Uvod n ulo sluha predstavlja senzorski deo ovekovog

Uvod n Čulo sluha predstavlja senzorski deo čovekovog sistema za komunikaciju sa zvukom (zajedno sa vokalnim traktom kao kontrolisanim izvorom zvuka). n Ono je anatomski i fiziološki prilagođeno registrovanju zvučnih pojava u vazduhu kao mediju. Rezultat rada čula sluha je zvučna senzacija koja nastaje pod dejstvom spoljašnjih zvučnih nadražaja. n U kontekstu problema kojima se bavi audiotehnike ovo čulo je krajnja tačka audio sistema.

n Čulo sluha se moze podeliti na dva osnovna dela: na fizički i na psihološki deo. – Fizički deo čula sluha čini sve ono što se anatomski i fiziološki nalazi u njegovom sklopu. – Psihološki deo čula sluha čini nematerijalna sfera reagovanja na zvučnu pobudu koje kao rezultat daje zvučnu sliku u svesti slušaoca. Anatomski deo čula sluha posreduje između zvučnog polja i svesti čoveka. n fiziološka akustika - bavi se anatomijom i fiziologijom fizičkog dela čula i psihološka akustika – bavi se percepcijom zvuka i formiranjem zvučne slike. n

2. 2 Struktura čula sluha Proces koji se unutar čula sluha odvija od prijema zvučnih informacija iz zvučnog polja do adekvatne reakcije u svesti čoveka podrazumeva prenos informacija složenim putevima. n Psihološki deo čula sluha i danas predstavlja samo delimično obrađenu temu. n

Opšta blok šema čula sluha Karakteristično za čulo sluha je da postoje dva fizički identična puta informacija koji polaze od levog i desnog uva. n Na njih deluju dve manje ili više nezavisne pobude: zvučni pritisci na levom p. L i na desnom uvu p. D. Razlike među njima zavise od pravca nailaska zvuka, od prirode zvuka i od fizičkog okruženja. BO - bubna opna, Sk - slušne koščice, BM bazilarna membrana, S - senzori. n

Uticaj slušnog kanala n Prvi element na putu zvuka iz spoljašnje sredine ka senzorima je slušni kanal. To je cevčica sa prednje strane otvorena, a sa zadnje strane zatvorena impedansom bubne opne. Kao takva, ona pri zvučnoj pobudi iz spoljašnje sredine ispoljava svoje rezonantne frekvencije koje se javljaju na frekvencijama na kojima je njena dužina jednaka celobrojnom umnošku četvrtine talasne dužine.

Amplitudska prenosna karakteristika između tačaka A i B Rezonance cevi manifestuju se u prenosnog karakteristici uva kroz maksimume koji nastaju relativnim pojačanjem u oblasti rezonantnih frekvencija. Prva takva rezonanca (četvrttalasna) pojavljuje se u oblasti između 3 k. Hz i 4 k. Hz. Upravo u toj zoni uvo ispoljava najveću osetljivost.

Procesi na bazilarnoj membrani n Svaka zvučna pobuda rezultuje putujućem talasu u vidu vibracija koji se kreće od ovalnog prozora, koji čini ulaz unutrašnjeg uva, duž bazilarne membrane prema njenom kraju. Ovo putovanje talasa odvija se sve do mesta na membrani gde se pobudna frekvencija poklapa sa frekvencijom sopstvene mehaničke rezonance membrane. Tu energija talasa prouzrokuje maksimalnu amplitudu vibracija. n Mehaničke rezonance bazilarne membrane javljaju se poprečno u odnosu na njenu dužinu. Vrednost frekvencije rezonance određena je zategnutošću membrane u poprečnom pravcu i drugim relevantnim mehaničkim svojstvima. Pozicija najviše frekvencije rezonance (20 k. Hz) je na samom početku membrane, neposredno pored ovalnog prozora, a najniža (oko 20 Hz) na samom njenom kraju.

Šematski prikaz dejstva zvučne pobude na bazilarnu membranu

Šematski prikaz obvojnice amplitude vibracija bazilarne membrane kada je pobuđena zvukom jedne frekvencije

Sa donje strane bazilarne membrane, čitavom njenom dužinom, nalaze se receptorske ćelije koje reaguju na svaki pokret membrane, čak i kada je nadražaj veoma uskog spektralnog sadržaja. n Frekvencija pobude određuje samo mesto gde će se javiti maksimum vibracionog odziva. Pri pobudi sinusnim tonom javlja se reakcija svih senzorskih ćelija od početka membrane do zone u kojoj se javlja rezonanca. n Centri u mozgu dobijaju sliku stanja vibracija čitave bazilarne membrane, a zvučna slika se formira na osnovu takvog kompleta informacija koje kontinualno dospevaju. n

