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 leiti läbi uurimiste 19. sajandil Gustav Fechneri algatusel, kes oli üks esimesi eksperimentaalpsühhologiste ning psühhofüüsika ja psühhofüsioloogia looja 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 helikõrgus ja -valjudus.[3] Saksa füüsik Hermann von Helmhotz 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 avaldas ta 1877 aastal oma töös "Theory of Sound". See avas võimaluse esitada füüsikalise akustika põhiprintsiipe ja uurimismeetode, võimaldades seeläbi teaduslikku uuringut paljudele auditoorsetele ilmingutele. 1879. aastal austas Wilhem Wundt Lepzigis psühholoogia labori, mis hilisemalt sai tuntuks ka kui eksperimentaalpsühholoogia meka. Tema tööde fookusesse jäi helivaljuduse, 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 mõõdetav, kuid ei ole lihtne mõista kuidas heli meie ajus on kuvatud. Heli kujutab endast pidevat analoogsignaali (eeldades 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 Hz kuni 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 0dB. See piir sõltub sellest kui kaua kuultatakse heliallikat.  Kõrv suudab taluda lühiajalist helivaljudust kuni 120dB ilma tagajärgeta, kuid pikaajaline viibimine alates 80dB helikeskonnas võib põhjustada kuulmislangust.[6]

Fletcher-Munsoni kurv[muuda | muuda lähteteksti]

Pilt.1, Samavaljuskõverad, mis on tuletatud Fletcher-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 pikkus ja valjetus.

Graafikust (Pilt.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 Fletcher-Munsoni nähtuse põhjuseks on meie kõrvalesta mehaanilise konstruktsiooni eripära. Kõhred millest kõrvalest on ehitatud aitab sagedusi filtreerida. Selle nähtuse evolutsiooniline põjus seisneb selles, et isegi kõige vaiksemal tasemel keskmisi sagedusi oleks kuulda, mis on ütlasi ka kõnetuvastuse aluseks. [8]

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

Psühhoakustilised nähtused[muuda | muuda lähteteksti]

Maskeeringu efekt[muuda | muuda lähteteksti]

Maskeeringu efekt 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 makseerivad 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 psühhoakusiline nähtus, mis hõlmab helialikka lokaliseerimist. Kui kaks heliallikat esitatakse meie kõrvadele samal helinivoo tasemel, kuid üks saabub vaid mõni millisekundi 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]