4.4. Пространственное восприятие сигналов

Орган слуха в состоянии определить пространственное положение одиночного или группового источника сигнала. Он находит направ- ление на источник и расстояние до него; может выделить из мно- гих .звучание одного или группы одинаковых источников. Такая про- " странственная распознаваемость отдельных звучаний на фоне других усиливает прозрачность звучания, обусловливаемую прежде всего тембральными данными источника звука.

Выделяя каждый источник среди других, слух субъективно фор- мирует их пространственное размещение. Однако вследствие не- большой точности определения пространственных параметров ис- точников слуховое пространство всегда менее дифференцировано, чем пространство звуковых объектов.

Направление на источник. Неточность в определении направле- ния на источник простого одиночного сигнала (кривая 1 рис. 4.11), воспринимаемая слухом как некоторая «размытость» слухового объ- екта Аф, зависит от частоты этого сигнала и достигает 3-f-5°, При- мерно такая же неточность характерна для узкополосного шума (кривая 2) с шириной полосы, равной критической. Опыт, иллю- стрируемый этими кривыми, проводился при размещении источника и органа слуха в одной горизонтальной плоскости и при нулевом угле приема, т. е. при нахождении источника на осевой линии слу-

61

Рис. 4.11. Угол смещения аф, при кото- ром непрерывный тон (1, 1', 1")-т& узко- полосный сигнал (2, 2', 2") совпадают по направлению с источником широко- полосного шума

хрвого аппарата. Если же изменять угол приема, то будет меняться и точность в определении направления. На рис. 4.11 показано, на- сколько нужно сместить источник простого (кривая 1', 1"} или узкополосного (кривая- 2', 2") сигнала относительно источника ши- рокополосного шума, для того чтобы они казались идущими с одно- го направления. Параметром кри- вых являлся угол приема ф_г, рав- ный 0° (7, 2), 40° (!', 2'} и 320' (1", 2""]. Большое несовпадение кривых, отвечающих различным по типу сигналам и углам приема, убеждает в том, что сложные сиг- налы могут широко «размываться» и даже раздваиваться. Если эти данные отнести к таким сложным сигналам, как речь и музыка, то окажется, что свойственное слуху «размывание» способствует прост- ранственному восприятию, расши- ряя слуховой объект по фронту. • В вертикальной плоскости при вос-

приятии речи незнакомого дикто- ра размытость положения звукового источника увеличивается в 2-Т-4 раза и в среднем составляет 17°.

Рис. 4.13. Слитность восприятия зри- тельного и слухового объектов в за-' висимоети , от - угла <р_п между ними

Рис. 4.12. Влияние отраженного сиг- нала на направление прихода прямо- го при малом (1), среднем (2) и большом (з) его запаздывании

Кроме того, если два одинаковых сигнала приходят к слушате- лю с разных направлений с некоторым сдвигом.во времени, то они воспринимаются как один, находящийся между действительными ис- точниками этих сигналов. При времени запаздывания Лт=0 они локализуются ровно посредине; при увеличении Ат до 1,5---2,0 мс, как это видно из рис. 4.12, возникающий кажущийся источник все больше смещается в сторону источника опережающего сигнала. Этот эффект используется в системе стереофонической передачи. Даль- нейшее увеличение времени задержки вызывает расплывание кажу-

щегося источника. В отношении прямого и первого отраженного в помещении сигналов это проявляется в том, что слух, не разделяя еще, начинает улавливать различие в направлении их прихода. Воз- никает впечатление объемности звучания, характерное для восприя- тия звука в закрытом помещении. Это происходит до Дт=30-:-40 мс, после чего происходит расщепление сигнала (см. пунктирный учас- ток кривой) и отраженные сигналы начинают восприниматься как эхо,

В условиях стереофонического кинематографа важно, чтобы на- правления на слуховой и соответствующий ему зрительный объект

Рис. 4.15. Субъективная оценка расстоя- ния г' при восприятии простого (1), им- пульсного (2) и речевого (3, 4, в, б) сигналов

Рис. 4.14. Слитность восприятия зри- тельного и слухового объектов для экс- пертов, сидящих вдоль оси к центру экрана (1, 2, з, 4) и перед его краем (Г, 2', 3', 4')

совпадали, создавая единый звукозрительный образ. Это не всегда обеспечивается. В связи с этим нужно знать, при каком реальном несовпадении этих объектов они могут восприниматься слитно. Как видно из выполненных нами опытов (рис. 4.13), слияние зритель- ного и слухового объектов воспринимается все меньшим числом экс-^ пертов (N%) по "мере увеличения действительного углового сдвига ф_и между изображением (И) и источником звука (Г), причем это слияние происходит за счет «притяжения» последнего из них к пер- вому. Так как каждый зритель (1, 2) воспринимает; изображение звучащего объекта под своим углом,, выяснялось, как их местополо- жение связано со слитным восприятием звукозрительного образа.