Raspodela maksimuma duž bazilarne membrane Raspodela mesta gde se javljaju maksimumi oscilacija duž bazilarne membrane nije frekvencijski linearna. n Kada govorimo o radu uva, uvodimo ″teoriju položaja″, pri čemu se pod položajem podrazumeva mesto na bazilarnoj membrani. Za svaku pobudnu frekvenciju postoji lokalizovani maksimum na njoj. Doživljaj visine tona, kada je uvo pobuđeno čistim sinusnim signalom, određeno je pozicijom tog maksimuma vibracija na bazilarnoj membrani. n

Ilustracija relativne promene vibracione pobude duž bazilarne membrane za tri različite pobudne frekvencije

2. 3 Rezolucija čula sluha Budući da su zvučne informacije dvodimenzionalne, definisane u prostoru frekvencija-nivo zvuka, moguće je definisati veličinu minimalne potrebne promene frekvencije i nivoa koju će uvo primetiti kao promenu u nadražaju. n Postoji konačan broj različitih frekvencija koje čulo sluha može međusobno da razlikuje, kao i konačan broj različitih intenziteta zvuka. n Čulo sluha ima konačnu rezoluciju po frekvencijama i po nivoima zvuka, tj. čulo sluha može da percepira konačan broj različitih zvučnih događaja. n

Rezolucija po frekvencijama n Rezolucija čula sluha po frekvencijama definiše se veličinom minimalne promene frekvencije sinusnog tona koja se može primetiti. Ova rezolucija je, u načelu, zavisna od nivoa zvuka. Pri nivoima zvuka bliskim granici čujnosti sposobnost čula sluha da primeti promene frekvencije je manja nego pri višim nivoima. n Najveću rezoluciju po frekvencijama čovek ima u srednjem opsegu oko 1 k. Hz i ona je malo manja od 0, 2% (u apsolutnom smislu to predstavlja promenu od oko 2 Hz). U zonama prema visokim i prema niskim frekvencijama rezolucija se pogoršava.

Rezolucija čula sluha po frekvencijama pri nivou zvuka 40 d. B

Rezolucija po nivoima Rezolucija čula sluha po nivoima je minimalna potrebna promena nivoa zvuka u d. B da bi se to primetilo kao promena. Ona zavisi od nivoa slušanja zvuka, a u izvesnoj meri zavisi i od frekvencije. n Slika se odnosi se na čiste sinusne tonove. Pri pobudi kompleksnim zvukovima širokog spektra sposobnost rezolucije se smanjuje. Za zvukove širokog spektra, kao što je šum, potrebna promena nivoa od skoro 3 d. B da bi bila primetna. n

2. 4 Vremenska integracija zvučne pobude Pobuda čula sluha, odnosno senzora u unutrašnjem uhu, srazmerna je energiji koju uvo primi iz zvučnog polja. Pri tome se u uhu odvija proces integracije energije u vremenu, pa je intenzitet pobude senzora srazmeran srednjoj vrednosti energije posmatrane u intervalu vremenske konstante integracije. n U okolnostima kada su zvučni stimulusi promenljivog trajanja, ovakva osobina se manifestuje kao izvesna nelinearnost čula sluha u funkciji trajanja zvučne pobude, imamo osećaj da jačina zvuka zavisi i od njegovog vremenskog trajanja. n

Kada pobuda traje dovoljno dugo, što u praksi znači duže od oko 0, 5 s, razlika u subjektivnom doživljaju jačine zvuka praktično ne postoji, bez obzira na njegovo trajanje. Međutim, ako se trajanje pobude skrati na intervale ispod 0, 5 s, pa i veoma kratke, javiće se razlika u subjektivnom doživljaju u zavisnosti od trajanja dejstva zvučne energije na čulo sluha. n To znači da se kraći zvukovi subjektivno doživljavaju kao tiši. Npr. pobude čije je trajanje oko 10 ms moraju biti oko 10 d. B višeg nivoa da bi se subjektivno doživljavale iste jačine kao pobuda dužeg trajanja. n

Dijagram zavisnosti promene praga čujnosti u funkciji trajanja tona

n Sa aspekta subjektivnog doživljaja jačine zvuka uvo ima osobinu integratora. U mehanizmu rada čula sluha postoji vremenski ″prozor″ u okviru koga se vrši integrisanje energije pobude. Subjektivni doživljaj jačine zvuka je srazmeran energiji koja upada u taj vremenski prozor. Period integracije traje oko 300 ms. n Ova karakteristika sluha jako je važna za subjektivni doživljaj jačine muzičkog signala, ali i za doživljaj jačine zvuka u prostorijama. U muzici vremenski interval od 300 ms je relativno veliki. Muzika uobičajeno sadrži zvučne pojave koje traju mnogo kraće (razni udarci, kratke note, itd. ). Zbog uticaja integracije takvi kratki zvukovi subjektivno se dozivljavaju tišim nego što objektivno jesu.

