ПВиПИ конспект

Цвет – это психическое явление, а не физический параметр. Однако существует тесная взаимосвязь между цветоощущением и физическими параметрами света.

Ощущение цвета определяется тремя параметрами света: длиной волны,

интенсивностью и спектральной чистотой. Каждому из этих параметров соответствует свой особый психологический аспект ощущения цвета: цвето-

вой тон, яркость и насыщенность.

Таблица 2.4 – Связь между физическими и психологическими параметрами цвета

Физический параметр	Психологический параметр
Длина волны	Зрительный тон
Интенсивность	Яркость
Спектральная чистота	Насыщенность

Цветовой тон это то, что обычно называют цветом. Эти понятия можно считать синонимами.

Яркость цвета – это субъективное восприятие интенсивности. Чем выше интенсивность, тем ярче кажется цвет. Правда, при одной и той же интенсивности некоторые цвета, кажутся более яркими. Например, желтый кажется ярче синего.

Насыщенность цвета это субъективное отражение спектральной чистоты света. Свет с определенной длинной волны (монохроматический) является спектрально чистым и кажется очень насыщенным. Добавление к такому свету света с другой длиной волны уменьшает его чистоту и он начинает восприниматься как менее насыщенный.

Как правило, чистые цвета с одной длиной волны (монохроматические цвета) встречаются редко и только в лабораторных условиях. В большинстве случаев воздействующий на глаз свет представляет собой смесь лучей с различной длины волны. Смешение разных лучей не приводит к изменению их длин волн, но вызывает изменение цветоощущения.

Цвета, которые ощущает человек, подразделяются на ахроматические и хроматические.

Ахроматические цвета – черный, белый и промежуточный между ними серый. Они различаются только светлотой (яркостью), которая зависит от коэффициента отражения поверхности объекта. Чем больше коэффициент отражения, тем светлее цвет. Например, писчая бумага имеет коэффициент отражения 0,65-0,85 (т.е. отражает от 65 % до 85 % падающего на нее света), а черная бумага, в которую заворачивают фотопленку – 0,04 (т.е. только 4%).

Ахроматические цвета воспринимают палочки, которые расположены по краям сетчатки. Палочки функционируют в любое время суток. Колбочки

41

расположены в центре сетчатки, они функционируют только при дневном свете и воспринимают хроматические цвета. При слабом освещении колбочки прекращают свою работу и зрение осуществляется аппаратом палочек – человек видит в основном серый цвета. Поэтому ночью все предметы кажутся черными и серыми.

Хроматические цвета – это все оттенки красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового цветов.

В настоящее время существуют две модели смешения цветов: адди-

тивная и субстрактивная.

Аддитивная модель предполагает, что у каждого цвета есть свой комплементарный цвет, смешение с которым дает в результате белый или серый цвет. Пары таких цветов могут быть названы «цветами-антагонистами» поскольку они аннулируют влияние друг друга на зрительную систему. Если же смешать цвета, не являющиеся комплементарными друг другу, то получится цвет, который на цветовом круге расположен между ними. На цветовом круге цвета располагаются по возрастанию их длин.

Например, смесь полученная смешением равных количеств красного и зеленого цвета, воспринимается как желтый цвет.

Цвета, вызывающие одинаковые зрительные ощущения, но имеющие разную физическую природу, называются метамерами. В нашем примере метамерами являются желтый цвет и аддитивная смесь красного и зеленого цветов.

Аддитивные смеси могут быть двух и трех компонентными. Аддитивное смешение цветов используется в цветном телевидении, где

экран – это мозаика близко расположенных друг к другу точек трех цветов – красного, зеленого и синего. Цветное изображение возникает на экране благодаря тому, что у каждой точки своя цветовая интенсивность. Поскольку точки очень малы, их невозможно рассмотреть на расстоянии и у человека возникают различные цветоощущения.

