Il concetto di suono e rumore. Il potere del suono.
Il suono è un fenomeno fisico, che è la propagazione di vibrazioni meccaniche sotto forma di onde elastiche in un mezzo solido, liquido o gassoso. Come ogni onda, il suono è caratterizzato da ampiezza e spettro di frequenza. L'ampiezza di un'onda sonora è la differenza tra il più alto e il più alto basso valore densità. La frequenza del suono è il numero di vibrazioni dell'aria al secondo. La frequenza è misurata in Hertz (Hz).
Le onde con frequenze diverse sono percepite da noi come suoni di altezze diverse. Il suono con una frequenza inferiore a 16 - 20 Hz (intervallo dell'udito umano) è chiamato infrasuono; da 15 - 20 kHz a 1 GHz, - mediante ultrasuoni, da 1 GHz - mediante ipersuono. Tra i suoni udibili si possono distinguere i suoni fonetici (suoni del parlato e fonemi che compongono il discorso orale) e i suoni musicali (che compongono la musica). I suoni musicali contengono non uno, ma diversi toni e talvolta componenti di rumore in un'ampia gamma di frequenze.
Il rumore è un tipo di suono, è percepito dalle persone come un fattore sgradevole, disturbante o addirittura doloroso che crea disagio acustico.
Per quantificazione buon uso dei parametri medi determinati sulla base di leggi statistiche. L'intensità del suono è un termine obsoleto che descrive una grandezza simile, ma non identica, all'intensità del suono. Dipende dalla lunghezza d'onda. Unità di intensità sonora - bel (B). Livello audio più spesso Totale misurato in decibel (0,1B). Una persona a orecchio può rilevare una differenza nel livello del volume di circa 1 dB.
Per misurare il rumore acustico, Stephen Orfield ha fondato l'Orfield Laboratory a South Minneapolis. Per ottenere un silenzio eccezionale, la stanza utilizza piattaforme acustiche in fibra di vetro spesse un metro, doppie pareti in acciaio coibentato e cemento spesso 30 cm.La stanza blocca il 99,99% dei suoni esterni e assorbe quelli interni. Questa fotocamera viene utilizzata da molti produttori per testare il volume dei loro prodotti, come valvole cardiache, suono del display del telefono cellulare, suono dell'interruttore del cruscotto dell'auto. Viene anche utilizzato per determinare la qualità del suono.
Suoni di intensità diversa hanno effetti diversi sul corpo umano. COSÌ Il suono fino a 40 dB ha un effetto calmante. Dall'esposizione al suono di 60-90 dB, c'è una sensazione di irritazione, affaticamento, mal di testa. Un suono con una forza di 95-110 dB provoca un graduale indebolimento dell'udito, stress neuropsichico e varie malattie. Un suono da 114 dB provoca intossicazione sonora come l'intossicazione alcolica, disturba il sonno, distrugge la psiche e porta alla sordità.
In Russia esistono norme sanitarie per il livello di rumore consentito, dove per vari territori e condizioni di presenza di una persona vengono indicati i limiti del livello di rumore:
Sul territorio del microdistretto è di 45-55 dB;
· nelle classi scolastiche 40-45 dB;
ospedali 35-40 dB;
· nell'industria 65-70 dB.
Di notte (23:00-07:00) i livelli di rumore dovrebbero essere inferiori di 10 dB.
Esempi di intensità del suono in decibel:
Fruscio di foglie: 10
Abitazioni: 40
Conversazione: 40–45
Ufficio: 50–60
Rumore del negozio: 60
TV, urla, risate a distanza di 1 m: 70-75
Strada: 70–80
Fabbrica (industria pesante): 70–110
Motosega: 100
Lancio del jet: 120–130
Rumore in discoteca: 175
Percezione umana dei suoni
Udito - capacità organismi biologici percepire i suoni con gli organi dell'udito. Il suono è generato da vibrazioni meccaniche. corpi elastici. Nello strato d'aria direttamente adiacente alla superficie del corpo oscillante si verificano condensazione (compressione) e rarefazione. Queste compressioni e rarefazioni si alternano nel tempo e si propagano ai lati sotto forma di un'onda elastica longitudinale, che raggiunge l'orecchio e provoca in prossimità di esso fluttuazioni periodiche di pressione che interessano l'analizzatore uditivo.
Una persona comune in grado di sentire le vibrazioni sonore nella gamma di frequenze da 16–20 Hz a 15–20 kHz. La capacità di distinguere le frequenze sonore dipende fortemente dall'individuo: età, sesso, suscettibilità alle malattie uditive, allenamento e affaticamento dell'udito.
Nell'uomo l'organo dell'udito è l'orecchio, che percepisce gli impulsi sonori, ed è anche responsabile della posizione del corpo nello spazio e della capacità di mantenere l'equilibrio. Questo è un organo accoppiato che si trova nelle ossa temporali del cranio, limitato dall'esterno dai padiglioni auricolari. È rappresentato da tre dipartimenti: l'orecchio esterno, medio e interno, ognuno dei quali svolge le sue funzioni specifiche.
L'orecchio esterno è costituito dal padiglione auricolare e dal meato uditivo esterno. Il padiglione auricolare negli organismi viventi funziona come un ricevitore onde sonore, che vengono poi trasferiti a parte interna apparecchio acustico. Il valore del padiglione auricolare nell'uomo è molto inferiore a quello degli animali, quindi nell'uomo è praticamente immobile.
Le pieghe del padiglione auricolare umano introducono piccole distorsioni di frequenza nel suono che entra nel condotto uditivo, a seconda della localizzazione orizzontale e verticale del suono. Pertanto, il cervello riceve informazioni aggiuntive per chiarire la posizione della sorgente sonora. Questo effetto viene talvolta utilizzato in acustica, anche per creare un senso di suono surround quando si utilizzano cuffie o apparecchi acustici. Il meato uditivo esterno termina alla cieca: è separato dall'orecchio medio dalla membrana timpanica. Le onde sonore captate dal padiglione auricolare colpiscono il timpano e lo fanno vibrare. A sua volta, fluttuazioni timpano trasmesso all'orecchio medio.
La parte principale dell'orecchio medio è cavità timpanica- un piccolo spazio con un volume di circa 1 cm³, situato nell'osso temporale. Ci sono tre ossicini uditivi qui: il martello, l'incudine e la staffa - sono collegati tra loro e all'orecchio interno (finestra del vestibolo), trasmettono vibrazioni sonore dall'orecchio esterno a quello interno, mentre le amplificano. La cavità dell'orecchio medio è collegata al rinofaringe da tromba d'Eustachio, attraverso il quale la pressione media dell'aria all'interno e all'esterno del timpano si equalizza.
L'orecchio interno, a causa della sua forma intricata, è chiamato labirinto. Il labirinto osseo è costituito dal vestibolo, dalla coclea e dai canali semicircolari, ma solo la coclea è direttamente correlata all'udito, all'interno della quale è presente un canale membranoso pieno di liquido, sulla cui parete inferiore è presente un apparato recettore dell'analizzatore uditivo ricoperto di cellule ciliate. Le cellule ciliate raccolgono le fluttuazioni nel fluido che riempie il canale. Ogni cellula ciliata è sintonizzata su una specifica frequenza sonora.
L'organo uditivo umano funziona come segue. I padiglioni auricolari raccolgono le vibrazioni dell'onda sonora e le dirigono verso il condotto uditivo. Attraverso di esso, le vibrazioni vengono inviate all'orecchio medio e, raggiungendo il timpano, provocano le sue vibrazioni. Attraverso il sistema degli ossicini uditivi, le vibrazioni vengono trasmesse ulteriormente - a orecchio interno(le vibrazioni sonore vengono trasmesse alla membrana della finestra ovale). Le vibrazioni della membrana fanno muovere il fluido nella coclea, che a sua volta fa vibrare la membrana basale. Quando le fibre si muovono, i peli delle cellule recettrici toccano la membrana tegumentaria. L'eccitazione si verifica nei recettori, che nervo uditivo Infine, viene trasmesso al cervello, dove, attraverso il medio e il diencefalo, l'eccitazione entra nella zona uditiva della corteccia cerebrale, situata nei lobi temporali. Ecco l'ultima distinzione della natura del suono, del suo tono, ritmo, forza, altezza e significato.
L'impatto del rumore sull'uomo
È difficile sopravvalutare l'impatto del rumore sulla salute umana. Il rumore è uno di quei fattori a cui non puoi abituarti. A una persona sembra solo di essere abituato al rumore, ma l'inquinamento acustico, agendo costantemente, distrugge la salute umana. Il rumore provoca una risonanza degli organi interni, consumandoli gradualmente in modo impercettibile per noi. Non per niente nel Medioevo ci fu un'esecuzione "sotto la campana". ronzio campana che suona torturava e uccideva lentamente i condannati.
Per molto tempo l'effetto del rumore sul corpo umano non è stato studiato in modo specifico, sebbene già nell'antichità si sapesse del suo danno. Attualmente, scienziati in molti paesi del mondo stanno conducendo vari studi per determinare l'impatto del rumore sulla salute umana. Prima di tutto, i sistemi nervoso, cardiovascolare e digestivo soffrono di rumore. Esiste una relazione tra morbilità e durata della permanenza in condizioni di inquinamento acustico. Si osserva un aumento delle malattie dopo aver vissuto per 8-10 anni se esposto a rumore con intensità superiore a 70 dB.
Il rumore prolungato influisce negativamente sull'organo dell'udito, riducendo la sensibilità al suono. L'esposizione regolare e prolungata al rumore industriale di 85-90 dB porta alla comparsa di perdita dell'udito (perdita dell'udito graduale). Se la potenza del suono è superiore a 80 dB, c'è il pericolo di perdita di sensibilità dei villi situati nell'orecchio medio - i processi dei nervi uditivi. La morte della metà di loro non porta ancora a una notevole perdita dell'udito. E se più della metà muore, una persona si tufferà in un mondo in cui non si sente il fruscio degli alberi e il ronzio delle api. Con la perdita di tutti i trentamila villi uditivi, una persona entra nel mondo del silenzio.
Il rumore ha un effetto cumulativo, ad es. l'irritazione acustica, che si accumula nel corpo, deprime sempre più il sistema nervoso. Pertanto, prima della perdita dell'udito dall'esposizione al rumore, un disturbo funzionale della centrale sistema nervoso. Il rumore ha un effetto particolarmente dannoso sull'attività neuropsichica del corpo. Il processo delle malattie neuropsichiatriche è più elevato tra le persone che lavorano in condizioni rumorose che tra le persone che lavorano in condizioni sonore normali. Tutti i tipi di attività intellettuale sono interessati, l'umore peggiora, a volte c'è una sensazione di confusione, ansia, paura, paura e ad alta intensità - una sensazione di debolezza, come dopo un forte shock nervoso. Nel Regno Unito, ad esempio, un uomo su quattro e una donna su tre soffrono di nevrosi a causa degli alti livelli di rumore.
I rumori causano disturbi funzionali del sistema cardiovascolare. I cambiamenti che si verificano nel sistema cardiovascolare umano sotto l'influenza del rumore hanno i seguenti sintomi: dolore al cuore, palpitazioni, instabilità del polso e pressione sanguigna, a volte c'è una tendenza agli spasmi dei capillari delle estremità e del fondo oculare. I cambiamenti funzionali che si verificano nel sistema circolatorio sotto l'influenza di un rumore intenso, nel tempo, possono portare a cambiamenti persistenti nel tono vascolare, contribuendo allo sviluppo dell'ipertensione.
Sotto l'influenza del rumore, i cambiamenti del metabolismo dei carboidrati, dei grassi, delle proteine e del sale, che si manifestano in un cambiamento nella composizione biochimica del sangue (diminuzione dei livelli di zucchero nel sangue). Il rumore ha un effetto dannoso sugli analizzatori visivi e vestibolari, riduce l'attività riflessa che spesso porta a incidenti e infortuni. Maggiore è l'intensità del rumore, peggio la persona vede e reagisce a ciò che sta accadendo.