Vremenska integracija zvučne pobude ima veliki značaj u percepciji zvuka, posebno u prostorijama. Integracija je razlog što pojedini delovi impulsnog odziva prostorija mogu imati različiti uticaj na subjektivni doživljaj jačine zvuka u njima. n U odzivu prostorije načelno se mogu razdvojiti tri energetske komponente: direktan zvuk, prve refleksije i reverberacioni deo. Redosled kojim su nabrojani odgovara vremenskom redosledu stizanja do prijemne tačke, odnosno slušaoca. n

Idealizovana struktura impulsnog odziva prostorije

n Efekat vremenske integracije utiče kao faktor na kvalitet zvučne slike pri reprodukciji muzike primenom sistema za ozvučavanje. Kada sistem nema dovoljnu rezervu snage i radi na svojim graničnim mogućnostima, dolazi do prinudne kompresije signala, odnosno zaravnjenja njegovih impulsnih delova. n Nasuprot tome, kada se koristi sistem koji pri nominalnom nivou zvuka ima veliku rezervu snage, on je sposoban da bez izobličenja prenese sve impulse u muzičkom signalu.

Subjektivni dozivljaj jačine zvuka zavisi od količine energije u odzivu prostorije koja upada u integracioni interval čula sluha. Integracija se startuje trenutkom nailaska direktnog zvuka. n Pri kraćem impulsnom odzivu u integracioni period ulazi najveći deo celine odziva, pa je subjektivni dozivljaj jačine zvuka funkcija energije i prvih refleksija i reverberacionog dela. n U prostorijama sa relativno dugačkim impulsnim odzivom u integracioni period sa direktnim zvukom uglavnom ulaze samo prve refleksije. Zbog toga u velikim prostorima prve refleksije dominantno određuju subjektivni doživljaj jačine zvuka. Reverberacioni deo odziva tada utiče samo na estetski doživljaj zvuka. Takve okolnosti postoje u koncertnim salama i velikim halama. n

Značaj pojedinih delova impusnog odziva za subjektivni doživljaj jačine zvuka: a) kod kratkih odziva (male prostorije) b) kod dugačkog odziva (velike prostorije)

n U nekim velikim salama subjektivni doživljaj jačine zvuka je niskog nivoa samo zbog toga što u impulsnom odzivu nema dovoljno brzih i jakih prvih refleksija. Njih u narodu ″bije″ glas da su ″gluve″, iako im je vreme reverberacije korektno podešeno prema zahtevima za koncertne sale.

2. 5 Maskiranje je pojava koja nastaje u procesu percepcije i koja se manifestuje nesposobnošću čula da registruje neki zvučni nadražaj samo zbog toga što istovremeno u uvo stiže neki drugi zvuk koji ga na neki način ″maskira″. n Svaki zvuk koji dospeva u uvo svojom pobudom izaziva efekte zbog kojih nije moguće istovremeno registrovati neke druge, konkurentske zvuke (sa aspekta njihovog dejstva na unutrašnje uvo) koji su mu u frekvencijskom ili vremenskom domenu suviše blizu, a pri tome nedovoljno jaki. n

Frekvencijsko maskiranje n Frekvencijsko maskiranje podrazumeva pojavu da u prisustvu zvuka neke frekvencije postoji šira oblast na frekvencijskoj osi u kojoj novi zvukovi ne mogu pobuditi senzore u uvu ako im je intenzitet manji od nekog praga. n Frekvencijsko maskiranje se kvantifikuje krivom maskiranja. U prisustvu pobude označenim sinusnim tonom nekog intenziteta uvo ne može registrovati zvukove koji se nalaze ispod označene granice maskiranja. To znači da su svi zvukovi koji se nalaze unutar štrafirane oblasti na slici u prisustvu prisutnog sinusnog tona privremeno nečujni, jer bazilarna membrana u toj zoni frekvencija već osciluje nekim intenzitetom.