Рисунок 2.8 – Цветовой круг

42

Аддитивное смешение цветов используют и художники (французские импрессионисты Ж. Сёра и П. Синьяк), которые для получения разных цветов не смешивали краски, а наносили на холст разноцветные точки, располагая их рядом. Когда смотришь на такую картину с определенного расстояния, отдельные точки как таковые не видны, а цвета воспринимаются как аддитивные смеси.

Аддитивные смеси можно получить также, если направлять на один и тот же экран свет от трех различных источников света, имеющих разные цвета (обычно для этого используют три основных цвета: красный, синий, зеленый).

Еще одним простым способом получения аддитивного смешения цветов является использование вертушки для смешения цветов. Основным ее элементом является диск, на котором закрепляются три вдетых друг в друга цветные кружки. Они расположены так, что видны три сектора разных цветов, составляющие круг. Размеры секторов можно изменять. Когда диск вертушки быстро вращается компоненты цветов (сектора круга) стимулируют зрительную систему, однако восприятие каждого из них невозможно. Наблюдатель видит лишь совершенно однородный цвет аддитивной смеси, зависящий от того, в каком соотношении взяты исходные компоненты (т.е. зависящий от величины цветных секторов).

При аддитивном смешении цветов, последние взаимно дополняют друг друга и каждый «добавляет» в смесь свою доминирующую волновую длину. Когда такая смесь воздействует на глаз, нервная система суммирует индивидуальные нейронные эффекты каждого исходного цвета.

И. Ньютон и Г. Гемгольц установили законы смешивания цветов, которые применимы к аддитивному смешению. Два из них представляют для нас наибольший интерес.

Первый закон утверждает, что для каждого хроматического цвета можно подобрать другой хроматический цвет, который при смешении с первым дает ахроматический цвет, т.е. белый или серый.

Второй закон констатирует, что в результате смешения двух не дополнительных цветов получается третий – промежуточный цвет.

Из приведенных законов вытекает очень важное положение: все цвето-

вые тона можно получить путем смешения трех соответственно выбран-

ных хроматических цветов. Это положение имеет очень большое значение для понимания природы цветного зрения.

На основе работ И. Ньютона и Г. Гемгольца Г. Грассман выделил другие основные законы смешения цветов.

Первый закон. Для каждого хроматического цвета имеется другой цвет, при смешении с которым получается ахроматический цвет. Такие пары цветов являются дополнительными. К ним относятся: красный и индиго-

синий; желто-зеленый и фиолетовый; зеленый и пурпурный.

43

Второй закон. Смешивая два цвета, расположенные ближе друг к другу на цветовом круге, чем дополнительные, можно получить любой цвет, находящийся в спектре между ними. Результат будет определяться соотношением цветов в смеси.

Третий закон. Две пары одинакового выделяющихся цветов дают при смешении одинакового выглядящий цвет независимо от различий физическо-

го состава смешиваемых цветов. Так, серый цвет, полученный от смешения одной пары дополнительных цветов, ничем не отличается от серого цвета, полученного от любой другой пары.

Таким образом, все цветовые тона, включая нейтральные (т.е. чистые цвета), могут быть получены с помощью смешения трех основных цветов – красного, синего и зеленого (см. рисунок 2.9).

Глаз человека имеет неодинаковую чувствительность к световым лучам с различной длиной волны. Наибольшая чувствительность наблюдается в свету с длинной волны 555-565 нм (светло-салатовый цветовой тон).

В условиях сумерек чувствительность зрительного анализатора смещается в сторону более коротких волн – 500 нм (синий цвет). Эти лучи начинают казаться более светлыми (яркими). Данное явление получило название эффект Пуркинье, по фамилии ученого, который его впервые описал. Из-за данного эффекта летом в сумерках в поле мы видим только васильки.

Рисунок 2.9 – Смешение трех основных цветов:

З – зеленый; Ж – желтый; Г – голубой; Ф – фиолетовый; С – синий; К – красный; Б – белый

Кривая чувствительности зрения к различным длинам волн света показана на рисунке 2.10.

Субстрактивное смешение цветов реализуется по-другому. Оно осуществляет смешение цветов до их попадания в зрительную систему. При этом происходит смешение красок на палитре, а затем окрашивание этой смесью какой-нибудь поверхности. Полученный в результате цвет поверхности зависит от соотношения исходных компонентов в смеси.

