj specifičen zvok. Kanal je z membrano razdeljen na zgornjo in spodnjo lestev, ki se povezujeta na vrhu polža. Z nasprotnega konca se kanal povezuje z receptorskim aparatom slušnega analizatorja, ki je prekrit z drobnimi lasnimi celicami. Ta aparat slušnega analizatorja se imenuje tudi Cortijev organ. Ko vibracije iz srednjega ušesa vstopijo v polž, začne vibrirati tudi limfna tekočina, ki napolnjuje kanal, in prenaša vibracije na glavno membrano. V tem trenutku začne delovati aparat slušnega analizatorja, katerega lasne celice, ki se nahajajo v več vrstah, pretvarjajo zvočne vibracije v električne "živčne" impulze, ki se prenašajo po slušnem živcu v temporalno območje možganske skorje. . Na tako zapleten in okrašen način bo oseba sčasoma slišala želeni zvok.

Značilnosti zaznavanja in oblikovanja govora

Mehanizem nastanka govora se je pri človeku oblikoval skozi celotno evolucijsko stopnjo. Pomen te sposobnosti je prenašanje verbalnih in neverbalnih informacij. Prvi nosi verbalno in pomensko obremenitev, drugi je odgovoren za prenos čustvene komponente. Proces ustvarjanja in dojemanja govora vključuje: oblikovanje sporočila; kodiranje v elemente po pravilih obstoječi jezik; prehodna nevromuskularna dejanja; gibanja glasilke; oddajanje zvočnega signala; Nato stopi v akcijo poslušalec, ki izvede: spektralno analizo prejetega zvočnega signala in selekcijo akustičnih lastnosti v perifernem slušnem sistemu, prenos izbranih lastnosti preko nevronskih mrež, prepoznavanje jezikovne kode (lingvistična analiza), razumevanje pomena sporočila.
Napravo za generiranje govornih signalov lahko primerjamo s kompleksnim pihalnim instrumentom, vendar vsestranskost in prilagodljivost uglaševanja ter sposobnost reprodukcije najmanjših tankosti in podrobnosti nimajo analogov v naravi. Mehanizem za oblikovanje glasu je sestavljen iz treh neločljivih komponent:

1. Generator- pljuča kot rezervoar volumna zraka. Odvečna tlačna energija se shranjuje v pljučih, nato se skozi izločevalni kanal s pomočjo mišičnega sistema ta energija odvaja skozi sapnik, povezan z grlom. Na tej stopnji je zračni tok prekinjen in spremenjen;
2. Vibrator- sestavljajo ga glasilke. Na tok vplivajo tudi turbulentni zračni curki (ustvarjajo robne tone) in viri impulzov (eksplozije);
3. Resonator- vključuje resonančne votline kompleksne geometrijske oblike (žrelo, ustna in nosna votlina).

V agregatu posamezne naprave teh elementov se oblikuje edinstven in individualen ton glasu vsake osebe posebej.

Energija zračnega stebra nastaja v pljučih, ki zaradi razlike v atmosferskem in intrapulmonalnem tlaku med vdihavanjem in izdihom ustvarjajo določen pretok zraka. Proces kopičenja energije poteka z vdihavanjem, proces sproščanja je značilen z izdihom. To se zgodi zaradi stiskanja in širjenja prsnega koša, ki se izvajata s pomočjo dveh mišičnih skupin: medrebrne in diafragme, pri globokem dihanju in petju pa se krčijo tudi trebušne mišice, prsni koš in vrat. Pri vdihu se diafragma skrči in pade navzdol, krčenje zunanjih medrebrnih mišic dvigne rebra in jih odpelje vstran, prsnico pa naprej. Razširitev prsnega koša povzroči padec tlaka v pljučih (glede na atmosferski) in ta prostor se hitro napolni z zrakom. Pri izdihu se mišice ustrezno sprostijo in vse se vrne v prejšnje stanje ( rebra vrne v prvotno stanje zaradi lastne gravitacije, diafragma se dvigne, volumen prej razširjenih pljuč se zmanjša, intrapulmonalni tlak se poveča). Vdihavanje lahko opišemo kot proces, ki zahteva porabo energije (aktivno); izdih je proces kopičenja energije (pasivno). Nadzor nad procesom dihanja in oblikovanjem govora poteka nezavedno, vendar pri petju nastavitev diha zahteva zavesten pristop in dolgotrajno dodatno usposabljanje.

Količina energije, ki se nato porabi za tvorbo govora in glasu, je odvisna od količine shranjenega zraka in od količine dodatnega pritiska v pljučih. Največji pritisk, ki ga razvije izurjeni operni pevec, lahko doseže 100-112 dB. Modulacija zračnega toka z vibriranjem glasilk in ustvarjanje subfaringealnega nadtlaka, ti procesi potekajo v grlu, ki je nekakšen ventil, ki se nahaja na koncu sapnika. Ventil opravlja dvojno funkcijo: ščiti pljuča pred tujimi predmeti in vzdržuje visok tlak. Grlo je tisto, ki deluje kot vir govora in petja. Larinks je skupek hrustanca, ki ga povezujejo mišice. Larinks ima precej zapleteno strukturo, katere glavni element je par glasilk. Prav glasilke so glavni (vendar ne edini) vir tvorbe glasu oziroma »vibrator«. Med tem procesom se glasilke premikajo, spremlja pa jih trenje. Za zaščito pred tem se izloča poseben sluzni izloček, ki deluje kot mazivo. Tvorbo govornih zvokov določajo vibracije ligamentov, kar vodi do tvorbe zračnega toka, izdihanega iz pljuč, do določene vrste amplitudne karakteristike. Med glasovnimi gubami so majhne votline, ki po potrebi delujejo kot akustični filtri in resonatorji.

Značilnosti slušnega zaznavanja, varnost poslušanja, pragovi sluha, prilagajanje, pravilna glasnost

Kot je razvidno iz opisa strukture človeškega ušesa, je ta organ zelo občutljiv in precej zapleten v strukturi. Ob upoštevanju tega dejstva ni težko ugotoviti, da ima ta izjemno tanek in občutljiv aparat vrsto omejitev, pragov ipd. Človeški slušni sistem je prilagojen zaznavanju tihih zvokov, pa tudi zvokov srednje jakosti. Dolgotrajna izpostavljenost glasnim zvokom povzroči nepopravljive spremembe praga sluha in druge težave s sluhom, vse do popolne gluhote. Stopnja poškodbe je neposredno sorazmerna s časom izpostavljenosti v glasnem okolju. V tem trenutku začne veljati tudi prilagoditveni mehanizem – t.j. pod vplivom dolgotrajnih glasnih zvokov se občutljivost postopoma zmanjšuje, zaznana glasnost se zmanjša, sluh se prilagodi.

Prilagoditev je sprva namenjena zaščiti slušnih organov pred preglasnimi zvoki, vendar je vpliv tega procesa tisti, ki najpogosteje povzroči, da oseba nenadzorovano poveča glasnost avdio sistema. Zaščita se izvaja zahvaljujoč mehanizmu srednjega in notranjega ušesa: streme se umakne iz ovalnega okna in s tem ščiti pred preglasnimi zvoki. Toda zaščitni mehanizem ni idealen in ima časovni zamik, saj se sproži le 30-40 ms po začetku prihoda zvoka, poleg tega popolna zaščita ni dosežena niti pri trajanju 150 ms. Zaščitni mehanizem se aktivira, ko glasnost preseže raven 85 dB, poleg tega je sama zaščita do 20 dB.
Najnevarnejši v tem primeru se lahko šteje za pojav "premika praga sluha", ki se običajno pojavi v praksi kot posledica dolgotrajne izpostavljenosti glasnim zvokom nad 90 dB. Proces okrevanja slušnega sistema po takih škodljivih učinkih lahko traja do 16 ur. Zamik praga se začne že pri stopnji jakosti 75 dB in narašča sorazmerno z naraščanjem nivoja signala.

Ko razmišljamo o problemu pravilne stopnje jakosti zvoka, je najslabše spoznanje, da so težave (pridobljene ali prirojene), povezane s sluhom, v tej dobi dokaj napredne medicine praktično neozdravljive. Vse to bi moralo vsakega zdravega človeka napeljati k razmišljanju o skrbi za svoj sluh, razen če seveda načrtujemo ohranitev njegove prvotne celovitosti in sposobnosti slišanja celotnega frekvenčnega območja čim dlje. Na srečo vse ni tako strašno, kot se morda zdi na prvi pogled, in z upoštevanjem številnih previdnostnih ukrepov lahko zlahka ohranite svoj sluh tudi v starosti. Preden razmislimo o teh ukrepih, se je treba spomniti na eno pomembno značilnost človeškega slušnega zaznavanja. Slušni aparat zaznava zvoke nelinearno. Podoben pojav je naslednji: če si predstavljate katero koli frekvenco čistega tona, na primer 300 Hz, potem se nelinearnost pokaže, ko se v ušesu pojavijo prizvoki te osnovne frekvence po logaritemskem principu (če je osnovna frekvenca vzeto kot f, potem bodo frekvenčni prizvoki 2f, 3f itd. v naraščajočem vrstnem redu). Ta nelinearnost je tudi lažje razumljiva in jo mnogi poznajo pod imenom "nelinearna distorzija". Ker se taki harmoniki (nadtoni) v izvirnem čistem tonu ne pojavljajo, se izkaže, da uho samo vnaša v izvirni zvok svoje popravke in prizvoke, ki pa jih lahko določimo le kot subjektivna popačenja. Pri nivoju intenzivnosti pod 40 dB ne pride do subjektivnega popačenja. S povečanjem intenzivnosti od 40 dB se stopnja subjektivnih harmonikov začne povečevati, vendar je že na ravni 80-90 dB njihov negativni prispevek k zvoku relativno majhen (zato lahko to stopnjo intenzivnosti pogojno štejemo za nekakšno »zlato sredino« v glasbeni sferi).

Na podlagi teh informacij lahko preprosto določite varno in sprejemljivo raven glasnosti, ki ne bo škodovala slušnim organom in hkrati omogočila slišati popolnoma vse lastnosti in podrobnosti zvoka, na primer v primeru dela s "hi-fi" sistemom. Ta raven "zlate sredine" je približno 85-90 dB. Pri tej jakosti zvoka je res mogoče slišati vse, kar je vgrajeno v zvočno pot, medtem ko je tveganje prezgodnje poškodbe in izgube sluha minimalizirano. Skoraj popolnoma varna se lahko šteje za raven glasnosti 85 dB. Da bi razumeli, kakšna je nevarnost glasnega poslušanja in zakaj prenizka glasnost ne omogoča slišati vseh odtenkov zvoka, si oglejmo to težavo podrobneje. Kar zadeva nizke ravni glasnosti, je pomanjkanje smotrnosti (vendar pogosteje subjektivna želja) poslušanja glasbe pri nizkih glasnostih posledica naslednjih razlogov:

1. Nelinearnost človeškega slušnega zaznavanja;
2. Značilnosti psihoakustične percepcije, ki bodo obravnavane ločeno.

Nelinearnost slušnega zaznavanja, o kateri smo razpravljali zgoraj, ima pomemben učinek pri kateri koli glasnosti pod 80 dB. V praksi je videti takole: če vklopite glasbo na tihi ravni, na primer 40 dB, bo srednjefrekvenčno območje glasbene kompozicije najbolj jasno slišno, pa naj bo to vokal izvajalca / izvajalec ali instrumenti, ki igrajo v tem obsegu. Hkrati bo jasno pomanjkanje nizkih in visokih frekvenc, prav zaradi nelinearnosti zaznavanja, pa tudi zaradi dejstva, da različne frekvence zvenijo pri različnih glasnostih. Tako je očitno, da mora biti za popolno zaznavo celotne slike frekvenčna raven intenzivnosti čim bolj usklajena z eno samo vrednostjo. Kljub dejstvu, da tudi pri glasnosti 85-90 dB ne pride do idealiziranega izenačenja glasnosti različnih frekvenc, postane raven sprejemljiva za normalno vsakodnevno poslušanje. Nižja kot je hkrati glasnost, bolj jasno bo uho zaznalo značilno nelinearnost, in sicer občutek odsotnosti ustrezne količine visokih in nizkih frekvenc. Hkrati se izkaže, da s takšno nelinearnostjo ni mogoče resno govoriti o reprodukciji visoko zvestobe "hi-fi" zvoka, saj bo natančnost prenosa izvirne zvočne slike izjemno nizka. tej posebni situaciji.

Če se poglobite v te zaključke, postane jasno, zakaj poslušanje glasbe pri nizki glasnosti, čeprav je najbolj varno z vidika zdravja, uho izredno negativno občuti zaradi ustvarjanja očitno neverjetnih podob glasbil in glasu, pomanjkanje zvočne scenske lestvice. Na splošno se tiho predvajanje glasbe lahko uporablja kot spremljava v ozadju, vendar je popolnoma kontraindicirano poslušanje visoke "hi-fi" kakovosti pri nizki glasnosti, zaradi zgornjih razlogov je nemogoče ustvariti naravne slike zvočne scene, ki je bila ki ga oblikuje zvočni inženir v studiu med snemanjem. Toda ne le nizka glasnost uvaja določene omejitve pri zaznavanju končnega zvoka, situacija je veliko slabša s povečano glasnostjo. Možno in povsem preprosto je, da si poškodujete sluh in dovolj zmanjšate občutljivost, če dalj časa poslušate glasbo pri glasnosti nad 90 dB. Ti podatki temeljijo na številnih medicinskih študijah, ki ugotavljajo, da ravni hrupa nad 90 dB povzročajo resnično in skoraj nepopravljivo škodo zdravju. Mehanizem tega pojava je v slušnem zaznavanju in strukturnih značilnostih ušesa. Ko zvočni val z jakostjo nad 90 dB vstopi v sluhovod, se vključijo organi srednjega ušesa, kar povzroči pojav, imenovan slušna prilagoditev.

Princip dogajanja v tem primeru je naslednji: streme se umakne iz ovalnega okna in ščiti notranje uho pred preglasnimi zvoki. Ta proces se imenuje akustični refleks. Na uho to zaznamo kot kratkotrajno zmanjšanje občutljivosti, kar morda pozna vsakogar, ki je kdaj obiskal na primer rock koncerte v klubih. Po takšnem koncertu pride do kratkotrajnega zmanjšanja občutljivosti, ki se po določenem času povrne na prejšnjo raven. Vendar pa obnovitev občutljivosti ne bo vedno in je neposredno odvisna od starosti. Za vsem tem se skriva velika nevarnost poslušanja glasne glasbe in drugih zvokov, katerih intenziteta presega 90 dB. Pojav akustičnega refleksa ni edina »vidna« nevarnost izgube slušne občutljivosti. Pri dolgotrajni izpostavljenosti preglasnim zvokom dlake, ki se nahajajo v predelu notranjega ušesa (ki se odzivajo na vibracije), zelo močno odstopajo. V tem primeru pride do učinka, da se las, ki je odgovoren za zaznavanje določene frekvence, odkloni pod vplivom zvočnih vibracij velike amplitude. Na neki točki lahko takšna dlaka preveč odstopa in se nikoli več ne vrne. To bo povzročilo ustrezen učinek izgube občutljivosti pri določeni frekvenci!

