Зрительно-слуховое восприятие аудиовизуальных программ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

Им. проф. М.А.Бонч-Бруевича

Кафедра РПВЭС и ЭА

 

 

В.А. Никамин

 

ЗРИТЕЛЬНО-СЛУХОВОЕ ВОСПРИЯТИЕ АУДИОВИЗУАЛЬНЫХ ПРОГРАММ

Методические указания

К выполнению лабораторных работ

 

Специальность 210400 («Аудиовизуальная техника»)

 

 

Санкт-Петербург

 

УДК

ББК

Н62

 

 

Рецензент

кандидат технических наук, профессор

А.А. Фадеев

Рекомендовано к печати

редакционно-издательским советом университета

Никамин, В.А.

Н62 Зрительно-слуховое восприятие аудиовизуальных программ: методические указания к выполнению лабораторных работ/ В.А. Никамин, ГОУВПО СПбГУТ. – СПб, 2014.

Изложены методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Зрительно-слуховое восприятие аудиовизуальных программ». Для каждой работы приводятся описания элементов теории, необходимых для осмысленного ее выполнения, контрольные вопросы, а также список литературы.

Предназначено для студентов, обучающихся по специальности 210400 «Аудиовизуальная техника».

 

 

УДК

ББК

 

 

© В.А. Никамин, 2014

© Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича», 2014

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

 

Выполнение лабораторных работ, представленных в сборнике, закрепляет знания, полученные в ходе изучения дисциплины «Зрительно-слуховое восприятие аудиовизуальных программ», и способствует более полному усвоению изложенного в нем материала.

Целью работы 1 является исследование разрешающей способности слуха по интенсивности.В процессе ее выполнения студенты получают навыки снятияхарактеристик абсолютного порога слышимости по интенсивности (кривой абсолютной слышимости) при моноауральном прослушивании звукового сигнала – для каждого уха в отдельности, и при бинауральном прослушивании – для обоих ушей вместе.

В работе 2 студенты изучают дифференциальные пороги слуха по частоте и их зависимость от уровня громкости прослушиваемого сигнала и от диапазона частот, в котором этот сигнал находится.

В работе 3 студенты исследуют маскирующее действие шумов различного характера: белого, розового и броуновского, а также зависимость маскирующего действия каждого из этих видов шумов от частоты маскируемого сигнала.

Работа 4 посвящена исследованию явлений консонанса и диссонанса и основных музыкальных интервалов: октавы, квинты, кварты, терции и пр. В процессе ее выполнения студенты создают и прослушивают созвучия из сигналов, которые находятся в различных частотно-временных соотношениях друг с другом. Как следствие, студенты осваивают принципы построения музыкальных шкал и наиболее часто используемых в музыке трезвучий, в том числе мажорных и минорных.

Кроме того, в процессе выполнения заданий студенты осваивают работу с одной из наиболее интересных профессиональных программ для работы со звуком – ADOBEAUDITION.

 

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

Им. проф. М.А.Бонч-Бруевича

Кафедра РПВЭС и ЭА

Лабораторная работа №1

по курсу

«Зрительно-слуховое восприятие аудиовизуальных программ»

«Исследование абсолютных порогов слуха по интенсивности с помощью программы ADOBEAUDITION»

Цели работы:

- исследование абсолютных порогов слуха по интенсивности;

- ознакомление с программой ADOBEAUDITION.

 

 

Элементы теории восприятия звука.

Абсолютные слуховые пороги

Абсолютные слуховые пороги определяются, прежде всего, по следующим объективным параметрам звукового сигнала: интенсивности (звуковому давлению), частоте и длительности.

 

Литература

1. В.А. Никамин. Зрительно-слуховое восприятие аудиовизуальных программ.: Учебник / ГОУВПО СПбГУТ. – СПб, 2014.

2. Акустика: Учебник для вузов / Ш.Я. Вахитов, Ю.А. Ковалгин, А.А. Фадеев, Ю.П. Щевьев; под ред. Ю.А. Ковалгина. – М.: Горячая линия-Телеком, 2009.

3. И.А. Алдошина, Р. Приттс. Музыкальная акустика. Учебник. – СПб.: Композитор. – СПб, 2006.

 

Порядок выполнения работы

Открыть программу AdobeAudition, щелкнув дважды по ее ярлыку.

 

1. Сформировать тестовый синусоидальный сигнал с частотой 1000 Гц. Для этого:

- В меню Файл (File) щелкнуть Новый (New) и в открывшемся окне установить:

- Частоту дискретизации (SampleRate) – 48кГц;

- Каналы (Channels) – Моно;

- Разрешение (Resolution) – 32 бит.

Нажать кнопку ОК.

2. В меню Создать (Generate) щелкнуть Тона (Tones) и в открывшемся окне установить (рис. 2):

- Основную частоту (BaseFrequency) – 1000 Гц;

- Форму сигнала (Flavor) – синус (Sine);

- Длительность (Duration) – 30 секунд.