Principijelni izgled oblika krive frekvencijskog maskiranja

Kriva maskiranja svojim oblikom nije simetrična u odnosu na položaj frekvencije maskirajućeg tona. Ona je šira prema visokim frekvencijama i opada sve do najviših čujnih frekvencija. n Oblik krive maskiranja u izvesnoj meri se menja u zavisnosti od frekvencije maskirajućeg tona i njegovog intenziteta, ali uvek ostaje njen asimetrični principijelni izgled. n Ta činjenica proizilazi iz načina oscilovanja bazilarne membrane. Svaka zvučna pobuda izaziva putujući vibracioni talas koji kreće od početka bazilarne membrane, a to znači od zone najviših frekvencija. n

Kriva maskiranja u prisustvu maskirajućeg zvuka nivoa 110 d. B frekvencije 1200 Hz

n Pojava frekvencijskog maskiranja se može shvatiti kao specifična deformacija granice čujnosti. n Frekvencijsko maskiranje podrazumeva pomeranje granice čujnosti naviše u zoni oko pobudne frekvencije. Za različite nivoe pobude istim tonom može se nacrtati čitava familija krivih maskiranja. Isto tako, mogu se prikazati krive maskiranja i za različite frekvencije pobude, pa se pojava frekvencijskog maskiranja u celini opisuje velikim skupom krivih.

Vremensko maskiranje znači da pri pobudi čula sluha nekim zvučnim stimulusom postoji izvesna zona na vremenskoj osi pre i posle njegovog delovanja u kojoj drugi zvukovi, ako nemaju dovoljan intenzitet, ne mogu biti registrovani. Može se reći da aktiviranje mehanizma čula sluha pri nailasku neke zvučne pobude stvara uslove da ono postaje neosetljivo na druge, slabije stumuluse koji su na vremenskoj osi naišli neposredno pre ili neposredno posle te pobude. n Posebno interesantno je da se efekat maskiranja javlja i pre i posle maskirajućeg zvuka, što se naziva maskiranje unapred i maskiranje unazad. n

Principijelni izgled oblika krive vremenskog maskiranja

n Pojava maskiranja nakon prestanka pobude -maskiranje unapred, može se objasniti vremenom smirivanja oscilacija u unutrašnjem uvu. Ta pojava se može modelovati nekim ekvivalentnim ″vremenom reverberacije″ uva. Nova pobuda mora biti jača od trenutnog stanja vibracija bazilarne membrane da bi bila registrovana. Trajanje smirivanja oscilacija zavisi od intenziteta pobude i može biti reda veličine desetina ms. n Maskiranje unazad ometa percepciju zvuka koji je u uvo stigao ranije, ako pri tome nije bio dovoljnog intenziteta da se na putu do centara u mozgu ″izbori″ sa nadražajem koji je stigao nešto kasnije, ali je znatno jači.

2. 6 Izobličenja Čulo sluha pokazuje izvesnu nelinearnost u svojoj prenosnoj karakteristici na putu od pobudnog zvučnog pritiska koji deluje na bubnu opnu do pobude receptora na bazilarnoj membrani. n Nizom eksperimenata utvrđeno je da postoji mehanizam koji u uvu generiše harmonike i intermodulacione produkte. Nivo nastalih novih spektralnih komponenti srazmeran je nivou zvučne pobude koja deluje na čulo. Što je nivo pobude viši, to je izobličenje veće. n

Dokazi o postojanju harmonika koji nastaju u uvu mogu se dobiti preko indirektnih efekata koji nastaju prisustvom harmonijskih komponenti u zvučnoj slici. n Postoje eksperimenti kada se može čuti zvučna komponenta koja nastaje izbijanjem zvuka koji deluje spolja i harmonika koji nastaje u uvu. To su sve indirektni dokazi o tome da postoje harmonici nastali u uvu, što dokazuje i da postoje izobličenja pri prenosu zvuka od spoljašnje sredine do receptora u unutrašnjem uvu. n

Izobličenja u uvu su jedan od razloga zbog kojih neumitno postoji izvesna razlika u zvučnoj slici kada su nivoi slušanja veoma visoki (na primer glasniji koncerti sa ozvučenjem, diskoteke, itd. ) i kada su nivoi uobičajeni (preporučeni nivoi slušanja). n Izvesne razlike koje se subjektivno mogu konstatovati u takvim okolnostima nisu posledica samo eventualnih razlika u kvalitetu uređaja kojim se vrši reprodukcija, izobličenja u električnom domenu ili na zvučnicima, već i zbog izobličenja nastalih u samom uvu pri dovoljno visokim nivoima zvučne pobude. n

2. 7 Subjektivni doživljaj jačine zvuka je veoma složena pojava koja se ne može svesti samo na podatke o izmerenim nivoima zvuka koji deluju na uvo. n U subjektivnom doživljaju jačine zvuka mogu se razdvojiti dva slučaja: - kada na čulo sluha deluje jedan čist sinusni ton, i - kada je zvučna pobuda kompleksna, složene vremenske i frekvencijske strukture. n Subjektivna jačina čistih sinusnih tonova n U slučaju kada na uvo deluje čist sinusni ton subjektivni doživljaj jačine zvuka rezultat je samo frekvencijske nelinearnosti osetljivosti uva.