* ж" На рис. 4.14 по» оси абсцисс отложено относительное расстояние——

от экспертов до центральной-линии экрана, ширина которого равна 21. По оси ординат -—- то их относительное число (№%)), для кото- рого слияние достигается, несмотря на большое расстояние между изображением и Соответствующим ему источником (0,5£). Кривые 1, 2, 3 та. 4 на. этом рисунке отвечают удалению экспертов вдоль оси к экрану соответственно на расстояние равное £, 21, 3/ и 4Z; кривые 1', 2' и 3' — тем же удалением, но не вдоль оси, а вдоль нормали к краю экрана. Из рисунка следует, что «притяжение» слухового о^ъ-

62

екта к соответствующему зрительному настолько велико, что при их фактическом несовпадении, равном 0,5/, от 40 до 80% экспертов воспринимают их слитно.

Расстояние до источника. Для фиксации положения слухового объекта кроме направления на этот объект нужно знать еще рас- стояние до него. Орган слуха определяет это расстояние по ряду

- косвенных признаков и с некоторыми погрешностями. Здесь также обнаруживается определенное размывание. В зависимости от того, мало, значительно или велико расстояние до источника сигнала, субъективная его оценка меняется под воздействием различных фак- торов. Так, экспериментально было установлено, что если определя- емые расстояния невелики (до 3 м), то их субъективная оценка почти линейно связана с изменением громкости перемещающегося по глубине источника звука. Ошибка же в оценке для ряда реаль- ных речевых и музыкальных сигналов, включая такие, как звучание, органа, составляет величину, равную 15-j-20%. Дополнительным фактором для сложного сигнала является его тембр, который ста- новится все более «мягким» и даже «тяжелым» по мере прибли- жения источника к слушателю. Это связано со все большим усиле- нием обертонов низкого по сравнению с обертонами высокого ре- гистра, вызванным происходящим при этом повышением уровня громкости (см. рис. 4.1).

Для средних расстояний (З-г-15 м) удаление источника от слу- шателя будет сопровождаться пропорциональным уменьшением громкости, причем в случае сложного сигнала это изменение будет одинаково относиться к основной частотой к гармоническим состав- ляющим. В результате происходит относительное усиление высоко- частотной части спектра и тембр становится более ярким.

Если расстояние до источника звука больше чем 15 м, изменение уровней' громкости гармонических составляющих сложных сигналов происходит непропорционально изменению этого расстояния. С его ростом будут пропорционально квадрату частоты расти потери энер- гии в воздухе. Увеличенная потеря обертонов высокого регистра приведет к снижению тембральноЙ яркости. Таким образом, субъ-

. ективная оценка расстоянии для сложных сигналов связана с из- менением его громкости и тембра. Кроме этого, влияют еще форма .сигнала (простой, сложный), его вид и режим работы, о чем мож- но судить по рис. 4.15. На нем кривые / и 2 соответствуют восприя- тию простого (с частотой 150 Гц) и импульсного сигналов. Кривые 3, 4_Ч 5 ж 6—восприятию речевого сигнала соответственно ъ режиме- крика, повышенной громкости, дикторского чтениями шепота.

Как указывалось, в условиях закрытого помещения сигналь! пер- вых отражений, запаздывающие относительно прямовд на 20-7-40 мс, воспринимаются органом ^луха как приходящие с различных направ- лений. Вместе с этим все большее их запаздывание создает впечат- ление о значительном удалении точек, от которых происходят эти отражения. Таким образом, по времени запаздывания можно судить об относительной удаленности фиктивных источников или, что то же, о размерах помещения.

64 , -" ~

Восприятие изменяющегося акустического отношения R, кото- рое представляется-в виде соотношения отраженной и прямой энер- гии в помещении, также вызывает представление об изменяющемся расстоянии. Чем больше будет это отношение, тем больше расстоя- ние до источника. Этот эффект наиболее заметен при

Таким образом, пространственное восприятие звукового сигнала определяется .рядом взаимосвязанных факторов.

1. Направление на источник сигнала, лежащий в горизонтальной плоскости, определяется слухом с некоторой размытостью. При раз- мещении его на оси симметрии системы слуха размытость составляет угол в 1--4°. При смещении источника с этой оси она возрастает до 10--12°. '

2. Эта размытость увеличивается в 2--4 раза, если источник зву- ка расположен под углом к горизонтальной плоскости.

3. Сигналы от двух одинаковых источников сначала воспринима- ются слитно, как идущие из точки, направление на которую зависит от времени прихода их к слушателю. Если сдвиг Ат = 0 , то эта точка лежит на средине между действительными источниками сиг- нала. ПриАт = 1,5 -- 2,0 мс кажущийся источник будет перемещать- ся в сторону опережающего сигнала. Увеличение Ат от 2 до 40 мс приводит к изменению тембра сигнала и к впечатлению о приходе запаздывающего сигнала с направления, отличного от направления прихода прямого, и, наконец, при Ат=40---50 мс сигналы явно расщепляются и воспринимаются как эхо.

4. В условиях кинопоказа несовпадение направления на действи- тельный монофонический источник сигнала (или на кажущийся при стереофонической передаче) с направлением на соответствующий ему видимый на экране объект корректируется последним на вели- чину, до 0,25 от ширины экрана.

5. Субъективное определение расстояния до источника звука свя- зано с оценкой изменения громкости и тембра сложного сигнала и осуществляется с размытостью по глубине.

3—189