Il rumore influisce anche sulla capacità intellettuale e attività didattiche. Ad esempio, il rendimento degli studenti. Nel 1992, a Monaco, l'aeroporto è stato spostato in un'altra parte della città. E si è scoperto che gli studenti che vivevano vicino al vecchio aeroporto, che prima della sua chiusura mostravano scarse prestazioni nel leggere e ricordare le informazioni, in silenzio hanno iniziato a mostrare molto migliori risultati. Ma nelle scuole della zona in cui è stato spostato l'aeroporto, il rendimento scolastico, al contrario, è peggiorato ei bambini hanno ricevuto una nuova scusa per i brutti voti.
I ricercatori hanno scoperto che il rumore può distruggere cellule vegetali. Ad esempio, gli esperimenti hanno dimostrato che le piante bombardate da suoni si seccano e muoiono. La causa della morte è l'eccessivo rilascio di umidità attraverso le foglie: quando il livello di rumore supera un certo limite, i fiori escono letteralmente con le lacrime. L'ape perde la capacità di navigare e smette di lavorare con il rumore di un aereo a reazione.
La musica moderna molto rumorosa offusca anche l'udito, provoca malattie nervose. Nel 20 per cento dei giovani uomini e donne che ascoltano spesso musica contemporanea di tendenza, l'udito si è rivelato offuscato nella stessa misura degli 85enni. Di particolare pericolo sono i giocatori e le discoteche per adolescenti. Tipicamente, il livello di rumore in una discoteca è di 80–100 dB, che è paragonabile al livello di rumore del traffico pesante o di un turbojet che decolla a 100 m. Il volume del suono del lettore è di 100-114 dB. Il martello pneumatico funziona in modo quasi assordante. I timpani sani possono tollerare un volume del giocatore di 110 dB per un massimo di 1,5 minuti senza danni. Scienziati francesi osservano che i problemi di udito nel nostro secolo si stanno diffondendo attivamente tra i giovani; man mano che invecchiano, è più probabile che siano costretti a indossare apparecchi acustici. Anche un livello di volume basso interferisce con la concentrazione durante il lavoro mentale. La musica, anche se è molto tranquilla, riduce l'attenzione: questo dovrebbe essere preso in considerazione durante l'esecuzione compiti a casa. Quando il suono diventa più forte, il corpo rilascia molti ormoni dello stress, come l'adrenalina. Questo restringe i vasi sanguigni, rallentando il lavoro dell'intestino. In futuro, tutto ciò può portare a violazioni del cuore e della circolazione sanguigna. La perdita dell'udito dovuta al rumore è una malattia incurabile. È quasi impossibile riparare chirurgicamente un nervo danneggiato.
Siamo influenzati negativamente non solo dai suoni che sentiamo, ma anche da quelli che sono al di fuori del range di udibilità: in primis gli infrasuoni. Gli infrasuoni in natura si verificano durante terremoti, fulmini e forti venti. In città, le fonti di infrasuoni sono macchine pesanti, ventilatori e qualsiasi apparecchiatura che vibri . Gli infrasuoni con un livello fino a 145 dB provocano stress fisico, affaticamento, mal di testa, interruzione dell'apparato vestibolare. Se l'infrasuono è più forte e più lungo, una persona può avvertire vibrazioni al petto, secchezza delle fauci, disabilità visiva, mal di testa e vertigini.
Il pericolo degli infrasuoni è che è difficile difendersi: a differenza del rumore ordinario, è praticamente impossibile da assorbire e si diffonde molto di più. Per sopprimerlo, è necessario ridurre il suono nella sorgente stessa con l'ausilio di attrezzature speciali: silenziatori di tipo reattivo.
Il silenzio completo danneggia anche il corpo umano. Così, i dipendenti di un ufficio di progettazione, che disponeva di un eccellente isolamento acustico, già una settimana dopo hanno iniziato a lamentarsi dell'impossibilità di lavorare in condizioni di silenzio opprimente. Erano nervosi, hanno perso la loro capacità lavorativa.
esempio concreto l'impatto del rumore sugli organismi viventi può essere considerato il seguente evento. Migliaia di pulcini non schiusi sono morti a causa del dragaggio effettuato dalla società tedesca Moebius su ordine del Ministero dei Trasporti dell'Ucraina. Il rumore dell'attrezzatura di lavoro è stato trasportato per 5-7 km, rendendo Influenza negativa ai territori adiacenti della Riserva della Biosfera del Danubio. I rappresentanti della Riserva della biosfera del Danubio e di altre 3 organizzazioni sono stati costretti a dichiarare con dolore la morte dell'intera colonia della sterna variegata e della sterna comune, che si trovavano sullo sputo di Ptichya. Delfini e balene si lavano sulla riva a causa dei forti suoni del sonar militare.
Fonti di rumore in città
I suoni hanno l'effetto più dannoso su una persona nelle grandi città. Ma anche nei paesi di periferia si può soffrire di inquinamento acustico causato dai dispositivi tecnici funzionanti dei vicini: un tosaerba, un tornio o un centro musicale. Il rumore da loro può superare le norme massime consentite. Eppure il principale inquinamento acustico si verifica in città. La fonte di esso nella maggior parte dei casi sono i veicoli. La maggiore intensità dei suoni proviene da autostrade, metropolitane e tram.
Trasporto a motore. I livelli di rumore più elevati si osservano nelle strade principali delle città. L'intensità media del traffico raggiunge i 2000-3000 veicoli all'ora e oltre ei livelli massimi di rumore sono di 90-95 dB.
Il livello del rumore stradale è determinato dall'intensità, dalla velocità e dalla composizione del flusso di traffico. Inoltre, il livello del rumore stradale dipende dalle decisioni di pianificazione (profilo longitudinale e trasversale delle strade, altezza e densità degli edifici) e da elementi paesaggistici come la copertura stradale e la presenza di spazi verdi. Ciascuno di questi fattori può modificare il livello del rumore del traffico fino a 10 dB.
In una città industriale, è comune un'alta percentuale di trasporto merci sulle autostrade. L'aumento del flusso generale di veicoli, autocarri, in particolare autocarri pesanti con motore diesel, comporta un aumento dei livelli di rumore. Il rumore che si verifica sulla carreggiata dell'autostrada si estende non solo al territorio adiacente all'autostrada, ma anche in profondità negli edifici residenziali.
Trasporto ferroviario. L'aumento della velocità dei treni comporta anche un aumento significativo dei livelli di rumore nelle aree residenziali situate lungo le linee ferroviarie o in prossimità degli scali di smistamento. Il livello massimo di pressione sonora a una distanza di 7,5 m da un treno elettrico in movimento raggiunge 93 dB, da un treno passeggeri - 91, da un treno merci -92 dB.
Il rumore generato dal passaggio dei treni elettrici si diffonde facilmente in un'area aperta. L'energia sonora diminuisce in modo più significativo a una distanza dei primi 100 m dalla sorgente (di 10 dB in media). A una distanza di 100-200, la riduzione del rumore è di 8 dB e a una distanza di 200-300 solo di 2-3 dB. La principale fonte di rumore ferroviario è l'impatto delle auto durante la guida in corrispondenza dei giunti e delle rotaie irregolari.
Di tutti i tipi di trasporto urbano il tram più rumoroso. Le ruote in acciaio di un tram quando si muovono su rotaia creano un livello di rumore superiore di 10 dB rispetto alle ruote delle auto a contatto con l'asfalto. Il tram crea carichi di rumore quando il motore è in funzione, aprendo le porte e segnali sonori. L'elevato livello di rumore del traffico tramviario è uno dei motivi principali della riduzione delle linee tranviarie nelle città. Tuttavia, il tram ha anche una serie di vantaggi, quindi riducendo il rumore che crea, può vincere la concorrenza con altri modi di trasporto.
Il tram ad alta velocità è di grande importanza. Può essere utilizzato con successo come principale modalità di trasporto nelle città di piccole e medie dimensioni e nelle grandi città - come urbane, suburbane e persino interurbane, per la comunicazione con nuove aree residenziali, zone industriali, aeroporti.
Trasporto aereo. Il trasporto aereo occupa una quota significativa del regime acustico di molte città. Spesso gli aeroporti dell'aviazione civile si trovano in prossimità di aree residenziali e le rotte aeree passano su numerosi insediamenti. Il livello di rumore dipende dalla direzione delle piste e delle traiettorie di volo degli aeromobili, dall'intensità dei voli durante il giorno, dalle stagioni dell'anno e dai tipi di aeromobili basati su questo aeroporto. Con il funzionamento intensivo degli aeroporti 24 ore su 24, i livelli sonori equivalenti in un'area residenziale raggiungono gli 80 dB durante il giorno, i 78 dB durante la notte ei livelli massimi di rumore vanno da 92 a 108 dB.
Imprese industriali. La fonte di grande rumore nelle zone residenziali delle città sono imprese industriali. La violazione del regime acustico si nota nei casi in cui il loro territorio è direttamente nelle aree residenziali. Lo studio del rumore prodotto dall'uomo ha dimostrato che è costante e a banda larga in termini di natura del suono, ad es. suono di varie tonalità. I livelli più significativi si osservano a frequenze di 500-1000 Hz, cioè nella zona di massima sensibilità dell'organo uditivo. Installato nei laboratori di produzione un gran numero di eterogeneo dotazioni tecnologiche. Quindi, le officine di tessitura possono essere caratterizzate da un livello sonoro di 90-95 dB A, officine meccaniche e di utensili - 85-92, officine di stampaggio - 95-105, sale macchine delle stazioni di compressione - 95-100 dB.
Elettrodomestici. Con l'inizio dell'era post-industriale, sempre più fonti di inquinamento acustico (oltre che elettromagnetico) compaiono all'interno dell'abitazione di una persona. La fonte di questo rumore sono le apparecchiature domestiche e per ufficio.
I più alti tipi di sensibilità sono sorti nel corso dell'evoluzione: la percezione dei suoni (udito) e della luce (). L'eccezionale significato dell'udito e della vista sta nel fatto che segnalano già a distanza su determinati oggetti e fenomeni dell'ambiente. Pertanto, sono chiamati in fisiologia analizzatori distanti. Il più alto tipo di sensibilità chimica: anche l'olfatto ha questa proprietà in larga misura. Tuttavia, raggiunge uno speciale grado di sviluppo proprio negli organi dell'udito e della vista.
Sorto sulla base della sensibilità all'irritazione meccanica. Tuttavia, qui non si percepisce più il tocco di determinati oggetti, ma fenomeni incomparabilmente più sottili: le vibrazioni dell'aria. La percezione delle vibrazioni dell'aria è di enorme importanza.
Tutti gli oggetti intorno a noi - solidi, liquidi e gas - hanno una certa elasticità. Pertanto, quando un corpo entra in contatto con un altro, e ancora di più quando si urtano, questi corpi compiono una serie di movimenti oscillatori, semplicemente vibrano, tremano. Non c'è vuoto nella natura che ci circonda direttamente. Pertanto, qualsiasi movimento di un oggetto porta al suo contatto con un altro: gli oggetti vibrano e queste vibrazioni vengono trasmesse all'aria. Di conseguenza, sentiamo il suono: informazioni sul movimento intorno a noi. Se un'incudine trema sotto i colpi di martello, se l'acqua oscilla da una pietra lanciata dentro, se le corde vocali di un cantante tremano sotto la pressione di un flusso d'aria, se le pagine di un libro tremano sotto una mano che le gira - tutto ciò provoca vibrazioni dell'aria che si propagano intorno a una velocità di 340 m al secondo, ovvero 1 km in 3 secondi e sentiamo un suono. Come viene percepito?
