Usverg:Усилители делают именно с этой теорией. И не только усилители. Практически вся современная цифровая AV техника работает на этом. А в применении к аналоговой технике из этого следует простой вывод - усилитель должен уметь усиливать смесь синусоидальных сигналов, с такой максимально и минимальной частотами, в которые раскладывается воспроизводимый музыкальный сигнал. И потому превозносимые вами мистические отличия музыкального сигнала от синусоидального - совершенно бессмысленны. Любой сигнал - не более чем сумма синусоидальных сигналов.
"Временное различение звука
Способность слуховой системы различать тонкие временные различия в структуре сигнала является в настоящее время основным предметом многочисленных исследований. Причина этого заключается в том, что слуховой аппарат является принципиально нелинейной системой (как при больших, так и при малых уровнях сигнала), поэтому способность воспринимать различия параметров сигнала в частотной области не связана однозначно с восприятием временной структуры сигнала (механизм преобразования звука в слуховом аппарате не определяется преобразованием Фурье).
Именно этим можно объяснить тот факт, что акустические преобразователи (громкоговорители, микрофоны, акустические системы и др.), даже имеющие частотные искажения на уровне порогов слышимости, не обеспечивают качества звучания, идентичного с живым звуком (что, вообще говоря, и является главным критерием для аппаратуры Hi-Fi).
По-видимому, какие-то различия во временной структуре сигнала, которые до настоящего времени еще четко не определены, являются значимыми для слуховой системы, и именно по ним она определяет живое звучание или отличает одну акустическую систему от другой. Способность различать тонкую, быстро изменяющуюся временную структуру звукового сигнала подтверждается удивительно точным анализом и распознаванием речи, когда в непрерывном временном потоке распознается специфическая структура различных фонем.
Исследования разрешающей способности слуховой системы во временной области проводятся в нескольких направлениях:
Прежде всего, необходимо было выяснить, каково минимальное время, в течение которого ухо способно различать два сигнала. Это время можно измерить, предложив обследуемому различить два сигнала, одинаковые во всех отношениях, за исключением времени поступления. Это означает, что наибольшая чувствительность к временному различению является оценкой наикратчайшего периода времени, в котором слух способен интегрировать энергию звука. Можно оценивать этот период времени как низший предел шкалы временной интеграции.
В экспериментах по исследованию остроты слуха использовались щелчки или тональные импульсы. Оказалось, что характер задачи, поставленной перед обследуемым, крайне важен при измерении временных различий с помощью разных методов получают несколько различающиеся значения величин.
Допустим, что слушателю в быстрой последовательности подают два сигнала (высокий и низкий). Он способен ответить, поступает один или два следующих друг за другом сигнала, обнаружив разницу между началом сигналов в 2 мс. Эта величина не сильно зависит от частоты (временное различение даже обостряется для частот выше 1000 Гц), а также от интенсивности звука.
С другой стороны, ему необходимо время в 20 мс, чтобы определить, какой из сигналов поступает первым. Если необходимо оценить смысловое значение звука (речи, например), то это время увеличивается еще до 35 мс. Как уже было отмечено в первой статье, для определения высоты тона также требуется определенное время: для низких частот ~60 мс, для высоких~15 мс.
Достаточно обученные слушатели способны идентифицировать быстрый ряд трехтональных раздражений, действующий в течение очень короткого периода 2…7 мс. При этом установлено, что на остроту временного слухового различения существенно влияют следующие факторы:
число стимулов в ряду, каждый из которых должен быть обнаружен;
способ подачи последовательных стимулов (раздельно или слитно);
тип задачи, которую должен выполнить слушатель;
степень его тренированности.
Следующей задачей было исследование дифференциальной чувствительности при воздействии звука с разницей в длительности dT.
Обследуемому предлагали два сигнала, один сигнал имел длительность Тмс, а другой несколько большую длительность (Т+dT)мс. Интервалы поступали в случайном порядке, а обследуемый должен был указывать на интервал с большей длительностью сигнала. Наименьшую разницу, правильно определяемую в 75% случаев, принимали за JND (дифференциальный порог) для длительности dT.
Основной вывод заключается в том, что dT начинает уменьшаться по мере уменьшения общей длительности воздействия сигнала (т.е. чем короче сигналы, тем меньшее различие по времени между ними слух может заметить).