Najbolj grozno v vsej tej situaciji je, da se ušesne bolezni praktično ne dajo zdraviti niti z najsodobnejšimi metodami, ki jih pozna medicina. Vse to vodi do nekaterih resnih zaključkov: zvok nad 90 dB je nevaren za zdravje in skoraj zagotovo povzroči prezgodnjo izgubo sluha ali znatno zmanjšanje občutljivosti. Še bolj frustrirajoče je, da se prej omenjena lastnost prilagajanja pojavi čez čas. Ta proces v človeških slušnih organih poteka skoraj neopazno; Oseba, ki počasi izgublja občutljivost, s skoraj 100% verjetnostjo, tega ne bo opazila vse do trenutka, ko bodo ljudje okoli nje pozorni na nenehno postavljanje vprašanj, kot je: "Kaj si pravkar rekel?". Zaključek na koncu je izjemno preprost: pri poslušanju glasbe je ključnega pomena, da ne dovolite ravni jakosti zvoka nad 80-85 dB! V istem trenutku leži pozitivna stran: Glasnost 80-85 dB je približno raven snemanja glasbe v studijskem okolju. Tako se pojavi koncept "zlate sredine", nad katero se je bolje ne dvigniti, če imajo zdravstvene težave vsaj nekaj pomena.

Tudi kratkotrajno poslušanje glasbe na ravni 110-120 dB lahko povzroči težave s sluhom, na primer med koncertom v živo. Seveda je izogibanje temu včasih nemogoče ali zelo težko, vendar je izjemno pomembno, da to poskušamo storiti, da ohranimo celovitost slušnega zaznavanja. Teoretično kratkotrajna izpostavljenost glasnim zvokom (ki ne presegajo 120 dB), še preden se pojavi "slušna utrujenost", ne povzroči resnih negativnih posledic. Toda v praksi običajno obstajajo primeri dolgotrajne izpostavljenosti zvoku takšne jakosti. Ljudje oglušimo, ne da bi se zavedali celotne nevarnosti v avtu ob poslušanju avdio sistema, doma v podobnih razmerah ali s slušalkami na prenosnem predvajalniku. Zakaj se to dogaja in zakaj je zvok vedno glasnejši? Na to vprašanje obstajata dva odgovora: 1) Vpliv psihoakustike, o katerem bo govora posebej; 2) Stalna potreba po "kričanju" nekaterih zunanjih zvokov z glasnostjo glasbe. Prvi vidik problema je precej zanimiv in o njem bomo podrobneje razpravljali kasneje, druga stran problema pa vodi bolj v negativna razmišljanja in sklepe o zmotnem razumevanju resničnih temeljev pravilnega poslušanja zvoka »hi- fi" razred.

Ne da bi se spuščali v podrobnosti, splošna ugotovitev o poslušanju glasbe in pravilni glasnosti je naslednja: poslušanje glasbe naj poteka pri stopnjah jakosti zvoka, ki ni višja od 90 dB, ni nižja od 80 dB v prostoru, v katerem prihajajo tuji zvoki iz zunanjih virov. so močno pridušeni ali popolnoma odsotni (kot so: pogovori sosedov in drugi hrup za steno stanovanja, hrup ulice in tehnični hrup, če ste v avtu itd.). Enkrat za vselej želim poudariti, da je v primeru izpolnjevanja takšnih, verjetno strogih zahtev, mogoče doseči dolgo pričakovano ravnovesje glasnosti, ki ne bo povzročilo prezgodnjih neželenih poškodb slušnih organov in bo prinašajo tudi pravi užitek ob poslušanju vaše najljubše glasbe z najmanjšimi detajli zvoka na visokih in nizkih frekvencah ter natančnostjo, ki jo zasleduje sam koncept "hi-fi" zvoka.

Psihoakustika in značilnosti zaznavanja

Da bi v celoti odgovorili na nekatera pomembna vprašanja o končnem zaznavanju zvočnih informacij s strani človeka, obstaja cela veja znanosti, ki preučuje ogromno takih vidikov. Ta del se imenuje "psihoakustika". Dejstvo je, da se slušno zaznavanje ne konča le z delom slušnih organov. Po neposredni zaznavi zvoka s strani slušnega organa (ušesa) pride v poštev najbolj zapleten in malo raziskan mehanizem za analizo prejetih informacij, za to so v celoti odgovorni človeški možgani, ki so zasnovani tako, da med delovanje generira valove določene frekvence, navedeni pa so tudi v Hertzih (Hz). Različne frekvence možganskih valov ustrezajo določenim stanjem človeka. Tako se izkaže, da poslušanje glasbe prispeva k spremembi frekvenčnega uglaševanja možganov, kar je pomembno upoštevati pri poslušanju glasbenih skladb. Na podlagi te teorije obstaja tudi metoda zvočne terapije z neposrednim vplivom na duševno stanje osebe. Možganski valovi so petih vrst:

1. Delta valovi (valovi pod 4 Hz). Skladnost s stanjem globok spanec brez sanj, brez občutkov telesa.
2. Theta valovi (valovi 4-7 Hz). Stanje spanja ali globoke meditacije.
3. Alfa valovi (valovi 7-13 Hz). Stanja sproščenosti in sprostitve med budnostjo, zaspanost.
4. Beta valovi (valovi 13-40 Hz). Stanje aktivnosti, vsakodnevnega mišljenja in duševne dejavnosti, vznemirjenosti in spoznanja.
5. Gama valovi (valovi nad 40 Hz). Država močnih miselna dejavnost, strah, navdušenje in zavedanje.

Psihoakustika kot veja znanosti išče odgovore na najbolj zanimiva vprašanja o končni zaznavi zvočne informacije s strani človeka. V procesu preučevanja tega procesa se razkrije ogromno dejavnikov, katerih vpliv se vedno pojavi tako v procesu poslušanja glasbe kot v katerem koli drugem primeru obdelave in analize katere koli zvočne informacije. Psihoakustika preučuje skoraj vso raznolikost možnih vplivov, začenši s čustvenim in duševnim stanjem osebe v času poslušanja, konča s strukturnimi značilnostmi glasilk (če govorimo o posebnostih zaznavanja vseh tankosti glasu). zmogljivost) in mehanizem za pretvorbo zvoka v električne impulze možganov. O najbolj zanimivih in najpomembnejših pomembnih dejavnikih (ki jih je nujno upoštevati vsakič, ko poslušate svojo najljubšo glasbo, pa tudi pri izdelavi profesionalnega avdio sistema) bomo obravnavali še naprej.

Pojem sozvočje, glasbeno sozvočje

Naprava človeškega slušnega sistema je edinstvena predvsem v mehanizmu zaznavanja zvoka, nelinearnosti slušnega sistema, zmožnosti združevanja zvokov po višini z dokaj visoko stopnjo natančnosti. večina zanimiva lastnost Zaznavanje lahko opazimo nelinearnost slušnega sistema, ki se kaže v obliki pojava dodatnih neobstoječih (v glavnem tonu) harmonik, kar se še posebej pogosto kaže pri ljudeh z glasbeno ali popolno višino. Če se podrobneje ustavimo in analiziramo vse tankosti zaznavanja glasbenega zvoka, potem zlahka ločimo koncept "konsonance" in "disonance" različnih akordov in intervalov zvoka. koncept "sozvočje" je opredeljen kot soglasnik (iz francoske besede "soglasje") zvok in obratno, "disonanca"- nedosleden, neskladen zvok. Kljub raznolikosti različnih interpretacij teh konceptov značilnosti glasbenih intervalov je najprimernejša uporaba »glasbeno-psihološke« interpretacije pojmov: sozvočje definira in občuti človek kot prijeten in udoben, mehak zvok; disonanca po drugi strani pa ga lahko označimo kot zvok, ki povzroča razdraženost, tesnobo in napetost. Takšna terminologija je rahlo subjektivna, pa tudi v zgodovini razvoja glasbe so se za "soglasnike" jemali povsem drugačni intervali in obratno.

Tudi te pojme je danes težko enoznačno dojemati, saj obstajajo razlike med ljudmi z različnimi glasbenimi preferencami in okusi, prav tako pa ni splošno priznanega in sprejetega pojma harmonije. Psihoakustična podlaga za dojemanje različnih glasbenih intervalov kot sozvočnih ali disonančnih je neposredno odvisna od koncepta »kritičnega pasu«. Kritični pas- to je določena širina pasu, znotraj katere se slušni občutki močno spremenijo. Širina kritičnih pasov se povečuje sorazmerno z naraščajočo frekvenco. Zato je občutek sozvočij in disonanc neposredno povezan s prisotnostjo kritičnih pasov. Človeški slušni organ (uho), kot smo že omenili, ima na določeni stopnji pri analizi zvočnih valov vlogo pasovnega filtra. Ta vloga je dodeljena bazilarni membrani, na kateri je 24 kritičnih pasov s frekvenco odvisno širino.

Tako je konsonanca in nedoslednost (konsonanca in disonanca) neposredno odvisna od ločljivosti slušnega sistema. Izkazalo se je, da če dva različna tona zvenita sozvočno ali je razlika v frekvenci nič, potem je to popolno sozvočje. Enako sozvočje se pojavi, če je frekvenčna razlika večja od kritičnega pasu. Disonanca se pojavi le, če je frekvenčna razlika med 5 % in 50 % kritičnega pasu. Najvišjo stopnjo disonance v tem segmentu slišimo, če je razlika ena četrtina širine kritičnega pasu. Na podlagi tega je enostavno analizirati vsak mešan glasbeni posnetek in kombinacijo instrumentov za sozvočje ali disonanco zvoka. Ni težko uganiti, kako pomembno vlogo imajo v tem primeru tonski mojster, snemalni studio in drugi sestavni deli končnega digitalnega ali analognega izvirnega zvočnega zapisa, in vse to še pred poskusom njegove reprodukcije na opremi za reprodukcijo zvoka.

Lokalizacija zvoka

Sistem binavralnega sluha in prostorske lokalizacije pomaga človeku zaznati polnost prostorske zvočne slike. Ta mehanizem zaznavanja izvajata dva slušna sprejemnika in dva slušna kanala. Zvočne informacije, ki prihajajo po teh kanalih, se nato obdelajo v perifernem delu slušnega sistema in podvržejo spektralni in časovni analizi. Nadalje se te informacije prenašajo v višje dele možganov, kjer se primerja razlika med levim in desnim zvočnim signalom in prav tako se oblikuje enotna zvočna slika. Ta opisani mehanizem se imenuje binauralni sluh. Zahvaljujoč temu ima oseba tako edinstvene priložnosti:

1) lokalizacija zvočnih signalov iz enega ali več virov, pri čemer se oblikuje prostorska slika zaznavanja zvočnega polja
2) ločevanje signalov, ki prihajajo iz različnih virov
3) izbira nekaterih signalov v ozadju drugih (na primer izbira govora in glasu iz hrupa ali zvoka instrumentov)

Prostorsko lokalizacijo je enostavno opazovati preprost primer. Na koncertu, ko je oder in na njem določeno število glasbenikov na določeni medsebojni razdalji, je enostavno (po želji tudi z zapiranjem oči) določiti smer prihoda zvočnega signala posameznega instrumenta, za oceno globine in prostornosti zvočnega polja. Na enak način je cenjen dober hi-fi sistem, ki je sposoben zanesljivo "reproducirati" tovrstne učinke prostorskosti in lokalizacije ter s tem pravzaprav "prevarati" možgane, da na nastopu v živo občutite popolno prisotnost svojega najljubšega izvajalca. Lokalizacijo vira zvoka običajno določajo trije glavni dejavniki: časovni, intenzivnostni in spektralni. Ne glede na te dejavnike obstaja več vzorcev, ki jih je mogoče uporabiti za razumevanje osnov lokalizacije zvoka.

Največji učinek lokalizacije, ki ga zaznajo človeški slušni organi, je v srednjefrekvenčnem območju. Hkrati je skoraj nemogoče določiti smer zvokov frekvenc nad 8000 Hz in pod 150 Hz. Slednje dejstvo se še posebej pogosto uporablja v hi-fi sistemih in sistemih za domači kino pri izbiri lokacije globokotonca (nizkofrekvenčne povezave), katerega lokacija v prostoru je zaradi pomanjkanja lokalizacije frekvenc pod 150 Hz praktično ni pomembno, poslušalec pa v vsakem primeru dobi celostno podobo zvočne scene. Natančnost lokalizacije je odvisna od lokacije vira sevanja zvočnih valov v prostoru. Tako je največja natančnost lokalizacije zvoka zabeležena v vodoravni ravnini in doseže vrednost 3 °. V navpični ravnini človeški slušni sistem veliko slabše določi smer vira, natančnost v tem primeru je 10-15 ° (zaradi specifične strukture ušes in kompleksne geometrije). Natančnost lokalizacije se nekoliko razlikuje glede na kote objektov, ki oddajajo zvok v prostoru, s koti glede na poslušalca, na končni učinek pa vpliva tudi stopnja uklona zvočnih valov glave poslušalca. Upoštevati je treba tudi, da so širokopasovni signali bolje lokalizirani kot ozkopasovni šum.

Veliko bolj zanimiva je situacija z opredelitvijo globine usmerjenega zvoka. Na primer, oseba lahko določi razdaljo do predmeta z zvokom, vendar se to v večji meri zgodi zaradi spremembe zvočnega tlaka v prostoru. Običajno dlje ko je predmet od poslušalca, bolj so zvočni valovi oslabljeni v prostem prostoru (v zaprtih prostorih se doda vpliv odbitih zvočnih valov). Tako lahko sklepamo, da je natančnost lokalizacije v zaprtem prostoru večja prav zaradi pojava reverbacije. Odbiti valovi, ki se pojavljajo v zaprtih prostorih, povzročajo tako zanimive učinke, kot so širjenje zvočne scene, ovojenje itd. Ti pojavi so možni prav zaradi dovzetnosti za lokalizacijo tridimenzionalnega zvoka. Glavne odvisnosti, ki določajo vodoravno lokalizacijo zvoka, so: 1) razlika v času prihoda zvočnega vala v levo in desno uho; 2) razlika v jakosti zaradi difrakcije na glavi poslušalca. Za določitev globine zvoka sta pomembni razlika v ravni zvočnega tlaka in razlika v spektralni sestavi. Lokalizacija v navpični ravnini je močno odvisna tudi od difrakcije v ušesu.

Situacija je bolj zapletena pri sodobnih sistemih prostorskega zvoka, ki temeljijo na tehnologiji prostorskega zvoka dolby in analogih. Zdi se, da načelo gradnje sistemov za domači kino jasno ureja način poustvarjanja dokaj naravne prostorske slike 3D zvoka z inherentno glasnostjo in lokalizacijo virtualnih virov v prostoru. Vendar ni vse tako trivialno, saj se običajno ne upoštevajo mehanizmi zaznavanja in lokalizacije velikega števila virov zvoka. Preoblikovanje zvoka s strani organov sluha vključuje proces seštevanja signalov iz različnih virov, ki so prišli do različnih ušes. Poleg tega, če je fazna struktura različnih zvokov bolj ali manj sinhrona, tak proces uho zazna kot zvok, ki izvira iz enega vira. Obstaja tudi vrsta težav, med drugim posebnosti lokalizacijskega mehanizma, ki otežuje natančno določanje smeri izvora v prostoru.

Glede na zgoraj navedeno je najtežja naloga ločiti zvoke iz različnih virov, še posebej, če ti različni viri predvajajo podoben amplitudno-frekvenčni signal. In točno to se dogaja v praksi v kateri koli sodoben sistem prostorski zvok in celo v običajnem stereo sistemu. Ko oseba posluša veliko število zvokov, ki izhajajo iz različnih virov, najprej pride do določitve pripadnosti posameznega zvoka viru, ki ga ustvarja (združevanje po frekvenci, višini, tembru). In šele v drugi fazi govorica poskuša lokalizirati vir. Nato se dohodni zvoki razdelijo na tokove glede na prostorske značilnosti (razlika v času prihoda signalov, razlika v amplitudi). Na podlagi prejetih informacij se oblikuje bolj ali manj statična in fiksna slušna slika, iz katere je mogoče ugotoviti, od kod posamezni zvok prihaja.