Le vibrazioni dell'aria agiscono su una sottile ma elastica membrana contro la quale si appoggia il condotto uditivo esterno; Questa membrana è la membrana timpanica. Il suo spessore è di 0,1 mm. Da esso, attraverso una catena di tre minuscole ossa, che riducono di 50 volte la gamma delle vibrazioni, ma aumentano di 50 volte la loro forza, le vibrazioni vengono trasmesse al fluido nell'orecchio interno. Solo qui, infatti, inizia la percezione del suono. Poiché la membrana timpanica è solo uno dei collegamenti nella trasmissione del suono all'orecchio interno, una violazione della sua integrità non porta alla perdita dell'udito, sebbene, ovviamente, la riduca in qualche modo.
La parte principale dell'orecchio interno è un tubo attorcigliato a forma di coclea, e quindi chiamato coclea. Tra le sue pareti sono tese circa 24mila delle fibre più fini, i fili, la cui lunghezza diminuisce gradualmente dalla sommità della coclea alla sua base. Queste sono le nostre corde. Se pronunciamo un suono ad alta voce davanti al pianoforte, il pianoforte ci risponderà. Se abbiamo suonato il basso, il pianoforte risponderà con un suono basso. Se abbiamo squittito, in risposta sentiremo un suono acuto. Questo fenomeno si chiama risonanza. Ogni corda del pianoforte è accordata su un suono di una certa altezza, cioè per vibrare a una certa frequenza (maggiori sono le vibrazioni, più alto sembra il suono). Se la corda è influenzata dalle vibrazioni dell'aria della stessa frequenza della frequenza su cui è sintonizzata, la corda risuona, risponde.
La percezione del suono da parte del nostro orecchio si basa sullo stesso principio. A causa delle diverse lunghezze delle fibre, ciascuna di esse è sintonizzata su una determinata frequenza di oscillazione, da 16 a 20.000 al secondo. Le fibre lunghe nella parte superiore della coclea percepiscono vibrazioni a bassa frequenza, cioè suoni bassi, e le fibre corte alla base della coclea percepiscono vibrazioni frequenti. Ciò è stato dimostrato da uno studente di I. P. Pavlov, un sottile sperimentatore L. A. Andreev. Il metodo ha finalmente permesso di scoprire se l'animale sente certi suoni quando l'una o l'altra parte della coclea viene distrutta. Si è scoperto che se distruggi un cane parte superiore lumache, non importa quante volte emetti suoni bassi prima di nutrirsi, su di esse non si forma un riflesso condizionato. Ciò dimostra indiscutibilmente che l'animale ora non percepisce questi suoni. In questo modo sono stati "sondati" alcuni dipartimenti della coclea. Solo gli esperimenti di L. A. Andreev hanno finalmente dimostrato che le fibre della coclea sono davvero i nostri risonatori. Il famoso G. Helmholtz, che nel secolo scorso avanzò la teoria risonante dell'udito, non ebbe l'opportunità di dimostrarlo sperimentalmente.
Se l'aria vibra più di 20.000 volte al secondo, non percepiamo più queste vibrazioni con l'orecchio. Si chiamano ultrasuoni. In un cane, come hanno dimostrato gli studi con il metodo riflessi condizionati, il limite dell'udito raggiunge i 40.000 Hz. Ciò significa che il cane sente gli ultrasuoni inaccessibili all'uomo. Questo può essere usato, tra l'altro, dagli addestratori del circo per dare segnali segreti all'animale.
L'analizzatore uditivo percepisce le vibrazioni dell'aria e trasforma l'energia meccanica di queste vibrazioni in impulsi, che vengono percepiti nella corteccia cerebrale come sensazioni sonore.
La parte ricettiva dell'analizzatore uditivo comprende: l'orecchio esterno, medio e interno (Fig. 11.8.). L'orecchio esterno è rappresentato dal padiglione auricolare (collettore del suono) e dal meato uditivo esterno, la cui lunghezza è di 21-27 mm e il diametro è di 6-8 mm. L'orecchio esterno e quello medio sono separati dalla membrana timpanica, una membrana leggermente flessibile e leggermente estensibile.
L'orecchio medio è costituito da una catena di ossa interconnesse: il martello, l'incudine e la staffa. L'impugnatura del martello è fissata alla membrana timpanica, la base della staffa è fissata alla finestra ovale. Questo è un tipo di amplificatore che amplifica le vibrazioni 20 volte. Nell'orecchio medio, inoltre, ci sono due piccoli muscoli attaccati alle ossa. La contrazione di questi muscoli porta ad una diminuzione delle oscillazioni. La pressione nell'orecchio medio è equalizzata dalla tromba di Eustachio, che si apre nella bocca.
L'orecchio interno è collegato all'orecchio medio per mezzo di una finestra ovale, alla quale è fissata una staffa. Nell'orecchio interno c'è un apparato recettore di due analizzatori: percettivo e uditivo (Fig. 11.9.). L'apparato recettore dell'udito è rappresentato dalla coclea. La coclea, lunga 35 mm e dotata di 2,5 riccioli, è costituita da una parte ossea e membranosa. La parte ossea è divisa da due membrane: la principale e vestibolare (Reissner) in tre canali (superiore - vestibolare, inferiore - timpanico, medio - timpanico). La parte centrale è chiamata passaggio cocleare (palmato). All'apice, i canali superiore e inferiore sono collegati da helicotrema. I canali superiore e inferiore della coclea sono pieni di perilinfa, quelli centrali di endolinfa. In termini di composizione ionica, la perilinfa assomiglia al plasma, l'endolinfa assomiglia al fluido intracellulare (100 volte più ioni K e 10 volte più ioni Na).
La membrana principale è costituita da fibre elastiche leggermente tese, quindi può fluttuare. Sulla membrana principale - nel canale centrale ci sono i recettori che percepiscono il suono - l'organo di Corti (4 file di cellule ciliate - 1 interna (3,5 mila cellule) e 3 esterne - 25-30 mila cellule). Top - membrana tectoriale.
Meccanismi per la conduzione di vibrazioni sonore. Le onde sonore che attraversano il condotto uditivo esterno fanno vibrare la membrana timpanica, quest'ultima mette in movimento le ossa e la membrana della finestra ovale. La perilinfa oscilla e verso l'alto le oscillazioni svaniscono. Le vibrazioni della perilinfa vengono trasmesse alla membrana vestibolare e quest'ultima inizia a far vibrare l'endolinfa e la membrana principale.
Nella coclea si registra quanto segue: 1) Il potenziale totale (tra l'organo di Corti e il canale medio - 150 mV). Non è correlato alla conduzione delle vibrazioni sonore. È dovuto all'equazione dei processi redox. 2) Il potenziale d'azione del nervo uditivo. In fisiologia è noto anche il terzo effetto - microfono - che consiste nel seguente: se degli elettrodi vengono inseriti nella coclea e collegati ad un microfono, dopo averlo amplificato, e pronunciato varie parole nell'orecchio del gatto, allora il microfono riproduce il stesse parole. L'effetto microfonico è generato dalla superficie delle cellule ciliate, poiché la deformazione dei peli porta alla comparsa di una differenza di potenziale. Tuttavia, questo effetto supera l'energia delle vibrazioni sonore che lo hanno causato. Quindi, il potenziale del microfono è una difficile trasformazione dell'energia meccanica in energia elettrica ed è associato ai processi metabolici nelle cellule ciliate. Il luogo in cui si verifica il potenziale del microfono è la regione delle radici dei peli delle cellule ciliate. Le vibrazioni sonore che agiscono sull'orecchio interno impongono un effetto microfonico emergente sul potenziale endococleare.
Il potenziale totale differisce da quello del microfono in quanto non riflette la forma dell'onda sonora, ma il suo involucro e si verifica quando i suoni ad alta frequenza agiscono sull'orecchio (Fig. 11.10.).
Il potenziale d'azione del nervo uditivo viene generato come risultato dell'eccitazione elettrica che si verifica nelle cellule ciliate sotto forma di effetto microfono e potenziale netto.
Ci sono sinapsi tra le cellule ciliate e le terminazioni nervose e hanno luogo meccanismi di trasmissione sia chimici che elettrici.
Il meccanismo per la trasmissione del suono di diverse frequenze. Per molto tempo la fisiologia è stata dominata dal risonatore Teoria di Helmholtz: corde di diversa lunghezza sono tese sulla membrana principale, come un'arpa hanno diverse frequenze di vibrazione. Sotto l'azione del suono, quella parte della membrana che è sintonizzata sulla risonanza con una data frequenza inizia a oscillare. Le vibrazioni dei fili tesi irritano i corrispondenti recettori. Tuttavia, questa teoria è criticata perché le corde non sono tese e le loro vibrazioni in un dato momento coinvolgono troppe fibre di membrana.
Merita attenzione Teoria di Bekeshe. C'è un fenomeno di risonanza nella coclea, tuttavia, il substrato risonante non sono le fibre della membrana principale, ma una colonna liquida di una certa lunghezza. Secondo Bekesche, maggiore è la frequenza del suono, minore è la lunghezza della colonna liquida oscillante. Sotto l'azione dei suoni a bassa frequenza, la lunghezza della colonna liquida oscillante aumenta, catturando la maggior parte della membrana principale, e non le singole fibre vibrano, ma una parte significativa di esse. Ogni tono corrisponde a un certo numero di recettori.
Attualmente, la teoria più comune per la percezione del suono di diverse frequenze è "teoria del luogo"”, secondo il quale non è esclusa la partecipazione delle cellule percettive all'analisi dei segnali uditivi. Si presume che le cellule ciliate situate in parti diverse della membrana principale abbiano una labilità diversa, che influisce percezioni sonore, cioè stiamo parlando di sintonizzare le cellule ciliate su suoni di frequenze diverse.
Il danno in diverse parti della membrana principale porta ad un indebolimento dei fenomeni elettrici che si verificano quando irritati da suoni di frequenze diverse.
Secondo la teoria della risonanza, diverse sezioni della piastra principale reagiscono facendo vibrare le proprie fibre a suoni di diversa altezza. La forza del suono dipende dall'entità delle vibrazioni delle onde sonore percepite dal timpano. Il suono sarà più forte, maggiore sarà l'entità delle vibrazioni delle onde sonore e, di conseguenza, il timpano.Il tono del suono dipende dalla frequenza delle vibrazioni delle onde sonore.Maggiore sarà la frequenza delle vibrazioni per unità di tempo . percepito dall'organo dell'udito sotto forma di toni più alti (suoni sottili e acuti della voce) Una frequenza inferiore delle vibrazioni delle onde sonore è percepita dall'organo dell'udito sotto forma di toni bassi (suoni bassi, ruvidi e voci) .
La percezione del tono, dell'intensità del suono e della posizione della sorgente sonora inizia con le onde sonore che entrano nell'orecchio esterno, dove mettono in movimento il timpano. Le vibrazioni della membrana timpanica vengono trasmesse attraverso il sistema di ossicini uditivi dell'orecchio medio alla membrana della finestra ovale, che provoca oscillazioni del perilinfa della scala vestibolare (superiore). Queste vibrazioni vengono trasmesse attraverso l'elicotrema alla perilinfa della scala timpanica (inferiore) e raggiungono la finestra rotonda, spostando la sua membrana verso la cavità dell'orecchio medio. Le vibrazioni della perilinfa vengono trasmesse anche all'endolinfa del canale membranoso (centrale), che porta a movimenti oscillatori della membrana principale, costituita da singole fibre tese come corde di pianoforte. Sotto l'azione del suono, le fibre della membrana entrano in movimento oscillatorio insieme alle cellule recettrici dell'organo di Corti situate su di esse. In questo caso, i peli delle cellule recettrici sono a contatto con la membrana tettoria, le ciglia delle cellule ciliate sono deformate. Appare prima un potenziale recettore, quindi un potenziale d'azione (impulso nervoso), che viene quindi trasportato lungo il nervo uditivo e trasmesso ad altre parti dell'analizzatore uditivo.