Как можно видеть на рис. 6, dT уменьшается от 50 мс при длительности сигнала 960 мс, приблизительно до 0,5 мс при длительности сигнала меньше 0,5 мс. Дифференциальная чувствительность, dT/T (которая называется дробью Вебера) не представляет собой константу, а изменяется по мере изменения длительности так, что она равна d T/T= 1 при Т= 0,5…1 мс, приблизительно 0,3 при Т=10 мc и 0,1 при Т=50…500 мс (Т длительность звукового сигнала). Результаты почти не зависят от ширины полосы и интенсивности звука.
Следующей важной проблемой было исследование чувствительности слуха к изменению времени установления (атаки) или спада сигнала. Время установления и спада звука является характерной особенностью различных музыкальных инструментов. Известно, что, меняя время атаки или спада сигнала, можно существенно изменить его тембр. У большинства музыкальных инструментов время атаки или спада лежит в пределах 5…360 мс.
Исследования дифференциальных порогов слуха для времени установления мс были выполнены для различных типов сигналов, и результаты, полученные для сигналов типа тональных посылок (прямоугольный импульс с синусоидальным заполнением) позволили установить, что дифференциальный порог для времени установления (как и для времени спада) для частот ниже 1000 Гц оказывается равным =1мс, для частот 1…10 кГц =0,5мс. Таким образом, изменения времени атаки и спада звукового сигнала, меньшие этих пределов, оказываются незаметными для слуха. Для реальных музыкальных сигналов эти пороги могут несколько отличаться в большую сторону за счет маскировки соседними звуками.
Разумеется, главной задачей современных исследований является установление слуховой чувствительности к тонкой временной структуре сигнала, в связи с чем особое внимание было уделено исследованиям дифференциальной слуховой чувствительности к фазовым искажениям. Изменения фазовых соотношений между спектральными составляющими сигнала существенно меняют его временную структуру. Однако на протяжении долгого времени, со времен Гельмгольца, считалось, что слух не чувствителен к фазовым соотношениям. Исследования последних лет показали, что это не соответствует действительности: изменения фазовых соотношений влияют на изменение тембра, четкость определения высоты музыкального сигнала и др.
В 80-е годы эти исследования привели к тому, что многие фирмы-производители Hi-Fi техники начали создавать аппаратуру с линейно-фазовыми характеристиками (в которых сигнал практически не претерпевал фазовых искажений), однако исследования Блауерта показали, что слух наиболее чувствителен к скорости изменения фазы, т.е. к групповому времени задержки (ГВЗ): гр=-d ( )/ .
В этих же исследованиях были установлены дифференциальные слуховые пороги для искажений ГВЗ (рис.7), которые для частоты 2000 Гц имеют минимальное значение ~1 мс. Эти данные используются в настоящее время при проектировании высококачественной акустической аппаратуры искажения ГВЗ в них должны быть ниже установленных порогов.
Разумеется, полученные результаты не исчерпывают сложной проблемы установления порогов слуховой чувствительности к изменению временной структуры сигнала, и исследования в этом направлении продолжаются.
В заключение хотелось бы сказать о слуховой чувствительности к нелинейным искажениям, под которыми понимается появление в спектре звукового сигнала дополнительных спектральных составляющих. Это может явиться результатом компьютерной обработки или прохождения сигнала через электроакустический тракт.
Пороги слуховой чувствительности существенно зависят от характера нелинейности: при появлении низших (второй, третьей) гармоник пороги слуха для тональных сигналов составляют 0,1%, для фортепианной музыки 1…2%, для эстрадной музыки до 7%. Чувствительность слуха зависит от порядка гармоник: заметность гармонических искажений третьего порядка вдвое выше, чем искажений второго порядка, заметность искажений от пятого порядка и выше в 6…10 раз выше, чем второго. Именно этим объясняется странное явление, что в акустических системах, имеющих в основном нелинейные искажения изших порядков, пороговые значения составляют 1…2%, в то же время в транзисторных усилителях и цифровой аппаратуре, где возникают нелинейные искажения высоких порядков, уровни нелинейных искажений должны составлять сотые и тысячные процента, чтобы они были незаметны для слуховой системы.
Как уже было отмечено выше, современные компьютерные технологии открывают очень широкие возможности при обработке звука, однако при всех видах обработки следует учитывать возможности слуховой системы, для чего и необходимы данные как по абсолютным, так и по дифференциальным слуховым порогам."
"Основы психоакустики", Алдошина И.А.