- dB Громкость (dBVolume) – 6 дБ;

Рис. 2. Окно установки параметров сигнала программы AdobeAudition

 

 

3. Установив регулятор громкости головных телефонов на максимум, нажать кнопку Preview и прослушать полученный сигнал левым ухом, плотно закрыв правое ухо. Перемещая ручку регулятора dB Громкость (dBVolume) найти такое ее положение, которое будет соответствовать порогу слышимости звукового сигнала на этой частоте. Занести значение громкости N _изм в дБ в табл. 1 отчета.

Примечание 1. Для того чтобы более точно определить порог слышимости, можно вблизи границы слышимости попеременно включать и выключать звук кнопкой Preview/Stop.

Примечание 2. Если при максимальном ослаблении (-80 дБ) звук на частоте 1000 Гц все-таки прослушивается, уменьшить громкость с помощью регулятора громкости головных телефонов до его исчезновения + примерно 3 дБ.

4. Повторить эксперимент для всех частот, указанных в табл.1 отчета.

5. Повторить п.п. 2 и 3 для правого уха. Результаты измерений занести в табл. 2 отчета.

6. Повторить эксперимент, создав стереофонический сигнал и прослушивая его обоими ушами. Результаты занести в табл. 3 отчета.

7. Рассчитать значения N _расч, для чего принять за 0 дБ минимальное из измеренных значений (для левого уха, правого и для обоих ушей) при частоте 1000 Гц и вычесть это значение из всех измеренных значений N _изм.

8. Построить графики кривой абсолютного порога слышимости для левого уха, правого и обоих ушей вместе.

Примечание 3. Следует иметь в виду, что:

- кривая абсолютного порога слышимости, снятая через головные телефоны, будет на 5-10 дБ выше кривой, которая могла бы быть снята при прослушивании звуковых сигналов от акустической системы, размещенной в свободном поле в заглушенном помещении (т.е. в головных телефонах острота слуха у человека ниже, поскольку нет резонансных явлений, обеспечиваемых особой формой ушной раковины) и, кроме того будет иметь несколько другую форму;

- частотные характеристики у правого и левого уха, как правило, неодинаковые;

- кривая абсолютного порога слышимости, снятая для одного уха, будет примерно на 3 дБ выше кривой, снятой при прослушивании звуковых сигналов обоими ушами.

9. На основании анализа графиков сформулировать выводы.

 

 

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

Им. проф. М.А.Бонч-Бруевича

Кафедра РПВЭС и ЭА

Студент__________________ Группа__________

ОТЧЕТ

по лабораторной работе №1

 

по курсу

«Зрительно-слуховое восприятие аудиовизуальных программ»

«Исследование абсолютных порогов слуха по интенсивности с помощью программы ADOBEAUDITION»

Табл. 1

Выводы

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________­­­­­­­­­­____

Работа выполнена «___»______________20___ г.

___________________________________________

(подпись преподавателя)

 

Отчет проверен «___»_________________20___ г.

 

___________________________________________

(подпись преподавателя)

 

 

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

Им. проф. М.А.Бонч-Бруевича

Кафедра РПВЭС и ЭА

Лабораторная работа №2

по курсу

«Зрительно-слуховое восприятие аудиовизуальных программ»

«Исследование дифференциальных порогов слуха по частоте с помощью программы ADOBEAUDITION»

Цели работы:

- исследование дифференциальных порогов слуха по частоте;

- ознакомление с программой ADOBEAUDITION.

 

 

Литература

1. В.А. Никамин. Зрительно-слуховое восприятие аудиовизуальных программ.: Учебник / ГОУВПО СПбГУТ. – СПб, 2014.

2. Акустика: Учебник для вузов / Ш.Я. Вахитов, Ю.А. Ковалгин, А.А. Фадеев, Ю.П. Щевьев; под ред. Ю.А. Ковалгина. – М.: Горячая линия-Телеком, 2009.

3. И.А. Алдошина, Р. Приттс. Музыкальная акустика. Учебник. – СПб.: Композитор. – СПб, 2006.

 

Порядок выполнения работы

Открыть программу AdobeAudition, щелкнув дважды по ее ярлыку.

 

1. Задать параметры звукового файла. Для этого:

- В меню Файл (File) щелкнуть Новый (New) и в открывшемся окне установить:

- Частоту дискретизации (SampleRate) – 48кГц;

- Каналы (Channels) – Моно;

- Разрешение (Resolution) – 32 бит.

Нажать кнопку ОК.

2. В меню Создать (Generate) щелкнуть Тоны (Tones) и в открывшемся окне (рис. 7) установить:

- Основнуючастоту (BaseFrequency) – f =1000 Гц;

- Форму сигнала (Flavor) – синус (Sine);

- Длительность (Duration) – 4 секунды.

