Jak oszukać nasz słuch - lokalizacja i zagłuszanie

Wiemy też zapewne co nieco o teoriach słyszenia. Ale może nie do końca potrafimy wykorzystać właściwości naszego słuchu, bądź to z braku szczegółowej wiedzy na ich temat, bądź to dlatego, że nie zdajemy sobie sprawy, iż robiąc pewien trick możemy wywołać wrażenie słuchowe, których "na zdrowy rozum" nikt by się nie spodziewał.

W tym krótkim, jak zwykle, artykule chciałbym poruszyć dwa tematy - lokalizacji źródła dźwięku i zagłuszania - które, wbrew pozorom, mają bardzo konkretne zastosowanie w praktyce nagłośnieniowej.

LOKALIZACJA ŹRÓDŁA DŹWIĘKU

Aby prawidłowo określić położenie źródła, trzeba prawidłowo wyznaczyć współrzędne biegunowe:
- promień, czyli odległość głowy słuchającego od źródła,
- azymut, czyli kąt między promieniem a płaszczyzną symetrii głowy,
- zenit, czyli kąt między promieniem a płaszczyzną poziomą.

Najłatwiejsza jest ocena azymutu, najtrudniejsza - zenitu.

W przypadku lokalizacji w płaszczyźnie poziomej istotne znaczenie mają dwa zjawiska. W zakresie małych częstotliwości określanie kierunku źródła odbywa się na podstawie różnicy czasów między dotarciem fali dźwiękowej do jednego i drugiego ucha, w zakresie dużych - na podstawie różnicy ciśnień akustycznych.

Ocena kierunku na podstawie opóźnienia czasowego jest ograniczona do zakresu 800 Hz. Opóźnienie jest największe dla kąta π/2, to znaczy dla kierunku padania fali z lewej lub prawej strony głowy, i wynosi ok. 800 µs. Najmniejsza wyczuwalna zmiana kierunku wynosi ok. 3°, co odpowiada zmianie opóźnienia o ok. 20 µs.

Drugim czynnikiem umożliwiającym określenie kierunku położenia źródła w płaszczyźnie poziomej jest różnica ciśnień przy uszach, powstająca wskutek uginania się fal na głowie. Zjawisko to występuje dla częstotliwości większych niż 300 Hz. W zakresie więc 300-800 Hz oba zjawiska mają wpływ na lokalizację dźwięków w płaszczenie poziomej.

Lokalizacja źródeł dźwięków złożonych jest możliwa również poprzez różnicę barwy dźwięku. Ucho zwrócone do źródła odbiera wszystkie częstotliwości we właściwej skali, podczas gdy ucho odwrócone od źródła słabiej słyszy składowe o wyższych częstotliwościach.

Na określenie położenia źródła dźwięku w płaszczenie pionowej prawdopodobnie zasadniczą rolę odgrywają ruchy głowy. Ocena odległości opiera się przede wszystkim na odczuwaniu zmiany barwy dźwięku. Zmiana barwy dźwięku w zależności od odległości jest spowodowana tym większym pochłanianiem energii akustycznej w atmosferze, im większa jest częstotliwość.

ZJAWISKO HAASA

Zjawisko to polega na tym, że w zakresie niewielkich opóźnień (do 30 ms) słuch jest mało czuły na opóźnienie i dźwięk opóźniony zakłóca nieznacznie dźwięk wyprzedzający, dając wrażenie przedłużenia tego dźwięku i zwiększenie przestrzenności obrazu dźwiękowego. Wraz ze wzrostem czasu opóźnienia zaczynamy słyszeć wyraźnie dwa dźwięki następujące po sobie. Należy wtedy zmniejszyć poziom dźwięku opóźnionego.

Inaczej wygląda to, jeśli dźwięk opóźniony jest dla nas ważniejszy. Dotyczy to sytuacji, gdy zakładamy instalację nagłośnieniową w długim pomieszczeniu (sala wykładowa, kościół), a zależy nam na prawidłowej lokalizacji źródła dźwięku, czyli żebyśmy mieli wrażenie dochodzenia dźwięku od mówcy, stojącego przed nami, a nie z boku, z głośnika. Należy wtedy zastosować odpowiednie opóźnienie sygnału dochodzącego "po drucie" do głośnika w stosunku do fali akustycznej biegnącej od mówcy, tak aby najpierw dobiegł do naszych uszu dźwięk bezpośredni, a chwilę po nim - z głośnika. Wtedy, pomimo tego że dźwięk "głośnikowy" będzie głośniejszy, na lokalizację wpłynie ten, który dotrze pierwszy, czyli bezpośrednio od mówcy.