Te procese je zelo priročno izslediti na primeru navadnega odra z glasbeniki, pritrjenimi na njem. Ob tem je zelo zanimivo, da če se pevec/izvajalec, ki zavzame prvotno določeno pozicijo na odru, začne gladko premikati po odru v kateri koli smeri, se prej oblikovana slušna slika ne bo spremenila! Določanje smeri zvoka, ki prihaja od vokalista, bo ostalo subjektivno enako, kot da bi stal na istem mestu, kjer je stal pred premikanjem. Samo v primeru ostre spremembe lokacije izvajalca na odru pride do razcepitve oblikovane zvočne slike. Poleg obravnavanih problemov in kompleksnosti procesov lokalizacije zvoka v prostoru ima pri večkanalnih sistemih prostorskega zvoka precej veliko vlogo proces odmeva v končni poslušalnici. Ta odvisnost je najbolj jasno opazna, ko veliko število odbitih zvokov prihaja iz vseh smeri - natančnost lokalizacije se znatno poslabša. Če je energetska nasičenost odbitih valov večja (prevladuje) od neposrednih zvokov, postane merilo lokalizacije v takšnem prostoru izjemno zamegljeno, o natančnosti določanja takih virov je izjemno težko (če ne nemogoče) govoriti.

Vendar pa v zelo odmevni sobi teoretično pride do lokalizacije; v primeru širokopasovnih signalov sluh usmerja parameter jakostne razlike. V tem primeru je smer določena z visokofrekvenčno komponento spektra. V kateri koli sobi bo natančnost lokalizacije odvisna od časa prihoda odbitih zvokov po neposrednih zvokih. Če je interval vrzeli med temi zvočnimi signali premajhen, začne delovati "zakon neposrednega valovanja", ki pomaga slušnemu sistemu. Bistvo tega pojava: če zvoki s kratkim časovnim zamikom prihajajo iz različnih smeri, se lokalizacija celotnega zvoka pojavi glede na prvi zvok, ki je prispel, tj. sluh do neke mere ignorira odbiti zvok, če pride prekratek čas za neposrednim. Podoben učinek se pojavi tudi pri določitvi smeri prihoda zvoka v navpični ravnini, vendar je v tem primeru precej šibkejši (zaradi dejstva, da je dovzetnost slušnega sistema za lokalizacijo v navpični ravnini opazno slabša).

Bistvo učinka prednosti je veliko globlje in je bolj psihološke kot fiziološke narave. Izvedenih je bilo veliko število poskusov, na podlagi katerih je bila ugotovljena odvisnost. Ta učinek se pojavi predvsem takrat, ko čas pojava odmeva, njegova amplituda in smer sovpadajo z nekim "pričakovanjem" poslušalca od tega, kako akustika te določene sobe oblikuje zvočno sliko. Morda je oseba že imela izkušnjo poslušanja v tej ali podobni sobi, kar tvori nagnjenost slušnega sistema k pojavu "pričakovanega" učinka prednosti. Da bi zaobšli te omejitve, ki so lastne človeškemu sluhu, se v primeru več zvočnih virov uporabljajo različni triki in zvijače, s pomočjo katerih se na koncu oblikuje bolj ali manj verjetna lokalizacija glasbil/drugih zvočnih virov v prostoru. . Na splošno reprodukcija stereo in večkanalnih zvočnih slik temelji na veliko zavajanju in ustvarjanju slušne iluzije.

Ko dva ali več zvočnikov (na primer 5.1 ali 7.1 ali celo 9.1) reproducirajo zvok iz različnih točk v prostoru, poslušalec sliši zvoke, ki prihajajo iz neobstoječih ali namišljenih virov, zaznava določeno zvočno panoramo. Možnost te prevare je v bioloških značilnostih zgradbe človeškega telesa. Najverjetneje se oseba ni imela časa prilagoditi prepoznavanju takšne prevare zaradi dejstva, da so se načela "umetne" reprodukcije zvoka pojavila relativno nedavno. Toda čeprav se je postopek ustvarjanja namišljene lokalizacije izkazal za možnega, je izvedba še daleč od popolnosti. Dejstvo je, da sluh res zazna vir zvoka, kjer dejansko ne obstaja, vendar je pravilnost in natančnost prenosa zvočnih informacij (zlasti tembra) veliko vprašanje. Z metodo številnih poskusov v realnih odmevnih sobah in v pridušenih komorah je bilo ugotovljeno, da se barva zvočnih valov razlikuje od resničnih in namišljenih virov. To vpliva predvsem na subjektivno zaznavo spektralne glasnosti, tember se v tem primeru spremeni na pomemben in opazen način (v primerjavi s podobnim zvokom, ki ga reproducira pravi vir).

V primeru večkanalnih sistemov za domači kino je stopnja popačenja opazno višja iz več razlogov: 1) Veliko zvočnih signalov, ki so podobni v amplitudno-frekvenčnem in faznem odzivu, hkrati prihaja iz različnih virov in smeri (vključno z ponovno odbitimi valovi) v vsak ušesni kanal. To vodi do povečanega popačenja in videza glavnikastega filtriranja. 2) Močan razmik zvočnikov v prostoru (glede na drugega, v večkanalnih sistemih je ta razdalja lahko več metrov ali več) prispeva k povečanju popačenja tembra in obarvanosti zvoka v območju namišljenega vira. Posledično lahko rečemo, da se obarvanost tembra v sistemih večkanalnega in prostorskega zvoka v praksi pojavlja iz dveh razlogov: pojava glavnikastega filtriranja in vpliva procesov odmeva v določenem prostoru. Če je za reprodukcijo zvočnih informacij odgovoren več kot en vir (to velja tudi za stereo sistem z 2 viroma), se pojavi učinek "filtriranja glavnika", ki ga povzroči drugačni časi prihod zvočnih valov v vsak sluhovod. Posebno neenakost opazimo v območju zgornjega srednjega 1-4 kHz.

Zaznavanje zvoka temelji na dveh procesih, ki potekata v polžu:

■ ločevanje zvokov različne frekvence glede na mesto njihovega največjega vpliva na glavno membrano polža;

■ transformacija receptorske celice mehanskih vibracij v živčno vzbujanje.

Zvočne vibracije, ki vstopajo v notranje uho skozi ovalno okno, se prenašajo v perilimfo, vibracije te tekočine pa vodijo do premikov glavne membrane, na kateri se nahajajo receptorske lasne celice: notranje in zunanje, ločene drug od drugega z loki Corti. Dlačice receptorskih celic se operejo z endolimfo in pridejo v stik z ovojno membrano, ki se nahaja nad lasnimi celicami vzdolž celotnega poteka membranskega kanala. Pod delovanjem zvokov glavna membrana začne vibrirati, dlake receptorskih celic se dotaknejo ovojne membrane in so mehansko razdražene. Posledično se v njih pojavi proces vzbujanja, ki je usmerjen vzdolž aferentnih vlaken na nevrone spiralnega vozlišča polža in naprej v centralni živčni sistem.

Višina stolpca nihajoče tekočine je odvisna od višine zvoka in s tem mesta največjega premika glavne membrane: visokofrekvenčni zvoki dajejo največji učinek na začetku glavne membrane. membrane , in nizke frekvence – doseči vrh polža . V to smer , Zvoki različnih frekvenc vzdražijo različne dlačne celice in različna vlakna . Povečanje jakosti zvoka vodi do povečanja števila vzbujenih lasnih celic in živčnih vlaken, kar omogoča razlikovanje jakosti zvočnih vibracij.

Razlikovati med kostno in zračno prevodnostjo zvoka. V normalnih pogojih pri človeku prevladuje prevajanje zraka - prevajanje zvočnih vibracij skozi zunanje in srednje uho do receptorjev notranjega ušesa. . V primeru kostne prevodnosti se zvočne vibracije prenašajo skozi kosti lobanje neposredno v polž (na primer pri potapljanju, potapljanju).

Človek običajno zaznava zvoke s frekvenco od 15 do 20.000 Hz. Pri otrocih zgornja meja doseže 22.000 Hz, s starostjo se zmanjšuje. Največja občutljivost je bila ugotovljena v frekvenčnem območju od 1 000 prej 3 000 Hz . To območje ustreza najpogostejšim frekvencam v človeškem govoru in glasbi. .

4. Pomen in splošni načrt organizacije vestibularnega senzoričnega sistema

Vestibularni senzorični sistem služi za analizo položaja in gibanja telesa v prostoru. Je eden najstarejših senzoričnih sistemov , razvil pod vplivom gravitacije na Zemlji . Skupaj z vizualnim senzoričnim sistemom in kinestetičnim analizatorjem ima vodilno vlogo pri prostorski orientaciji osebe. Impulzi iz vestibuloreceptorjev se v telesu uporabljajo za vzdrževanje telesnega ravnovesja, za uravnavanje in vzdrževanje drže ter za prostorsko organizacijo človekovih gibov. Pri enakomernem gibanju ali v mirovanju receptorji vestibularnega senzoričnega sistema niso vzbujeni. .

Vestibularni senzorični sistem je sestavljen iz naslednjih oddelkov:

1. periferni, ki vključuje dve formaciji, ki vsebujeta mehanoreceptorje vestibularnega sistema - preddverje (vrečko in maternico) in polkrožne kanale;

2. žica , ki se začne od receptorjev po vlaknih bipolarne celice ( prvi nevron ) vestibularnega ganglija, ki se nahaja v temporalni kosti, nastanejo aksoni teh nevronov vestibularni živec in skupaj s slušnim živcem kot del 8. para kranialnih živcev vstopajo v medullo oblongato; v vestibularnih jedrih medule oblongate so drugi

3. nevroni, impulzi iz katerih prihajajo do tretjih nevronov - v talamusu. Signali iz vestibularnih jeder se pošiljajo ne le v talamus (to ni edini način), temveč v številne dele centralnega živčnega sistema: hrbtenjačo, male možgane, retikularno tvorbo in avtonomni gangliji. 3. kortikalni, ki ga predstavljajo četrti nevroni, od katerih se nekateri nahajajo v primarnem polju vestibularnega sistema v časovni regiji skorje, drugi pa v neposredni bližini piramidnih nevronov motorične skorje in v postu centralni girus. Natančna lokalizacija vestibularne cone človeške skorje še ni dokončno pojasnjena.

5. Delovanje vestibularnega aparata

Torej, periferni del vestibularnega senzoričnega sistema je vestibularni aparat, ki se nahaja v notranjem ušesu v labirintu piramide temporalne kosti. Sestavljen je iz vestibula in treh polkrožnih kanalov.

1. Kanali in votline v temporalni kosti tvorijo kostni labirint vestibularnega aparata, ki je delno napolnjen z membranskim labirintom. Med kostnim in membranskim labirintom je tekočina - perilimfa, znotraj membranskega labirinta pa endolimfa.

2. Predvorje je namenjeno analizi učinka gravitacije pri spreminjanju položaja telesa v prostoru in pospeškov premočrtnega gibanja. Razdeljen je na 2 votlini - vrečko in maternico, ki vsebuje otolitne naprave, katerih mehanoreceptorji so lasne celice. Del receptorske celice, ki štrli v votlino, se konča z enim daljšim gibljivim lasom in 60–80 zlepljenimi nepremičnimi lasmi. Te dlake predrejo želatinasto otolitsko membrano, v kateri so kristali kalcijevega karbonata - otoliti (slika 33).

3. V maternici se otolitična membrana nahaja v vodoravni ravnini , v vrečki pa je upognjen in je v frontalni in sagitalni ravnini .

4. Pri spreminjanju položaja glave in telesa, pa tudi med navpičnimi ali vodoravnimi pospeški, se otolitične membrane prosto gibljejo pod vplivom gravitacije v vseh treh ravninah (t.j. drsijo vzdolž dlačic), medtem ko deformirajo mehanoreceptorske dlake. Večja ko je deformacija las, večja je frekvenca aferentnih impulzov v vlaknih vestibularnega živca.

riž. 33. Zgradba otolitnega aparata :

1 - otoliti; 2 - otolitska membrana; 3 - dlake receptorskih celic;

4 - receptorske celice; 5 - podporne celice; 6 - živčna vlakna

Aparat polkrožnih kanalov se uporablja za analizo učinka centrifugalne sile med rotacijskimi gibi. Njegovo ustrezno draženje je kotni pospešek. Polkrožni kanali se nahajajo v treh med seboj pravokotnih ravninah (spredaj – v čelni ravnini , bočna – v vodoravnem , zadaj – v sagitalnem ) in napolnjena, tako kot celoten labirint, z gosto endolimfo (njena viskoznost je 2-3-krat večja od viskoznosti vode). Eden od koncev vsakega kanala je razširjen v "ampulo". Receptorske dlačne celice so skoncentrirane samo v ampulah v obliki krist (gub, glavnikov), tj. zlepljena skupaj. Pri gibanju endolimfe (med kotnimi pospeški), ko se dlake upogibajo v eno smer, so dlačne celice vznemirjene, pri nasprotnem gibanju pa so zavrte. Receptorski potencial, ki nastane s stimulacijo lasnih celic, prenaša impulz do končičev vlaken vestibularnega živca.

trenutno prikazano , da rotacije ali nagibi na eno stran povečajo aferentne impulze , in na drugi strani – zmanjšajte . To vam omogoča razlikovanje med smerjo premočrtnega ali rotacijskega gibanja. .

6. Vpliv vestibularnega aparata na različne telesne funkcije

Vestibularni senzorični sistem je povezan s številnimi centri v hrbtenjači in možganih ter povzroča številne vestibulosomatske in vestibulo-vegetativne reflekse (slika 34). Najpomembnejše od teh reakcij so vestibulospinalne.

Vestibularno draženje povzroča prilagoditvene reflekse sprememb mišičnega tonusa, reflekse dviganja, pa tudi posebne gibe oči, namenjene ohranjanju slike na mrežnici - nistagmus (gibi zrkla s hitrostjo vrtenja). , ampak v nasprotni smeri , nato hitra vrnitev v začetni položaj in nova obratna rotacija) .

riž. 34. Aferentne povezave vestibularnega aparata :

G - oko; TK - tanko črevo; M - mišica; Pm - medulla oblongata;

G - želodec; Glej - hrbtenjača

Vestibulo-vegetativne reakcije vključujejo srčno-žilni sistem, prebavila in druge organe. Pri močnih in dolgotrajnih obremenitvah vestibularnega aparata se pojavi "potovalna slabost" (primer je morska bolezen), ki se kaže s spremembo srčnega utripa in krvnega tlaka, poslabšanjem občutka za čas, spremembo duševnih funkcij. - pozornost, operativno mišljenje, kratkoročni spomin, čustvene manifestacije. V hujših primerih se pojavi omotica, slabost in bruhanje. Povečano nagnjenost k "potovalni slabosti" lahko zmanjšamo s posebnim treningom (rotacija, nihanje) in uporabo številnih zdravil.

V pogojih breztežnosti (ko so vestibularni vplivi osebe izklopljeni) pride do izgube predstav o prostorskem položaju telesa. Izguba sposobnosti hoje in teka. Stanje živčnega sistema se poslabša, pojavi se povečana razdražljivost, nestabilnost razpoloženja. Tako ima vestibularni senzorični sistem poleg glavne funkcije analizatorja, ki je pomemben za nadzor drže in gibanja osebe, različne stranske učinke na številne telesne funkcije, ki nastanejo kot posledica obsevanja vzbujanja v druge živčne centre. .

