СОВЕТЫ ПОЛЬЗОВАТЕЛЮ. АКУСТИКА
Слуховые галлюцинации
О том, что психоакустика – это наука, которая изучает различные аспекты восприятии звука человеком, мы уже знаем. В предыдущих статьях в рамках конкретных тем уделялось немало влияния различным ее подразделам. В основном речь шла о насущных проблемах, волнующих потребителя, таких как, например, звукоизоляция жилого помещения. На страницах этого материала давайте попробуем восполнить небольшой, но все же существующий пробел в теории психоакустики. Точнее в той ее части, которая связана с человеческим слухом.
Одна из важнейших слуховых возможностей человека основана на бинауральном эффекте. Слово «бинауральный» происходит от двух латинских слов «bini» и «auris», первое из которых значит «пара», а второе «ухо». Этот эффект отвечает за способность человека и высших животных, к коим наука относит и нас с вами, определять направление источника звука. Нетрудно догадаться, что звук быстрее достигает того уха, которое обращено к источнику звуковых волн. Именно на временной разности прихода волн в каждое из ушей основан данный эффект. Считается, что человек способен отмечать направление источника звука с точностью до 3 градусов.
Наличие бинаурального эффекта определяет способность человека локализовать звук и его источник. Легко заметить, что люди, у которых проблемы со слухом, например, одно ухо слышит значительно лучше другого, с трудом определяют направление слышимого ими звука. Таким людям чаще приходится крутить головой в разные стороны, чтобы уточнить местоположение источника звука. Существует два основных вида локализации звука: по фазе и по амплитуде. Когда речь идет об амплитудном эффекте, то определение источника звука связано с разностью громкостей, которые определяют уши. Если же речь идет о фазовом эффекте, то локализация обусловлена временем регистрации звуковой волны в каждом из ушей. Локализовать звук в случае фазового бинаурального эффекта можно лишь для волн невысоких частот. Чаще этот порог определяют на уровне 800-1000 Гц. Для звуков более высоких частот локализация совершается с помощью различения громкостей в ушах, то есть в основе лежит амплитудная «регистрация». На самом деле, этот вопрос недостаточно хорошо исследован с научной точки зрения. Например, существует группа ученых, которые убеждены, что обе разновидности эффекта всегда работают совместно. Однако, это не 100% признанный научным сообществом факт.
В реальном мире пространственная локализация звука опирается не только на возможности слуха, но и на общую оценку реальности органами восприятия. В частности, на зрительную картину мира. С точки зрения психологии, оценка окружающего пространства происходит на основе сравнения слышимого и видимого, то есть человек осмысливает звук (речь, музыку) в соответствии с тем, что он видит. Конечно, нельзя говорить, что это свойственно совершенно любой ситуации, но чаще всего это так. Можно привести пример. Находясь в аудитории университета, где лектор пользуется средствами звукоусиления, слушатели понимают, что источник звука в конечном варианте – это громкоговорители. Однако если они не дремлют, а действительно увлечены обсуждаемым, то, скорее всего, глаза их открыты, и мозг делает поправку на то, что источник звука все-таки сам лектор, а не колонки, стоящие справа и слева от него. То есть говорить о слуховой локализации звука можно только тогда, когда не активированы другие органы восприятия. Иначе, речь идет о комплексном восприятии реальности.
С этим (бинауральным) эффектом связано другое не менее важное свойство, называемое эффектом биения. Представим, что в правое ухо поступает сигнал в 550 Гц, а в левое – 562 Гц. В результате этого в мозгу формируются как бы биения частотой в 12 Гц. Этот звук слышим и ощущаем только в человеческом мозге или в сознании, то есть можно сказать, что он искусственный. Эффект возникает тогда, когда два сигнала приходят в уши одновременно. В результате того, что колебания как бы складываются мозгом, возникает модуляция амплитуды сигнала с частотой, равной разности исходных частот. Именно на этом базовом эффекте основаны технологии синхронизации работы полушарий мозга, более известные под брендом «Hemi-Sync». С помощью специально разработанных аудиоритмов в комбинации с различными естественными природными шумами вроде морских волн, ветра и т.п., данные записи позволяют слушателю достигнуть состояний расслабления, концентрации, уменьшить боль, побороть стресс, улучшить качество сна, поднять настроение.