- dB Громкость (dBVolume) – (–10…–20) дБ;

 

Рис. 7. Окно установки параметров сигнала программы AdobeAudition

 

3. Нажать кнопку Preview и прослушать полученный сигнал. Перемещая ручку регулятора dB Громкость (dBVolume) найти такое ее положение, которое будет соответствовать порогу слышимости звукового сигнала на этой частоте. Для того чтобы облегчить дальнейшие вычисления, лучше поступить следующим образом. Установить ручку регулятора dB Громкость (dBVolume) в какое-либо фиксированное положение вблизи обнаруженного порога слышимости с круглым значением уровня громкости – например, – 70 дБ, и с помощью регулятора громкости телефонов или компьютера добиться, чтобы это значение соответствовало порогу слышимости, т.е. задать некоторую точку отсчета в 0 дБ (N ₀). Отметить это значение громкости N ₀ в дБ в табл. 1.

4. В окне ModulationFrequency установить значение модулирующей частоты Ω = 4 Гц.

5. Установить уровень громкости звукового сигнала N на 40 дБ больше относительно N ₀ с помощью регулятора dB Громкость (dBVolume). Если N ₀ = – 70 дБ, то N = – 30 дБ.

6. В окне ModulateBy установить значение девиации Δω = 1 Гц. Нажав кнопку Preview прослушать полученный сигнал. Если модуляция на слух не ощущается, то повторить п.5, увеличивая Δω = 2 Гц, 3 Гц и т.д., до тех пор, пока модуляция не будет слышна отчетливо. В соответствующую ячейку таблицы 1занестизначение Δ f = 2Δω.

7. Повторить пп. 5 и 6 для N = 50 дБ и N = 60 дБ, занося полученные результаты в соответствующие ячейки таблиц 2 и 3.

8. Повторить пп. 2-7 для всех частот, указанных в таблицах 1-3.

9. Рассчитать значения Δf / f в % и занести их в соответствующие ячейки таблиц 1-3.

10. Построить графики зависимости Δf / f от частоты для разных уровней громкости N

 

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

Им. проф. М.А.Бонч-Бруевича

Кафедра РПВЭС и ЭА

Студент__________________ Группа__________

ОТЧЕТ

По лабораторной работе №2

 

по курсу

«Зрительно-слуховое восприятие аудиовизуальных программ»

«Исследование дифференциальных порогов слуха по частоте с помощью программы ADOBEAUDITION»

 

Табл. 1

Уровень звукового сигнала N= 40 дБ (N₀ = -70 дБ)

Частота, Гц
Δf, Гц
Δf / f, %

 

 

Табл. 2

Уровень звукового сигнала N= 50 дБ (N₀ = -70 дБ)

Частота, Гц
Δf, Гц
Δf / f, %

 

Табл. 3

Уровень звукового сигнала N= 60 дБ (N₀ = -70 дБ)

Частота, Гц
Δf, Гц
Δf / f, %

 

L t1UKDXHTtVBSKC5JzEtJzMnPS7VVqkwtVrK34+UCAAAA//8DAFBLAwQUAAYACAAAACEAcjUtqMUA AADcAAAADwAAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbESPQYvCMBSE78L+h/AWvGmquFKqUaQgK6IHXS97ezbP tti8dJuodX+9EQSPw8x8w0znranElRpXWlYw6EcgiDOrS84VHH6WvRiE88gaK8uk4E4O5rOPzhQT bW+8o+ve5yJA2CWooPC+TqR0WUEGXd/WxME72cagD7LJpW7wFuCmksMoGkuDJYeFAmtKC8rO+4tR sE6XW9wdhyb+r9LvzWlR/x1+v5TqfraLCQhPrX+HX+2VVjAajeF5JhwBOXsAAAD//wMAUEsBAi0A FAAGAAgAAAAhAPD3irv9AAAA4gEAABMAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAFtDb250ZW50X1R5cGVzXS54 bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEAMd1fYdIAAACPAQAACwAAAAAAAAAAAAAAAAAuAQAAX3JlbHMvLnJl bHNQSwECLQAUAAYACAAAACEAMy8FnkEAAAA5AAAAEAAAAAAAAAAAAAAAAAApAgAAZHJzL3NoYXBl eG1sLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQByNS2oxQAAANwAAAAPAAAAAAAAAAAAAAAAAJgCAABkcnMv ZG93bnJldi54bWxQSwUGAAAAAAQABAD1AAAAigMAAAAA " filled="f" stroked="f" strokeweight=".5pt">

