Nauka o słyszeniu Wykład I Słyszenie akustyczne

Transkrypt

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

2 Co Państwo słyszą?

3 Demonstracja Słyszenie a słuchanie Słyszenie naturalne Plan wykładu Percepcja słuchowa i wzrokowa Słyszenie akustyczne - natura dźwięku dwie definicje Fizyczne charakterystyki dźwięku Cechy wrażenia dźwiękowego: wysokość głośność barwa

4 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

5 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!!!!!

6 Odmiany słyszenia słyszenie naturalne wydobywa cechy przedmiotów w otoczeniu słyszenie mowy wydobywa treści komunikatów słyszenie muzyki odsłania abstrakcyjne struktury w konkretnych kompleksach dźwiękowych.

7 Dogmat psychoakustyczny Słyszenie to wydobywanie informacji fale akustyczne subiektywne cechy tych fal - wrażenia dźwiękowe: wysokość głośność barwa Przebieg eksperymentu psychoakustycznego: wyznaczamy JND charakterystyk dźwiękowych, wysokości, głośności, czasu trwania, itp. Słyszymy dźwięki?

8 Słyszenie naturalne Słyszenie to wydobywanie informacji fale akustyczne cechy i zachowania obiektów w otoczeniu Eksperyment psychoakustyczny: wyznaczamy JND parametrów charakteryzujących źródło dźwięku takie jak progi prędkości, odległości itp. Klawiter A., Preis A. (2006). Percepcja słuchowa przedmiotów szkic teorii i jej testowanie, Kolokwia Psychologiczne nr 14, Neuronauka, Instytut Psychologii PAN, Warszawa, Słyszymy obiekty czyli źródła dźwięków!

9 Co możemy zobaczyć, co możemy usłyszeć? Widzenie rozpoznawanie cech obiektów, na podstawie informacji niesionej przez fale elektromagnetyczne Słyszenie rozpoznawanie cech źródeł dźwięków, na podstawie informacji niesionej przez fale akustyczne Obie modalności percepcyjne dostarczają informacji o cechach obiektów w środowisku Kaczmarek, T. (2005). Auditory perception of sound source velocity J. Acoust. Soc. Am. 117 (5), Ishibashi, M., Preis, A. (2005). Auditory cue for the perception of the weight of falling balls, Archives of Acoustics. 30, Preis A., Klawiter A. (2005). The audition of natural sounds its levels and relevant experiments, Forum Acusticum 2005 Budapest (keynote paper)

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

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

12 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

13 Poziomy przetwarzania informacji wzrokowej według Marra (1982) Pierwotny szkic Poziomy przetwarzania informacji słuchowej Preis, Klawiter (2005) Słyszenie akustyczne Dwuipółwymiarowy szkic Słuchanie przestrzeni Trójwymiarowy model kształtu przedmiotu Słuchanie przedmiotu

14

15

16

17

18

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

20 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

21 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)

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

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

24 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

25 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:

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

27 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

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

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

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

31 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

32 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

33 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

34 Instrumenty 1 puzon 2 saksofon 3 trąbka

35 Dodawanie tonów- dźwięk harmoniczny Widmo częstotliwościowe

36 Barwa dźwięku złożonego: widmo

37

38 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

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

40

41 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.