Psühhoakustika

Allikas: Vikipeedia

Psühhoakustika on teadusharu, mis uurib kuulmistaju ning heli subjektiivsete omaduste (helikõrgus, helivaljus, tämber jne) seost heli objektiivsete omadustega (helisagedus, helitugevus, helispekter jne)[1] ning heli psühholoogilist ja füsioloogilist mõju[viide?]. Psühhoakustika on interdistsiplinaarne valdkond, mis piirneb muu hulgas psühholoogia, akustika, elektrotehnika, füüsika, bioloogia, füsioloogia ja arvutiteadusega.[2] Psühhoakustika on üks psühhofüüsika valdkondi[viide?].

Ajalugu[muuda | muuda lähteteksti]

Gustav Fechner

Esimesed avastused psühhoakustikas tehti tänu 19. sajandi uurimistööle, mille algatas Gustav Fechner, kes oli üks esimesi eksperimentaalpsühholooge ning psühhofüüsika ja psühhofüsioloogia loojaid ja teerajajaid.

Gustav Fechner kodifitseeris idee ühendada füüsilised ja pertseptuaalsed muutujad. Fechenri nn psühhofüüsiline seadus väidab, et tajumine on seotud logarütmiliselt füüsilise maailmaga. See tähendab, et füüsiliste muutujate korrutamine vastab asjaomaste tunnetuslike muutujate lisamisele. Fechneri seadus kehtib mitme helisignaali muutuja kohta, sealhulgas helikõrguse ja -valjuse kohta.[3] Saksa füüsik Hermann von Helmholtz oli esimesi teadlasi, kes avastas seoseid tämbri ja füüsikaliste muutujate vahel.[4] Matemaatilise uuringu alusel leidis John William Strutt palju vasteid peamistele akustika probleemidele, mille ta avaldas 1877. aastal oma töös "Theory of Sound". See avas võimaluse esitada füüsikalise akustika põhiprintsiipe ja uurimismeetodeid, võimaldades seeläbi teaduslikku uuringut paljudele auditoorsetele ilmingutele. 1879. aastal asutas Wilhem Wundt Lepzigis psühholoogialabori, mis hiljem sai tuntuks ka eksperimentaalpsühholoogia mekana. Tema tööde fookusesse jäi helivaljuse, komplekssete helide ja müra helitaju uurmine. [5]

20. sajandi lõpus jõudis psühhoakustika esiplaanile. Tehnoloogilise revolutsiooni tõttu tekkisid uued võimalused heliga töötamiseks, sealhulgas ka arvuti muusikalise tehnoloogia võimalused. See oli tugevaks aluseks audiotehnoloogia arenemiseks, kui ka ruumilise heli arenemiseks. Tänapäevani pole ruumipildi põhimõtted täielikult mõistetavad.[6]

Uurimise põhjus[muuda | muuda lähteteksti]

Paljudes akustika rakenduses ja helisignaalide töötlemistes on tarvis teada mida inimesed kuulevad. Helirõhulained on tänapäevase tehnoloogia abil täpselt mõõdetavad, kuid ei ole lihtne mõista, kuidas heli meie ajus on kuvatud. Heli kujutab endast pidevat analoogsignaali (eeldusel, et õhumolekulid on tohutult väikesed) võivad teoreetiliselt üle anda piiramatu hulga informatsiooni (kuna on olemas lõpmatu arv võnkumisi, mis sisaldavad teavet amplituudi ja faasi kohta). Kujutlusprotsesside mõistmine võimaldab teadlastel ja inseneridel keskenduda kuulmisvõimalustele ja mitte võtta arvesse teiste süsteemide vähem tähtsaid omadusi. Samuti on oluline märkida, et küsimus, mida inimene kuuleb, ei ole ainult kõrva füsioloogiliste võimaluste küsimus, vaid paljudes aspektides ka arusaama psühholoogia küsimus.

Kuulmise füüsilised piirangud[muuda | muuda lähteteksti]

Inimese nominaalne kuulmissageduste ulatus on 20 – 20 000 Hz. Kõrgsageduste kuulmisulatus vananedes kahaneb ja enamik täiskasvanuid ei kuule üle 16 000 Hz. Madalaim tunnustatud muusikalise tooni sagedus on 12 Hz (täiuslikes laboratoorsetes tingimustes). Inimkõrv ei reageeri sagedustele alla 20 Hz, kuid need on tajutavad läbi teiste meelte.[7]