44

Рисунок 2.10 – Кривая чувствительности зрения человека

Смешение одних и тех же цветов аддитивным и субстрактивным путем дает неодинаковые результаты. Например, аддитивное смешение синего и желтого цвета вызывает ощущение серого цвета, а субстрактивное смешивание красок таких же цветов дает в результате ощущение зеленого цвета.

При восприятии цветных объектов возникают некоторые специфические эффекты. К ним относятся: цветовая адаптация, эффект принадлежности цвета и контрастность восприятия цвета.

Цветовая адаптация заключается в уменьшении чувствительности зрительной системы к цвету ее вызвавшему. В результате возникает следующий необычный эффект. Если в течение примерно 30 сек рассматривать окрашенный предмет, а затем перевести взгляд на нейтральную поверхность

(белую, серую или другого цвета, отличного от цвета раздражителя), то возникает последовательный образ исходного раздражителя, но уже окрашенный в свой комплементарный цвет. Стойкость этого образа зависит от интенсивности и продолжительности цветовой адаптации. Как правило, такие последовательные образы сохраняются достаточно долго (20 и более секунд) и этого времени достаточно для того, что «спроецировать» их на окрашенные поверхности. При этом комплементарный последовательный образ сливается с новой окрашенной поверхностью, вызывая ощущение какого-то одного смешенного цвета. В данном случае происходит аддитивное смешение цветов.

Эффект принадлежности цвета проявляется в том, что восприятие цвета любого предмета зависит от того, насколько хорошо он знаком человеку и какие ассоциации у него вызывает. Например, в эксперименте, окрашенные в один и тот же серый цвет объекты различной формы вызывали различные цветоощущения. Когда объект имел форму банана, он вызывал ощущение желтоватого цвета, а когда – форму листа – зеленоватого. Влияние знакомства с предметом и предшествующего опыта человека на восприятие цве-

та называют «эффектом принадлежности цвета».

Константность восприятия цвета проявляется в том, что в известных пределах цвет предмета воспринимается как постоянный при изменении

45

спектрального состава падающего на него света. Например, мы не замечаем изменения цвета объекта при освещении его лампами накаливания и люминесцентными лампами. Контрастность восприятия цвета оказывает заметное влияние на то, что мы воспринимаем окружающую среду как нечто стабильное.

2.10 Слуховые ощущения

Слуховой анализатор занимает второе место после зрительного по количеству воспринимаемой человеком из окружающего мира информации. Слух – уникальный источник жизненно важных сведений о том, что происходит в непосредственной близости от нас, а аудиальная система – одна из самых «бдительных» сенсорно-перцептивных систем: она всегда начеку и в любой момент готова к восприятию звуковых сигналов.

Мир, в котором мы живем наполнен звуками. При этом многие звуки несут в себе информацию о том, что происходит вокруг нас. В первую очередь это относится к звукам, с помощью которых мы определяем местоположение объектов.

Звуки, которые мы слышим, являются результатом преобразования определенной формы механической энергии и представляют собой участки последовательных изменений давления, происходящих в разных средах – жидких, твердых или газообразных. Большинство воспринимаемых нами звуков передается по воздуху, где при прохождении звуковой волны возникают участки чередующихся сгущений и разрежений воздуха.

Хотя звуковые волны перемещаются из одной точки пространства в другую в среде распространения звука, ни вибрации, ни движения среды при этом не происходит. Иными словами, молекулы среды не перемещаются вместе со звуковой волной. В ней просто возникают участки сжатия расширения.

Звуки возникают только в определенной среде, способной передавать колебания давления, поэтому они не могут существовать в вакууме, который нельзя подвергнуть компрессии (сжатию).

