5.3. Заметность ограничения частотного диапазона при передаче речи и пения

Очевидно, звукопередающая систейа, имеющая прямолинейную частотную характеристику, которая полностью перекрывает спект- ральные характеристики любых сигналов, не будет вносить в передачу частотных искажений. Вместе с тем, так как оценка качества звуча- ния осуществляется слухом, при определении ширины частотного диапазона следует исходить из того, что частотные искажения мо- гут возникать при его ограничении, однако они должны остаться для слуха совсем или почти совсем необнаруживаемыми. Следователь- но, только субъективная оценка заметности частотных искажений позволяет определить, при каких ограничениях частотной характе- ристики системы качество передачи звучания данного источника бу- дет отвечать поставленному требованию. Такая оценка должна охва- тывать все виды натуральных сигналов в различных режимах их действия при одиночном и групповом звучании.

Опыты по определению заметности ограничения частотного диа- пазона при речевых передачах проводились несколькими исследо- вате^ями. Б. А. АДаменко проводил их при ограничении диапазона последовательно на семи частотах, сначала низких, а затем высоких. Границы диапазона смещались равномерно от значения 50 до 700 Гц —в первом случае и от 2000 до 12 000 Гц—«во втором слу- чае. Уровень громкости при воспроизведении составлял 80 -ь 85 дБ. Квалифицированные эксперты определяли качество звучания по пя- тибалльной системе путем прослушивания одного и того же сигнала, передаваемого . без ограничения и с ограничением диапазона. Эти опыты были повторены нами при использовании в качестве экспер- тов студентов звукооператорской специализации. Результаты ука- занных экспертиз, проводимых по общей оценке качества звучания, показаны в виде графиков на. рис. 5.3.

Как и следовало ожидать, женский голос (кривые 2 и £'), имею- щий по сравнению с мужским (кривые 1 и 7') составляющие более высоких частот, оказался менее критичным к ограничению в низко- частотной области диапазона и более критичным к ограничениям в области высоких частот. Попарное рассмотрение кривых 1, 1' та.''2, 2', имея в виду, что кривые с номерами без индекса соответствуют дик- торскому, ас индексом — художественному чтению, показывает, что вид программы также сказывается на заметности частотных ограни- чений. Так_г для мужского голоса при художественной программе критичность на низких частотах меньше, а на высоких — больше, чем при дикторском чтении. Это может быть объяснено тем, что при исполнении художественной программы голос становится громче 70 -

и максимум энергии его (см. рис. 2.3) смещается в область более

высоких частот.

Для женского голоса искажения становятся более заметными при сужении диапазона со стороны низких частот в случае чтения дикторского текста и при сужении его со стороны высоких — для художественного чтения. Это связано со спектральной характёристи-

Рис. 5.4. Зависимость ограничения диапазона со стороны низких (а) и высоких (б) частот для женского и мужского голосов, в режиме речи (1, 2) и пения .(!'* 1", 2')

Рис. 5.3. Заметность ограничения диапа- зона со стороны низких (а) и высоких (б) частот для женской (2, 2') и мужской (2, 1') речи

кой указанного голоса (см. рис. 2.3), которая при дикторском испол- нении по сравнению со случаем художественного чтения расширяет- ся в область низких и высоких частот.

Таким образом, заметность ограничения частотного диапазона при звукопередаче зависит как от протяженности частотного спектра исходного сигнала, так и от распределения его энергии по частотным составляющим. Весомую поправку в эту зависимость вносит также падение чувствительности органа слуха к краям звукового диапазона.

Данные о влиянии ограничения частотного диапазона на качество звучания певческого голоса были получены в других опытах [11]. Они показаны на графике рис. 5.4, где кривые _?, 1' и 1" построены для мужского голоса соответственно при речевом ж вокальном исполне- нии (тенор и бас), кривые 2 и 2' — для женского голоса в речевом и певческом режиме (колоратурное сопрано). По оси ординат отло- жено число экспертов (в процентах^, замечающих искажения. Кри- вые этого рисунка подтверждают большую заметность ограничения частотного диапазона в области высоких частот для звучания жен- ской речи. Из них видно, что ограничение диапазона с любой сторо- ны и для каждого голоса слухом обнаруживается при вокальном ис- полнений меньше, чем при речевом. Еще меньшая критичность по отношению к ограничению диапазона, как показывает кривая 3 рис. 5.4, б, проявляется в случае хорового пения, что является след- ствием (как видно из рис. 2.2 и рис. 2.3) ухудшения передачи ре- чевых формант, менее важных для восприятия пения.

71

Рис_? 5.5 позволяет оценить влияние ограничения диапазона на качество семантической информации (кривые ./', 2'), характеризуе- мой понятностью речи, и эстетической информации (1", 2"), кото- рая характеризуется только тембром (оценка на слух других ее составляющих затруднена). При рассмотрении этих кривых обнару- живается, что понятность мужской (.-?') и женской (2'} речи и за-

Рис. 5.5. Заметность органичения частотного диапазона для речи (а, б) общая (1, 2), по понятности (Г, 2') и тембру (1", 2")

метность изменения ее тембра не составляют в сумме общей заметное . ти ограничения (кривые 1 и 2]. Это указывает на важность другю неучтенных здесь характеристик речевого сигнала. Кроме того, вид- но, что ограничение диапазона влечет за собой все более заметное из- менение тембра речи, тогда как понятность ее изменяется мало, осо- бенно при ограничении диапазона в области низких частот. .

На рис. .5.6 приведены данные о значимости отдельных полос частотного диапазона для передачи семантической (1) и эстетичес- кой (2) информации (понятности и тембра). Они были получены для женского голоса при поочередном включении одной из восьми частотных полос. На рисунке помещен также график -(3) весового значения каждой полосы в создании общего уровня звукового дав- ления (в децибелах). Обращает на себя внимание то, что каждый

Рис. 5.6. Значимость частотных полос в передаче понятности (1), тембра (г) и уровня (J) речевого сигнала

72

из трех рассматриваемых пара- метров имеет несовпадающие меж- ду собой максимумы и минимумы, из чего следует, что-сокращение частотного" диапазона по-разному сказывается на их передаче. Если в .создании общей громкости уча- ствуют почти все частотные поло- сы, то понятность речи определя- ется прежде всего полосами ча- стот от 30 до 5000 Гц, а в сохра- нении тембральной окраски наи- большая ответственность ложится на полосы от 50 до 300 Гц и от 2000 до 10000 Гц.

В заключение можно сделать несколько общих выводов.

1. Ограниченна диапазона со стороны низких частот более замет- но при передаче мужской речи. Уверенная заметность (3 балда) для дикторского чтения наступает при граничной частоте 320 Гц, для художественного — при частоте 250 Гц.

2. Ограничение со стороны высоких частот заметнее для жен- ской речи. Для нее оценка 3 балла в режимах дикторского и худо- жественного чтения соответствует граничным частотам 6000 в 6500 Гц, - - .

. 3. Заметность ограничения при передаче певческого голоса мень- ше, чем при передаче речи. Для хора она снижается еще больше.

4. Все большее сужение диапазона при речевых передачах при- водит сначала к искажению тембра, а потом к снижению разбори чивости.