Математические модели процессов формирования громкости звука и их технические приложения

• Автор: Усенко, Сергей Андреевич
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1985
• Место защиты: Харьков
• Количество страниц: 183 c. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение .

Глава I. Состояние вопроса, постановка задач и метод

исследования .

1.1. Состояние вопроса вобласти экспериментальных исследований громкости звука .

1.2. Влияние фазовых соотношений на ощущение громкости, высоты и тембра сложного звукового
сигнала

1.3. Психофизические данные в области сглаживающих свойств сенсорных анализаторов .

1.4. Метод черного ящика и его применение для исследования свойств слуха. Постановка задач . .

Глава 2. Математические модели эффекта сглаживания в слуховом анализаторе.

2.1. Формулировка закона Тальбота для слуховых ощущений

2.2. Определение критической частоты звуковых мельканий
2.3. Исследование изменения энергетического спектра модулируемого шума в зависимости от частоты модуляции.
2.4. Эксперименты по проверке обобщенного закона Тальбота для слуховых ощущений
2.5. Построение математической модели, эквивалентной обобщенному закону Тальбота .
Выводы по второй главе .
Глава 3. Построение линейной математической модели процесса
формирования громкости сложного звукового сигнала .
3.1. Общий вид оператора формирования громкости сложного звука
3.2. Экспериментальная проверка условия независимости громкости от фазы .
3.3. Построение линейной модели преобразования
спектра сигнала в громкость
3.4. Экспериментальная проверка аксиом линейности преобразования слухового стимула в громкость .
3.5. Исследование зависимости ощущения шума от
формы спектра
Выводы по третьей главе
Глава 4. Исследование метрических свойств слуха .
4.1. Аксиоматическое обоснование существования одномерной шкалы равных расстояний
4.2. Экспериментальная проверка аксиом, эквивалентных модели равных расстояний .
4.3. Построение аксиом, обосновывающих существо
вание многомерных шкал равноделения
4.4. Экспериментальная проверка аксиом, эквивалентных многомерной функции равноделения . . ПО
4.5. Экспериментальное построение двумерной шка
лы равноделения
Выводы по четвертой главе
Глава 5. Технические приложения математических моделей
эффекта сглаживания в слуховом анализаторе
5.1. Использование закона Тальбота для дискретизации звукового сигнала .
5.2. Эксперименты по восприятию частотноимпульсной модуляции звуковых сигналов
5.3. Цифровой формирователь речевых сообщений . .
5.4. Цифровое устройство контроля неисправностей
аналоговых схем
5.5. Электронное устройство для исследования
функциональных свойств органа слуха
Выводы по пятой главе .
Выводы и рекомендации
Литература


Для приведения камертонов в равномерное движение их ставили между полюсами электромагнитов, по которым пропускали токи периодической силы. Звук камертонов усиливался с помощью специальной трубки. Изменения фаз верхних тонов производились небольшим расстраиванием усиливающих трубок, отчего резонанс становился слабее и одновременно менялась фаза. На основе описанных наблюдений, в которых Гельмгольц испытывал много сочетаний гармоник с различными фазами колебаний, были сделаны следующие выводы. Изменение тембра недостаточно отчетливо наблюдалось после нескольких секунд, требуемых для изменения фазы. Эти изменения недостаточны для преобразования одного гласного звука в другой . Гармоники выше шестой и восьмой дают диссонанс и колебания, поэтому не исключено, что для этих гармоник, как более высоких, фазовый эффект может существовать. Иначе говоря, окраска музыкальной части звука зависит только от числа и силы чистых тонов, но не от разности фаз. Остается неясным, как отмечает Уивер//, слышал ли на самом деле Гельмгольц какую-либо разницу между стимулами, но отнес ее за счет немузыкальной части звука, или он действительно не слышал никакой разницы то-ли потому, что перестройка его аппаратуры требовала значительного времени и ощущение от предыдущего стимула могло забыться, то-ли фазовые эффекты маскировались сложной картиной стоячих звуковых волн в помещении. Однако один фазовый эффект был хорошо известны Гельмгольцу. Лва тона с почти одинаковыми уровнями и частотами воспринимаются слухом как один тон, но из-за существующего небольшого различия частот фазы тонов постоянно снижаются одна относительно другой. В моменты, когда фазы совпадают, громкость тонов увеличивается. Поэтому и воспринимаемый слухом суммарный тон периодически меняет громкость. Этот процесс называется биениями. Между тем, Гельмгольц рассматривал этот эффект как "кажущееся исключение" из своего правила. В дальнейшем вопрос о влиянии фазы на слуховое ощущение был изучен Кёнингом / / с помощью сконструированной им волновой сирены. Из своих наблюдений Кёнинг заключил, что при неизменности амплитуды начальные фазы влияют на звук. Это заключение было подвергнуто критике П. П.Лазаревым, продемонстрировавшим свои опыты в году на съезде испытателей и врачей//. В свете сегодняшних представлений можно сказать, что действие фаз на звук слишком мало, чтобы быть изученным успешно посредством "волновых" сирен. При создании электронного оборудования вопрос, чувствительно ли ухо к фазе или нет. Последнее поддерживало общепринятое мнение, что на эту чувствительность можно смотреть отрицательно. Исследования по данному вопросу были осуществлены Чапеным и Фирестоном // с двумя простыми тонами. В опытах использовали комбинаций простого тона 8 гц при уровне звукового давления 4 дб с одной из более низких гармоник, у которой уровень звукового давления и фазы могут меняться. Выявлено, что при некоторых уровнях звукового давления гармоник изменение фаз не приводило к изменению тембра. Авторы истолковали свои результаты следующим образом: в определенных пределах уровня звукового давления изменение фаз не влияет на тембр. В своих экспериментах Мэйтис и Миллер / /обнаружили резкое изменение характера звучания в зависимости от особенностей огибающей стимула. Форма огибаюшей изменялась простыл сдвигом фазы центрального компонента триплета на °. При этом звуковое колебание имело либо резкий, либо более тональный характер звучания в зависимости от особенностей огибающей. Ощущение высоты тона определялось периодичностью в огибающей, которая зависела от фазовых соотношений. Другого рода фазозависимую разность звучаний наблюдал Цвикер //. Он сравнивал колебания, модулированные по амплитуде, с час-тотомодулированными колебаниями. Это сравнение показывает, что при малых индексах модуляции одно колебание может быть получено из другого простым поворотом фаз обеих боковых составляющих. Поэтому. Когда частота модуляции мала и составляет, например, 4 гц, а интенсивность модуляции превышает пороговое значение, слух может следить непосредственно за всеми изменениями амплитуды и частоты.