Скорость распространения звука зависит от физических свойств среды. В твердых телах она выше, чем в жидкости или газе. Например, в воде звук распространяется в 4, а в стали или в стекле – в 16 раз быстрее, чем в воздухе. Скорость распространения звука в воздухе равна 335 м/с. Общее правило здесь таково: при увеличении плотности среды скорость звука в ней увеличивается. Скорость распространения звука зависит также и от температуры среды. Так, при увеличении температуры воздуха на 10 С скорость распространения звука в ней увеличивается на 61 см/с.

Как физическое явление звуковая волна характеризуется частотой,

амплитудой (интенсивностью) и сложностью, которым соответствуют та-

46

кие психологические эффекты как высота, громкость и тембр соответственно.

Частота (f) – это число циклов изменения давления (т.е. переходов от сжатия к раздражению и обратно), происходящих в течение 1 с. Она измеряется в герцах (Гц). Считается, что молодые люди способны воспринимать звуки с частотой от 20 до 20000 Гц. Звуки, частота которых ниже 20 или выше 20000 Гц находятся ниже и выше порога слухового восприятия человека. Психологическим параметром аудиального стимула, непосредственно связанным с его частотой, является абсолютная высота тона. Звуки разной высоты вызывают у слушателей разные ощущения: они могут казаться высокими или низкими. Высота звука изменяется в очень широких пределах. Известны как очень низкие, басовые, звуки, так и исключительно высокие, дискантовые.

Амплитуда (или интенсивность) звука – это количественная характе-

ристика изменения звукового давления, т.е. степени смещения (компрессии или декомпрессии) относительно положения покоя. Она измеряется в динах

на квадратный сантиметр (дин/см2) или в ньютонах на квадратный метр

(Н/м2).

Интервал амплитуд, к которым чувствительно ухо человека чрезвычайно широк. Интенсивности самого слабого и самого громкого звука, улавливаемого человеческим ухом, различаются в миллиарды раз, поэтому для оценки интенсивности звука используется логарифмическая шкала. Параметр силы звука при этом называется уровень звукового давления (УЗД), он измеряется в децибелах (дБ) и определяется по формуле:

Lp = 20 lg P/P0,

где Lp – уровень звукового давления (дБ);

Р – звуковое давление, которое надо выразить в децибелах (дин/см2); Р0 – эталонное давление (порог слышимости), равное 0,0002 дин/см2.

Децибелы – не абсолютные, а относительные единицы. Выражая интенсивность звук в децибелах, мы показываем, во сколько раз он более интенсивен или менее интенсивен, чем звук, соответствующий эталонному (пороговому) звуковому давлению Р0.

Психологическим параметром, определенным интенсивностью являет-

ся громкость.

Большинство встречающихся в природе звуков не являются простыми синусоидальными волнами, вследствие чего их общая суммарная синусоида отличается сложностью.

Психологическим параметром восприятие звука, отражающим сложность звуковой волны, является тембр. Тембр это своеобразная окраска звука.

47

Таблица 2.5 – Связь между звуковым давлением Р и УЗД для некоторых источников звука

Звуковое давление,	УЗД (дБ)	Источник звука
Р (дин/см2)
2000	140	Реактивный самолет в момент взлета
20	100	Интенсивный транспортный поток
2,0	80	Заводской шум
0,2	60	Обычный разговор
0,002	20	Шепот
0,0002	0	Слуховой порог

2.10.1 Слуховой анализатор человека

Органом – рецептором слухового анализатора человека является ухо человека. Его условно можно разделить на три основных структурных компонента: наружное ухо, среднее ухо и внутреннее ухо.

Наружное ухо состоит из ушной раковины, наружного слухового прохода и барабанной перепонки (см. рисунок 2.11).

Ушная раковина исполняет несколько функций: защищает от механических повреждений чувствительные внутренние структуры уха, направляет в слуховой проход улавливаемые колебания воздуха, способствует определению направления на источник звука и расстоянию до него.

Наружный слуховой проход – это канал, имеющий вид желобка с длиной и диаметром, равными 2,5 - 3 мм и 7 мм соответственно, и с открытым входным (наружным) и слепым (внутренним) отверстиями. Его назначение – улавливание звуковых колебаний и передачи их барабанной перепонке.