n U okolnostima tako jednostavne pobude nema efekata maskiranja i drugih pojava karakterističnih za delovanje složenih zvukova. Doživljaj jačine takvog zvuka izražava se nivoom subjektivne jačina zvuka (loudnes level). Češće se koristi skraćeni naziv subjektivna jačina zvuka, ili samo jačina zvuka. Za njeno izražavanje u literaturi se najčešće koristi oznaka Λ ili LN, i uvedena je jedinica koja se naziva fon.

Izofonske krive

Glasnost Skala fona ima logaritamsku prirodu, kao i nivo zvuka u domenu objektivnih mera. n To znači da dvostruko veća subjektivna jačina zvuka ne znači dvostruku vrednost u fonima. Testovima je utvrđeno da subjektivni osećaj dvostruko jačeg zvuka zahteva povećanje jačine zvuka za oko 10 fona. Zbog toga je postojala potreba za primenom neke linearne skale subjektivnog doživljaja jačine. Tako je konvencijom utvrđena nova veličina koja se naziva glasnost (loudnes). Jedinica glasnosti je son. Oznaka za glasnost je s. n

n Skala sona definisana tako da glasnosti 1 son odgovara jačini zvuka 40 fona i da promena od 10 fona odgovara udvostručavanju broja sona, omogućava da se ustanovi analitička veza između glasnosti i jačine zvuka. Subjektivna jačina složenih zvukova n U slučaju kada je zvučna pobuda frekvencijski i amplitudno kompleksna, doživljaj jačine zvuka rezultat je uticaja ne samo osetljivosti, već i svih opisanih procesa u spektralnom i vremenskom domenu koji se javljaju u radu čula sluha (maskiranje, vremenska integracija i drugi).

subjektivna jačina nije jednaka jednostavnom zbiru glasnosti pojedinačno prepoznatih komponenti. Maskiranje i drugi fenomeni koji deluju u procesu slušanja značajno utiču na ukupni doživljaj. n Izražavanje subjektivnog doživljaja jačine zvuka u sonima se realizuje poređenjem na osnovu utvrđenog etalona čistog sinusnog tona jačine 40 fona koji predstavlja jediničnu glasnost. n Može se reći da ne postoji potpuni matematički model za određivanje subjektivne jačine složenih zvukova, ali se u praksi koriste: Cvikerova i Stivensonova metoda. n

Cvikerova metoda polazi od 1/3 oktavnog spektra i omogućava određivanje glasnosti i kada je spektar zvuka neregularan, čak i sa pojedinačnim diskretnim komponentama. n Stivensonova metoda je jednostavnija i polazi od oktavnog spektra zvuka. Primenjiva je samo kada je spektar zvuka uravnotežen, bez velikih neregularnosti. Danas na tržištu postoje softverski paketi koji služe za merenje subjektivne jačine zvuka na osnovu signala registrovanog mikrofonom. n

2. 8 Promenljivost karakteristika čula sluha n Granice oblasti čujnosti podložne su promenama pod uticajem različitih faktora: bolesti, čije se posledice manifestuju i u promeni svojstava čula sluha, lekova, čije dejstvo može imati neželjene efekte na nekim delovima slušnog mehanizma n Granice oblasti čujnosti podložne su prirodnim promenama. Pri tome, najznačajnije promene se dešavaju sa granicom čujnosti, tj. sa donjom granicom oblasti čujnosti.

Prirodne promene granice čujnosti n Granica čujnosti predstavlja prag nadražaja čula sluha, posmatran po nivoima zvuka. U geometrijskom smislu to je linija koja čini donju granicu oblasti čujnosti. n Međutim, dva su moguća slučaja kada se granica čujnosti prirodnim procesima pomera ka višim nivoima. To su: - privremeni pomeraj nakon dužeg dejstva visokih nivoa zvuka i - trajni pomeraj usled starenja organizma ili usled preležane bolesti uva.

n U okolnostima kada se zdravo čulo sluha izloži dejstvu visokih nivoa zvuka, bez obzira na njegov sadržaj (muzika ili šum), dolazi do zaštitne reakcije organizma. Ova reakcija je najefikasnija na nivou razdešavanja slušnih koščica srednjeg uva, ali postoji određeno dejstvo i u unutrašnjem uvu. n Usled povećanog slabljenja na putu prenosa zvuka, ova reakcija kao rezultat proizvodi privremeno pomeranje granice čujnosti naviše. n Ova deformacija u osetljivosti čula sluha se po prestanku pobude lagano smanjuje tokom vremena. Pomeranja granice čujnosti naviše može biti i trajno.