Впервые бинауральные биения были обнаружены в 1839 году немцем Г.Давом. Считается, что люди научились слышать бинауральные биения в результате эволюционной адаптации. Дело в том, что многие животные способны делать то же самое из-за развитых соответствующих отделов своего мозга. Интересен и тот факт, что диапазон частот, в которых животное может слышать бинауральные ритмы, напрямую зависит от размеров его черепа. Например, для человека несущая частота должна быть ниже 1 кГц. Длина волны такого сигнала не превышает размеры среднестатистической черепной коробки, поэтому огибает голову по принципу дифракции. В обычной ситуации, когда звук в одно ухо приходит с опозданием, мозг вычисляет информацию о направлении звука и его источнике. В случае же с одновременным приходом разночастотных, но близких сигналов в разные уши, мозг накладывает их друг на друга и в результате путем вычитания вычисляет третью частоту, которую и называют бинауральным ритмом. Эту активность также можно фиксировать с помощью электроэнцефалограммы.
В предыдущем материале мы обсуждали новую технологию воспроизведения и записи звука под общим названием «аурализация». В тот раз мы не стали заострять внимание на классических определениях этого термина. Тем не менее, сегодня придется к ним прибегнуть. По одному из определений, аурализация – это технология создания цифровых моделей бинауральных записей в моделируемых помещениях. Если вы помните, то речь там шла как раз о том, чтобы слушатель был способен при воспроизведении подобной записи почувствовать себя в конкретном месте относительно конкретного помещения, точнее его модели, будь то греческий амфитеатр или ГКЦЗ «Россия». По сути, вся технология аурализации основана на возможностях, которые предоставляет инженерам существование бинаурального эффекта. Существует даже понятие бинауральных импульсных характеристик помещения (BRIR), набор которых является по сути цифро-звуковым кодом заданного помещения. На английском языке аббревиатура BRIR расшифровывается, как «binaural room impulse response». Набор этих кодов несет информацию о расположении в пространстве и свойствах звукового источника, о помещении в целом, о свойствах приемника звука и всех этапах обработки звука, в том числе внутри слухового аппарата человека. Стадии, которым соответствуют виды обработки слышимого звука в голове и ушных раковинах обычно представляют собой уже готовые базы данных или библиотеки, в которых содержатся описательные функции данных процессов.
Последнюю часть данного материала я хотел бы посвятить теме, которая проливает свет на многие вопросы, связанные с психоакустикой. Для начала стоит уточнить, что восприятие – это многогранный процесс приема и обработки сенсорной информации от всех органов чувств, которые формирует субъективный, хотя и целостный образ объекта, который, так или иначе, воздействует на эти самые органы чувств. Самое важное, что можно и нужно усвоить из этого витиеватого определения – это то, что восприятие вещь сугубо субъективная. Мало того, нет никаких доказательств, что все люди и животные слышат один и тот же звук одинаково. А вот то, что один и тот же звук мы можем слышать по-разному, как раз следует из определения восприятия. Оно субъективно. Однако общие моменты все же возможно изучать и подвергать анализу. Что и показывает обсуждаемая нами технология аурализации. Если создается звуковая модель греческого амфитеатра, то общее ощущение большого зала будет ощутимо для каждого слушателя этой записи. Однако, вряд ли, слушающие, если они не будут знать, звуковую модель чего они слышат, смогут определить в звуке именно греческий амфитеатр. То есть каждый будет слышать что-то свое. Это косвенно подтверждает и такое понятие, как нелинейность слуха. В первую очередь она проявляется в том, что человек может слышать то, чего на самом деле нет. В начале статьи мы уже упоминали так называемый эффект биения. Речь шла о подачи на слуховую систему двух близких по частоте тонов с разницей около 5-10 Гц. Тогда появляется некий средний звук (несуществующий в реальной звуковой картине) с частотой, равной разнице двух основных тонов. При разности частот выше 15 Гц эффект биения исчезает и человек вполне отчетливо слышит два исходных тона. Естественно, если речь идет не о прослушивании музыки в наушниках, то звуковосприятие в разных точках помещения будет разным.
В заключение стоит сказать, что психоакустика - наука относительно молодая. Реальные исследования слухового аппарата пока не продвинулись настолько далеко, чтобы уверенно заявлять о том, как именно происходит процесс восприятия любых звуков. Например, до сих пор точно не решен вопрос о том, как воспринимаются звуки ниже 100 Гц. Дело в том, что на мембране в ухе, которая отвечает за восприятие звуков, нет участка, определенного непосредственно под частоты ниже 100 Гц. По идее, мы как бы и не должны слышать эти звуки. Однако на деле происходит иначе.
Вопросов, на которые психоакустика сегодня ответить не в состоянии, еще немало. А тема слишком велика для того, чтобы уместиться в рамках обычной статьи. Поэтому, на сегодня разговор закончу небольшим, но добрым советом. В таком тонком вопросе, как звук, слушайте других, но доверяйте себе. Ведь никто, кроме вас самих, не способен прочувствовать субъективные аспекты восприятия звука и музыки, свойственные именно вам.
Евгений Курышев
