Nauka o słyszeniu. Wykład I Dźwięk. Anna Preis,

Transkrypt

1 Nauka o słyszeniu Wykład I Dźwięk Anna Preis, apraton@amu.edu.pl

2 Co słyszycie?

3 Plan wykładu Demonstracja Percepcja słuchowa i wzrokowa Słyszenie a słuchanie Natura dźwięku dwie definicje Fizyczne charakterystyki dźwięku Cechy wrażenia dźwiękowego: Wysokość Głośność Barwa

4 Źródła dźwięku naturalne: burza, zwierzęta.. muzyczne: różne instrumenty muzyczne ludzie: ludzka mowa.

5 Podobieństwo pomiędzy percepcją wzrokową i słuchową Wzrok Obiekty rzeczywiste Słuch Źródła naturalne (rzeczywiste) Figury geometryczne Pismo Muzyka Mowa

6 Słyszenie a słuchanie ten wykład można słyszeć a nie słuchać!! Słuchowe doświadczenie człowieka: 1 percepcja lokalizacji obiektu w przestrzeni tylko w oparciu o dźwięk 2 percepcja dźwięków muzyki (instrumenty muzyczne) 3 percepcja mowy

7 Podobieństwa tych trzech zjawisk Dotyczą identyfikacji wydarzeń akustycznych: identyfikacja źródeł w przestrzeni identyfikacji instrumentów muzycznych identyfikacji głosu Dotyczą percepcji wzorów: ruchu muchy wokół głowy melodii zdań, sekwencji wyrazów Wszystkie związane są z rytmem Tańczymy do dźwięków a nie do światła!!!!!

8 Słyszenie a widzenie Słyszenie Parametry akustyczne dźwięku- relacja pomiędzy parametrami fali akustycznej a percepcją wysokości, głośności, barwy Są próby pokazania (Poznań), że słyszenie to percepcja charakterystyk obiektów - źródeł dźwięków Widzenie przed Gibsonem Światło bezpośrednie - relacje pomiędzy parametrami fali elektromagnetycznej a percepcją koloru, intensywności, jasności Teraz (Marr) światło odbite oświetlające obiektypercepcja charakterystyk obiektów które widzimy np. kształtu

9

10

11

12

13

14 f1= v/2l fn = n(v/2l)

15 Dwie definicje dźwięku Jeśli drzewo przewróci się w lesie i nikogo nie ma w pobliżu, żeby to usłyszał czy to jest dźwięk? Fizyczna definicja: dźwięk to zmiany ciśnienia w powietrzu lub innym ośrodku tak Percepcyjna definicja: dźwięk to doświadczenie, które mamy gdy słuchamy nie

16 Dwa światy Percepcja Cechy wrażenia słuchowego Wysokość Głośność Barwa Subiektywny czas trwania Prawo Webera Fechnera Ψ = k log Φ Prawo Stevensa Ψ = k Φ n Akustyka Parametry fali akustycznej; F (Hz) L (db) Widmo (Hz, db) Czas trwania (s)

17 Dźwiękowy bodziec generowany przez głośnik 340 m/s -powietrze 1500 m/s - woda

18 Słyszenie Dominujące doświadczenie wywołane falami dźwiękowymi Ton najprostsza fala dźwiękowa f =1/T f = v/λ f = 340/ λ

19 Dźwięki proste- tony T=0,005 s 200 okresów / 1 sek = 200 Hz 2000 okresów / 1 sek = 2000 Hz (2 khz) Zakres dźwięków słyszalnych (Hz > Hertz) 20 Hz 200 Hz 2 khz 20 khz niskie częstotliwości częstotliwości wysokie