Motivacija za akcijo

Akcijski načrt

Sheme namenskih gibov

(pridobljene in prirojene)

Regulacija drže

Mono- in polisinaptični refleksi

Dolžina mišice Napetost mišic

Program

Izvedba

riž. 35. Splošni načrt organizacija motoričnega senzoričnega sistema

Predavanje 22

SENZORSKI SISTEM MOTORJA .

ČUTILNI SISTEMI KOŽE , OKUS IN VONJ

1. Pomen in splošni načrt organizacije motoričnega senzoričnega sistema

Motorični senzorični sistem se uporablja za analizo stanja motoričnega aparata – njegovih gibov in položajev . Podatki o stopnji krčenja skeletnih mišic, napetosti tetiv, spremembah sklepnih kotov so potrebni za uravnavanje motoričnih dejanj in položajev.

Motorični senzorični sistem je sestavljen iz naslednjih oddelkov:

1. periferni, ki ga predstavljajo proprioceptorji, ki se nahajajo v mišicah, kitah in sklepnih vrečah;

2. žica , ki se začne z bipolarnimi celicami (prvi nevroni), katerih telesa se nahajajo izven CNS – v hrbteničnih ganglijih je eden od njihovih procesov povezan z receptorji, drugi vstopi v hrbtenjačo in prenaša impulze na druge nevrone v podolgovati meduli (del poti iz proprioreceptorjev gre v skorjo malih možganov) in nato v tretji nevroni - relejna jedra talamusa;

3. kortikalni, ki se nahaja v sprednjem osrednjem girusu možganske skorje.

Splošni načrt za organizacijo motoričnega senzoričnega sistema je prikazan na sl. 35.

2. Funkcije proprioreceptorjev

Mišice sesalcev in ljudi vsebujejo 3 vrste specializiranih receptorjev: mišična vretena, tetivne receptorje

Golgijevi in ​​sklepni receptorji (receptorji sklepne kapsule in sklepnih vezi). Vsi ti receptorji se odzivajo na mehanske dražljaje in sodelujejo pri koordinaciji gibov ter so vir informacij o stanju motoričnega aparata. Specifični dražljaj proprioreceptorjev je njihovo raztezanje.

Mišična vretena so majhne podolgovate tvorbe (dolge nekaj milimetrov, široke desetinke milimetra), ki se nahajajo v debelini mišice. Vsako vreteno je prekrito s kapsulo, ki jo tvori več plasti celic, ki se v osrednjem delu razširi in tvori jedrno vrečko (slika 36).

riž. 36. Mišično vreteno:

1 - proksimalni konec intrafuzalnega mišičnega vlakna, pritrjenega na skeletno mišično vlakno; 2 - distalni konec tega vlakna, pritrjen na fascijo; 3 - jedrska vreča; 4 - aferentna vlakna; 5 - gama motorna nevronska vlakna; 6 - alfa motorično nevronsko vlakno, ki gre v skeletno mišico

Znotraj kapsule je snop (od 2 do 14) tankih vlaken (2 do 3-krat tanjših od navadnih skeletnih mišičnih vlaken), ki se imenujejo intrafuzalno za razliko od vseh drugih mišičnih vlaken (ekstrafuzalno).

Vretena so vzporedna z ekstrafuzalnimi vlakni – en konec je pritrjen na kito, drugi pa na vlakno. Obstajata dve vrsti intrafuzalnih vlaken:

■ jedrski vrečarji- debelejši in daljši z jedri v sredini, zadebeljeni del vlakna - jedrna vreča, ki sta povezana z najdebelejšimi in najhitreje prevodnimi aferentnimi živčnimi vlakni - obveščajo o dinamični komponenti gibanja(hitrost spremembe dolžine mišice) ;

■ jedrska veriga- krajši, tanjši, z jedri, raztegnjenimi v verigo, ki sporočajo o statični komponenti (dolžina mišice, ki se trenutno drži).

Senzorični končiči aferentnih živčnih vlaken so spiralno nameščeni (naviti) na intrafuzalnih vlaknih.

Ko se skeletna mišica raztegne, se raztegnejo tudi mišični receptorji, končiči živčnih vlaken pa se deformirajo, kar povzroči pojav živčnih impulzov v njih, ki gredo predvsem do motoričnih nevronov hrbtenjače. Frekvenca impulzov se povečuje s povečanjem raztezanja mišice, pa tudi s povečanjem hitrosti njenega raztezanja. Tako so živčni centri obveščeni o hitrosti raztezanja mišice in njeni dolžini. Impulz iz mišičnih vreten se nadaljuje ves čas vzdrževanja raztegnjenega stanja, kar zagotavlja, da se centri nenehno zavedajo dolžine mišice. Bolj kot subtilne in usklajene gibe izvajajo mišice, več mišičnih vreten imajo: pri človeku je v globokih mišicah vratu, ki povezujejo hrbtenico z glavo, njihovo povprečno število 63, v mišicah stegna pa in medenice - manj kot 5 vreten na 1 g mišične mase.

CNS lahko fino uravnava občutljivost proprioreceptorjev, tj. vretena imajo tudi eferentno inervacijo: intrafuzalna mišična vlakna inervirajo aksoni, ki prihajajo do njih iz gama motoričnih nevronov. Vzbujanje alfa motoričnih nevronov spremlja vzbujanje gama motoričnih nevronov. Aktivacija gama motoričnih nevronov vodi do povečanja občutljivosti (razdražljivosti) aferentnih nevronov: pri enaki dolžini skeletne mišice bo v živčne centre prišlo večje število aferentnih impulzov.

Izpusti majhnih gama motoričnih nevronov hrbtenjače povzročijo kontrakcijo intrafuzalnih mišičnih vlaken na obeh straneh vretena jedrnega vretena. Posledično se srednji ireduktibilni del mišičnega vretena raztegne, deformacija izhodnega živčnega vlakna pa povzroči povečanje njegove razdražljivosti. To omogoča, prvič, izločanje proprioceptivnih impulzov v ozadju drugih aferentnih informacij in, drugič, povečanje natančnosti analize stanja mišic. Povečanje občutljivosti vreten se pojavi med gibanjem in celo v stanju pred izstrelitvijo. To je razloženo z dejstvom, da je zaradi nizke razdražljivosti gama motoričnih nevronov njihova aktivnost v mirovanju šibko izražena, med prostovoljnimi gibi in vestibularnimi reakcijami pa se aktivira. Občutljivost proprioreceptorjev se poveča tudi z zmerno stimulacijo simpatičnih vlaken in sproščanjem majhnih odmerkov adrenalina.

Receptorji Golgijeve kite se nahajajo na stičišču mišičnih vlaken s kito. Tetivni receptorji (končiči živčnih vlaken) pletejo tanka kitna vlakna, obdana s kapsulo. Zaradi zaporedne vezave kitnih receptorjev na mišična vlakna (in v nekaterih primerih na mišična vretena) pride do raztezanja kitnih mehanoreceptorjev z mišično napetostjo, tj. jih vznemirja krčenje mišic. Tako za razliko od mišičnih vreten tetivni receptorji obveščajo živčne centre o sili, ki jo razvije mišica (o stopnji mišične napetosti in hitrosti njenega razvoja). Na spinalni ravni povzročajo inhibicijo motoričnih nevronov lastne mišice in vzbujanje motoričnih nevronov antagonista preko internevronov.

Sklepni receptorji obveščajo o položaju posameznih delov telesa v prostoru in drug glede na drugega. So prosti živčni končiči ali končiči, zaprti v posebno kapsulo. Nekateri sklepni receptorji pošiljajo informacije o velikosti sklepnega kota, tj. o položaju sklepa. Njihova impulzacija se nadaljuje skozi celotno obdobje ohranjanja tega kota. Večja kot je frekvenca, večji je premik kota. Drugi sklepni receptorji so vzbujeni le v trenutku gibanja v sklepu, tj. pošiljanje informacij o hitrosti. Frekvenca njihove impulzije narašča s povečanjem hitrosti spremembe sklepnega kota.

Signali, ki prihajajo iz receptorjev mišičnih vreten, kitnih organov, sklepnih vrečk in taktilnih kožnih receptorjev, se imenujejo kinestetični. , tiste. obveščanje o gibanju telesa. Njihovo sodelovanje pri prostovoljni regulaciji gibanja je različno. Signali iz sklepnih receptorjev povzročijo opazno reakcijo v možganski skorji in jih dobro razumemo. Zahvaljujoč njim oseba bolje zaznava razlike v gibih sklepov kot razlike v stopnji mišične napetosti v statičnih položajih ali vzdrževanju teže. Signali iz drugih proprioceptorjev, ki prihajajo predvsem v male možgane, zagotavljajo nezavedno regulacijo, podzavestno kontrolo gibov in položajev.

3. Senzorični sistemi kože , notranji organi , okus in vonj

Koža in notranji organi imajo različne receptorje, ki se odzivajo na fizične in kemične dražljaje.

Sprejem kože

V koži je zastopana taktilna, temperaturna in bolečinska recepcija. Na 1 cm 2 kože je v povprečju 12 13 hladnih točk, 1 2 termičnih, 25 tipnih in okoli 100 bolečinskih točk.

Taktilni sistem na dotik namenjeno za analizo pritiska in dotika. Njegovi receptorji so prosti živčni končiči in kompleksne tvorbe (Meissnerjeva telesca, Pacinijeva telesca), v katerih so živčni končiči zaprti v posebno kapsulo. Nahajajo se v zgornjih in spodnjih plasteh kože, v kožnih žilah, na dnu las. Še posebej veliko jih je na prstih rok in nog, dlaneh, podplatih, ustnicah. To so mehanoreceptorji, ki se odzivajo na raztezanje, pritisk in vibracije. Najbolj občutljiv receptor je Pacinijevo telesce, ki povzroči občutek dotika, ko se kapsula premakne le za 0,0001 mm. Večja kot je velikost Pacinijevega telesca, debelejši in hitreje prevodni aferentni živci odstopajo od njega. Izvajajo kratke izbruhe (trajanje 0,005 s), ki obveščajo o začetku in koncu mehanskega dražljaja.

Pot taktilne informacije je naslednja: receptor - 1. nevron v hrbteničnih vozlih - 2. nevron v hrbtenjači ali podolgovati meduli - 3-th nevron v diencefalonu (v talamusu) - 4-th nevron v posteriornem centralnem girusu možganske skorje (v primarni somatosenzorični coni).

Temperaturni sprejem izvajajo receptorji za mraz (Krause bučke) in toplotno (Ruffinijeva telesa, Golgi-Mazzoni). Pri temperaturi kože 31 - 37 ° C so ti receptorji skoraj neaktivni. Pod to mejo se receptorji za mraz aktivirajo sorazmerno s padcem temperature, nato pa njihova aktivnost upade in popolnoma preneha pri +12 °C. Pri temperaturah nad 37 °C se aktivirajo toplotni receptorji, ki dosežejo največjo aktivnost pri +43 °C, nato pa se nenadoma prenehajo odzivati.

Sprejem bolečine, po mnenju večine strokovnjakov, nima posebnih zaznavnih tvorb. Bolečinske dražljaje zaznavajo prosti živčni končiči, pojavijo pa se tudi ob močnih termičnih in mehanskih dražljajih v ustreznih termo- in mehanoreceptorjih.

Temperaturni in bolečinski dražljaji se prenašajo v hrbtenjačo, od tam do diencefalon in v somatosenzoričnem korteksu.

3.2. Visceroceptivni ( interoreceptivnega ) senzorični sistem

V notranjih organih je veliko receptorjev, ki zaznavajo pritisk - baroreceptorji krvnih žil, črevesnega trakta itd., spremembe v kemiji notranjega okolja, - kemoreceptorji, njegova temperatura, - termoreceptorji, osmotski tlak, bolečinski dražljaji. Z njihovo pomočjo se brezpogojno refleksno uravnava konstantnost različnih konstant notranjega okolja (vzdrževanje homeostaze), centralni živčni sistem je obveščen o spremembah v notranjih organih.

Informacije iz interoreceptorjev preko vagusa, celiakije in medeničnega živca vstopijo v diencefalon (tako talamus kot hipotalamus), kot tudi v subkortikalna jedra (caudatus), male možgane in nato v čelna in druga področja možganske skorje. Dejavnost tega sistema se praktično ne zaveda, je slabo lokalizirana, vendar se z močnimi draženji dobro čuti. Sodeluje pri oblikovanju kompleksnih občutkov - žeja, lakota itd.

3.3. Vohalni in okusni senzorični sistemi

Vohalni in okusni senzorični sistemi spadajo med najstarejše sisteme. Namenjeni so zaznavanju in analizi kemičnih dražljajev. , prihajajo iz zunanjega okolja.

X vohalni receptorji se nahajajo v vohalnem epiteliju zgornjih nosnih poti. To so bipolarne lasne celice, ki prenašajo informacije preko etmoidne kosti lobanje do celic vohalne čebulice možganov in naprej skozi vohalni trakt do vohalnih con korteksa (kljuka morskega konjička). , girus hipokampusa in drugi). Različni receptorji se selektivno odzivajo na različne molekule dišečih snovi, pri čemer jih vzbujajo samo tiste molekule, ki so zrcalna kopija površine receptorja. Zaznavajo eterično , kafra , kovnica , mošusni in drugi vonji , za nekatere snovi pa je občutljivost neobičajno visoka .

Kemoreceptorji okusa so brbončice, ki se nahajajo v epiteliju jezika. zadnja stenažrela in mehkega neba. Otroci imajo več , in s starostjo – zmanjša . Mikrovili receptorskih celic štrlijo iz čebulice na površino jezika in reagirajo na snovi, raztopljene v vodi. Njihovi signali prihajajo skozi vlakna obraznega in glosofaringealnega živca do talamusa in naprej do somatosenzorične skorje. Receptorji različne dele jezik zazna štiri osnovne okuse : grenko (zadnji del jezika), kislo (robovi jezika), sladko (sprednji del jezika) in slano (sprednji del in robovi jezika). Med občutki okusa in kemično strukturo snovi ni strogega ujemanja, ker občutki okusa se lahko spremenijo z boleznijo, nosečnostjo itd. Vonj, taktilna, bolečinska in temperaturna občutljivost sodelujejo pri oblikovanju občutkov okusa. Informacije okusnega senzoričnega sistema se uporabljajo za organizacijo prehranjevalnega vedenja, povezanega s pridobivanjem, izbiro, prednostjo ali zavračanjem hrane, oblikovanjem občutka lakote, sitosti.

4. Recikliranje , interakcija in pomen čutnih informacij

Senzorične informacije se prenašajo od receptorjev do višjih delov možganov po dveh glavnih poteh živčnega sistema - specifičnih in nespecifičnih. . Specifične poti so klasične aferentne poti vidnega, slušnega, motoričnega in drugih senzoričnih sistemov, ki sestavljajo enega od treh glavnih funkcionalnih blokov možganov - blok za sprejemanje, obdelavo in shranjevanje informacij (A. R. Luria, 1962, 1973). Pri obdelavi teh informacij sodeluje tudi nespecifični možganski sistem, ki nima neposrednih povezav s perifernimi receptorji, ampak sprejema impulze prek kolateral iz vseh ascendentnih specifičnih sistemov in zagotavlja njihovo obsežno interakcijo.

4.1. Obdelava senzoričnih informacij v dirigentskih oddelkih

Analiza prejetih draženj poteka v vseh oddelkih senzoričnih sistemov. Najenostavnejša oblika analize se izvaja že na ravni receptorjev: od vseh vplivov, ki padajo na telo, izločijo (izberejo) dražljaje ene vrste (svetloba, zvok itd.). Hkrati je v enem senzoričnem sistemu mogoč podrobnejši izbor značilnosti signala. ( barvno razlikovanje s fotoreceptorji stožcev itd. . ).