16 к

L t1UKDXHTtVBSKC5JzEtJzMnPS7VVqkwtVrK34+UCAAAA//8DAFBLAwQUAAYACAAAACEAiNe9dscA AADcAAAADwAAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbESPQWvCQBSE7wX/w/IK3uqmQYukriEEQkXsQevF2zP7 TEKzb2N2G2N/fbdQ6HGYmW+YVTqaVgzUu8aygudZBIK4tLrhSsHxo3hagnAeWWNrmRTcyUG6njys MNH2xnsaDr4SAcIuQQW1910ipStrMuhmtiMO3sX2Bn2QfSV1j7cAN62Mo+hFGmw4LNTYUV5T+Xn4 Mgq2efGO+3Nslt9t/ra7ZN31eFooNX0cs1cQnkb/H/5rb7SC+SKG3zPhCMj1DwAAAP//AwBQSwEC LQAUAAYACAAAACEA8PeKu/0AAADiAQAAEwAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAW0NvbnRlbnRfVHlwZXNd LnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQAx3V9h0gAAAI8BAAALAAAAAAAAAAAAAAAAAC4BAABfcmVscy8u cmVsc1BLAQItABQABgAIAAAAIQAzLwWeQQAAADkAAAAQAAAAAAAAAAAAAAAAACkCAABkcnMvc2hh cGV4bWwueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhAIjXvXbHAAAA3AAAAA8AAAAAAAAAAAAAAAAAmAIAAGRy cy9kb3ducmV2LnhtbFBLBQYAAAAABAAEAPUAAACMAwAAAAA= " filled="f" stroked="f" strokeweight=".5pt"> L t1UKDXHTtVBSKC5JzEtJzMnPS7VVqkwtVrK34+UCAAAA//8DAFBLAwQUAAYACAAAACEAaHKAmcUA AADcAAAADwAAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbESPT4vCMBTE7wt+h/CEva2pootUo0hBlEUP/rl4ezbP tti81CZq9dMbYcHjMDO/YcbTxpTiRrUrLCvodiIQxKnVBWcK9rv5zxCE88gaS8uk4EEOppPW1xhj be+8odvWZyJA2MWoIPe+iqV0aU4GXcdWxME72dqgD7LOpK7xHuCmlL0o+pUGCw4LOVaU5JSet1ej 4C+Zr3Fz7Jnhs0wWq9OsuuwPA6W+281sBMJT4z/h//ZSK+gP+vA+E46AnLwAAAD//wMAUEsBAi0A FAAGAAgAAAAhAPD3irv9AAAA4gEAABMAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAFtDb250ZW50X1R5cGVzXS54 bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEAMd1fYdIAAACPAQAACwAAAAAAAAAAAAAAAAAuAQAAX3JlbHMvLnJl bHNQSwECLQAUAAYACAAAACEAMy8FnkEAAAA5AAAAEAAAAAAAAAAAAAAAAAApAgAAZHJzL3NoYXBl eG1sLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQBocoCZxQAAANwAAAAPAAAAAAAAAAAAAAAAAJgCAABkcnMv ZG93bnJldi54bWxQSwUGAAAAAAQABAD1AAAAigMAAAAA " filled="f" stroked="f" strokeweight=".5pt"> L t1UKDXHTtVBSKC5JzEtJzMnPS7VVqkwtVrK34+UCAAAA//8DAFBLAwQUAAYACAAAACEA9+y7dccA AADcAAAADwAAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbESPQWvCQBSE70L/w/IKvelGaSSkriIBaRF7SOqlt9fs Mwlm36bZrYn++m6h4HGYmW+Y1WY0rbhQ7xrLCuazCARxaXXDlYLjx26agHAeWWNrmRRcycFm/TBZ YartwDldCl+JAGGXooLa+y6V0pU1GXQz2xEH72R7gz7IvpK6xyHATSsXUbSUBhsOCzV2lNVUnosf o2Cf7d4x/1qY5NZmr4fTtvs+fsZKPT2O2xcQnkZ/D/+337SC53gJf2fCEZDrXwAAAP//AwBQSwEC LQAUAAYACAAAACEA8PeKu/0AAADiAQAAEwAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAW0NvbnRlbnRfVHlwZXNd LnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQAx3V9h0gAAAI8BAAALAAAAAAAAAAAAAAAAAC4BAABfcmVscy8u cmVsc1BLAQItABQABgAIAAAAIQAzLwWeQQAAADkAAAAQAAAAAAAAAAAAAAAAACkCAABkcnMvc2hh cGV4bWwueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhAPfsu3XHAAAA3AAAAA8AAAAAAAAAAAAAAAAAmAIAAGRy cy9kb3ducmV2LnhtbFBLBQYAAAAABAAEAPUAAACMAwAAAAA= " filled="f" stroked="f" strokeweight=".5pt">