20 Wielkości opisujące falę akustyczną Fala: okresowe rozchodzenie się zaburzenia w przestrzeni i w czasie, niosące ze sobą energię Okres: czas potrzebny by wykonać pełny cykl drgania, T [s] Częstotliwość: liczba wykonanych drgań w ciągu jednej sekundy, f [1/s] lub [Hz] Amplituda: maksymalne wychylenie z położenia równowagi, A Faza: położenie drgającej cząstki w fali w określonej chwili czasu Długość: odległość dwóch sąsiednich cząstek w kierunku rozchodzenia się fali drgających w zgodnych fazach, Prędkość propagacji:

21 Zależności między ciśnieniem akustycznym, mierzonym w mikropaskalach, a jego poziomem (decybele) obrazuje poniższy rysunek: Skok o 1dB Skok o 3dB Skok o 5dB

22 Amplituda i głośność Fale dźwiękowe generowane w środowisku mają niezwykle duży zakres amplitud Decybel pozwala na skompresowana skalę amplitudy fal dźwiękowych Liczba decybeli=20log(p/p0) gdzie p0= 20 micropascals Jeśli ciśnienie =20μp to liczba db=20log(20/20)=20log(1)=0 db Jeśli ciśnienie =200μp to liczba db=20log(200/20)=20log(10)=20 db SPL- sound pressure level Mnożąc ciśnienie dźwięku przez 10 dodajemy 20 db

23 Ważne wzory L 20log 10 p p 1 0 db SPL I 2 p c L 10log 10 I I 1 0 p 0 =2*10-5 N/m 2 or 20 Pa I 0 =10-12 [W/m 2 ] L 10log 10 p p L1=55dB L2=60 db Sumaryczny poziom= 10 log (10 55/ /10 )=61.19dB

24 Głośność i skala db Dla tonu 1000 Hz i SPL=40dB głośność 1son, wzrost o 10 db podwojenie głośności Oryginał + 5dB, +8dB, +10dB

25 Częstotliwość i wysokość Jednostką częstotliwości jest Hertz (Hz) 1Hertz 1 cykl na sekundę

26 Wysokość dźwięku i chroma Dźwięki oznaczone tymi samymi literami mają taką samą chromę np. dźwięk A. Dźwięki mające taką samą chromę odległe są od siebie o interwał oktawy Częstotliwości dźwięków oddalonych o interwał oktawy tworzą iloraz równy 2

27 Zakres słyszenia Słonie poniżej 20Hz Psy powyżej Hz Koty powyżej Hz Delfiny Hz Punkty A, B, C Na odbiornikach stereoczasami można regulować poziom ze względu na równą głośność

28 Jakość dźwięku: barwa Dwie definicje barwy dźwięku: jeśli dwa dźwięki mają tę samą głośność, wysokość i czas trwania ale brzmią różnie to ta różnica jest różnicą w ich barwie jest to cecha wrażenia słuchowego dzięki której można rozpoznać różne instrumenty muzyczne 1 2 3

29 Instrumenty 1 puzon 2 saksofon 3 trąbka

30 Dodawanie tonów- dźwięk harmoniczny Widmo częstotliwościowe

31 Barwa dźwięku złożonego: widmo

32

33 Dodawanie tonów- dźwięk harmoniczny F0=251 Hz 5 i 6F0 251 Hz 1506 Hz 2F0 502 Hz 7 i 8 F0 501 Hz 2083 Hz 3F0 9, 10 i 11 F0 603, 750 Hz 2421, 2721 Hz 4F0 pozostałe 1005 Hz pozostałe Widmo dźwięku gitary Widmo dźwięku dzwonu

34 Barwa dźwięku złożonego: Transjenty początkowy końcowy przebieg czasowy Trudno rozpoznać instrumenty, które są pozbawione transjentu początkowego bądź końcowego Jeśli zamienić transjent początkowy z końcowym to zmienia się barwa

35

36 Materiały do wykładu Demonstracje dźwiękowe: CD Fastl /Zwicker, Psychoacoustics CD Cook, Music, Cognition, and Computerized Sound,1999. Książki: Goldstein, Sensation and Perception Makarewicz, Dźwięki i fale, 2011.