Nadaljnja obdelava aferentnih informacij v prevodnem delu je na eni strani sestavljena iz stalne analize lastnosti dražljaja, na drugi pa v procesih njihove sinteze. , pri povzemanju prejetih informacij. Ko se aferentni impulzi prenašajo na višje nivoje senzoričnih sistemov, se kompleksnost obdelave informacij povečuje: na primer, v subkortikalnih vizualnih centrih srednjih možganov so nevroni, ki se odzivajo na različne stopnje osvetlitve in zaznavajo gibanje; v subkortikalnih slušnih centrih - nevroni, ki izločajo informacije o višini in lokalizaciji zvoka, ki je osnova orientacijskega refleksa na nepričakovane dražljaje, tj. ti nevroni se odzivajo na aferentne signale bolj zapleteno kot preprosti prevodniki.

Zaradi številnih razvejanosti aferentnih poti na ravni hrbtenjače in subkortikalnih centrov so zagotovljene številne interakcije aferentnih impulzov znotraj enega senzoričnega sistema, pa tudi interakcije med različnimi senzoričnimi sistemi (predvsem izjemno obsežne interakcije vestibularnega opaziti je mogoče senzorični sistem s številnimi vzpenjajočimi in padajočimi potmi). Posebej široke možnosti za interakcijo različnih signalov se ustvarjajo v nespecifičnem sistemu možganov. , kjer lahko impulzi različnega izvora (iz 30 tisoč nevronov) in iz različnih receptorjev telesa konvergirajo (konvergirajo) na isti nevron. Posledično ima nespecifični sistem pomembno vlogo v procesih integracije funkcij v telesu.

Pri vstopu v višje nivoje CNS pride bodisi do kompresije bodisi do ekspanzije informacij, ki prihajajo iz enega receptorja, kar je povezano z neenakim številom elementov v sosednjih plasteh. Primer je vizualni senzorični sistem, kjer ima plast fotoreceptorjev v vsaki od dveh človeških mrežnic približno 130 milijonov elementov, v izhodni plasti - ganglijskih celicah mrežnice - pa le 1 milijon 250 tisoč nevronov. Ena ganglijska celica mrežnice združuje informacije iz več sto bipolarnih celic in več deset tisoč receptorjev, tj. takšna informacija vstopi v optične živce po pomembni obdelavi v skrajšani obliki. To je primer zoženja (stiskanja) informacij.

Po drugi strani pa so signali enega receptorja povezani z desetinami ganglijskih celic in lahko načeloma prenašajo informacije do katerega koli kortikalnega nevrona v vidni skorji. Na višjih ravneh vidnega senzoričnega sistema pride do širjenja informacij: število nevronov v primarni vidni skorji je tisočkrat večje kot v subkortikalnem vidnem centru ali na izhodu iz mrežnice. V slušnem in številnih drugih senzoričnih sistemih je predstavljen le "lijak", ki se širi - v smeri od receptorjev do skorje. Fiziološki pomen razširitve "lijaka" je zagotoviti bolj delno in kompleksno analizo signala.

Veliko število vzporednih kanalov (900.000 v vidnem živcu in 30.000 v slušnem živcu) zagotavlja prenos specifičnih informacij od receptorjev do skorje brez popačenja.

Eden najpomembnejših vidikov obdelave aferentnih informacij je izbira najpomembnejših signalov, ki se izvajajo z naraščajočimi in padajočimi vplivi na različnih ravneh senzoričnih sistemov. Pri tem izboru ima pomembno vlogo tudi nespecifični del živčnega sistema (limbični sistem, retikularna formacija). Z aktiviranjem ali zaviranjem številnih centralnih nevronov prispeva k izbiri najpomembnejših informacij za telo. V nasprotju z obsežnimi vplivi srednjega dela retikularne tvorbe , impulzi iz nespecifičnih jeder talamusa vplivajo le na omejena področja možganske skorje . Tako selektivno povečanje aktivnosti majhnega področja korteksa je pomembno pri organizaciji dejanja pozornosti. , poudarjanje trenutno najpomembnejših sporočil na splošnem aferentnem ozadju .

4.2. Obdelava informacij na kortikalni ravni

V možganski skorji se kompleksnost procesiranja informacij povečuje od primarnih polj do njenih sekundarnih in terciarnih polj. .

Primarna polja skorje analizirajo dražljaje določene vrste, ki prihajajo iz specifičnih receptorjev, povezanih z njimi. To so tako imenovane jedrske cone analizatorjev (po I.P. Pavlovu) - vidne, slušne itd. Njihova dejavnost je osnova za nastanek občutkov .

Sekundarna polja, ki ležijo okoli njih (periferija analizatorjev), sprejemajo rezultate obdelave informacij iz primarnih polj in jih spreminjajo v bolj zapletene oblike. V sekundarnih poljih je razumevanje prejetih informacij , njeno priznanje , Zagotovljeni so procesi zaznavanja draženja te vrste. Iz sekundarnih polj posameznih senzoričnih sistemov informacije vstopijo v posteriorna terciarna polja - asociativne spodnje parietalne cone, kjer poteka integracija signalov različnih modalitet, kar vam omogoča ustvarjanje celovite slike. zunanji svet z vsemi svojimi vonji, zvoki, barvami itd. Tu se na podlagi aferentnih sporočil iz različnih delov desne in leve polovice telesa oblikujejo kompleksne predstave osebe o prostorski shemi in shemi telesa, ki zagotavljajo prostorsko orientacijo gibov in natančno naslavljanje motoričnih ukazov na različne skeletne mišice. Te cone so še posebej pomembne pri shranjevanju prejetih informacij.

Na podlagi analize in sinteze informacij, obdelanih v posteriornem terciarnem polju skorje, se oblikujejo cilji v njegovih sprednjih terciarnih poljih (anteriorna frontalna regija). , naloge in programe človekovega vedenja.

Pomembna lastnost kortikalne organizacije senzoričnih sistemov je zaslonska ali somatotopna (lat. somaticus - telesna, topicus - lokalna) predstavitev funkcij. Občutljivi kortikalni centri primarnih polj korteksa tvorijo tako rekoč zaslon , ki odraža lokacijo receptorjev na periferiji , tiste. obstajajo projekcije od točke do točke. Torej, v posteriornem osrednjem girusu (v somatosenzorični coni) so nevroni taktilne, temperaturne in kožne občutljivosti predstavljeni v istem vrstnem redu kot receptorji na površini telesa, ki spominjajo na kopijo človeka (homunculus); v vidnem korteksu - kot zaslon mrežničnih receptorjev; v slušni skorji – v določenem vrstnem redu nevroni, ki se odzivajo na določeno višino zvokov. Enako načelo prostorske predstavitve informacij opazimo v preklopnih jedrih talamusa v skorji malih možganov, kar močno olajša interakcijo različnih delov centralnega živčnega sistema.

Območje kortikalne senzorične reprezentacije v svoji velikosti odraža funkcionalni pomen enega ali drugega dela aferentnih informacij. Tako zaradi posebnega pomena analize informacij iz kinestetičnih receptorjev prstov in iz aparata za oblikovanje govora pri ljudeh območje njihove kortikalne reprezentacije bistveno presega senzorično predstavo drugih delov telesa. . Všečkaj to , na enoto površine fovee v mrežnici predstavlja skoraj 500 krat veliko območje vidne skorje , kot enaka enota površine periferije mrežnice .

Višji oddelki centralnega živčnega sistema zagotavljajo aktivno iskanje senzoričnih informacij. To se jasno kaže v aktivnosti vidnega senzoričnega sistema. Posebne študije gibanja oči so pokazale , da pogled ne fiksira vseh točk prostora , ampak le najbolj informativni znaki , še posebej pomembna za odločanje o tem, kaj - ali naloge v tem trenutku. Iskalna funkcija oči je del aktivnega vedenja osebe v zunanjem okolju, njegove zavestne dejavnosti. Nadzirajo ga višja analizirajoča in integrirajoča področja skorje - čelni režnji, pod nadzorom katerih je aktivno zaznavanje zunanjega sveta.

Možganska skorja zagotavlja najširšo interakcijo različnih senzoričnih sistemov in njihovo sodelovanje pri organizaciji človeških motoričnih dejanj, vklj. med njegovimi športnimi aktivnostmi.

4.3. Vrednost delovanja senzoričnih sistemov v športu

Učinkovitost izvajanja športnih vaj je odvisna od procesov zaznavanja in procesiranja senzoričnih informacij.

Jasno zaznavanje prostora in prostorsko orientacijo gibov zagotavljata delovanje vizualne, slušne, vestibularne, kinestetične recepcije. Ocena časovnih intervalov in kontrola časovnih parametrov gibov temelji na proprioceptivnih in slušnih občutkih. Vestibularno draženje med obrati, rotacijami, nagibi itd. bistveno vplivajo na koordinacijo gibov in manifestacijo fizične lastnosti, zlasti z nizko stabilnostjo vestibularnega aparata. Eksperimentalni izklop individualnih senzoričnih aferentacij pri športnikih (izvajanje gibov v posebni ovratnici) , izključuje aktivacijo cervikalnih proprioceptorjev ; uporaba očal , pokrivajo osrednje ali periferno vidno polje ) je vodilo do močan upad ocene za vajo ali do popolne nezmožnosti njene izvedbe. V nasprotju s tem je sporočanje športniku dodatnih informacij (zlasti nujnih - v procesu gibanja) pripomoglo k hitremu izboljšanju tehničnih dejanj. Na podlagi interakcije senzoričnih sistemov športniki razvijejo kompleksne predstave, ki spremljajo njihove aktivnosti v izbranem športu – »občutek« ledu, snega, vode itd. Hkrati pa v vsakem športu obstajajo najpomembnejši - vodilni senzorični sistemi, od aktivnosti katerih je v največji meri odvisna uspešnost športnikovega delovanja.

1. Kdo je ustvaril doktrino analizatorjev?

2. Kaj imenujemo analizator?

3. Poimenujte splošna načela zgradbe senzoričnih sistemov.

4. Kakšen je princip plastenja; večkanalni senzorični sistemi?

5. Na katere oddelke so razdeljeni senzorični sistemi?

6. Kaj so receptorji?

Gradivo za samostojno učenje. Vprašanja za kolokvij in za samokontrolo

1 Kdo je ustvaril doktrino analizatorjev?

2 Kaj je analizator?

3 Poimenujte splošna načela zgradbe senzoričnih sistemov.

4 Kakšen je princip plastenja; večkanalni senzorični sistemi?

5 Na katere oddelke so razdeljeni senzorični sistemi?

6 Kaj so receptorji?

7. Poimenujte glavne funkcije senzoričnih sistemov.

O razdelku

Ta razdelek vsebuje članke, posvečene pojavom ali različicam, ki so tako ali drugače lahko zanimive ali koristne za raziskovalce nepojasnjenega.
Članki so razdeljeni v kategorije:
Informativno. Vsebujejo koristne informacije za raziskovalce z različnih področij znanja.
Analitično. Vključujejo analizo zbranih informacij o različicah ali pojavih ter opise rezultatov poskusov.
Tehnični. Zbirajo informacije o tehničnih rešitvah, ki jih je mogoče uporabiti na področju preučevanja nepojasnjenih dejstev.
Metode. Vsebujejo opise metod, ki jih uporabljajo člani skupine pri raziskovanju dejstev in proučevanju pojavov.
Mediji. Vsebujejo informacije o odsevu pojavov v zabavni industriji: filmi, risanke, igre itd.
Znane napačne predstave. Razkritja znanih nepojasnjenih dejstev, zbranih tudi iz virov tretjih oseb.

Vrsta artikla:

Informativno

Značilnosti človeškega dojemanja. Sluh

Zvok so vibracije, tj. periodične mehanske motnje v elastičnih medijih - plinastih, tekočih in trdnih. Taka motnja, ki je neka fizična sprememba v mediju (na primer sprememba gostote ali tlaka, premik delcev), se v njem širi v obliki zvočnega valovanja. Zvok je lahko neslišen, če njegova frekvenca presega občutljivost človeškega ušesa ali če se širi v mediju, kot je trdna snov, ki ne more imeti neposrednega stika z ušesom, ali če se njegova energija v mediju hitro razprši. Tako je običajen proces zaznavanja zvoka za nas le ena stran akustike.

zvočni valovi

Zvočni val

Zvočni valovi so lahko primer nihajnega procesa. Vsako nihanje je povezano s kršitvijo ravnotežnega stanja sistema in se izraža v odstopanju njegovih značilnosti od ravnotežnih vrednosti z naknadno vrnitvijo na prvotno vrednost. Pri zvočnih nihanjih je taka značilnost tlak v točki medija, njegovo odstopanje pa zvočni tlak.

Razmislite o dolgi cevi, napolnjeni z zrakom. Z levega konca je vanj vstavljen bat, ki je tesno ob stenah. Če se bat močno premakne v desno in ustavi, se zrak v njegovi neposredni bližini za trenutek stisne. Stisnjen zrak se bo nato razširil in potisnil zrak, ki meji na desno, in območje stiskanja, prvotno ustvarjeno v bližini bata, se bo premikalo skozi cev s konstantno hitrostjo. Ta kompresijski val je zvočni val v plinu.
To pomeni, da bo oster premik delcev elastičnega medija na enem mestu povečal tlak na tem mestu. Zahvaljujoč elastičnim vezim delcev se pritisk prenese na sosednje delce, ti pa delujejo na naslednje, območje povečanega tlaka pa se tako rekoč premika v elastičnem mediju. Območju visokega tlaka sledi območje zmanjšan pritisk, in tako nastane vrsta izmeničnih območij stiskanja in redčenja, ki se v mediju širijo v obliki valov. Vsak delec elastičnega medija bo v tem primeru nihal.

Za zvočno valovanje v plinu so značilni nadtlak, presežna gostota, premik delcev in njihova hitrost. Pri zvočnih valovih so ta odstopanja od ravnotežnih vrednosti vedno majhna. Tako je presežni tlak, povezan z valovanjem, veliko manjši od statičnega tlaka plina. V nasprotnem primeru imamo opravka z drugim pojavom - udarnim valom. V zvočnem valovanju, ki ustreza običajnemu govoru, je nadtlak le okoli milijoninke atmosferskega tlaka.

Pomembno je, da snovi ne odnese zvočni val. Val je le začasna motnja, ki prehaja skozi zrak, po kateri se zrak vrne v ravnotežno stanje.
Gibanje valov seveda ni edinstveno za zvok: svetlobni in radijski signali potujejo v obliki valov in vsi poznajo valove na površini vode.

Tako so zvok v širšem smislu elastični valovi, ki se širijo v katerem koli elastičnem mediju in v njem ustvarjajo mehanske vibracije; v ožjem smislu - subjektivno zaznavanje teh vibracij s posebnimi čutili živali ali ljudi.
Kot vsako valovanje je tudi za zvok značilna amplituda in frekvenčni spekter. Običajno človek sliši zvoke, ki se prenašajo po zraku v frekvenčnem območju od 16-20 Hz do 15-20 kHz. Zvok pod obsegom človeškega sluha se imenuje infrazvok; višje: do 1 GHz - z ultrazvokom, od 1 GHz - s hiperzvokom. Med slišnimi zvoki je treba izpostaviti tudi fonetične, govorne zvoke in foneme (iz katerih je sestavljen ustni govor) ter glasbene zvoke (iz katerih je sestavljena glasba).