1 к

L t1UKDXHTtVBSKC5JzEtJzMnPS7VVqkwtVrK34+UCAAAA//8DAFBLAwQUAAYACAAAACEA6T+KnMQA AADcAAAADwAAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbERPy2rCQBTdF/yH4Qrd1YnSFIlOQghIS2kXRjfurpmb B2bupJmppv36zqLg8nDe22wyvbjS6DrLCpaLCARxZXXHjYLjYfe0BuE8ssbeMin4IQdZOnvYYqLt jfd0LX0jQgi7BBW03g+JlK5qyaBb2IE4cLUdDfoAx0bqEW8h3PRyFUUv0mDHoaHFgYqWqkv5bRS8 F7tP3J9XZv3bF68fdT58HU+xUo/zKd+A8DT5u/jf/aYVPMdhbTgTjoBM/wAAAP//AwBQSwECLQAU AAYACAAAACEA8PeKu/0AAADiAQAAEwAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAW0NvbnRlbnRfVHlwZXNdLnht bFBLAQItABQABgAIAAAAIQAx3V9h0gAAAI8BAAALAAAAAAAAAAAAAAAAAC4BAABfcmVscy8ucmVs c1BLAQItABQABgAIAAAAIQAzLwWeQQAAADkAAAAQAAAAAAAAAAAAAAAAACkCAABkcnMvc2hhcGV4 bWwueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhAOk/ipzEAAAA3AAAAA8AAAAAAAAAAAAAAAAAmAIAAGRycy9k b3ducmV2LnhtbFBLBQYAAAAABAAEAPUAAACJAwAAAAA= " filled="f" stroked="f" strokeweight=".5pt">

2 к

L t1UKDXHTtVBSKC5JzEtJzMnPS7VVqkwtVrK34+UCAAAA//8DAFBLAwQUAAYACAAAACEA2SVMJ8QA AADcAAAADwAAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbERPyWrDMBC9F/IPYgK9NXJCG4IT2RhDaCntIcslt4k1 Xog1ci3Vdvv11aGQ4+Ptu3QyrRiod41lBctFBIK4sLrhSsH5tH/agHAeWWNrmRT8kIM0mT3sMNZ2 5AMNR1+JEMIuRgW1910spStqMugWtiMOXGl7gz7AvpK6xzGEm1auomgtDTYcGmrsKK+puB2/jYL3 fP+Jh+vKbH7b/PWjzLqv8+VFqcf5lG1BeJr8XfzvftMKntdhfjgTjoBM/gAAAP//AwBQSwECLQAU AAYACAAAACEA8PeKu/0AAADiAQAAEwAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAW0NvbnRlbnRfVHlwZXNdLnht bFBLAQItABQABgAIAAAAIQAx3V9h0gAAAI8BAAALAAAAAAAAAAAAAAAAAC4BAABfcmVscy8ucmVs c1BLAQItABQABgAIAAAAIQAzLwWeQQAAADkAAAAQAAAAAAAAAAAAAAAAACkCAABkcnMvc2hhcGV4 bWwueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhANklTCfEAAAA3AAAAA8AAAAAAAAAAAAAAAAAmAIAAGRycy9k b3ducmV2LnhtbFBLBQYAAAAABAAEAPUAAACJAwAAAAA= " filled="f" stroked="f" strokeweight=".5pt">

4к

L t1UKDXHTtVBSKC5JzEtJzMnPS7VVqkwtVrK34+UCAAAA//8DAFBLAwQUAAYACAAAACEARrt3y8cA AADcAAAADwAAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbESPzWrDMBCE74G+g9hCbolc04bgRjHGYFJCesjPpbet tbFNrZVrKY7Tp68KhRyHmfmGWaWjacVAvWssK3iaRyCIS6sbrhScjsVsCcJ5ZI2tZVJwIwfp+mGy wkTbK+9pOPhKBAi7BBXU3neJlK6syaCb2444eGfbG/RB9pXUPV4D3LQyjqKFNNhwWKixo7ym8utw MQq2efGO+8/YLH/afLM7Z9336eNFqenjmL2C8DT6e/i//aYVPC9i+DsTjoBc/wIAAP//AwBQSwEC LQAUAAYACAAAACEA8PeKu/0AAADiAQAAEwAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAW0NvbnRlbnRfVHlwZXNd LnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQAx3V9h0gAAAI8BAAALAAAAAAAAAAAAAAAAAC4BAABfcmVscy8u cmVsc1BLAQItABQABgAIAAAAIQAzLwWeQQAAADkAAAAQAAAAAAAAAAAAAAAAACkCAABkcnMvc2hh cGV4bWwueG1sUEsBAi0AFAAGAAgAAAAhAEa7d8vHAAAA3AAAAA8AAAAAAAAAAAAAAAAAmAIAAGRy cy9kb3ducmV2LnhtbFBLBQYAAAAABAAEAPUAAACMAwAAAAA= " filled="f" stroked="f" strokeweight=".5pt">