Pomeraj granice čujnosti izmeren 30 s po dejstvu belog šuma nivoa 115 d. B u trajanju od 20 min

Prosečne promene granice čujnosti sa godinama

Audiometrija Ispitivanje granice čujnosti je jedan od dijagnostičkih postupaka u medicini. Oblast koja se bavi ispitivanjem sluha naziva se audiometrija. n U okviru audiometrijskih ispitivanje vrši se, između ostalog, utvrđivanje stanja granice čujnosti kod pacijenta. Ono podrazumeva utvrđivanje najtišeg tona koga čovek može čuti, uz ponavljanje procedure za više različitih frekvencija. n

Rezultat audiometrijskog ispitivanja uva

n Kao rezultat audiometrije utvrđuje se odstupanje granice čujnosti od standardom utvrđenih vrednosti koje karakterišu zdravo uvo. Rezultat se naziva audiogram i iskazuje se odvojenim dijagramima za levo i desno uvo. n Svaki poremećaj, odnosno povišenje granice kod ispitivane osobe na dijagramu se prikazuje snižavanjem audiograma.

2. 9 Binauralno slušanje n Jedna od najznačajnijih osobina čula sluha jeste mogućnost percepcije prostornih dimenzija zvučne slike. Ova osobina se zasniva na sposobnosti čula da odredi pravac iz koga zvučni talas nailazi na glavu slušaoca, što je moguće zahvaljujući činjenici da čulo sluha radi sa dva prostorno razdvojena senzora i sa glavom kao fizičkom preprekom između njih. Takav mehanizam percepcije naziva se binauralno slušanje. n U vertikalnoj ravni ljudske sposobnosti percepcije pravca su značajno manje upravo zbog vertikalne simetrije glave.

n Pravac u okviru horizontalne ravni iz koga zvuk nailazi na glavu slušaoca određen je uglom koji se naziva azimut. n Sposobnost rezolucije po pravcima nije ista za sve vrednosti azimuta. Najveća je u pravcu ose lica slušaoca (azimut oko 0 o), i u toj zoni prosečan slušalac može da razlikuje pomeranja izvora sa rezolucijim od oko 2 o. U literaturi namenjenoj snimateljima zvuka može se naći podatak da je ta rezolucija čak 1 o. n Rezolucija se smanjuje sa povećanjem azimuta, i već pod uglom od oko 75 o rezolucija je samo oko 7 o. U zadnjoj poluravni sposobnost rezolucije po pravcima je još lošija.

Definicija ugla azimuta pri binauralnom slušanju sa označenom ugaonom rezolucijom

Razlike signala na levom i desnom uvu n Prostorna razdvojenost ušiju, sa glavom kao preprekom između njih, čini da signali na levom i desnom uvu nisu isti. n Postoji vremenska razlika, koja se naziva interauralno kašnjenje, između signala na levom i desnom uvu. Kada zvuk nailazi iz pravca određenog nekih azimutom, onda se mogu uvesti definicije bližeg i daljeg uva. Zvuk stiže do bližeg uva nešto ranije nego do daljeg uva zbog njihovog rastojanja. Vremenska razlika koja tako nastaje najveća je za azimut 90 o, oko 0, 6 ms. Tačna vrednost kašnjenja, naravno, zavisi od dimenzija i oblika glave.

Zavisnost interauralnog kašnjenja od veličine azimuta za prosečnu veličinu glave

n Interauralna razlika je važan parametar na osnovu koga čulo sluha utvrđuje pravac iz koga dolazi zvuk. n Na niskim frekvencijama, gde je trajanje periode veće od interauralnog kašnjenja, tako mala vremenska razlika je dovoljna za formiranje svesti o pravcu u kome se nalazi izvor zvuka. Sa porastom frekvencije, odnosno kada trajanje periode signala postaje poredljivo sa interauralnim kašnjenjem, dolazi do konfuzije u tumačenju registrovane razlike. Zbog toga na visokim frekvencijama vremenska razlika nema značaja za određivanje pravca. n Međutim, na visokim frekvencijama glava predstavlja prepreku koja je poredljiva ili čak mnogo veća od talasnih dužina.

n Na primer, na frekvenciji 10 k. Hz talasna dužina je 3, 4 cm, pa je prosečna glava već na toj frekvenciji mnogo veća od talasne dužine. n U takvim okolnostima dolazi do refleksije zvučnih talasa od glave, pa na bliže uvo deluje zbir direktnog i reflektovanog talasa. To kao rezultat daje povećavanje nivoa zvuka na bližem uvu u odnosu na nivo zvuka koji postoji u istoj tački prostora kada glava nije prisutna u zvučnom polju. Istovremeno, dalje uvo se nalazi u zvučnoj senci glave. Zvučna energija koja deluje na njega dospeva samo difrakcijom oko glave. To podrazumeva izvesno frekvencijski zavisno slabljenje u odnosu na nivo koji postoji kada glava nije prisutna u zvučnom polju.