Razlikovati med vzdolžnim in prečnim zvočni valovi odvisno od razmerja smeri širjenja valov in smeri mehanskih nihanj delcev medija za širjenje.
V tekočih in plinastih medijih, kjer ni bistvenih nihanj gostote, so zvočni valovi longitudinalne narave, to pomeni, da smer nihanja delcev sovpada s smerjo gibanja valov. V trdnih telesih poleg vzdolžnih nastajajo tudi elastične strižne deformacije, ki povzročajo vzbujanje prečnih (strižnih) valov; v tem primeru delci nihajo pravokotno na smer širjenja valov. Hitrost širjenja longitudinalnih valov je veliko večja od hitrosti širjenja strižnih valov.

Zrak ni povsod enoten za zvok. Vemo, da je zrak nenehno v gibanju. Hitrost njegovega gibanja v različnih plasteh ni enaka. V plasteh blizu tal prihaja zrak v stik z njihovo površino, zgradbami, gozdovi, zato je njegova hitrost tukaj manjša kot na vrhu. Zaradi tega zvočni val ne potuje enako hitro zgoraj in spodaj. Če je gibanje zraka, t.j. veter, spremljevalec zvoka, potem v zgornjih plasteh zraka veter poganja zvočno valovanje močneje kot v spodnjih. Pri nasprotnem vetru zvok potuje počasneje zgoraj kot spodaj. Ta razlika v hitrosti vpliva na obliko zvočnega valovanja. Zaradi popačenja valov se zvok ne širi premočrtno. S hrbtnim vetrom se linija širjenja zvočnega vala upogne navzdol, s čelnim vetrom - navzgor.

Še en razlog za neenakomerno širjenje zvoka v zraku. to - drugačna temperatura njegove posamezne plasti.

Različno segrete plasti zraka, podobno kot veter, spremenijo smer zvoka. Čez dan se zvočno valovanje upogne navzgor, saj je hitrost zvoka v spodnjih, toplejših plasteh večja kot v zgornjih. Zvečer, ko se zemlja in z njo okoliške plasti zraka hitro ohladijo, postanejo zgornje plasti toplejše od spodnjih, hitrost zvoka v njih je večja in črta širjenja zvočnih valov se upogne navzdol. . Zato je ob večerih iz jasnega bolje slišati.

Pri opazovanju oblakov lahko pogosto opazimo, kako se na različnih višinah premikajo ne le z različnimi hitrostmi, ampak včasih tudi v različnih smereh. To pomeni, da ima lahko veter na različnih višinah od tal različno hitrost in smer. Tudi oblika zvočnega valovanja v takšnih plasteh se razlikuje od plasti do plasti. Naj gre na primer zvok proti vetru. V tem primeru se mora črta za širjenje zvoka upogniti in iti navzgor. Če pa na svoji poti naleti na plast počasi premikajočega se zraka, bo spet spremenil svojo smer in se lahko spet vrne na tla. Takrat se v prostoru od mesta, kjer se val dvigne v višino, do mesta, kjer se vrne v tla, pojavi »cona tišine«.

Organi zaznavanja zvoka

Sluh – sposobnost biološki organizmi zaznavanje zvokov z organi sluha; posebna funkcija slušnega aparata, ki jo vzbujajo zvočne vibracije okolja, kot sta zrak ali voda. Eden od petih bioloških čutov, imenovan tudi akustična zaznava.

Človeško uho zaznava zvočne valove dolžine približno 20 m do 1,6 cm, kar ustreza 16 - 20.000 Hz (nihanja na sekundo) pri prenosu tresljajev po zraku in do 220 kHz pri prenosu zvoka skozi kosti lobanje. . Ti valovi imajo pomemben biološki pomen, na primer zvočni valovi v območju 300-4000 Hz ustrezajo človeškemu glasu. Zvoki nad 20.000 Hz nimajo praktične vrednosti, saj se hitro upočasnijo; vibracije pod 60 Hz zaznavamo z vibracijskim čutilom. Razpon frekvenc, ki jih človek lahko sliši, se imenuje slušno ali zvočno območje; višje frekvence imenujemo ultrazvok, nižje frekvence pa infrazvok.
Sposobnost razlikovanja zvočnih frekvenc je zelo odvisna od posameznika: njegove starosti, spola, dovzetnosti za slušne bolezni, treniranosti in utrujenosti sluha. Posamezniki so sposobni zaznati zvok do 22 kHz, lahko pa tudi višje.
Človek lahko razlikuje več zvokov hkrati zaradi dejstva, da je lahko v polžu hkrati več stoječih valov.

Uho je kompleksen vestibularno-slušni organ, ki opravlja dve funkciji: zaznava zvočne impulze in je odgovoren za položaj telesa v prostoru in sposobnost ohranjanja ravnotežja. To je parni organ, ki se nahaja v temporalnih kosteh lobanje, od zunaj pa ga omejujejo ušesa.

Organ sluha in ravnotežja predstavljajo trije deli: zunanje, srednje in notranje uho, od katerih vsak opravlja svoje posebne funkcije.

Zunanje uho je sestavljeno iz ušesne školjke in zunanjega slušnega kanala. Ušesna školjka je elastičen hrustanec kompleksne oblike, prekrit s kožo, njen spodnji del, imenovan reženj, pa je kožna guba, ki je sestavljena iz kože in maščobnega tkiva.
Ušesna školjka pri živih organizmih deluje kot sprejemnik zvočnih valov, ki se nato prenesejo v notranjost slušnega aparata. Vrednost ušesa pri ljudeh je veliko manjša kot pri živalih, zato je pri ljudeh praktično nepremična. Toda mnoge živali, ki premikajo ušesa, lahko določijo lokacijo vira zvoka veliko natančneje kot ljudje.

Gube človeške ušesne školjke se pripeljejo v dohodno ušesni kanal zvočno majhno frekvenčno popačenje, odvisno od vodoravne in navpične lokalizacije zvoka. Tako možgani prejemajo Dodatne informacije da poiščete vir zvoka. Ta učinek se včasih uporablja v akustiki, vključno z ustvarjanjem občutka prostorskega zvoka pri uporabi slušalk ali slušnih aparatov.
Naloga ušesne školjke je zaznavanje zvokov; njeno nadaljevanje je hrustanec zunanjega sluhovoda, katerega povprečna dolžina je 25-30 mm. Hrustančni del sluhovoda prehaja v kost, ves zunanji sluhovod pa je obložen s kožo, ki vsebuje lojnice in žveplove žleze, ki so modificirane žleze znojnice. Ta prehod se konča slepo: od srednjega ušesa ga ločuje bobnič. Zvočni valovi, ki jih ujame ušesna školjka, zadenejo bobnič in povzročijo, da ta vibrira.

Po drugi strani pa se vibracije bobniča prenašajo v srednje uho.

Srednje uho
Glavni del srednjega ušesa je bobnična votlina - majhen prostor s približno 1 cm³, ki se nahaja v temporalni kosti. Tu so tri slušne koščice: kladivo, nakovalo in streme - prenašajo zvočne tresljaje iz zunanjega ušesa v notranje in jih pri tem ojačajo.

Slušne koščice - kot najmanjši delci človeškega skeleta predstavljajo verigo, ki prenaša vibracije. Ročaj malleusa je tesno zraščen z bobničem, glava malleusa je povezana z nakovalom, ta pa s svojim dolgim ​​izrastkom s stremenom. Podstavek stremena zapira okno preddverja in se tako povezuje z notranjim ušesom.
Votlina srednjega ušesa je povezana z nazofarinksom preko Evstahijeve cevi, skozi katero se izenačuje povprečni zračni tlak znotraj in zunaj bobniča. Ob spremembi zunanjega pritiska včasih ušesa »zaležejo«, kar se običajno reši tako, da se zehanje povzroči refleksno. Izkušnje kažejo, da zamašena ušesa še učinkoviteje rešimo s požiranjem ali če v tem trenutku pihamo v zatisnjen nos.

notranje uho
Od treh delov organa za sluh in ravnotežje je najbolj zapleteno notranje uho, ki ga zaradi zapletene oblike imenujemo labirint. Kostni labirint sestavljajo preddverje, polž in polkrožni kanali, vendar je le polž, napolnjen z limfno tekočino, neposredno povezan s sluhom. Znotraj polža je membranski kanal, prav tako napolnjen s tekočino, na spodnji steni katerega se nahaja receptorski aparat slušnega analizatorja, prekrit z lasnimi celicami. Lasne celice zajamejo nihanja tekočine, ki polni kanal. Vsaka lasna celica je uglašena na določeno zvočno frekvenco, pri čemer se celice, uglašene na nizke frekvence, nahajajo v zgornjem delu polža, visoke frekvence pa ujamejo celice v spodnjem delu polža. Ko lasne celice odmrejo zaradi starosti ali iz drugih razlogov, človek izgubi sposobnost zaznavanja zvokov ustreznih frekvenc.

Meje zaznave

Človeško uho nominalno sliši zvoke v območju od 16 do 20.000 Hz. Zgornja meja se z leti znižuje. Večina odraslih ne sliši zvoka nad 16 kHz. Samo uho se ne odziva na frekvence pod 20 Hz, vendar jih lahko začutimo s čutilom za dotik.

Razpon zaznanih zvokov je ogromen. Toda bobnič v ušesu je občutljiv le na spremembe tlaka. Raven zvočnega tlaka se običajno meri v decibelih (dB). Spodnja meja slišnosti je definirana kot 0 dB (20 mikropaskalov), definicija zgornje meje slišnosti pa se nanaša bolj na prag neugodja in šele nato na izgubo sluha, kontuzijo itd. Ta meja je odvisna od tega, kako dolgo poslušamo zvok. Uho brez posledic prenese kratkotrajna povečanja glasnosti do 120 dB, dolgotrajna izpostavljenost zvokom nad 80 dB pa lahko povzroči izgubo sluha.

Natančnejše študije spodnje meje sluha so pokazale, da je najnižji prag, pri katerem zvok ostane slišen, odvisen od frekvence. Ta graf se imenuje absolutni prag sluha. V povprečju ima območje največje občutljivosti v območju od 1 kHz do 5 kHz, čeprav se občutljivost s starostjo zmanjšuje v območju nad 2 kHz.
Obstaja tudi način zaznavanja zvoka brez sodelovanja bobniča - tako imenovani mikrovalovni slušni učinek, ko modulirano sevanje v mikrovalovnem območju (od 1 do 300 GHz) vpliva na tkiva okoli polža, zaradi česar oseba zaznava različne zvoki.
Včasih lahko oseba sliši zvoke v nizkofrekvenčnem območju, čeprav v resnici ni bilo zvokov takšne frekvence. To je posledica dejstva, da nihanje bazilarne membrane v ušesu ni linearno in v njem lahko prihaja do nihanja z različno frekvenco med dvema višjima frekvencama.

Sinestezija

Eden najbolj nenavadnih nevropsihiatričnih pojavov, pri katerem se vrsta dražljaja in vrsta občutkov, ki jih oseba doživlja, ne ujemata. Sinestetična zaznava se izraža v tem, da se poleg običajnih lastnosti lahko pojavijo dodatni, enostavnejši občutki ali vztrajni "elementarni" vtisi - na primer barve, vonji, zvoki, okusi, lastnosti teksturirane površine, prosojnost, volumen in oblika. , lega v prostoru in druge lastnosti. , ki jih ne sprejemamo s pomočjo čutil, ampak obstajajo le v obliki reakcij. Takšna dodatne kvalitete lahko nastanejo kot izolirani čutni vtisi ali se celo fizično manifestirajo.

Obstaja na primer slušna sinestezija. To je sposobnost nekaterih ljudi, da "slišijo" zvoke ob opazovanju premikajočih se predmetov ali bliskov, tudi če jih ne spremljajo resnični zvočni pojavi.
Upoštevati je treba, da je sinestezija bolj nevropsihiatrična lastnost osebe in ni duševna motnja. Takšno dojemanje okoliškega sveta lahko navaden človek občuti z uporabo nekaterih drog.

Splošne teorije sinestezije (znanstveno dokazane, univerzalne ideje o tem) še ni. Trenutno obstaja veliko hipotez in na tem področju poteka veliko raziskav. Pojavile so se že izvirne klasifikacije in primerjave ter določeni strogi vzorci. Na primer, znanstveniki smo že ugotovili, da imajo sinesteti posebno naravo pozornosti - kot "predzavestne" - do tistih pojavov, ki jim povzročajo sinestezijo. Sinesteti imajo nekoliko drugačno anatomijo možganov in radikalno drugačno aktivacijo le-teh na sinestetične »dražljaje«. Raziskovalci z univerze Oxford (Združeno kraljestvo) so izvedli vrsto poskusov, med katerimi so ugotovili, da so hiperekscitabilni nevroni lahko vzrok za sinestezijo. Zagotovo je mogoče trditi le, da se takšno zaznavanje pridobi na ravni možganov in ne na ravni primarne zaznave informacij.

Zaključek

Tlačni valovi potujejo skozi zunanje uho, bobnič in koščice srednjega ušesa, da dosežejo s tekočino napolnjeno polžasto notranje uho. Tekočina, ki niha, zadene membrano, prekrito z drobnimi dlačicami, migetalkami. Sinusne komponente kompleksnega zvoka povzročajo vibracije v različnih delih membrane. Cilije, ki vibrirajo skupaj z membrano, vzbujajo z njimi povezana živčna vlakna; v njih so serije impulzov, v katerih sta "kodirani" frekvenca in amplituda vsake komponente kompleksnega vala; ti podatki se elektrokemično prenašajo v možgane.

Iz celotnega spektra zvokov se najprej razlikuje zvočni obseg: od 20 do 20.000 hertzov, infrazvok (do 20 hertzov) in ultrazvok - od 20.000 hertzov in več. Človek ne sliši infrazvokov in ultrazvokov, vendar to ne pomeni, da nanj ne vplivajo. Znano je, da lahko infrazvoki, zlasti pod 10 herci, vplivajo na človeško psiho in povzročajo depresivna stanja. Ultrazvok lahko povzroči asteno-vegetativne sindrome itd.
Slišni del obsega zvokov je razdeljen na nizkofrekvenčne zvoke - do 500 hertzov, srednjefrekvenčne zvoke - 500-10000 hertzov in visokofrekvenčne zvoke - nad 10000 hertzov.

Ta delitev je zelo pomembna, saj človeško uho ni enako občutljivo na različne zvoke. Uho je najbolj občutljivo na razmeroma ozek razpon srednjefrekvenčnih zvokov od 1000 do 5000 hercev. Pri zvokih nižje in višje frekvence občutljivost močno pade. To vodi do dejstva, da lahko oseba sliši zvoke z energijo približno 0 decibelov v srednjem frekvenčnem območju in ne sliši nizkofrekvenčnih zvokov 20-40-60 decibelov. To pomeni, da lahko zvoke z enako energijo v srednjem frekvenčnem območju zaznamo kot glasne, v nizkofrekvenčnem območju pa kot tihe ali pa jih sploh ne slišimo.

To značilnost zvoka oblikuje narava in ne po naključju. Zvoki, potrebni za njegov obstoj: govor, zvoki narave, so predvsem v srednjefrekvenčnem območju.
Zaznavanje zvokov je občutno oslabljeno, če se hkrati slišijo drugi zvoki, šumi, ki so podobni po frekvenci ali sestavi harmonikov. To pomeni, da po eni strani človeško uho slabo zaznava nizkofrekvenčne zvoke, po drugi strani pa je lahko zaznavanje teh zvokov še bolj moteno in popačeno, če so v prostoru prisotni tuji zvoki. .