La psicoacustica è un campo della scienza che studia le sensazioni uditive di una persona quando il suono viene applicato alle orecchie.
Le persone con un orecchio assoluto (analitico) per la musica determinano l'altezza, il volume e il timbro di un suono con elevata precisione, sono in grado di memorizzare il suono degli strumenti e riconoscerli dopo un po'. Possono analizzare correttamente ciò che hanno ascoltato, identificare correttamente i singoli strumenti.
Le persone che non hanno un tono assoluto possono determinare il ritmo, il timbro, la tonalità, ma è difficile per loro analizzare correttamente il materiale che hanno ascoltato.
Quando si ascoltano apparecchiature audio di alta qualità, di norma, le opinioni degli esperti differiscono. Alcuni preferiscono un'elevata trasparenza e fedeltà alla trasmissione di ogni armonico, sono infastiditi dalla mancanza di dettagli nel suono. Altri preferiscono il suono di un personaggio sfocato e sfocato, si stancano rapidamente dell'abbondanza di dettagli nell'immagine musicale. Qualcuno si concentra sull'armonia del suono, qualcuno sull'equilibrio spettrale e qualcuno sulla gamma dinamica. Si scopre che tutto dipende dal tipo di carattere dell'individuo I tipi di persone sono suddivisi nelle seguenti dicotomie (classi di coppia): sensoriale e intuitivo, pensiero e sentimento, estroverso e introverso, deciso e percettivo.
Le persone con predominio sensoriale hanno una dizione chiara, percepiscono perfettamente tutte le sfumature di un discorso o di un'immagine musicale. Per loro, la trasparenza del suono è estremamente importante, quando tutti gli strumenti che suonano sono chiaramente distinti.
Gli ascoltatori con una dominante intuitiva preferiscono un'immagine musicale sfocata, attribuendo la massima importanza all'equilibrio del suono di tutti gli strumenti musicali.
Gli ascoltatori con una dominante pensante preferiscono brani musicali con un'elevata gamma dinamica, con una dominante maggiore e minore chiaramente definita, con un significato e una struttura pronunciati del brano.
Le persone con un sentimento dominante attribuiscono grande importanza all'armonia nelle opere musicali, preferiscono opere con lievi deviazioni di maggiore e minore da un valore neutro, ad es. "musica per l'anima"
Un ascoltatore con una dominante estroversa separa con successo il segnale dal rumore, preferisce ascoltare la musica ad alto volume, determina il carattere maggiore o minore di un brano musicale dalla posizione di frequenza dell'immagine musicale al momento.
Le persone con una dominante introversa prestano molta attenzione alla struttura interna dell'immagine musicale, la maggiore-minoranza è valutata, tra l'altro, dallo spostamento di frequenza di uno degli armonici nelle risonanze emergenti, il rumore estraneo rende difficile percepire le informazioni audio .
Le persone con una dominante decisiva preferiscono la regolarità nella musica, la presenza di una periodicità interna.
Gli ascoltatori percettivi dominanti preferiscono l'improvvisazione nella musica.
Tutti sanno da soli che la stessa musica sulla stessa attrezzatura e nella stessa stanza non è sempre percepita allo stesso modo. Probabilmente a seconda stato psico-emotivo i nostri sensi sono offuscati o acuiti.
D'altra parte, dettagli eccessivi e naturalezza del suono possono irritare un ascoltatore stanco e appesantito con una dominante sensoriale, che in questo stato preferirà musica sfocata e morbida, in parole povere, preferirà ascoltare strumenti dal vivo con un cappello con paraorecchie .
In una certa misura, la qualità del suono è influenzata dalla “qualità” della tensione di rete, che a sua volta dipende sia dal giorno della settimana che dall'ora del giorno (nelle ore di punta, la tensione di rete è la più “inquinata ”). Il livello di rumore nella stanza, e quindi la reale gamma dinamica, dipende anche dall'ora del giorno.
Il caso di 20 anni fa è ben ricordato sull'influenza del rumore ambientale. A tarda sera, dopo il matrimonio del villaggio, i giovani restavano ad aiutare a sparecchiare ea lavare i piatti. La musica è stata organizzata nel cortile: una fisarmonica elettrica a bottoni con un amplificatore a due canali e due altoparlanti, un amplificatore di potenza a quattro canali secondo lo schema Shushurin, una fisarmonica elettrica a bottoni era collegata all'ingresso e due a 3 vie e due I sistemi acustici a 2 vie sono stati collegati alle uscite. Registratore a nastro con registrazioni effettuate a 19 velocità con bias antiparallelo. Verso le 2 del mattino, quando tutti erano liberi, i giovani si sono riuniti in cortile e hanno chiesto di accendere qualcosa per l'anima. Qual è stata la sorpresa dei musicisti e degli amanti della musica presenti quando è suonato il medley sui temi dei Beatles eseguito dalle STARS sulla banda 45. Per l'orecchio, adattato alla percezione della musica in un'atmosfera di maggiore rumore, il suono nel silenzio della notte divenne sorprendentemente chiara e sfumata.
Percezione per frequenza
L'orecchio umano percepisce un processo oscillatorio come suono solo se la frequenza delle sue oscillazioni è compresa tra 16...20 Hz e 16...20 kHz. A una frequenza inferiore a 20 Hz, le vibrazioni sono chiamate infrasoniche, superiori a 20 kHz - ultrasoniche. I suoni con una frequenza inferiore a 40 Hz nella musica sono rari e in discorso colloquiale e sono del tutto assenti. La percezione delle alte frequenze sonore dipende fortemente sia dalle caratteristiche individuali degli organi uditivi sia dall'età dell'ascoltatore. Quindi, ad esempio, all'età di 18 anni, i suoni con una frequenza di 14 kHz vengono ascoltati di circa il 100%, mentre all'età di 50 ... 60 anni - solo il 20% degli ascoltatori. I suoni con una frequenza di 18 kHz all'età di 18 anni vengono ascoltati da circa il 60% e all'età di 40 ... 50 anni - solo il 10% degli ascoltatori. Ma questo non significa affatto che i requisiti per la qualità del percorso di riproduzione del suono siano ridotti per gli anziani. È stato sperimentato sperimentalmente che le persone che percepiscono a malapena i segnali con una frequenza di 12 kHz riconoscono molto facilmente la mancanza di alte frequenze nel fonogramma.
La risoluzione dell'udito per cambiare la frequenza è di circa lo 0,3%. Ad esempio, due toni di 1000 e 1003 Hz, uno dopo l'altro, possono essere distinti senza strumenti. E battendo le frequenze di due toni, una persona può rilevare una differenza di frequenza fino a decimi di hertz. Allo stesso tempo, è difficile distinguere a orecchio la deviazione della velocità di riproduzione di un fonogramma musicale entro ±2%.
La scala soggettiva della percezione del suono in termini di frequenza è vicina alla legge logaritmica. Sulla base di ciò, tutte le caratteristiche di frequenza dei dispositivi di trasmissione del suono vengono tracciate su scala logaritmica. Il grado di precisione con cui una persona determina l'altezza di un suono a orecchio dipende dall'acutezza, dalla musicalità e dall'allenamento del suo udito, nonché dall'intensità del suono. A livelli di volume più alti, i suoni di maggiore intensità appaiono più bassi di quelli più deboli.
Con l'esposizione prolungata a un suono intenso, la sensibilità dell'udito diminuisce gradualmente e maggiore è il volume del suono, che è associato alla reazione dell'udito al sovraccarico, ad es. con adattamento naturale. Dopo un certo tempo, la sensibilità viene ripristinata. L'ascolto sistematico e prolungato di musica ad alto volume provoca cambiamenti irreversibili negli organi uditivi, soprattutto i giovani che usano le cuffie (cuffie).
Una caratteristica importante del suono è il timbro. La capacità dell'udito di distinguere le sue sfumature ci consente di distinguere una varietà di strumenti musicali e voci. A causa della colorazione timbrica, il loro suono diventa multicolore e facilmente riconoscibile. La condizione per la corretta trasmissione del timbro è la trasmissione non distorta dello spettro del segnale - un insieme di componenti sinusoidali di un segnale complesso (overtones). Gli armonici sono multipli della frequenza della fondamentale e minori della sua ampiezza. Il timbro del suono dipende dalla composizione degli armonici e dalla loro intensità.
Il timbro del suono degli strumenti dal vivo dipende in gran parte dall'intensità della produzione del suono. Ad esempio, la stessa nota, suonata al pianoforte con un tocco leggero del dito, e uno acuto, ha attacchi e spettri di segnale diversi. Anche una persona inesperta coglie facilmente la differenza emotiva tra due di questi suoni dal loro attacco, anche se vengono trasmessi all'ascoltatore con un microfono e bilanciati nel volume. attacco sonoro è stato iniziale, uno specifico processo transitorio durante il quale si stabiliscono caratteristiche stabili: volume, timbro, intonazione. Durata dell'attacco sonoro strumenti diversi fluttua entro 0...60 ms. Ad esempio, per gli strumenti a percussione è compreso tra 0 ... 20 ms, per il fagotto - 20 ... 60 ms. Le caratteristiche dell'attacco dello strumento dipendono fortemente dal modo e dalla tecnica di esecuzione del musicista. Sono queste caratteristiche degli strumenti che consentono di trasmettere il contenuto emotivo di un'opera musicale.
Il timbro sonoro di una sorgente di segnale situata a una distanza inferiore a 3 m dall'ascoltatore viene percepito come più "pesante". La rimozione della sorgente del segnale da 3 a 10 m è accompagnata da una proporzionale diminuzione del volume, mentre il timbro diventa più luminoso. Con l'ulteriore rimozione della sorgente del segnale, le perdite di energia nell'aria aumentano in proporzione al quadrato della frequenza e hanno una complessa dipendenza dall'umidità relativa dell'aria. Le perdite di energia dei componenti RF sono massime all'umidità relativa nell'intervallo da 8 a 30 ... 40% e sono minime all'80% (Fig. 1.1). Un aumento della perdita di armonici porta ad una diminuzione della luminosità del timbro.
Percezione dell'ampiezza
Curve di intensità uguale da soglia a soglia sensazione di dolore per l'udito binaurale e monourale sono mostrati in fig. 1.2.a, b, rispettivamente. La percezione in ampiezza dipende dalla frequenza e ha una diffusione significativa associata ai cambiamenti legati all'età.
La sensibilità dell'udito all'intensità del suono è discreta. La soglia per percepire un cambiamento nell'intensità del suono dipende sia dalla frequenza che dal volume del suono (a livelli alti e medi è 0,2 ... 0,6 dB, a bassi livelli raggiunge diversi decibel) e mediamente meno di 1 dB.
Effetto Haas (Haas)
L'apparecchio acustico, come qualsiasi altro sistema oscillatorio, è caratterizzato dall'inerzia. A causa di questa proprietà, i suoni brevi con una durata fino a 20 ms vengono percepiti come più deboli dei suoni con una durata superiore a 150 ms. Una delle manifestazioni dell'inerzia -
l'incapacità di una persona di rilevare la distorsione negli impulsi con una durata inferiore a 20 ms. In caso di arrivo alle orecchie di 2 segnali identici, con un intervallo di tempo tra loro di 5...40 ms, l'udito li percepisce come un segnale, se l'intervallo è superiore a 40...50 ms - separatamente.
effetto mascherante
Di notte, in condizioni di silenzio, si sente il cigolio di una zanzara, il ticchettio di un orologio e altri suoni silenziosi, e in condizioni rumorose è difficile distinguere il discorso ad alta voce dell'interlocutore. IN condizioni reali il segnale acustico non esiste nel silenzio assoluto. Rumori estranei, inevitabilmente presenti nel luogo di ascolto, mascherano in una certa misura il segnale principale e ne rendono difficile la percezione. L'innalzamento della soglia di udibilità di un tono (o segnale) mentre si è esposti a un altro tono (rumore o segnale) si chiama mascheramento.