Kao rezultat, na višim frekvencijama postoji interauralna razlika u nivoima zvuka. U zavisnosti od frekvencije te intenzitetne razlike mogu biti veće ili manje. Njihov odnos dominantno zavisi od odnosa dimenzije glave i talasne dužine, ali izvestan uticaj imaju i pojedini delovi glave. n Na najvišim čujnim frekvencijama izvestan uticaj imaju i ušne školjke, kada i one postaju značajna fizička prepreka. Takođe je pokazano da na signale koji deluju na levo i desno uvo određene efekte ima čak i ljudski torzo, jer postoji uticaj refleksije od ramena. n

Prenosna funkcija glave Uticaj svih faktora koji utiču na interauralne razlike intenziteta signala na levom i desnom uvu definišu se prenosnom funkcijom glave (head related transfer function - HRTF). n Ona se definiše preko impulsnog odziva registrovanog na poziciji bubne opne ili na otvoru spoljašnjeg slušnog kanala. Na taj način su uvedeni pojmovi prenosne funkcije za bliže i dalje uvo. n

Prenosna funkcija glave izmerena na jednoj osobi za azimut od 90 o

Sabiranje direktnog i reflektovanog zvuka na bližem uvu i zvučna senka na daljem uvu, čine da je kriva prenosne funcije bližeg uva uvek iznad krive funkcije daljeg uva. n Sa aspekta čula sluha kao prijemnika na izlazu audio sistema, glava u zvučnom polju deluje kao složeno filtarsko kolo. Oblik prenosne funkcije glave zavisi od azimuta. U slučaju azimuta od 90 o razlike u funkcijama za bliže i dalje uvo su najveće. n Detaljno poznavanje HRTF podrazumeva banku impulsnih odziva, odnosno krivih prenosnih funkcija, za vrednosti azimuta u dovoljno malim koracima, najčešće od po 10 o ili manje. n Pošto je HRTF posledica talasnih pojava na glavi koja predstavlja prepreku u zvučnom polju, jasno je da u tom pogledu moraju postojati izvesne individualne razlike od osobe do osobe. n

Korelisanost signala na levom i desnom uvu n Odnos signala na levom i desnom uvu može se posmatrati i preko njihove korelacije. Kada zvučni talas nailazi u osi glave, odnosno kada je azimut 0 o, onda su signali na levom i desnom uvu identični, odnosno potpuno korelisani. n Pomeranje pravca od ose glave povlači za sobom promenu u korelisanosti ova dva signala. Ako na glavu slušaoca nailazi više talasa iz raznih pravaca, kao što je to slučaj u prostorijama, korelacija ovih signala postaje složena funkcija odziva prostorije, a kao rezultat korelisanost između signala na levom i desnom uvu se smanjuje.

n Najmanja korelisanost ova dva signala je u potpuno difuznom polju, kada su svi pravci nailaska zvučne energije na glavu slušaoca jednako verovatni. n Posmatrano sa aspekta zvučne slike, subjektivni utisak da zvuk ne dolazi iz jedne tačke, već iz neodređenog pravca direktno je srazmeran sa korelisanošću signala na levom i desnom uvu. n U slučaju da su oni potpuno nekorelisani, dobija se utisak kao da zvuk dolazi sa svih strana. To je, na primer, u izvesnom smislu poželjna osobina u koncertnim salama, gde se teži osećanju da zvuk dolazi iz čitavog prostora, a ne samo sa bine.

n Što je korelisanost manja, to je prostor bolji sa aspekta subjektivnog doživljaja. n Za ovakva akustička merenja koristi se veštačka glava. Korelisanost signala u levom i desnom uvu se izražava pomoću parametra koji se naziva interauralni kroskorelacioni koeficijent (IACC). U literaturi su ustanovljeni estetski kriterijumi za poželjne vrednosti IACC u koncertnim salama, čak i u zavisnosti od vrste muzike koja se izvodi u sali.