Psihoakustika - področje znanosti, ki meji med fiziko in psihologijo, proučuje podatke o slušnem občutku človeka, ko na uho deluje fizični dražljaj - zvok. O človeških reakcijah na slušne dražljaje se je nabralo veliko podatkov. Brez teh podatkov je težko pridobiti pravilno razumevanje delovanja sistemov za avdiofrekvenčno signalizacijo. Razmislite o najpomembnejših značilnostih človeškega zaznavanja zvoka.
Človek čuti spremembe zvočnega tlaka, ki se pojavljajo pri frekvenci 20-20.000 Hz. Zvoki pod 40 Hz so v glasbi razmeroma redki in ne obstajajo v govorjenem jeziku. Pri zelo visokih frekvencah glasbena percepcija izgine in nastane določen nedoločen zvočni občutek, odvisen od individualnosti poslušalca, njegove starosti. S starostjo se občutljivost sluha pri človeku zmanjša, zlasti v zgornjih frekvencah zvočnega območja.
Vendar bi bilo napačno sklepati na tej podlagi, da je prenos širokega frekvenčnega pasu z zvočno reprodukcijo za starejše ljudi nepomemben. Poskusi so pokazali, da ljudje, tudi če komaj zaznavajo signale nad 12 kHz, zelo zlahka prepoznajo pomanjkanje visokih frekvenc v glasbenem prenosu.

Frekvenčne značilnosti slušnih občutkov

Območje zvokov, ki jih oseba sliši v območju 20-20000 Hz, je intenzivnost omejena s pragovi: od spodaj - slišnost in od zgoraj - občutki bolečine.
Prag sluha je ocenjen z minimalnim tlakom, natančneje z minimalnim prirastkom tlaka glede na mejo, občutljiv je na frekvence 1000-5000 Hz - tu je prag sluha najnižji (zvočni tlak je približno 2 -10 Pa). V smeri nižjih in višjih zvočnih frekvenc se občutljivost sluha močno zmanjša.
Prag bolečine določa zgornjo mejo zaznavanja zvočne energije in približno ustreza jakosti zvoka 10 W / m ali 130 dB (za referenčni signal s frekvenco 1000 Hz).
S povečanjem zvočnega tlaka se poveča tudi jakost zvoka, slušni občutek pa skokovito narašča, kar imenujemo jakostni razlikovalni prag. Število teh skokov pri srednjih frekvencah je približno 250, pri nizkih in visokih frekvencah pa se zmanjša in v povprečju v frekvenčnem območju znaša približno 150.

Ker je obseg variacije jakosti 130 dB, je osnovni skok občutkov v povprečju v območju amplitude 0,8 dB, kar ustreza spremembi jakosti zvoka za 1,2-krat. Pri nizkih ravneh sluha ti skoki dosežejo 2-3 dB, pri visokih pa se zmanjšajo na 0,5 dB (1,1-krat). Povečanje moči ojačevalne poti za manj kot 1,44-krat človeško uho praktično ne zazna. Z nižjim zvočnim tlakom, ki ga razvije zvočnik, tudi dvakratno povečanje moči izhodne stopnje morda ne bo dalo oprijemljivega rezultata.

Subjektivne značilnosti zvoka

Kakovost prenosa zvoka se ocenjuje na podlagi slušne zaznave. Zato je mogoče pravilno določiti tehnične zahteve za pot prenosa zvoka ali njene posamezne povezave le s preučevanjem vzorcev, ki povezujejo subjektivno zaznano občutenje zvoka in objektivne značilnosti zvoka, kot so višina, glasnost in tember.
Koncept tona pomeni subjektivno oceno zaznavanja zvoka v frekvenčnem območju. Zvok običajno ni značilen po frekvenci, temveč po višini.
Ton je signal določene višine z diskretnim spektrom (glasbeni zvoki, samoglasniki govora). Signal s širokim zveznim spektrom, katerega vse frekvenčne komponente imajo enako povprečno moč, se imenuje beli šum.

Postopno povečevanje frekvence zvočnih nihanj od 20 do 20.000 Hz zaznavamo kot postopno spreminjanje tona od najnižjega (bas) do najvišjega.
Stopnja natančnosti, s katero človek določi višino na uho, je odvisna od ostrine, muzikalnosti in izurjenosti njegovega ušesa. Upoštevati je treba, da je višina tona do neke mere odvisna od intenzivnosti zvoka (pri visokih glasnostih se zvoki večje intenzivnosti zdijo nižji od šibkejših).
Človeško uho dobro loči dva tona, ki sta si blizu višine. Na primer, v frekvenčnem območju približno 2000 Hz lahko oseba razlikuje med dvema tonoma, ki se med seboj razlikujeta po frekvenci za 3-6 Hz.
Subjektivna lestvica zaznavanja zvoka glede na frekvenco je blizu logaritemskemu zakonu. Zato podvojitev frekvence nihanja (ne glede na začetno frekvenco) vedno zaznavamo kot enako spremembo višine. Interval višine, ki ustreza 2-kratni spremembi frekvence, se imenuje oktava. Frekvenčno območje, ki ga človek zazna, je 20-20.000 Hz, pokriva približno deset oktav.
Oktava je precej velik interval spreminjanja višine; oseba razlikuje veliko manjše intervale. Torej, v desetih oktavah, ki jih zaznava uho, je mogoče razlikovati več kot tisoč stopenj višine. Glasba uporablja manjše intervale, imenovane poltoni, ki ustrezajo približno 1,054-kratni spremembi frekvence.
Oktava je razdeljena na pol oktave in tretjino oktave. Za slednje je standardizirano naslednje območje frekvenc: 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3; 3,15; štiri; 5; 6,3:8; 10, ki so meje tretjinskih oktav. Če te frekvence postavimo na enaki razdalji vzdolž frekvenčne osi, dobimo logaritemsko lestvico. Na podlagi tega so vse frekvenčne značilnosti naprav za prenos zvoka zgrajene na logaritemski lestvici.
Glasnost prenosa ni odvisna samo od jakosti zvoka, temveč tudi od spektralne sestave, pogojev zaznavanja in trajanja izpostavljenosti. Torej dva zveneča tona srednje in nizke frekvence, ki imata enako intenzivnost (ali enak zvočni tlak), človek ne zaznava kot enako glasna. Zato je bil za označevanje zvokov enake glasnosti uveden koncept stopnje glasnosti v ozadju. Za raven glasnosti zvoka v fonih se vzame raven zvočnega tlaka v decibelih enake glasnosti čistega tona s frekvenco 1000 Hz, torej za frekvenco 1000 Hz so ravni glasnosti v fonih in decibelih enake. Pri drugih frekvencah in enakem zvočnem tlaku so lahko zvoki videti glasnejši ali tišji.
Izkušnje tonskih mojstrov pri snemanju in montaži glasbenih del kažejo, da je treba za boljše odkrivanje zvočnih napak, ki se lahko pojavijo med delom, vzdrževati visoko glasnost med kontrolnim poslušanjem, ki približno ustreza glasnosti v dvorani.
Ob dolgotrajni izpostavljenosti intenzivnemu zvoku se občutljivost sluha postopoma zmanjšuje, in bolj, večja je glasnost zvoka. Zaznavno zmanjšanje občutljivosti je povezano z odzivom sluha na preobremenitev, tj. s svojo naravno prilagoditvijo se po prekinitvi poslušanja obnovi slušna občutljivost. K temu je treba dodati, da slušni aparat pri zaznavanju signalov visokega nivoja vnaša lastna, tako imenovana subjektivna, popačenja (kar kaže na nelinearnost sluha). Tako pri nivoju signala 100 dB prvi in ​​drugi subjektivni harmonik dosežeta ravni 85 in 70 dB.
Znatna raven glasnosti in trajanje njene izpostavljenosti povzročata nepopravljive pojave v slušnem organu. Opaziti je, da so se v zadnjih letih pragovi sluha med mladimi močno povečali. Razlog za to je bila strast do pop glasbe, ki je drugačna visoke ravni glasnost zvoka.
Nivo glasnosti merimo z elektroakustično napravo - zvočnim merilnikom. Izmerjeni zvok mikrofon najprej pretvori v električne vibracije. Po ojačanju s posebnim napetostnim ojačevalnikom se ta nihanja izmerijo s kazalno napravo, nastavljeno v decibelih. Da se odčitki naprave čim bolj ujemajo s subjektivnim zaznavanjem glasnosti, je naprava opremljena s posebnimi filtri, ki spreminjajo njeno občutljivost na zaznavanje zvoka različnih frekvenc v skladu z značilnostjo občutljivosti sluha.
Pomembna značilnost zvoka je tember. Sposobnost sluha, da ga razlikuje, vam omogoča zaznavanje signalov z najrazličnejšimi odtenki. Zvok vsakega od inštrumentov in glasov zaradi značilnih odtenkov postane večbarven in dobro prepoznaven.
Timber, ki je subjektivni odraz kompleksnosti zaznanega zvoka, nima kvantitativne ocene in je označen z izrazi kvalitativnega reda (lep, mehak, sočen itd.). Ko se signal prenaša po elektroakustični poti, nastala popačenja vplivajo predvsem na tember reproduciranega zvoka. Pogoj za pravilen prenos tembra glasbenih zvokov je nepopačen prenos spektra signala. Spekter signala je niz sinusnih komponent kompleksnega zvoka.
Tako imenovani čisti ton ima najpreprostejši spekter, vsebuje samo eno frekvenco. Zvok glasbila se izkaže za bolj zanimivega: njegov spekter je sestavljen iz osnovne frekvence in več "nečistočnih" frekvenc, imenovanih prizvoki (višji toni). Prizvoki so večkratniki osnovne frekvence in so običajno manjše amplitude.
Barva zvoka je odvisna od porazdelitve jakosti po prizvokih. Zvoki različnih glasbil se razlikujejo po tembru.
Bolj zapleten je spekter kombinacije glasbenih zvokov, imenovan akord. V takem spektru je več osnovnih frekvenc skupaj z ustreznimi prizvoki.
Razlike v tembru so značilne predvsem za nizko-srednjefrekvenčne komponente signala, zato je velika raznolikost tonov povezana s signali, ki ležijo v spodnjem delu frekvenčnega območja. Signali, povezani z njegovim zgornjim delom, ko se povečujejo, vse bolj izgubljajo barvo tembra, kar je posledica postopnega odhoda njihovih harmoničnih komponent izven meja slišnih frekvenc. To je mogoče razložiti z dejstvom, da je do 20 ali več harmonikov aktivno vključenih v tvorbo tembra nizkih zvokov, srednjih 8 - 10, visokih 2 - 3, saj so ostali šibki ali izpadejo iz območja zvoka. slišne frekvence. Zato so visoki zvoki praviloma slabši v tembru.
Skoraj vsi naravni viri zvok, vključno z viri glasbenih zvokov, obstaja posebna odvisnost tembra od glasnosti. Tej odvisnosti je prilagojen tudi sluh - naravno je, da po barvi zvoka določa jakost vira. Glasni zvoki so običajno bolj ostri.

Glasbeni zvočni viri

Številni dejavniki, ki označujejo primarne vire zvoka, imajo velik vpliv na kakovost zvoka elektroakustičnih sistemov.
Akustični parametri glasbenih virov so odvisni od sestave izvajalcev (orkester, ansambel, skupina, solist in zvrst glasbe: simfonična, ljudska, pop itd.).

Nastanek in nastanek zvoka na vsakem glasbilu ima svoje posebnosti, povezane z akustičnimi značilnostmi nastajanja zvoka v posameznem glasbilu.
Pomemben element glasbeni zvok je napad. To je specifičen prehodni proces, med katerim se vzpostavijo stabilne lastnosti zvoka: glasnost, tember, višina. Vsak glasbeni zvok gre skozi tri stopnje - začetek, sredino in konec, začetna in končna stopnja pa imata določeno trajanje. Začetna faza se imenuje napad. Traja različno: za trbalnike, tolkala in nekatera pihala 0-20 ms, za fagot 20-60 ms. Napad ni samo povečanje glasnosti zvoka od nič do neke stalne vrednosti, lahko ga spremlja enaka sprememba višine in tembra. Poleg tega napadalne lastnosti instrumenta niso enake različna področja svoj razpon z drugačnim stilom igranja: violina je po bogastvu možnih izraznih prijemov napadov najpopolnejši inštrument.
Ena od značilnosti katerega koli glasbila je frekvenčno območje zvoka. Za vsak inštrument so poleg osnovnih frekvenc značilne še dodatne visokokakovostne komponente - nadtoni (ali, kot je v elektroakustiki navada, višji harmoniki), ki določajo njegov specifičen tember.
Znano je, da je zvočna energija neenakomerno porazdeljena po celotnem spektru zvočnih frekvenc, ki jih oddaja vir.
Za večino inštrumentov je značilno ojačanje osnovnih frekvenc, pa tudi posameznih prizvokov v določenih (enem ali več) razmeroma ozkih frekvenčnih pasovih (formantih), ki so pri vsakem inštrumentu različni. Resonančne frekvence (v hercih) formantne regije so: za trobento 100-200, rog 200-400, pozavno 300-900, trobento 800-1750, saksofon 350-900, oboo 800-1500, fagot 300-900, klarinet 250-600 .
Druga značilna lastnost glasbil je moč njihovega zvoka, ki je določena z večjo ali manjšo amplitudo (razponom) njihovega zvenečega telesa ali zračnega stebra (večja amplituda ustreza močnejšemu zvoku in obratno). Vrednost najvišjih akustičnih moči (v vatih) je: za veliki orkester 70, bas boben 25, timpane 20, mali boben 12, pozavno 6, klavir 0,4, trobento in saksofon 0,3, trobento 0,2, kontrabas 0.( 6, pikolo 0,08, klarinet, rog in trikotnik 0,05.
Razmerje med zvočno močjo, pridobljeno iz instrumenta pri izvajanju "fortissima" in zvočno močjo pri izvajanju "pianissima", se običajno imenuje dinamični obseg zvoka glasbil.
Dinamični razpon glasbenega zvočnega vira je odvisen od vrste nastopajoče skupine in narave izvedbe.
Upoštevajte dinamični razpon posameznih zvočnih virov. Pod dinamičnim razponom posameznih glasbil in zasedb (orkestrov in zborov različnih sestav), pa tudi glasov, razumemo razmerje največjega zvočnega tlaka, ki ga ustvarja določen vir, do minimalnega, izraženo v decibelih.
V praksi se pri določanju dinamičnega razpona vira zvoka običajno poslužujemo samo ravni zvočnega tlaka, pri čemer izračunamo ali izmerimo njihovo ustrezno razliko. Na primer, če je najvišja raven zvoka orkestra 90 in najmanjša 50 dB, potem naj bi bil dinamični razpon 90 - 50 = = 40 dB. V tem primeru sta 90 in 50 dB ravni zvočnega tlaka glede na ničelno akustično raven.
Dinamično območje za dani vir zvoka ni konstantno. Odvisno je od narave izvajanega dela in od akustičnih pogojev prostora, v katerem se izvaja. Reverb razširi dinamični razpon, ki je običajno dosežen največja vrednost v prostorih z veliko prostornino in minimalno absorpcijo zvoka. Skoraj vsi instrumenti in človeški glasovi imajo dinamični razpon, ki je neenakomeren po zvočnih registrih. Na primer, glasnost najnižjega zvoka na "forte" vokalista je enaka ravni najvišjega zvoka na "klavirju".

Dinamični razpon glasbenega programa je izražen na enak način kot pri posameznih zvočnih virih, le da je največji zvočni tlak zabeležen z dinamičnim odtenkom ff (fortissimo), najmanjši pa s pp (pianissimo).