8к

L t1UKDXHTtVBSKC5JzEtJzMnPS7VVqkwtVrK34+UCAAAA//8DAFBLAwQUAAYACAAAACEAph5KJMUA AADcAAAADwAAAGRycy9kb3ducmV2LnhtbESPQYvCMBSE78L+h/AWvGmquFKqUaQgK6IHXS97ezbP tti8dJuodX+9EQSPw8x8w0znranElRpXWlYw6EcgiDOrS84VHH6WvRiE88gaK8uk4E4O5rOPzhQT bW+8o+ve5yJA2CWooPC+TqR0WUEGXd/WxME72cagD7LJpW7wFuCmksMoGkuDJYeFAmtKC8rO+4tR sE6XW9wdhyb+r9LvzWlR/x1+v5TqfraLCQhPrX+HX+2VVjAaj+B5JhwBOXsAAAD//wMAUEsBAi0A FAAGAAgAAAAhAPD3irv9AAAA4gEAABMAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAFtDb250ZW50X1R5cGVzXS54 bWxQSwECLQAUAAYACAAAACEAMd1fYdIAAACPAQAACwAAAAAAAAAAAAAAAAAuAQAAX3JlbHMvLnJl bHNQSwECLQAUAAYACAAAACEAMy8FnkEAAAA5AAAAEAAAAAAAAAAAAAAAAAApAgAAZHJzL3NoYXBl eG1sLnhtbFBLAQItABQABgAIAAAAIQCmHkokxQAAANwAAAAPAAAAAAAAAAAAAAAAAJgCAABkcnMv ZG93bnJldi54bWxQSwUGAAAAAAQABAD1AAAAigMAAAAA " filled="f" stroked="f" strokeweight=".5pt">

f, Гц

Δf / f, %

Графики зависимости минимально различимой на слух разницы по частоте Δf / f от частоты звукового сигнала f при различных значениях уровней громкости

 

Выводы

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Работа выполнена «___»______________20___ г.

___________________________________________

(подпись преподавателя)

 

Отчет проверен «___»_________________20___ г.

 

___________________________________________

(подпись преподавателя)

 

УНИВЕРСИТЕТ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

Им. проф. М.А.Бонч-Бруевича

Кафедра РПВЭС и ЭА

Лабораторная работа №3

по курсу

«Зрительно-слуховое восприятие аудиовизуальных программ»

«Исследование шумов и их маскирующего действия

Шумы и их особенности

 

Звуки, спектр которых непрерывен на всей оси частот, называются шумами. В зависимости от характера огибающей спектральной плотности мощности шумы обозначают условными наименованиями, чаще всего связанными с определенными цветами: белый, розовый, красный, синий, серый и т.д. Кроме того, в акустике рассматривается также производный от белого и розового шумов - равномерно маскирующий шум, о свойствах и назначении которого можно догадаться из его названия.

В зависимости от ширины спектра, шум может быть широкополосным, узкополосным, октавным, полуоктавным, третьоктавным и т.д.

Как следует из вышесказанного, важнейшей характеристикой шума является зависимость уровня спектральной плотности мощности шума N _ш от частоты.

Белый шум. У данного шума спектральная плотность мощности N_БШ равномерно распределена на всей оси частот. Например, узкополосный белый шум с полосой 20 Гц в диапазоне между 20 и 40 Гц будет иметь такую же мощность, что и шум в полосе между 3000 и 3020 Гц.Название свое получил по аналогии с белым светом, который содержит в себе электромагнитные волны всего видимого диапазона. В природе примером источника белого шума может служить шум близкого водопада. В природе и технике «чисто» белый шум (то есть шум, имеющий одинаковую мощность на всех частотах диапазона) не встречается, поскольку такой сигнал должен бы обладать бесконечной мощностью. Тем не менее, белым можно считать любой шум, спектральная плотность мощности которого примерно одинакова в некотором заданном диапазоне частот.

В линейной шкале частот график белого шума имеет вид прямой линии, параллельной оси частот (рис. 1, а). В октавной же шкале частот график спектра мощности этого шума приобретает вид наклонной прямой линии с подъемом в область высоких частот с крутизной 3 дБ/октаву (рис. 1, б).

Белый шум используется в электронной музыке как в качестве одного из инструментов музыкальной аранжировки, так и в качестве входного сигнала для специальных фильтров, с помощью которых формируются шумовые сигналы других типов. Широко применяется в синтезаторах в качестве исходного сигнала для формирования звучания различных музыкальных инструментов, чаще всего - ударных, таких как, к примеру, тарелки.

Розовый шум. Это шум, спектральная плотность которого обратно пропорциональна частоте (~ 1/ f), т.е. в линейной шкале частот он является равномерно убывающим с крутизной 3 дБ/октаву (рис. 1, а). Например, мощность сигнала в полосе частот между 40 и 50 Гц равна мощности в полосе между 4000 и 5000 Гц. В октавной шкале спектральная плотность мощности этого шума N_РШ не зависит от частоты и ее график имеет вид прямой линии, параллельной оси частот (рис. 1, б). Розовым шум называется из-за того, что спектральная плотность мощности у него выше на низких частотах, которые в диапазоне видимого света соответствуют оттенкам красного. В природе примером источника розового шума также как и белого может служить шум водопада, но уделенного на достаточно большое расстояние. Поскольку высокие частоты при удалении от источника поглощаются гораздо сильнее чем низкие, то и уровень их с увеличением расстояния будет уменьшаться. Другой пример розового шума - звук пролетающего вертолёта.