2. 10 Neki uticaji čula sluha na audio tehnologiju Čulo sluha predstavlja završetak audio sistema i osnovno je merilo kvaliteta njegovog rada. n Zbog toga su neke od opisanih karakteristika čula sluha imale neposrednog odraza na pojedine oblasti audio tehnologije. n Kompresija audio signala n Krive maskiranja su jedna od važnih činjenica u audiotehnici zbog toga što proces maskiranja onemogućava percepciju zvučnih informacije koje se javljaju ispod njih.

Zbog toga se krive maskiranja u vidu tabela nalaze ugrađene u današnje algoritme za kompresiju audio signala. n Sve komponente signala za koje se nakon spektralne analize utvrdi da su za slušaoca ispod krive maskiranja, ne koduje se. Time se smanjuje broj potrebnih bita za predstavljanje audio signala, koji je prilagođen ukupnom mogućem dinamičkom ospegu. n Na principima eliminacije maskiranih komponenti zasniva se početni nivo u procesu rada danas primenjivanih algoritama za kompresiju audio signala (AC 3, MPEG). n

Optimalni nivo slušanja reprodukovanog zvuka n Nelinearnost osetljivosti čula sluha stvara niz praktičnih problema pri podešavanju nivoa zvuka u sistemima za reprodukciju zvuka. Najveća linearnost, ako se o linearnosti uopšte može govoriti, je u oblasti 80 -100 d. B. n To je razlog zašto su u audiotehnici uvedene norme za nivoe slušanja pri reprodukciji zvuka. Utvrđene su vrednosti nivoa zvuka koje treba ostvariti pri srednjim nivoima audio signala nešto preko 80 d. B. n Preporuka firme Dolby za podešavanje sistema za reprodukciju u formatu 5. 1 utvrđuje referentni nivo zvuka 85 d. B.

Frekvencijske korekcije pri niskim nivoima slušanja n Smanjenje nivoa zvuka pri reprodukciji ispod referentnih vrednosti za slušanje, što je uobičajen zahtev pri reprodukciji zvuka u stanovima, dovodi do subjektivno bržeg stišavanja komponenti na niskim frekvencijama. n Zbog toga je za slušanje tiho reprodukovane muzike na mnogim kućnim uređajima za reprodukciju zvuka uvedena posebna frekvencijska korekcija. Označena je nazivom ″laudnes″ (loudnes). Njenim uključivanjem signal se propušta kroz filtar koji vrši izdizanje niskih frekvencija u skladu sa oblikom nižih izofonskih linija.

n Time se pri tihoj reprodukciji omogućava percepcija i spektralnih komponenti muzike na niskim frekvencijama, koje bi u takvim okolnostima pale ispod granice čujnosti. Merenje nivoa sopstvenog šuma u audio sistemu n Nelinearnost osetljivosti čula sluha, osim u oblasti reprodukcije zvuka, održava se i na procedure merenja nivoa audio signala, ako se merenje vrši radi ocene stanja jačine zvuka. Jedan takva direktna posledica nelinearnosti čula sluha je i uvođenje ″A″ filtra u merni lanac pri merenju nivoa buka u životnoj i radnoj sredini.

Dijagram A karakteristike za merenje buke

n Njen oblik je izveden iz oblika obrnute izofonske linije 40 fona, uz pojednostavljenja i korekcije radi lakše izvodljivosti filtarskog kola pasivnim elementima. n Rezultat merenja sa ovakvim frekvencijskim ponderisanjem izražava se u d. BA (čita se ″decibeli A″).

n Filtarsko kolo sa ″A″ karakteristikom koristi se, osim za merenje buke, i za merenje nivoa sopstvenog šuma pojedinih audio uređaja ili sistema u celini. n Činjenica da pojedine spektralne komponente generisanog šuma nemaju za ljudsko uvo isti značaj učinila je da se i sopstveni šum u sistemu utvrđuje uz frekvencijsko ponderisanje ovim filtrom. n Osim ″A″ filtra u pojedinim okolnostima koriste se i drugi oblici frekvencijskog ponderisanja.

Dijagram težinske krive za merenja šuma u audio sistemima (prema preporukama ITU)

Sistemi za prostornu reprodukciju zvuka pomoću slušalica n Poznavanje mehanizma binauralnog slušanja i HRTF u svim njenim detaljima omogućilo je dizajniranje sistema za surround reprodukciju pomoću slušalica. n Banka prenosnih funkcija za razne vrednosti azimuta omogućava da se filtriranjem ostvari promena u signalu koja odgovara situaciji kada zvuk nailazi na glavu slušaoca iz nekog definisanog pravca. Uslov za to je, naravno, procesor koji može u realnom vremenu da radi konvoluciju audio signala sa memorisanim odzivima HRTF filtara.