È stato sperimentato sperimentalmente che un tono di qualsiasi frequenza è mascherato dai toni più bassi molto più efficacemente che da quelli più alti, in altre parole, i toni a bassa frequenza mascherano quelli ad alta frequenza più che viceversa. Ad esempio, riproducendo contemporaneamente suoni di 440 e 1200 Hz con la stessa intensità, sentiremo solo un tono con una frequenza di 440 Hz e solo spegnendolo sentiremo un tono con una frequenza di 1200 Hz. Il grado di mascheramento dipende dal rapporto di frequenza ed è natura complessa, associato a curve di volume uguale (fig. 1.3.α e 1.3.6) .
Maggiore è il rapporto di frequenza, minore è l'effetto di mascheramento. Questo spiega in gran parte il fenomeno del suono "transistor". Lo spettro delle distorsioni non lineari degli amplificatori a transistor si estende fino all'11a armonica, mentre lo spettro degli amplificatori a valvole è limitato a 3...5 armoniche. Le curve di mascheramento del rumore a banda stretta per toni di frequenze diverse e i loro livelli di intensità hanno modelli diversi. Una chiara percezione del suono è possibile se la sua intensità supera una certa soglia di udibilità. A frequenze di 500 Hz e inferiori, l'eccesso dell'intensità del segnale dovrebbe essere di circa 20 dB, a una frequenza di 5 kHz - circa 30 dB, e
ad una frequenza di 10 kHz - 35 dB. Questa caratteristica della percezione uditiva viene presa in considerazione durante la registrazione su supporti audio. Quindi, se il rapporto segnale/rumore di una registrazione analogica è di circa 60...65 dB, allora la gamma dinamica del programma registrato non può essere superiore a 45...48 dB.
L'effetto di mascheramento influisce sul volume del suono percepito soggettivamente. Se i componenti di un suono complesso sono vicini in frequenza l'uno all'altro e si osserva il loro mascheramento reciproco, il volume di un suono così complesso sarà inferiore al volume dei suoi componenti.
Se diversi toni si trovano così lontani in frequenza che il loro mutuo mascheramento può essere trascurato, allora il loro volume totale sarà uguale alla somma dei livelli sonori di ciascuno dei componenti.
Raggiungere la "trasparenza" del suono di tutti gli strumenti di un'orchestra o di un ensemble pop è un compito difficile, che viene risolto dall'ingegnere del suono: selezione deliberata degli strumenti più importanti in un determinato luogo e altre tecniche speciali.
effetto binaurale
Viene chiamata la capacità di una persona di determinare la direzione di una sorgente sonora (a causa della presenza di due orecchie). effetto binaurale. All'orecchio situato più vicino alla sorgente sonora, il suono arriva prima che al secondo orecchio, il che significa che differisce in fase e ampiezza. Quando si ascolta una sorgente di segnale reale, i segnali binaurali (ovvero i segnali che arrivano all'orecchio destro e sinistro) sono statisticamente correlati (correlati). L'accuratezza della localizzazione della sorgente sonora dipende sia dalla frequenza che dalla sua posizione (davanti o dietro l'ascoltatore). L'organo uditivo riceve informazioni aggiuntive sulla posizione della sorgente sonora (anteriore, posteriore, superiore) analizzando le caratteristiche dello spettro dei segnali binaurali.
Fino a 150 ... 300 Hz, l'udito umano ha una direttività molto bassa. Alle frequenze di 300...2000 Hz, per le quali la semilunghezza del segnale è commisurata alla distanza "tra" pari a 20...25 cm, le differenze di fase sono significative. A partire da una frequenza di 2 kHz, la direttività dell'udito diminuisce drasticamente. A frequenze più alte, la differenza nelle ampiezze del segnale diventa più importante. Quando la differenza di ampiezza supera la soglia di 1 dB, la sorgente sonora sembra trovarsi sul lato in cui l'ampiezza è maggiore.
Con una posizione asimmetrica dell'ascoltatore rispetto agli altoparlanti, si verificano ulteriori separazioni di intensità e tempo, che portano a distorsioni spaziali. Inoltre, la QIS (sorgente sonora apparente) più lontana dal centro della base (Δ l> 7 dB o Δτ > 0,8 ms), meno sono soggetti a distorsione. A Δ l> 20 dB, Δτ > 3...5 ms I QIZ si trasformano in veri e propri (altoparlanti) e non sono soggetti a distorsioni spaziali.
È stato sperimentato sperimentalmente che non ci sono distorsioni spaziali (impercettibili) se la banda di frequenza di ciascun canale è limitata dall'alto da una frequenza di almeno 10 kHz, e l'alta frequenza (sopra i 10 kHz) e la bassa frequenza (sotto 300 Hz) parti dello spettro di questi segnali sono riprodotte monofonicamente.
L'errore nella stima dell'azimut della sorgente sonora sul piano orizzontale è di 3...4° davanti e di circa 10...15° dietro e sul piano verticale, il che si spiega con l'effetto schermante orecchiette.
Dopo aver considerato la teoria della propagazione e i meccanismi del verificarsi delle onde sonore, è opportuno comprendere come il suono viene "interpretato" o percepito da una persona. Un organo accoppiato, l'orecchio, è responsabile della percezione delle onde sonore nel corpo umano. orecchio umano- un organo molto complesso che è responsabile di due funzioni: 1) percepisce gli impulsi sonori 2) funge da apparato vestibolare dell'intero corpo umano, determina la posizione del corpo nello spazio e conferisce la capacità vitale di mantenere l'equilibrio. L'orecchio umano medio è in grado di rilevare fluttuazioni di 20 - 20.000 Hz, ma ci sono deviazioni verso l'alto o verso il basso. Idealmente, la gamma di frequenze udibili è compresa tra 16 e 20.000 Hz, che corrisponde anche a una lunghezza d'onda compresa tra 16 m e 20 cm. L'orecchio è diviso in tre parti: l'orecchio esterno, medio e interno. Ciascuno di questi "dipartimenti" svolge la propria funzione, tuttavia, tutti e tre i reparti sono strettamente collegati tra loro e svolgono effettivamente la trasmissione reciproca di un'onda di vibrazioni sonore. 
orecchio esterno (esterno).
L'orecchio esterno è costituito dal padiglione auricolare e dal meato uditivo esterno. Il padiglione auricolare è una cartilagine elastica di forma complessa, ricoperta di pelle. Nella parte inferiore del padiglione auricolare si trova il lobo, che è costituito da tessuto adiposo ed è anch'esso ricoperto di pelle. Il padiglione auricolare funge da ricevitore di onde sonore provenienti dallo spazio circostante. La forma speciale della struttura del padiglione auricolare consente di catturare meglio i suoni, in particolare i suoni della gamma delle frequenze medie, responsabile della trasmissione delle informazioni vocali. Questo fatto è in gran parte dovuto alla necessità evolutiva, poiché una persona trascorre la maggior parte della sua vita in comunicazione orale con rappresentanti della sua specie. Il padiglione auricolare umano è praticamente immobile, a differenza di un gran numero di rappresentanti delle specie animali, che utilizzano i movimenti delle orecchie per sintonizzarsi più accuratamente sulla sorgente sonora.
Le pieghe del padiglione auricolare umano sono disposte in modo tale da apportare correzioni (piccole distorsioni) rispetto alla posizione verticale e orizzontale della sorgente sonora nello spazio. È grazie a questa caratteristica unica che una persona è in grado di determinare chiaramente la posizione di un oggetto nello spazio rispetto a se stessa, concentrandosi solo sul suono. Questa caratteristica è anche ben nota con il termine "localizzazione del suono". La funzione principale del padiglione auricolare è catturare quanti più suoni possibile nella gamma di frequenze udibili. L'ulteriore destino delle onde sonore "catturate" è deciso nel condotto uditivo, la cui lunghezza è di 25-30 mm. In esso, la parte cartilaginea del padiglione auricolare esterno passa nell'osso e la superficie cutanea del canale uditivo è dotata di ghiandole sebacee e solforiche. Alla fine del canale uditivo c'è una membrana timpanica elastica, alla quale arrivano le vibrazioni delle onde sonore, provocando così le sue vibrazioni di risposta. La membrana timpanica, a sua volta, trasmette queste vibrazioni ricevute alla regione dell'orecchio medio.
Orecchio medio
Le vibrazioni trasmesse dalla membrana timpanica entrano in una zona dell'orecchio medio chiamata "regione timpanica". Questa è un'area di circa un centimetro cubo di volume, in cui si trovano tre ossicini uditivi: martello, incudine e staffa. Sono questi elementi "intermedi" che svolgono la funzione più importante: la trasmissione delle onde sonore all'orecchio interno e la contemporanea amplificazione. Gli ossicini uditivi sono una catena estremamente complessa di trasmissione del suono. Tutte e tre le ossa sono strettamente collegate tra loro, così come con il timpano, grazie al quale avviene la trasmissione delle vibrazioni "lungo la catena". Avvicinandosi alla regione dell'orecchio interno, c'è una finestra del vestibolo, che è bloccata dalla base della staffa. Per uniformare la pressione su entrambi i lati della membrana timpanica (ad esempio, in caso di variazioni della pressione esterna), l'area dell'orecchio medio è collegata al rinofaringe tramite la tromba di Eustachio. Siamo tutti ben consapevoli dell'effetto di ostruzione dell'orecchio che si verifica proprio a causa di tale messa a punto. Dall'orecchio medio le vibrazioni sonore, già amplificate, cadono nella regione dell'orecchio interno, la più complessa e sensibile.
orecchio interno
La forma più complessa è l'orecchio interno, che per questo viene chiamato labirinto. Il labirinto osseo comprende: vestibolo, coclea e canali semicircolari, nonché l'apparato vestibolare responsabile dell'equilibrio. È la coclea che si riferisce direttamente all'udito in questo pacchetto. La coclea è un canale membranoso a spirale riempito di fluido linfatico. All'interno il canale è diviso in due parti da un altro setto membranoso detto "membrana di base". Questa membrana è costituita da fibre di varie lunghezze (più di 24.000 in totale), tese come corde, ogni corda risuona al suo suono specifico. Il canale è diviso da una membrana nelle scale superiore e inferiore, che comunicano nella parte superiore della coclea. Dall'estremità opposta, il canale si collega all'apparato recettore dell'analizzatore uditivo, che è ricoperto da minuscole cellule ciliate. Questo apparato dell'analizzatore uditivo è chiamato anche Organo di Corti. Quando le vibrazioni dell'orecchio medio entrano nella coclea, anche il fluido linfatico che riempie il canale inizia a vibrare, trasmettendo le vibrazioni alla membrana principale. In questo momento entra in azione l'apparato dell'analizzatore uditivo, le cui cellule ciliate, disposte su più file, convertono le vibrazioni sonore in impulsi "nervosi" elettrici, che vengono trasmessi lungo il nervo uditivo alla zona temporale della corteccia cerebrale . In un modo così complesso e ornato, una persona alla fine sentirà il suono desiderato.
Caratteristiche della percezione e della formazione del linguaggio
Il meccanismo della produzione del linguaggio si è formato negli esseri umani durante l'intero stadio evolutivo. Il significato di questa capacità è trasmettere informazioni verbali e non verbali. Il primo porta un carico verbale e semantico, il secondo è responsabile del trasferimento della componente emotiva. Il processo di creazione e percezione del discorso include: la formulazione di un messaggio; codifica in elementi mediante regole lingua esistente; azioni neuromuscolari transitorie; movimenti delle corde vocali; emissione di segnali acustici; Quindi entra in azione l'ascoltatore che effettua: analisi spettrale del segnale acustico ricevuto e selezione delle caratteristiche acustiche nel sistema uditivo periferico, trasmissione delle caratteristiche selezionate tramite reti neurali, riconoscimento del codice linguistico (analisi linguistica), comprensione del significato del messaggio. 