-12

N(Sш), дБ

f, кГц

1,0

2,0

4,0

8,0

16,0

f, кГц

N(Sш), дБ

Рис. 1. Частотные зависимости спектральной плотности мощности шумов различного вида а – в линейной шкале частот; б – в октавной (логарифмической) шкале частот; 1 – белый шум; 2 – розовый шум; 3 – равномерно маскирующий шум

а

б

 

Розовый шум. Это шум, спектральная плотность которого обратно пропорциональна частоте (~ 1/ f), т.е. в линейной шкале частот он является равномерно убывающим с крутизной 3 дБ/октаву (рис. 1, а). Например, мощность сигнала в полосе частот между 40 и 50 Гц равна мощности в полосе между 4000 и 5000 Гц. В октавной шкале спектральная плотность мощности этого шума N_РШ не зависит от частоты и ее график имеет вид прямой линии, параллельной оси частот (рис. 1, б). Розовым шум называется из-за того, что спектральная плотность мощности у него выше на низких частотах, которые в диапазоне видимого света соответствуют оттенкам красного. В природе примером источника розового шума также как и белого может служить шум водопада, но уделенного на достаточно большое расстояние. Поскольку высокие частоты при удалении от источника поглощаются гораздо сильнее чем низкие, то и уровень их с увеличением расстояния будет уменьшаться. Другой пример розового шума - звук пролетающего вертолёта.

 

Равномерно маскирующий шум. До частоты 500 Гц этот шум обладает свойствами белого шума, а выше – свойствами розового (рис. 1). Свое название получил из-за того что обладает одинаковым маскирующим действием во всем диапазоне слышимых частот. Такой шум в природе не существует и формируется искусственно из белого шума с помощью специального фильтра, который на частотах выше 500 Гц имеет спад АЧХ с крутизной 3 дБ на октаву. Подобная форма характеристики объясняется размерами так называемых критических полос слуха(поскольку слух реагирует не на общую мощность шума, а на мощность шума в этих самых критических полосах), которые до 500 Гц имеют примерно одинаковую ширину, но с увеличением частоты свыше 500 Гц их размеры начинают постепенно увеличиваться.

 

Броуновский (красный, коричневый) шум. Броуновским этот вид шума названпо той причине, что может быть получен с помощью алгоритма, моделирующего броуновское движение частиц воздуха.Спектральная плотность этого шума пропорциональна 1/ f ², т.е. с увеличением частоты спектральная плотность мощности его падает еще быстрее, чем у розового шума – с крутизной 6 дБ на октаву (рис. 2). Поэтому его еще называют красным шумом. Название «коричневый» - это результат неправильной трактовки англоязычного термина «броуновское движение» (а, следовательно, и броуновского шума), которое произошло от фамилии шотландского ученого Роберта Броуна (Brown), а вовсе не от английского названия коричневого цвета (brown). На слух красный шум воспринимается более приглушённым в сравнении с белым и даже розовым шумом.

 

Синий (голубой) шум. Синий шум – это вид шумового сигнала, у которого спектральная плотность мощности с ростом частоты увеличивается на 3 дБ на октаву (рис. 3). Спектр синего шума представляет собой зеркальное отражение спектра розового шума. Поскольку мощность его на высоких частотах увеличивается, то на слух он воспринимается как более резкий в сравнении с белым. Синий шум может быть получен путем дифференцирования розового шума.

Рис. 2. Броуновский (красный, коричневый) шум

 

Рис. 3. Спектр синего шума

 

 

Фиолетовый шум. Фиолетовый шум – это усиленный вариант синего шума - спектральная плотность мощности его пропорциональная квадрату частоты и с ее ростом увеличивается на 6 дБ на октаву (рис. 4). Спектр фиолетового шума представляет собой зеркальное отражение спектра красного шума.

Серый шум. Термином «серый» обозначается шумовой сигнал, который имеет одинаковую субъективную громкость для человеческого слуха во всём диапазоне воспринимаемых частот. Спектр серого шума можно получить путем сложения спектров броуновского и фиолетового шумов. В первом приближении он повторяет одну из изофон (рис. 5), поэтому человеческий слух субъективно воспринимает его равногромким по всему диапазону слышимых частот.

Рис. 5. Спектр серого шума

Рис. 4. Спектр фиолетового шума

 

 

Одновременная маскировка

 

При одновременной маскировке маскирующее действие звуков различного характера определяется путем вычисления разницы между порогом слышимости исследуемого звука в полной тишине (абсолютным порогом слышимости данного звука) и порогом слышимости того же звука при воздействии маскера (испытательного тона или узкополосного шума). Эта разница называется степенью маскировки.