Tajutavate helisignaalide helitugevus on suur. Kõrvakile on tundlik ainult rõhu muutuste suhtes. Helitugevust mõõdetakse tavaliselt detsibellides (dB). Tundlikkuse alumine piirang on defineeritud kui 0 dB. See piir sõltub sellest kui kaua kuultatakse heliallikat. Kõrv suudab taluda lühiajalist helivaljudust kuni 120 dB ilma tagajärgeta, kuid pikaajaline viibimine alates 80 dB helikeskonnas võib põhjustada kuulmislangust.[6]

Fletcheri-Munsoni kurv[muuda | muuda lähteteksti]

Joonis 1. Samavaljuskõverad, mis on tuletatud Fletcheri-Munsoni töö põhjal

Teadlased Fletcher ja Munson andsid eksperimendi käigus inimgrupile kuulata erinevaid helisid, muutes helitugevust, kuni rühm kinnitas, et need helid sarnanevad esialgsele helile. Sellest tulenevalt selgus, et inimkõrva kuulmine ei ole tegelikkuses lineaarne kõikide sageduste suhtes. Heli mõnel sagedusel tundub inimkõrvale valjem kui samal rõhuamplituudil teine sagedus. Fechneri seadus kehtib mitme helisignaali muutuja kohta, sealhulgas pikkuse ja valjuse kohta.

Graafikust (joonisel 1) on võimalik järeldada, mida madalama helirõhuga on heliallikas seda vaiksem kuuldavus kõrgemate ja madalate sageduste suhtes, mistõttu tuleb nende helinivoo taset tõsta, et inimesele tajutav sagedusriba oleks ühtlane.

Üks Fletcheri-Munsoni nähtuse põhjuseks on meie kõrvalesta mehaanilise konstruktsiooni eripära. Kõhred millest kõrvalest on ehitatud aitab sagedusi filtreerida. Selle nähtuse evolutsiooniline põhjus seisneb selles, et isegi kõige vaiksemal tasemel oleks keskmisi sagedusi kuulda, mis on ühtlasi ka kõnetuvastuse aluseks. [8]

Tänapäeval on standardiks samavaljuskõverad (ISO 226:2003), mis nüüdisaegsete katsetuste alusel sisaldavad täpsemaid tulemusi.

Psühhoakustilised nähtused[muuda | muuda lähteteksti]

Maskeeringuefekt[muuda | muuda lähteteksti]

Maskeeringuefekt on valjude helide võime varjutada vaiksemaid. Kui kaks heli paiknevad ühes ja samas sagedusvahemikus, siis suurema helinivooga heliallikas maskeerib vaiksema. Lisaks sellele madalama sagedusega helid maskeerivad kõrgema sagedusega helisid. Näitena saab tuua rongi möödasõidu inimeste kõne ajal, kus rongi heli maskeerib teise. Helitöötlemises, et vältida maskeeringu efekti, peab oskuslikult kasutama ekvalisatsiooni ja panoraami.[9]

Haasi efekt[muuda | muuda lähteteksti]

Haasi efekt on psühhoakustiline nähtus, mis hõlmab heliallika lokaliseerimist. Kui kaks heliallikat esitatakse meie kõrvadele samal helinivoo tasemel, aga üks saabub vaid mõni millisekund hiljem, siis kuulmismehhanism hindab heli suunaks suuna, mis varem kõrva saabus.[10]

Levitini efekt[muuda | muuda lähteteksti]

Levitini efekt kirjeldab fenomeni inimeste (ka muusikaliselt treenimata) tendentsist mäletada laule õiges või ligilähedases muusikalises võtmes.[11]

Viited[muuda | muuda lähteteksti]

  1. Glen Ballou (toim). Handbook for Sound Engineers, 4. trükk, Burlington: Focal Press 2008, lk 43.
  2. Glen Ballou (toim). Handbook for Sound Engineers, 4. trükk, Burlington: Focal Press 2008, lk 43.
  3. http://acousticslab.org/psychoacoustics/PMFiles/Module01.htm
  4. "La psychoacoustique".
  5. August Schick. "History of Psychoacoustics". 26.03.2015. Kasutatud 16.10.2017.
  6. 6,0 6,1 Irina Aldoshina. [. http://www.625-net.ru"Основы психоакустики"]. Kasutatud 06.10.2017.
  7. "Music, Physics and Engineering". Kasutatud 06.10.2017.
  8. Manifold-Studio. "Кривая Флетчера-Мэнсона".
  9. Alexander Kovalenko. "Эффект маскировки звука".
  10. https://www.sweetwater.com/insync/haas-effect/
  11. http://edoc.ku-eichstaett.de/9977/

Välislingid[muuda | muuda lähteteksti]