Il dispositivo per generare segnali vocali può essere paragonato a uno strumento a fiato complesso, ma la versatilità e la flessibilità dell'accordatura e la capacità di riprodurre le più piccole sottigliezze e dettagli non hanno analoghi in natura. Il meccanismo di formazione della voce è costituito da tre componenti inseparabili:
- Generatore- polmoni come riserva di volume d'aria. I polmoni immagazzinano energia sovrapressione, quindi attraverso il canale di uscita con l'aiuto del sistema muscolare, questa energia viene emessa attraverso la trachea collegata alla laringe. In questa fase il flusso d'aria viene interrotto e modificato;
- Vibratore- è costituito da corde vocali. Il flusso è anche influenzato da getti d'aria turbolenti (creano toni di bordo) e sorgenti di impulso (esplosioni);
- Risonatore- comprende cavità risonanti di forma geometrica complessa (faringe, cavità orale e nasale).
Nell'aggregato del dispositivo individuale di questi elementi, si forma un timbro unico e individuale della voce di ogni persona individualmente.
L'energia della colonna d'aria viene generata nei polmoni, che creano un certo flusso d'aria durante l'inspirazione e l'espirazione a causa della differenza di pressione atmosferica e intrapolmonare. Il processo di accumulo di energia avviene attraverso l'inalazione, il processo di rilascio è caratterizzato dall'espirazione. Ciò accade a causa della compressione e dell'espansione del torace, che vengono eseguite con l'ausilio di due gruppi muscolari: intercostale e diaframma, con la respirazione profonda e il canto, anche i muscoli si contraggono. addominali, petto e collo. Quando inspiri, il diaframma si contrae e cade, la contrazione dei muscoli intercostali esterni solleva le costole e le porta ai lati e lo sterno in avanti. L'espansione del torace porta a un calo della pressione all'interno dei polmoni (rispetto all'atmosfera) e questo spazio si riempie rapidamente di aria. Durante l'espirazione, i muscoli si rilassano di conseguenza e tutto torna allo stato precedente ( gabbia toracica ritorna al suo stato originale a causa della sua stessa gravità, il diaframma si alza, il volume dei polmoni precedentemente espansi diminuisce, la pressione intrapolmonare aumenta). L'inalazione può essere descritta come un processo che richiede il dispendio di energia (attivo); l'espirazione è il processo di accumulo di energia (passivo). Il controllo del processo di respirazione e la formazione della parola avviene inconsciamente, ma quando si canta, l'impostazione del respiro richiede un approccio consapevole e un addestramento aggiuntivo a lungo termine.
La quantità di energia che viene successivamente spesa per la formazione della parola e della voce dipende dal volume di aria immagazzinata e dalla quantità di pressione aggiuntiva nei polmoni. La pressione massima sviluppata da un cantante lirico addestrato può raggiungere i 100-112 dB. La modulazione del flusso d'aria mediante la vibrazione delle corde vocali e la creazione di un eccesso di pressione sottofaringea, questi processi avvengono nella laringe, che è una specie di valvola situata all'estremità della trachea. La valvola svolge una duplice funzione: protegge i polmoni da corpi estranei e mantiene alta la pressione. È la laringe che funge da fonte della parola e del canto. La laringe è una raccolta di cartilagine collegata da muscoli. La laringe ha una struttura piuttosto complessa, il cui elemento principale è un paio di corde vocali. Sono le corde vocali la principale (ma non l'unica) fonte di formazione vocale o "vibratore". Durante questo processo, le corde vocali si muovono, accompagnate da attrito. Per proteggersi da ciò, viene secreta una speciale secrezione mucosa che funge da lubrificante. La formazione dei suoni del linguaggio è determinata dalle vibrazioni dei legamenti, che porta alla formazione di un flusso d'aria espirato dai polmoni, ad un certo tipo di ampiezza caratteristica. Fra corde vocali sono presenti piccole cavità che fungono da filtri acustici e risonatori quando richiesto.
Caratteristiche della percezione uditiva, sicurezza dell'ascolto, soglie uditive, adattamento, corretto livello del volume
Come si può vedere dalla descrizione della struttura dell'orecchio umano, questo organo è molto delicato e di struttura piuttosto complessa. Tenendo conto di questo fatto, non è difficile determinare che questo apparato estremamente sottile e sensibile ha una serie di limiti, soglie e così via. Il sistema uditivo umano è adattato alla percezione di suoni silenziosi, nonché suoni di media intensità. L'esposizione prolungata a suoni forti comporta spostamenti irreversibili delle soglie uditive, nonché altri problemi di udito, fino alla completa sordità. Il grado di danno è direttamente proporzionale al tempo di esposizione in un ambiente rumoroso. In questo momento entra in vigore anche il meccanismo di adattamento, ovvero sotto l'influenza di suoni forti prolungati, la sensibilità diminuisce gradualmente, il volume percepito diminuisce, l'udito si adatta.
L'adattamento inizialmente cerca di proteggere gli organi uditivi da suoni troppo forti, tuttavia, è l'influenza di questo processo che molto spesso fa sì che una persona aumenti in modo incontrollabile il livello del volume del sistema audio. La protezione è realizzata grazie al meccanismo dell'orecchio medio e interno: la staffa viene retratta dalla finestra ovale, proteggendo così da suoni eccessivamente forti. Ma il meccanismo di protezione non è l'ideale e ha un ritardo temporale, che si attiva solo 30-40 ms dopo l'inizio dell'arrivo del suono, inoltre, la protezione completa non viene raggiunta nemmeno con una durata di 150 ms. Il meccanismo di protezione si attiva quando il livello del volume supera il livello di 85 dB, inoltre la protezione stessa è fino a 20 dB. 
Il più pericoloso, in questo caso, può essere considerato il fenomeno dello "spostamento della soglia uditiva", che di solito si verifica in pratica a seguito di un'esposizione prolungata a suoni forti superiori a 90 dB. Il processo di recupero del sistema uditivo dopo tali effetti dannosi può durare fino a 16 ore. Lo spostamento della soglia inizia già al livello di intensità di 75 dB e aumenta proporzionalmente all'aumentare del livello del segnale.
Quando si considera il problema del corretto livello di intensità sonora, la cosa peggiore da rendersi conto è il fatto che i problemi (acquisiti o congeniti) associati all'udito sono praticamente incurabili in quest'epoca di medicina abbastanza avanzata. Tutto ciò dovrebbe indurre qualsiasi persona sana di mente a pensare a prendersi cura del proprio udito, a meno che, ovviamente, non si pianifichi di preservare la sua integrità e capacità originarie di ascoltare l'intera gamma di frequenze il più a lungo possibile. Fortunatamente, tutto non è così spaventoso come potrebbe sembrare a prima vista e, seguendo una serie di precauzioni, puoi facilmente salvare l'udito anche in età avanzata. Prima di considerare queste misure, è necessario ricordarne una caratteristica importante percezione uditiva umana. L'apparecchio acustico percepisce i suoni in modo non lineare. Un fenomeno simile consiste nel seguente: se si immagina una qualsiasi frequenza di un tono puro, ad esempio 300 Hz, allora la non linearità si manifesta quando gli armonici di questa frequenza fondamentale compaiono nel padiglione auricolare secondo il principio logaritmico (se la frequenza fondamentale è preso come f, allora gli armonici di frequenza saranno 2f, 3f ecc. in ordine crescente). Questa non linearità è anche più facile da capire ed è familiare a molti sotto il nome "distorsione non lineare". Poiché tali armonici (overtones) non si verificano nel tono puro originale, si scopre che l'orecchio stesso introduce le proprie correzioni e armonici nel suono originale, ma possono essere determinati solo come distorsioni soggettive. A un livello di intensità inferiore a 40 dB, non si verifica alcuna distorsione soggettiva. Con un aumento dell'intensità da 40 dB, il livello delle armoniche soggettive inizia ad aumentare, ma anche a livello di 80-90 dB il loro contributo negativo al suono è relativamente piccolo (quindi, questo livello di intensità può essere considerato condizionatamente una sorta di "mezzo aureo" nella sfera musicale).
Sulla base di queste informazioni, è possibile determinare facilmente un livello di volume sicuro e accettabile che non danneggi gli organi uditivi e allo stesso tempo consenta di ascoltare assolutamente tutte le caratteristiche e i dettagli del suono, ad esempio, nel caso di lavoro con un sistema "hi-fi". Questo livello della "media aurea" è di circa 85-90 dB. È a questa intensità sonora che è davvero possibile ascoltare tutto ciò che è incorporato nel percorso audio, mentre il rischio di danni prematuri e perdita dell'udito è ridotto al minimo. Quasi completamente sicuro può essere considerato un livello di volume di 85 dB. Per capire qual è il pericolo dell'ascolto ad alto volume e perché un livello di volume troppo basso non consente di ascoltare tutte le sfumature del suono, esaminiamo questo problema in modo più dettagliato. Per quanto riguarda i bassi livelli di volume, la mancanza di opportunità (ma più spesso desiderio soggettivo) di ascoltare musica a bassi livelli è dovuta ai seguenti motivi:
- Non linearità della percezione uditiva umana;
- Caratteristiche della percezione psicoacustica, che saranno considerate separatamente.
La non linearità della percezione uditiva, discussa sopra, ha un effetto significativo a qualsiasi volume inferiore a 80 dB. In pratica, sembra così: se accendi la musica a un livello basso, ad esempio 40 dB, la gamma di frequenze medie della composizione musicale sarà più chiaramente udibile, sia che si tratti della voce dell'esecutore / esecutore o strumenti che suonano in questa gamma. Allo stesso tempo, ci sarà una chiara mancanza di frequenze basse e alte, dovuta proprio alla non linearità della percezione, nonché al fatto che frequenze diverse suonano a volumi diversi. È quindi ovvio che per una piena percezione dell'insieme dell'immagine, il livello di frequenza dell'intensità deve essere allineato il più possibile ad un unico valore. Nonostante il fatto che anche a un livello di volume di 85-90 dB non si verifichi l'equalizzazione idealizzata del volume di diverse frequenze, il livello diventa accettabile per il normale ascolto quotidiano. Più basso è il volume allo stesso tempo, più chiaramente sarà percepita all'orecchio la caratteristica non linearità, cioè la sensazione dell'assenza della giusta quantità di alte e basse frequenze. Allo stesso tempo, risulta che con tale non linearità è impossibile parlare seriamente della riproduzione del suono "hi-fi" ad alta fedeltà, perché l'accuratezza della trasmissione dell'immagine sonora originale sarà estremamente bassa in questa particolare situazione.
Se approfondisci queste conclusioni, diventa chiaro perché l'ascolto di musica a basso volume, sebbene il più sicuro dal punto di vista della salute, sia percepito in modo estremamente negativo dall'orecchio a causa della creazione di immagini chiaramente non plausibili di strumenti musicali e voce, la mancanza di una scala sonora. In generale, la riproduzione musicale a basso volume può essere utilizzata come accompagnamento di sottofondo, ma è del tutto controindicato l'ascolto di alta qualità "hi-fi" a basso volume, per i suddetti motivi è impossibile creare immagini naturalistiche del palcoscenico che è stato formato dal tecnico del suono in studio durante la fase di registrazione. Ma non solo il volume basso introduce alcune restrizioni sulla percezione del suono finale, la situazione è molto peggiore con l'aumento del volume. È possibile e abbastanza semplice danneggiare l'udito e ridurre sufficientemente la sensibilità se si ascolta musica a livelli superiori a 90 dB per lungo tempo. Questi dati si basano su un gran numero di studi medici, che concludono che i livelli sonori superiori a 90 dB causano danni alla salute reali e quasi irreparabili. Il meccanismo di questo fenomeno risiede nella percezione uditiva e nelle caratteristiche strutturali dell'orecchio. Quando un'onda sonora con un'intensità superiore a 90 dB entra nel condotto uditivo, entrano in gioco gli organi dell'orecchio medio, provocando un fenomeno chiamato adattamento uditivo.