Najvišja glasnost, navedena v notah fff (forte, fortissimo), ustreza ravni akustičnega zvočnega tlaka približno 110 dB, najnižja glasnost, navedena v notah prr (piano-pianissimo), pa približno 40 dB.
Treba je opozoriti, da so dinamični odtenki izvedbe v glasbi relativni in je njihova povezava z ustreznimi ravnmi zvočnega tlaka do neke mere pogojna. Dinamični razpon posameznega glasbenega programa je odvisen od narave skladbe. Tako dinamični razpon klasičnih del Haydna, Mozarta, Vivaldija redko presega 30-35 dB. Dinamični razpon raznolike glasbe običajno ne presega 40 dB, medtem ko ples in jazz - le približno 20 dB. Večina del za orkester ruskih ljudskih glasbil ima tudi majhen dinamični razpon (25-30 dB). To velja tudi za godbo na pihala. Vendar pa lahko najvišja raven zvoka godbe na pihala v prostoru doseže precej visoka stopnja(do 110 dB).

učinek maskiranja

Subjektivna ocena glasnosti je odvisna od pogojev, v katerih poslušalec zazna zvok. V realnih pogojih zvočni signal ne obstaja v popolni tišini. Hkrati zunanji hrup vpliva na sluh, otežuje zaznavanje zvoka in do določene mere prikrije glavni signal. Učinek maskiranja čistega sinusoidnega tona s tujim šumom je ocenjen z vrednostjo, ki kaže. za koliko decibelov se dvigne prag slišnosti maskiranega signala nad prag njegove zaznave v tišini.
Poskusi za določitev stopnje maskiranja enega zvočnega signala z drugim kažejo, da je ton katere koli frekvence veliko bolj učinkovito maskiran z nižjimi kot z višjimi. Na primer, če dve glasbeni vilici (1200 in 440 Hz) oddajata zvok z enako jakostjo, potem prenehamo slišati prvi ton, prikrije ga drugi (ko ugasnemo vibracijo druge glasbene vilice, bomo slišali spet prvi).
Če obstajata hkrati dva kompleksna zvočna signala, sestavljena iz določenih spektrov zvočnih frekvenc, pride do učinka medsebojnega maskiranja. Poleg tega, če glavna energija obeh signalov leži v istem območju zvočnega frekvenčnega območja, bo učinek maskiranja najmočnejši.Tako lahko pri prenosu orkestralnega dela zaradi maskiranja s spremljavo del solista postane slab berljiv, nerazločen.
Doseganje čistosti ali, kot pravijo, »prosojnosti« zvoka v prenosu zvoka orkestrov ali pop zasedb postane zelo težko, če instrument ali posamezne skupine instrumentov orkestra hkrati igrajo v istem ali tesnem registru.
Pri snemanju orkestra mora režiser upoštevati posebnosti preobleke. Na vajah s pomočjo dirigenta vzpostavlja ravnotežje med zvočno močjo inštrumentov ene skupine, pa tudi med skupinami celotnega orkestra. Jasnost glavnih melodičnih linij in posameznih glasbenih delov se v teh primerih doseže z bližino mikrofonov izvajalcem, premišljeno izbiro tonskega mojstra najpomembnejših instrumentov na danem mestu in drugimi posebnimi tehnikami zvočnega inženiringa. .
Pojavu maskiranja se zoperstavlja psihofiziološka sposobnost slušnih organov, da iz splošne množice izločijo enega ali več zvokov, ki nosijo največ. pomembna informacija. Na primer, ko igra orkester, dirigent opazi najmanjše netočnosti v izvedbi dela na katerem koli instrumentu.
Maskiranje lahko bistveno vpliva na kakovost prenosa signala. Jasno zaznavanje prejetega zvoka je možno, če njegova intenzivnost znatno presega raven interferenčnih komponent, ki so v istem pasu kot prejeti zvok. Pri enakomernih motnjah mora biti presežek signala 10-15 dB. Ta značilnost slušnega zaznavanja najde praktično uporabo, na primer pri ocenjevanju elektroakustičnih značilnosti nosilcev. Torej, če je razmerje med signalom in šumom analognega zapisa 60 dB, potem dinamični razpon posnetega programa ne sme biti večji od 45-48 dB.

Časovne značilnosti slušne zaznave

Slušni aparat je, tako kot vsak drug nihajni sistem, inercialen. Ko zvok izgine, slušni občutek ne izgine takoj, ampak postopoma in se zmanjša na nič. Čas, v katerem se občutek glede na glasnost zmanjša za 8-10 fonov, se imenuje časovna konstanta sluha. Ta konstanta je odvisna od številnih okoliščin, pa tudi od parametrov zaznanega zvoka. Če dva kratka zvočna impulza prispeta do poslušalca z enako frekvenčno sestavo in nivojem, vendar je eden od njih zakasnjen, bosta zaznana skupaj z zakasnitvijo, ki ne presega 50 ms. Pri velikih intervalih zakasnitve se oba impulza zaznata ločeno, pojavi se odmev.
Ta lastnost sluha se upošteva pri načrtovanju nekaterih naprav za obdelavo signalov, na primer elektronskih zakasnitvenih linij, odjekov itd.
Treba je opozoriti, da je zaradi posebne lastnosti sluha zaznavanje glasnosti kratkotrajnega zvočnega impulza odvisno ne le od njegove ravni, temveč tudi od trajanja vpliva impulza na uho. Tako kratkotrajni zvok, ki traja le 10-12 ms, uho zazna tišje kot zvok enake jakosti, vendar vpliva na uho na primer 150-400 ms. Zato je pri poslušanju prenosa glasnost rezultat povprečenja energije zvočnega valovanja v določenem intervalu. Poleg tega ima človeški sluh vztrajnost, zlasti pri zaznavanju nelinearnih popačenj jih ne čuti, če je trajanje zvočnega impulza krajše od 10-20 ms. Zato so v indikatorjih ravni gospodinjske radioelektronske opreme za snemanje zvoka trenutne vrednosti signala povprečene v obdobju, izbranem v skladu s časovnimi značilnostmi slušnih organov.

Prostorska predstavitev zvoka

Ena izmed pomembnih človekovih sposobnosti je sposobnost določanja smeri vira zvoka. Ta sposobnost se imenuje binauralni učinek in je razložena z dejstvom, da ima oseba dve ušesi. Eksperimentalni podatki kažejo, od kod prihaja zvok: eni za visokofrekvenčne tone, drugi za nizkofrekvenčne.

Zvok prepotuje krajšo pot do ušesa, ki je obrnjeno proti viru, kot do drugega ušesa. Zaradi tega se tlak zvočnih valov v ušesnih kanalih razlikuje po fazi in amplitudi. Amplitudne razlike so pomembne le pri visokih frekvencah, ko dolžina zvočnega valovanja postane primerljiva z velikostjo glave. Ko razlika v amplitudi preseže prag 1 dB, se zdi, da je vir zvoka na strani, kjer je amplituda večja. Kot odstopanja vira zvoka od središčne črte (simetrične črte) je približno sorazmeren z logaritmom razmerja amplitud.
Za določitev smeri vira zvoka s frekvencami pod 1500-2000 Hz so pomembne fazne razlike. Človeku se zdi, da zvok prihaja s strani, s katere val, ki je v fazi pred njim, doseže uho. Kot odstopanja zvoka od srednje črte je sorazmeren z razliko v času prihoda zvočnih valov do obeh ušes. Izurjena oseba lahko opazi fazno razliko s časovno razliko 100 ms.
Sposobnost določanja smeri zvoka v navpični ravnini je veliko manj razvita (približno 10-krat). Ta značilnost fiziologije je povezana z orientacijo slušnih organov v vodoravni ravnini.
Posebna značilnost Prostorsko zaznavanje zvoka s strani osebe se kaže v tem, da lahko slušni organi začutijo celotno, celovito lokalizacijo, ustvarjeno s pomočjo umetnih sredstev vpliva. Na primer, dva zvočnika sta nameščena v prostoru vzdolž sprednje strani na razdalji 2-3 m drug od drugega. Na enaki razdalji od osi povezovalnega sistema se poslušalec nahaja strogo v središču. V prostoru se skozi zvočnika oddajata dva zvoka iste faze, frekvence in jakosti. Zaradi istovetnosti zvokov, ki prehajajo v organ sluha, jih človek ne more ločiti, njegovi občutki dajejo idejo o enem samem, navideznem (virtualnem) viru zvoka, ki se nahaja strogo v središču na osi simetrije.
Če zdaj zmanjšamo glasnost enega zvočnika, se bo navidezni vir premaknil proti glasnejšemu zvočniku. Iluzijo gibanja vira zvoka je mogoče doseči ne le s spreminjanjem ravni signala, temveč tudi z umetno zakasnitvijo enega zvoka glede na drugega; v tem primeru se bo navidezni vir premaknil proti zvočniku, ki oddaja signal pred časom.
Naj navedemo primer za ponazoritev integralne lokalizacije. Razdalja med zvočniki je 2m, razdalja od sprednje linije do poslušalca je 2m; da bi se vir premaknil kot za 40 cm v levo ali desno, je potrebno uporabiti dva signala z razliko v stopnji jakosti 5 dB ali s časovnim zamikom 0,3 ms. Z razliko nivoja 10 dB ali časovnim zamikom 0,6 ms se vir "premakne" za 70 cm od središča.
Če torej spremenite zvočni tlak, ki ga ustvarjajo zvočniki, se pojavi iluzija premikanja vira zvoka. Ta pojav imenujemo popolna lokalizacija. Za ustvarjanje popolne lokalizacije se uporablja dvokanalni stereofonični sistem prenosa zvoka.
V primarni sobi sta nameščena dva mikrofona, ki delujeta vsak na svojem kanalu. V sekundarni - dva zvočnika. Mikrofoni so nameščeni na določeni razdalji drug od drugega vzdolž črte, ki je vzporedna s postavitvijo oddajnika zvoka. Ko se oddajnik zvoka premakne, bo na mikrofon deloval različen zvočni tlak in čas prihoda zvočnega vala bo drugačen zaradi neenake razdalje med oddajnikom zvoka in mikrofonoma. Ta razlika ustvarja učinek popolne lokalizacije v sekundarnem prostoru, zaradi česar je navidezni vir lokaliziran na določeni točki prostora, ki se nahaja med obema zvočnikoma.
Povedati je treba o binouralnem sistemu prenosa zvoka. Pri tem sistemu, imenovanem sistem "umetne glave", sta dva ločena mikrofona nameščena v primarni sobi, nameščena na razdalji drug od drugega, ki je enaka razdalji med ušesi osebe. Vsak od mikrofonov ima neodvisen kanal za prenos zvoka, na izhodu katerega se v sekundarnem prostoru vklopita telefona za levo in desno uho. Z enakimi kanali za prenos zvoka tak sistem natančno reproducira binauralni učinek, ustvarjen v bližini ušes "umetne glave" v primarni sobi. Prisotnost slušalk in potreba po njihovi dolgotrajni uporabi je pomanjkljivost.
Organ sluha določa razdaljo do vira zvoka s številnimi posrednimi znaki in z nekaterimi napakami. Odvisno od tega, ali je razdalja do vira signala majhna ali velika, se njegova subjektivna ocena spreminja pod vplivom različnih dejavnikov. Ugotovljeno je bilo, da če so določene razdalje majhne (do 3 m), je njihova subjektivna ocena skoraj linearno povezana s spremembo glasnosti vira zvoka, ki se premika po globini. Dodaten dejavnik za kompleksen signal je njegov tember, ki postaja vedno bolj "težak", ko se vir približuje poslušalcu. To je posledica vse večjega povečanja prizvokov nizkega registra v primerjavi z prizvoki visokega registra, ki ga povzroči s posledično povečanjem glasnosti.
Za povprečne razdalje 3-10 m bo odstranitev vira od poslušalca spremljalo sorazmerno zmanjšanje glasnosti in ta sprememba bo enako veljala za osnovno frekvenco in za harmonične komponente. Posledično pride do relativne ojačitve visokofrekvenčnega dela spektra in tember postane svetlejši.
Z večanjem razdalje se bo izguba energije v zraku povečala sorazmerno s kvadratom frekvence. Povečana izguba prizvokov visokega registra bo povzročila zmanjšanje svetlosti tembra. Tako je subjektivna ocena razdalj povezana s spremembo njegove glasnosti in tembra.
V zaprtem prostoru signale prvih odbojev, ki so zakasnjeni za 20–40 ms glede na neposredno, uho zazna kot prihajajoče iz različnih smeri. Hkrati njihova naraščajoča zamuda ustvarja vtis pomembne oddaljenosti od točk, iz katerih izvirajo ti odboji. Tako lahko glede na čas zakasnitve ocenimo relativno oddaljenost sekundarnih virov ali, kar je enako, velikost prostora.

Nekatere značilnosti subjektivnega dojemanja stereo oddaj.

Stereofonični sistem prenosa zvoka ima številne pomembne lastnosti v primerjavi s konvencionalnim monofonim.
Kakovost, ki odlikuje stereofonični zvok, prostorski, tj. naravno akustično perspektivo je mogoče oceniti z nekaterimi dodatnimi indikatorji, ki pri monofonični tehniki prenosa zvoka niso smiselni. Ti dodatni indikatorji vključujejo: slušni kot, tj. kot, pod katerim poslušalec zaznava zvočno stereo sliko; stereo ločljivost, tj. subjektivno določena lokalizacija posameznih elementov zvočne slike na določenih točkah prostora znotraj kota slišnosti; akustično ozračje, tj. učinek, da se poslušalec počuti prisotnega v primarnem prostoru, kjer se oddani zvočni dogodek zgodi.

O vlogi prostorske akustike

Sijaj zvoka je dosežen ne le s pomočjo opreme za reprodukcijo zvoka. Tudi z dovolj dobro opremo je lahko kakovost zvoka slaba, če prostor za poslušanje nima določenih lastnosti. Znano je, da v zaprtem prostoru pride do pojava prekomernega ozvočenja, imenovanega odmev. Z vplivom na slušne organe lahko odmevanje (odvisno od trajanja) izboljša ali poslabša kakovost zvoka.

Oseba v prostoru ne zaznava le neposrednih zvočnih valov, ki jih ustvarja neposredno vir zvoka, temveč tudi valove, ki jih odbijajo strop in stene prostora. Odbiti valovi so še nekaj časa slišni po prenehanju vira zvoka.
Včasih se verjame, da odbiti signali igrajo le negativno vlogo in motijo ​​zaznavanje glavnega signala. Vendar je ta pogled napačen. Določen del energije začetnih odbitih odmevnih signalov, ki s kratkimi zamiki dosežejo ušesa osebe, ojača glavni signal in obogati njegov zvok. Nasprotno, kasneje odbiti odmevi. katerih zakasnitveni čas presega določeno kritično vrednost, tvorijo zvočno ozadje, ki otežuje zaznavanje glavnega signala.
Prostor za poslušanje ne sme imeti dolgega časa odmeva. Dnevne sobe imajo običajno nizek odmev zaradi svoje omejene velikosti in prisotnosti površin, ki absorbirajo zvok, oblazinjenega pohištva, preprog, zaves itd.
Za pregrade različnih narave in lastnosti je značilen koeficient absorpcije zvoka, ki je razmerje med absorbirano energijo in celotno energijo vpadnega zvočnega vala.

Da bi povečali zvočne absorpcijske lastnosti preproge (in zmanjšali hrup v dnevni sobi), je priporočljivo, da preprogo ne obesite blizu stene, ampak z razmikom 30-50 mm).