Jeżeli, dla przykładu, umieścimy głośnik 10 m od mówcy, to opóźnienie sygnału bezpośredniego w stosunku do "głośnikowego" wyniesie ok. 30 ms. Musimy opóźnić więc sygnał biegnący do głośnika np. o 35 ms, co zapewni nam prawidłową lokalizację mówcy. Zjawisko to wykorzystuje się również w strefowych instalacjach nagłośnieniowych dużych plenerów. Aby dźwięk z zestawów koło sceny nie zakłócał tego dochodzącego z zestawu stojącego "w ludziach", należy zastosować opóźnienie tego drugiego.

ZAGŁUSZANIE

Wskutek pobudzania przez dźwięk nie tylko właściwego mu odcinka błony podstawnej, lecz również obszaru obejmującego częstotliwości większe, przy pewnym jego natężeniu inny dźwięk, leżący w tym obszarze, staje się słabiej słyszalny, a nawet może przestać być słyszalny. Mówi się, że dźwięk ten został zagłuszony i aby go ponownie usłyszeć, należy zwiększyć jego natężenie. Na rysunku przedstawiono zależność między wartością przesunięcia dolnej granicy słyszalności a częstotliwością tonu zagłuszanego tonami o częstotliwościach 200, 800 i 2,400 Hz oraz poziomami natężenia dźwięku 20, 40, 60, 80 i 100 dB.

Na podstawie tych wykresów możemy wysnuć wnioski:
1. Zagłuszanie jest największe w sąsiedztwie tonu zagłuszającego. Niewielkie zmniejszenie zagłuszania przy częstotliwości tonu zagłuszającego jest spowodowane zjawiskiem dudnień.
2. Zmniejszenie zagłuszania przy częstotliwościach odpowiadających harmonicznym tonu zagłuszającego jest związane z istnieniem tonów subiektywnych.
3. Tony o dużych natężeniach zagłuszają wszystkie dźwięki o częstotliwościach większych, natomiast dźwięki o częstotliwościach mniejszych - tylko w bezpośrednim sąsiedztwie.

Interesującym jest też zjawisko zdolności ucha do wyodrębniania tonu na tle szumu białego. Stwierdzono, że ton jest zagłuszany jedynie przez wąskie pasmo położone symetrycznie w stosunku do tonu. Szum poza tym pasmem nie ma wpływu. Pasmo to zostało nazwane pasmem krytycznym F (wg. Fletchera), dla odróżnienia od wspominanych poprzednio pasm krytycznych Z. Pasmo krytyczne F ma duże znaczenie przy określaniu zrozumiałości mowy na tle szumu otoczenia.

Do tej pory rozważaliśmy zagłuszanie tzw. częstotliwościowe. Osobnym tematem jest zagłuszanie w funkcji czasu. Logicznym dla każdego jest fakt, iż jeśli bezpośrednio po głośnym dźwięku nastąpi cichszy, zostanie zagłuszony przez ten głośny, nawet jeśli rozważamy krótki impuls, który nie będzie wybrzmiewał. Dzieje się tak dlatego, że gdy do ucha dochodzi głośny dźwięk, następuje napięcie błony bębenkowej w celu zmniejszenia czułości dla głośnych dźwięków.

Powrót do stanu "zerowego" następuje po ok. 100 ms. Jeżeli w tym czasie dotrze do ucha cichy dźwięk, czułość ucha może być zbyt mała, aby ten dźwięk odebrać. Nastąpi więc zagłuszanie "w przód". Ale nie każdy wie, że taki głośny dźwięk może spowodować, iż zostanie zagłuszony dźwięk, który dotrze do naszego ucha tuż przed nim. W tym przypadku czas, w którym może nastąpić zagłuszenie jest o wiele krótszy i wynosi ok. 10 ms. Może się więc zdarzyć paradoks, że nie usłyszymy dźwięku, który już usłyszeliśmy.

Warto o tym pamiętać, gdy mamy scenę "zawaloną" cała masą instrumentów, i aby każdy był słyszalny a wokal czytelny, nie podnosić po kolei suwaków, ale "przydzielić" każdemu pasmo, w którym będzie "dominować" (i zapewnić odpowiedni odstęp między tymi pasmami), dzięki czemu choć trochę ograniczymy zagłuszanie jednych instrumentów przez drugie.

To już jednak temat na obszerniejszy artykuł, który, mam nadzieję, jeszcze poruszymy na łamach LSI.

Armand Szary

Armand Szary współpracuje na co dzień z jednym z młodych zespołów jako realizator dźwięku.