Il principio di ciò che sta accadendo in questo caso è questo: la staffa viene ritirata dalla finestra ovale e protegge l'orecchio interno da suoni troppo forti. Questo processo è chiamato riflesso acustico. All'orecchio, questo viene percepito come una diminuzione della sensibilità a breve termine, che può essere familiare a chiunque, ad esempio, abbia mai assistito a concerti rock nei club. Dopo un tale concerto si verifica una diminuzione della sensibilità a breve termine che, dopo un certo periodo di tempo, viene ripristinata al livello precedente. Tuttavia, il ripristino della sensibilità non sarà sempre e dipende direttamente dall'età. Dietro tutto ciò c'è il grande pericolo di ascoltare musica ad alto volume e altri suoni, la cui intensità supera i 90 dB. Il verificarsi di un riflesso acustico non è l'unico pericolo "visibile" di perdita della sensibilità uditiva. Con un'esposizione prolungata a suoni troppo forti, i peli situati nell'area dell'orecchio interno (che rispondono alle vibrazioni) si discostano molto fortemente. In questo caso, si verifica l'effetto che i capelli responsabili della percezione di una certa frequenza vengono deviati sotto l'influenza di vibrazioni sonore di grande ampiezza. Ad un certo punto, un tale capello potrebbe deviare troppo e non tornare mai più. Ciò causerà un corrispondente effetto di perdita di sensibilità a una frequenza specifica specifica!
La cosa più terribile in tutta questa situazione è che le malattie dell'orecchio sono praticamente incurabili, anche le più metodi moderni noto alla medicina. Tutto ciò porta ad alcune serie conclusioni: il suono sopra i 90 dB è pericoloso per la salute ed è quasi garantito che causi una perdita prematura dell'udito o una significativa diminuzione della sensibilità. Ancora più frustrante è che la proprietà di adattamento precedentemente menzionata entra in gioco nel tempo. Questo processo negli organi uditivi umani avviene quasi impercettibilmente; una persona che sta lentamente perdendo sensibilità, vicino al 100% di probabilità, non se ne accorgerà fino al momento in cui le persone intorno a lei presteranno attenzione alle continue domande, come: "Cosa hai appena detto?". La conclusione alla fine è estremamente semplice: quando si ascolta la musica, è fondamentale non consentire livelli di intensità sonora superiori a 80-85 dB! Allo stesso tempo, c'è anche un lato positivo: il livello del volume di 80-85 dB corrisponde approssimativamente al livello di registrazione del suono della musica in un ambiente di studio. Nasce così il concetto di "Golden Mean", al di sopra del quale è meglio non salire se i problemi di salute hanno almeno un significato.
Anche l'ascolto di musica a breve termine a un livello di 110-120 dB può causare problemi di udito, ad esempio durante un concerto dal vivo. Ovviamente, evitarlo a volte è impossibile o molto difficile, ma è estremamente importante cercare di farlo per mantenere l'integrità della percezione uditiva. Teoricamente, l'esposizione a breve termine a suoni forti (non superiore a 120 dB), anche prima dell'inizio della "stanchezza uditiva", non porta a gravi conseguenze negative. Ma in pratica, di solito ci sono casi di esposizione prolungata a suoni di tale intensità. Le persone si assordano senza rendersi conto dell'entità del pericolo in auto mentre ascoltano un sistema audio, a casa in condizioni simili o con le cuffie su un lettore portatile. Perché sta accadendo e cosa rende il suono sempre più forte? Ci sono due risposte a questa domanda: 1) L'influenza della psicoacustica, che verrà discussa separatamente; 2) La costante necessità di "urlare" alcuni suoni esterni con il volume della musica. Il primo aspetto del problema è piuttosto interessante e verrà discusso in dettaglio in seguito, ma il secondo lato del problema porta maggiormente a pensieri e conclusioni negative su un'errata comprensione delle vere basi del corretto ascolto del suono del "ciao- fi" classe.
Senza entrare nei particolari, la conclusione generale sull'ascolto della musica e sul volume corretto è la seguente: l'ascolto della musica dovrebbe avvenire a livelli di intensità sonora non superiori a 90 dB, non inferiori a 80 dB in una stanza in cui sono presenti suoni estranei provenienti da fonti esterne sono fortemente attutiti o del tutto assenti (come: conversazioni dei vicini e altri rumori dietro il muro dell'appartamento, rumori della strada e rumori tecnici se sei in macchina, ecc.). Vorrei sottolineare una volta per tutte che è nel caso del rispetto di tali requisiti, probabilmente severi, che è possibile raggiungere il tanto atteso equilibrio di volume, che non causerà danni prematuri indesiderati agli organi uditivi, e lo farà portano anche il vero piacere di ascoltare la tua musica preferita con i minimi dettagli del suono ad alte e basse frequenze e la precisione perseguita dal concetto stesso di suono "hi-fi".
Psicoacustica e caratteristiche della percezione
Per rispondere in modo più completo ad alcune importanti domande riguardanti la percezione finale delle informazioni sonore da parte di una persona, esiste un'intera branca della scienza che studia un'enorme varietà di tali aspetti. Questa sezione è chiamata "psicoacustica". Il fatto è che percezione uditiva non si esaurisce solo con il lavoro degli organi uditivi. Dopo la percezione diretta del suono da parte dell'organo dell'udito (orecchio), entra in gioco il meccanismo più complesso e poco studiato per analizzare le informazioni ricevute, di questo è interamente responsabile il cervello umano, progettato in modo tale che durante durante il funzionamento genera onde di una certa frequenza, anch'esse indicate in Hertz (Hz). Diverse frequenze delle onde cerebrali corrispondono a determinati stati di una persona. Pertanto, risulta che l'ascolto della musica contribuisce a un cambiamento nella sintonizzazione della frequenza del cervello, e questo è importante da considerare quando si ascoltano composizioni musicali. Sulla base di questa teoria, esiste anche un metodo di terapia del suono che influenza direttamente lo stato mentale di una persona. Le onde cerebrali sono di cinque tipi:
- Onde delta (onde inferiori a 4 Hz). Corrisponde a uno stato di sonno profondo senza sogni, mentre non c'è sensazione del corpo.
- Onde Theta (onde 4-7 Hz). Lo stato di sonno o meditazione profonda.
- Onde alfa (onde 7-13 Hz). Stati di rilassamento e rilassamento durante la veglia, sonnolenza.
- Onde beta (onde 13-40 Hz). Lo stato di attività, il pensiero quotidiano e l'attività mentale, l'eccitazione e la cognizione.
- Onde gamma (onde superiori a 40 Hz). Uno stato di intensa attività mentale, paura, eccitazione e consapevolezza.
La psicoacustica, in quanto branca della scienza, è alla ricerca di risposte al massimo domande interessanti relativo alla percezione finale di informazioni sonore da parte di una persona. Nel processo di studio di questo processo, viene rivelato un numero enorme di fattori, la cui influenza si verifica invariabilmente sia nel processo di ascolto della musica, sia in qualsiasi altro caso di elaborazione e analisi di qualsiasi informazione sonora. La psicoacustica studia quasi tutta la varietà di possibili influenze, a partire da quelle emotive e stato mentale di una persona al momento dell'ascolto, per finire con le peculiarità della struttura delle corde vocali (se si tratta delle peculiarità della percezione di tutte le sottigliezze dell'esecuzione vocale) e del meccanismo di conversione del suono in impulsi elettrici del cervello. Il più interessante e il più importante fattori importanti(che è fondamentale considerare ogni volta che ascolti la tua musica preferita, così come quando costruisci un sistema audio professionale) sarà discusso ulteriormente.
Il concetto di consonanza, consonanza musicale
Il dispositivo del sistema uditivo umano è unico, prima di tutto, nel meccanismo della percezione del suono, nella non linearità del sistema uditivo, nella capacità di raggruppare i suoni in altezza con un grado di precisione piuttosto elevato. Maggior parte caratteristica interessante percezione, si può notare la non linearità del sistema uditivo, che si manifesta sotto forma di comparsa di armoniche aggiuntive inesistenti (nel tono principale), che si manifesta particolarmente spesso nelle persone con intonazione musicale o assoluta. Se ci fermiamo più in dettaglio e analizziamo tutte le sottigliezze della percezione del suono musicale, allora si distingue facilmente il concetto di "consonanza" e "dissonanza" di vari accordi e intervalli di suono. concetto "consonanza"è definito come un suono consonante (dalla parola francese "consent"), e viceversa, rispettivamente, "dissonanza"- suono incoerente e discordante. Nonostante la diversità varie interpretazioni di questi concetti delle caratteristiche degli intervalli musicali, è più conveniente utilizzare l'interpretazione "musicale-psicologica" dei termini: consonanzaè definito e sentito da una persona come un suono piacevole e confortevole, morbido; dissonanza d'altra parte, può essere caratterizzato come un suono che provoca irritazione, ansia e tensione. Tale terminologia è leggermente soggettiva e inoltre, nella storia dello sviluppo della musica, intervalli completamente diversi sono stati presi per "consonante" e viceversa.
Al giorno d'oggi, questi concetti sono anche difficili da percepire in modo univoco, poiché ci sono differenze tra persone con preferenze e gusti musicali diversi, e non esiste nemmeno un concetto di armonia generalmente riconosciuto e concordato. La base psicoacustica per la percezione di vari intervalli musicali come consonanti o dissonanti dipende direttamente dal concetto di "banda critica". Striscia critica- questa è una certa larghezza della banda, all'interno della quale le sensazioni uditive cambiano drasticamente. L'ampiezza delle bande critiche aumenta proporzionalmente all'aumentare della frequenza. Pertanto, la sensazione di consonanze e dissonanze è direttamente correlata alla presenza di bande critiche. L'organo uditivo umano (orecchio), come accennato in precedenza, svolge il ruolo di filtro passa-banda in una certa fase dell'analisi delle onde sonore. Questo ruolo è assegnato alla membrana basilare, sulla quale sono presenti 24 bande critiche con ampiezza dipendente dalla frequenza.
Pertanto, la consonanza e l'incoerenza (consonanza e dissonanza) dipendono direttamente dalla risoluzione del sistema uditivo. Si scopre che se due toni diversi suonano all'unisono o la differenza di frequenza è zero, allora questa è una consonanza perfetta. La stessa consonanza si verifica se la differenza di frequenza è maggiore della banda critica. La dissonanza si verifica solo quando la differenza di frequenza è compresa tra il 5% e il 50% della banda critica. Il più alto grado di dissonanza in questo segmento si sente se la differenza è un quarto dell'ampiezza della banda critica. Sulla base di ciò, è facile analizzare qualsiasi registrazione musicale mista e combinazione di strumenti per consonanza o dissonanza del suono. Non è difficile intuire quale ruolo importante giochino in questo caso il tecnico del suono, lo studio di registrazione e gli altri componenti della colonna sonora originale digitale o analogica finale, e tutto questo ancor prima di tentare di riprodurla su apparecchiature di riproduzione del suono.