Барабанная перепонка – тонкая, полупрозрачная мембрана, отделяющая наружный слуховой проход от среднего уха. Звуковое давление вызывает вибрацию барабанной перепонки и именно здесь изменения звукового давления преобразуются в механическое движение.

За барабанной перепонкой находится заполненная воздухом полость среднего уха, которое трансформирует колебания барабанной перепонки в механическую энергию и передает его внутреннему уху. Непосредственно к барабанной перепонке примыкает молоточек – первая из трех слуховых косточек. Он связан с наковальней, которая, в свою очередь, связана со стременем. Основание стремени вставлено в овальное (круглое) окно, которое является входом во внутреннее ухо. Слуховые косточки (их общая длина примерно 18 мм) прочно соединены связками, они передают колебания барабанной

48

перепонки овальному окну, причем основание стремени играет роль поршня. Среднее ухо заполнено воздухом, а внутреннее – водянистой жидкостью, что создает разницу сопротивлений прохождению звуковой волны на границе этих сред. Основное назначение среднего уха – выравнивание сопротивлений воздушной среды наружного уха и жидкой среды внутреннего уха и обеспечение эффективной передачи звуковых колебаний из первого во второе.

Рисунок 2.11 – Анатомическое строение человеческого уха

Евстахиева труба связывает полость среднего уха с глоткой и защищает от воздействия перепадов атмосферного давления. Благодаря ей давление в среднем ухе равно наружному давлению.

Внутреннее ухо – это небольшая (длиной 25-30 мм) трубчатая структура, представляющая собой спираль, называемая улиткой. В центральном канале улитки находится кортиев орган, который и преобразует звуковые колебания в нервные импульсы.

2.10.2 Количественные характеристики слухового анализатора

Основными количественными характеристиками слухового анализатора являются абсолютный и дифференциальные пороги.

Нижний абсолютный порог соответствует интенсивности звука в децибелах, обнаруживаемого испытуемым с вероятностью 0,5; верхний порог – интенсивности, при которой возникают различные болевые ощущения (щекотание, покалывание, головокружение и т.д.). Между ними расположена область восприятия речи (рисунок 2.12).

Человек оценивает звуки, различные по интенсивности, как равные по громкости, если частоты их также различны. Например, звуковой тон с интенсивностью 120 дБ и частотой 10 Гц оценивается как равный по громкости тону, имеющему интенсивность 100 дБ и частоту 1000 Гц. Таким образом, снижение интенсивности как бы компенсируется увеличением частоты.

49

Субъективное ощущение интенсивности звука называется громкостью и измеряется в фонах. Уровень громкости в фонах численно равен интенсивности звука в децибелах для чистого тона частотой 1000 Гц, воспринимаемого как равногромкий с данным звуком. Соотношение между частотой, интенсивностью и громкостью также приведено на рисунке 2.12.

Рисунок 2.12 – Линии равной громкости

Величина едва различимой прибавки к исходному звуковому раздражителю зависит не только от его интенсивности, но и от частоты. В пределах среднего участка диапазона изменения звука по частоте и интенсивности величина энергетического дифференциального порога примерно постоянна и составляет 0,1 от исходной интенсивности раздражителя.

Дифференциальный порог по частоте зависит как от частоты исходного звука, так и от его интенсивности. В диапазоне частот от 60 до 2000 Гц при интенсивности звука выше 30 дБ дифференциальный порог составляет 2-3 Гц. Для звуков с частотой свыше 2000 Гц его величина резко возрастает и изменяется пропорционально росту частоты. Относительная величина дифференциального порога для звуков в диапазоне 200-16000 Гц является почти константной и равна примерно 0,002. При уменьшении интенсивности ниже 30 дБ величина дифференциального порога резко возрастает.

Временной порог чувствительности акустического анализатора, т.е. длительность звукового раздражителя, необходимая для возникновения ощущения, также как пороги по громкости и высоте, не является постоянной величиной. С увеличением, как интенсивности, так и частоты он сокращается. При достаточно высокой интенсивности (30 дБ и более) и частоте

50