Степень (или уровень) маскировки dN– это разница в децибелах между уровнем N _М порога слышимости тона заданной частоты в присутствии маскераи уровнем N ₀ порога слышимости этого же тона в полной тишине:

dN = N _М – N ₀.

Значения порогов слышимости в присутствии маскера определяются путем добавления к основному (испытательному) тону дополнительного тона заданной частоты и интенсивности или узкополосного шума с известными параметрами.

 

Маскировка тонов шумовыми сигналами

 

Для того чтобы получить наиболее достоверную информацию о свойствах маскировки было бы естественным использовать в качестве маскируемого сигнала и маскера тональные сигналы. Однако при этом возникает ряд сложностей. Прежде всего, это биения, которые возникают когда маскер и маскируемый сигнал близки по частоте (разница между ними менее 15 Гц) и мешают правильно оценивать эффект маскировки. Кроме того, известно, что человеческий слух обладает существенной нелинейностью (подробнее об этом будет сказано ниже). Поэтому при воздействии на орган слуха достаточно громкого синусоидального звукового сигнала с частотой f ₀ в процессе его обработки в слуховом аппарате возникают гармоники с частотами 2 f ₀, 3 f ₀ и т.д. Например, если прослушивать звуковой сигнал с частотой 500 Гц, то вместе с ним можно услышать и призвуки с частотой 1000 Гц, 1500 Гц и т.д. Поскольку путем объективных измерений параметров подводимого к акустическому излучателю сигнала можно легко убедиться, что в спектре воздействующего тона никаких посторонних гармоник нет, то они получили название «субъективных», т.е. возникающих в результате исключительно субъективного восприятия звуковых сигналов.

Подобные явления затрудняют точную количественную оценку эффектов маскировки. Поэтому во время проведения экспериментов по исследованию явлений маскировки в качестве маскера чаще всего используют шумовые сигналы. При этом узкополосный шум используют вместо тональных сигналов, в других не менее содержательных исследованиях - широкополосный белый шум.

Эксперименты, проведенные с использованием в качестве маскера узкополосного шума, в целом подтвердили результаты, которые были получены ранее в ходе исследований с применением чистых тонов.

Наиболее интересным для практики является случай, когда в качестве маскирующего сигнала используется широкополосный белый шум. На рис. 6 приведены результаты исследований эффектов маскировки для этого случая. Сплошные кривые на графике соответствуют порогам слышимости при воздействии маскирующего шума различной интенсивности. Видно, что степень маскировки зависит здесь от интенсивности маскирующего шума почти прямо пропорционально: при увеличении интенсивности шума на 10 дБ порог слышимости также возрастает на 10 дБ.

Из рис. 6 также видно, что до частоты примерно 500 Гц кривые маскирования практически параллельны оси абсцисс, т.е. почти горизонтальны. На более высоких частотах пороги слышимости маскируемого сигнала начинают возрастать, причем с одной и той же крутизной. Измерения показали, что при увеличении частоты на октаву пороги слышимости во всех случаях возрастают примерно на 3 дБ.

 

500 Гц

f Т, кГц

-20

N, дБ

Рис. 6. Зависимость уровня маскировки от уровня интенсивности белого шума

60 дБ

-10

 

 

Объяснить этот феномен несложно, если вспомнить о существовании критических полос слуха. Известно, что слух оценивает не общую мощность шума во всей полосе слышимых частот, а его мощность в критических полосах. Следовательно, каждый отдельно взятый тон маскируется шумом той критической полосы, в которой он находится. До частоты 500 Гц ширина критических полос слуха примерно одинакова и равна 100 Гц. Значит, общая мощность шума в этих полосах также примерно одинакова, поскольку спектральная плотность мощности белого шума, как известно, постоянна во всей полосе частот. Поэтому одинаковым будет и его маскирующее действие. Выше 500 Гц критические полосы слуха начинают увеличиваться в размерах. Значит, интегральная мощность шума в них будет возрастать, а, следовательно, будет возрастать и его маскирующее действие.

Свойство широкополосных шумов оказывать максимальное маскирующее действие на тональные сигналы только в пределах критических полос лежит в основе алгоритмов сжатия звуковых сигналов по стандартам MPEG, Dolby, DTS и пр. Вся полоса слышимых частот здесь, прежде всего, разбивается на ряд субполос, примерно соответствующих критическим полосам слуха. После чего внутри каждой субполосы производится анализ присутствующих в ней спектральных компонент и на основе этого анализа рассчитывается степень маскировки частотных составляющих кодируемого звукового сигнала.

В исследовательской практике иногда необходим шум с таким распределением спектральной плотности мощности, чтобы он равномерно маскировал все частотные составляющие звукового сигнала. Для формирования такого шума требуется, чтобы до частоты 500 Гц его спектральная плотность мощности была одинакова и совпадала со спектральной плотностью мощности белого шума, а на частотах выше 500 Гц уменьшалась с крутизной 3 дБ на октаву – как у розового шума. Такой шум называется равномерно маскирующи