Localizzazione del suono
Il sistema di udito binaurale e localizzazione spaziale aiuta una persona a percepire la pienezza dell'immagine sonora spaziale. Questo meccanismo di percezione è implementato da due ricevitori uditivi e due canali uditivi. L'informazione sonora che arriva attraverso questi canali viene successivamente elaborata nella parte periferica del sistema uditivo e sottoposta ad analisi spettrale e temporale. Inoltre, questa informazione viene trasmessa alle parti superiori del cervello, dove viene confrontata la differenza tra il segnale sonoro sinistro e destro e si forma anche un'unica immagine sonora. Questo meccanismo descritto è chiamato udito binaurale. Grazie a ciò, una persona ha opportunità così uniche:
1) localizzazione di segnali sonori da una o più sorgenti, mentre si forma un'immagine spaziale della percezione del campo sonoro
2) separazione dei segnali provenienti da sorgenti diverse
3) la selezione di alcuni segnali sullo sfondo di altri (ad esempio, la selezione del parlato e della voce dal rumore o dal suono degli strumenti)
La localizzazione spaziale è facile da osservare con un semplice esempio. Ad un concerto, con un palco e un certo numero di musicisti su di esso ad una certa distanza l'uno dall'altro, è facile (volendo, anche chiudendo gli occhi) determinare la direzione di arrivo del segnale sonoro di ogni strumento, valutare la profondità e la spazialità del campo sonoro. Allo stesso modo, è apprezzato un buon impianto hi-fi, capace di "riprodurre" in modo affidabile tali effetti di spazialità e localizzazione, quindi di fatto "ingannando" il cervello, facendoti sentire la piena presenza del tuo artista preferito durante un'esibizione dal vivo. Localizzazione sorgente sonora di solito causano tre fattori principali: temporale, di intensità e spettrale. Indipendentemente da questi fattori, esistono numerosi modelli che possono essere utilizzati per comprendere le basi della localizzazione del suono.
Il più grande effetto di localizzazione, percepito dagli organi uditivi umani, è nella regione delle frequenze medie. Allo stesso tempo, è quasi impossibile determinare la direzione dei suoni di frequenze superiori a 8000 Hz e inferiori a 150 Hz. Quest'ultimo fatto è particolarmente diffuso nei sistemi hi-fi e home theater quando si sceglie la posizione di un subwoofer (collegamento a bassa frequenza), la cui posizione nella stanza, a causa della mancanza di localizzazione delle frequenze inferiori a 150 Hz, praticamente non importa, e l'ascoltatore ottiene comunque un'immagine olistica del palcoscenico. L'accuratezza della localizzazione dipende dalla posizione della sorgente di radiazione delle onde sonore nello spazio. Pertanto, la massima precisione di localizzazione del suono si nota sul piano orizzontale, raggiungendo un valore di 3°. Nel piano verticale, il sistema uditivo umano determina molto peggio la direzione della sorgente, la precisione in questo caso è di 10-15 ° (a causa della struttura specifica dei padiglioni auricolari e della complessa geometria). L'accuratezza della localizzazione varia leggermente a seconda dell'angolazione degli oggetti che emettono il suono nello spazio con angoli rispetto all'ascoltatore, e anche il grado di diffrazione delle onde sonore della testa dell'ascoltatore influisce sull'effetto finale. Va inoltre notato che i segnali a banda larga sono meglio localizzati del rumore a banda stretta.
Molto più interessante è la situazione con la definizione della profondità del suono direzionale. Ad esempio, una persona può determinare la distanza da un oggetto tramite il suono, tuttavia, ciò accade in misura maggiore a causa di un cambiamento nella pressione sonora nello spazio. Di solito, più l'oggetto è lontano dall'ascoltatore, più le onde sonore vengono attenuate nello spazio libero (all'interno si aggiunge l'influenza delle onde sonore riflesse). Pertanto, possiamo concludere che l'accuratezza della localizzazione è maggiore in una stanza chiusa proprio a causa del verificarsi del riverbero. Le onde riflesse che si verificano in spazi chiusi danno origine a effetti interessanti come l'espansione del palcoscenico sonoro, l'avvolgimento, ecc. Questi fenomeni sono possibili proprio a causa della suscettibilità della localizzazione del suono tridimensionale. Le principali dipendenze che determinano la localizzazione orizzontale del suono sono: 1) la differenza nel tempo di arrivo di un'onda sonora a sinistra e orecchio destro; 2) la differenza di intensità dovuta alla diffrazione alla testa dell'ascoltatore. Per determinare la profondità del suono, sono importanti la differenza nel livello di pressione sonora e la differenza nella composizione spettrale. Anche la localizzazione nel piano verticale dipende fortemente dalla diffrazione nel padiglione auricolare.
La situazione è più complicata con i moderni sistemi audio surround basati sulla tecnologia dolby surround e analoghi. Sembrerebbe che il principio della costruzione di sistemi home theater regoli chiaramente il metodo per ricreare un'immagine spaziale abbastanza naturalistica del suono 3D con il volume intrinseco e la localizzazione delle sorgenti virtuali nello spazio. Tuttavia, non tutto è così banale, poiché i meccanismi di percezione e localizzazione di un gran numero di sorgenti sonore di solito non vengono presi in considerazione. La trasformazione del suono da parte degli organi dell'udito comporta il processo di aggiunta di segnali diverse fonti chi è venuto a orecchie diverse. Inoltre, se la struttura delle fasi suoni diversi più o meno sincrono, tale processo è percepito dall'orecchio come un suono emanato da una fonte. Ci sono anche una serie di difficoltà, comprese le peculiarità del meccanismo di localizzazione, che rende difficile determinare con precisione la direzione della sorgente nello spazio.
Alla luce di quanto sopra, il compito più difficile è separare i suoni provenienti da sorgenti diverse, specialmente se queste diverse sorgenti riproducono un segnale di ampiezza-frequenza simile. E questo è esattamente ciò che accade in pratica in qualsiasi sistema moderno suono surround, e anche in un sistema stereo convenzionale. Quando una persona ascolta un gran numero di suoni provenienti da fonti diverse, dapprima si determina l'appartenenza di ogni particolare suono alla sorgente che lo crea (raggruppamento per frequenza, tono, timbro). E solo nella seconda fase la voce tenta di localizzare la fonte. Successivamente, i suoni in arrivo vengono suddivisi in flussi in base alle caratteristiche spaziali (differenza nel tempo di arrivo dei segnali, differenza di ampiezza). Sulla base delle informazioni ricevute si forma un'immagine uditiva più o meno statica e fissa, dalla quale è possibile determinare da dove proviene ogni particolare suono.
È molto conveniente tracciare questi processi sull'esempio di un normale palcoscenico con musicisti fissati su di esso. Allo stesso tempo, è molto interessante notare che se il cantante/esecutore, occupando una posizione inizialmente definita sul palco, inizia a muoversi agevolmente attraverso il palco in qualsiasi direzione, l'immagine uditiva precedentemente formata non cambierà! La determinazione della direzione del suono proveniente dal cantante rimarrà soggettivamente la stessa, come se si trovasse nello stesso punto in cui si trovava prima di muoversi. Solo nel caso di un brusco cambiamento nella posizione dell'esecutore sul palco si verificherà la scissione dell'immagine sonora formata. Oltre ai problemi considerati e alla complessità dei processi di localizzazione del suono nello spazio, nel caso di sistemi audio surround multicanale, il processo di riverbero nella stanza di ascolto finale gioca un ruolo piuttosto importante. Questa dipendenza è osservata più chiaramente quando un gran numero di suoni riflessi proviene da tutte le direzioni: l'accuratezza della localizzazione si deteriora in modo significativo. Se la saturazione energetica delle onde riflesse è maggiore (prevale) dei suoni diretti, il criterio di localizzazione in una stanza del genere diventa estremamente sfocato, è estremamente difficile (se non impossibile) parlare dell'accuratezza nel determinare tali fonti.
Tuttavia, in una stanza altamente riverberante, teoricamente avviene la localizzazione; nel caso di segnali a banda larga, l'udito è guidato dal parametro della differenza di intensità. In questo caso, la direzione è determinata dalla componente ad alta frequenza dello spettro. In ogni stanza, l'accuratezza della localizzazione dipenderà dall'ora di arrivo dei suoni riflessi dopo i suoni diretti. Se l'intervallo tra questi segnali sonori è troppo piccolo, la "legge dell'onda diretta" inizia a funzionare per aiutare il sistema uditivo. L'essenza di questo fenomeno: se i suoni con un breve intervallo di ritardo provengono da direzioni diverse, la localizzazione dell'intero suono avviene in base al primo suono arrivato, ad es. l'udito ignora in una certa misura il suono riflesso se arriva troppo poco dopo quello diretto. Un effetto simile appare anche quando viene determinata la direzione dell'arrivo del suono nel piano verticale, ma in questo caso è molto più debole (a causa del fatto che la suscettibilità del sistema uditivo alla localizzazione nel piano verticale è notevolmente peggiore).
L'essenza dell'effetto di precedenza è molto più profonda e ha una natura psicologica piuttosto che fisiologica. Sono stati condotti numerosi esperimenti, sulla base dei quali è stata stabilita la dipendenza. Questo effetto si verifica principalmente quando il tempo di occorrenza dell'eco, la sua ampiezza e direzione coincidono con alcune "aspettative" dell'ascoltatore da come l'acustica di questa particolare stanza forma un'immagine sonora. Forse la persona ha già avuto esperienza di ascolto in questa stanza o simile, che costituisce la predisposizione del sistema uditivo al verificarsi dell'effetto "atteso" di precedenza. Per aggirare queste limitazioni inerenti all'udito umano, nel caso di più sorgenti sonore, vengono utilizzati vari trucchi e trucchi, con l'aiuto dei quali si forma una localizzazione più o meno plausibile di strumenti musicali / altre sorgenti sonore nello spazio . In generale, la riproduzione di immagini sonore stereo e multicanale si basa su molti inganni e sulla creazione di un'illusione uditiva.
Quando due o più altoparlanti (ad esempio, 5.1 o 7.1, o anche 9.1) riproducono il suono da diversi punti della stanza, l'ascoltatore sente suoni provenienti da fonti inesistenti o immaginarie, percependo un certo panorama sonoro. La possibilità di questo inganno risiede nelle caratteristiche biologiche della struttura del corpo umano. Molto probabilmente, una persona non ha avuto il tempo di adattarsi a riconoscere un tale inganno a causa del fatto che i principi della riproduzione del suono "artificiale" sono apparsi relativamente di recente. 
Tuttavia, sebbene il processo di creazione di una localizzazione immaginaria si sia rivelato possibile, l'implementazione è ancora tutt'altro che perfetta. Il fatto è che l'udito percepisce davvero una sorgente sonora dove in realtà non esiste, ma la correttezza e l'accuratezza della trasmissione delle informazioni sonore (in particolare il timbro) è una grande domanda. Con il metodo di numerosi esperimenti in camere riverberanti reali e in camere ovattate, si è scoperto che il timbro delle onde sonore differisce dalle fonti reali e immaginarie. Ciò influisce principalmente sulla percezione soggettiva del loudness spettrale, il timbro in questo caso cambia in modo significativo ed evidente (se confrontato con un suono simile riprodotto da una sorgente reale).
Nel caso di sistemi home theater multicanale, il livello di distorsione è notevolmente più elevato, per diversi motivi: 1) Molti segnali sonori simili in ampiezza-frequenza e risposta di fase provengono contemporaneamente da sorgenti e direzioni diverse (comprese le onde riflesse) a ciascun condotto uditivo. Ciò porta a una maggiore distorsione e alla comparsa di filtri a pettine. 2) Una forte spaziatura degli altoparlanti nello spazio (l'uno rispetto all'altro, nei sistemi multicanale questa distanza può essere di diversi metri o più) contribuisce alla crescita della distorsione timbrica e alla colorazione del suono nella regione della sorgente immaginaria. Di conseguenza, possiamo affermare che la colorazione timbrica nei sistemi audio multicanale e surround si verifica in pratica per due motivi: il fenomeno del filtraggio a pettine e l'influenza dei processi di riverbero in una determinata stanza. Se più sorgenti sono responsabili della riproduzione delle informazioni sonore (questo vale anche per un impianto stereo con 2 sorgenti), la comparsa dell'effetto "filtraggio a pettine" causato da tempi differenti l'arrivo delle onde sonore in ogni condotto uditivo. Particolare irregolarità si osserva nella regione del medio superiore 1-4 kHz.