Слуховые ощущения - тема сама по себе сложная и скользкая. Каждый человек обладает разным слухом и все написанное ниже к каждому слушателю может относиться «в той или иной мере». Все рассуждения и выводы ниже относятся к многолетней накопленной практике слуховой экспертизы различных частей тракта усиления сигнала: ЦАП, микрофонные предусилители, усилители мощности, предварительные усилители, фонокорректоры, усилители для наушников, различные акустические системы, системы озвучивания помещений… Для разных задач создавались различные устройства, оптимизированные под конкретную поставленную задачу. Во главе угла большинства разработок стоит максимальная линейность тракта в необходимой полосе пропускания. Все разработки, связанные со звуком проходят проверку полученных характеристик (THD и пр.). Сегодня можно уверенно говорить о том, что существует четкая корреляция между слуховыми ощущениями и снятыми характеристиками с аппаратов наших разработок. Даже был небольшой период, когда «качество» оценивалось исключительно на слух, без замеров…
Эта статья будет дополнена в части «восприятия» гармоник. Постараюсь собрать больше различных мнений и ощущений разных привлекавшихся для оценок экспертов.
Временная область
Первое, о чем следует сказать – это назначение слуховой системы. Прослушивание музыки – лишь способ получения удовольствия с помощью слуховой системы. Основное ее назначение – локализация источников звука в условиях нестационарных шумовых воздействий. От этого утверждения и будем плясать дальше.
Из назначения слуха и особенностей его использования по основному назначению следуют некоторые выводы о чувствительности слуха к разного рода искажениям при рассмотрении их во временной области.
Еще одна особенность слуха – неравнозначность восприятия фронта избыточного давления и фронта разряжения.
На рисунке отображен переход от одного сигнала к другому. Вторая половина получается изменением фазы сигнала на 180 градусов. По спектральному составу это абсолютно идентичные сигналы. На слух – это разные сигналы. Похожие, но разные. В дальнейших рассуждениях я нигде это не использую, но помнить об этом факте нужно.
Несколько слов о четных гармониках...
Что изменится при добавлении/вычитании второй гармоники?
При суммировании основного сигнала и второй гармоники:
(сверху синус + 10% второй гармоники, снизу чистый синус)
- Улучшился фронт сигнала. Улучшенный фронт – хорошо. В некотором приближении такой вид искажения соответствует компрессии сигнала. Тихие звуки, находящиеся на фронтах НЧ, становятся более громкими.
- Вблизи пика сигнал нарастает медленнее, чем чистый синус.
При вычитании картинка просто отразилась. Фронты затянуты, спад короткий.
(сверху синус - 10% второй гармоники, снизу чистый синус)
Широко трактовать полученные рисунки не возьмусь. Единственное, что стоит отметить - вблизи вершины синуса вторая гармоника проходит через "0" т.е. полученный сигнал проходит через вершины исходного синуса.
Обогащение второй гармоникой дает «более мягкий» звук. Это общепризнанный факт. Т.е. слух, обрабатывая пиковые значения амплитуды, находит их более пологими, чем в исходном неискаженном сигнале. Остается не совсем ясным, как этот принцип срабатывает и для суммирования и для вычитания второй гармоники. Но работает.
4, 6 и др. четные гармоники приводят(?) к такому же эффекту. Эффект будет менее выражен(?) для более высоких гармоник. Но характер воздействия будет сохраняться(?). Специальных исследований не проводили. Остальные гармоники присутствовали на фоне гармоник более низкого порядка.
Несколько слов о нечетных гармониках. Смотрим синус, обогащенный третьей гармоникой.
При сложении:
- Более острый фронт.
- Сглаженная вершина, на которой присутствует только ВЧ колебания.
При вычитании:
- Изменилось начало фронта сигнала. Более пологое, чем должно быть.
- Вершина стала более острой.
Воздействие на слух прямо противоположное относительно второй гармоники. Обострение пиков субъективно приближает источник сигнала. Оно соответствует более резкому, взрывному звуку и меньшему затуханию ВЧ в воздухе. Для слуха важны даже «микродобавки» нечетных гармоник. Как сложение, так и вычитание приводит к обострению пиков. Разница между суммой и разностью в том, что добавка третьей гармоники уменьшает общий уровень сигнала, что субъективно должно отдалять источник, а вычитание – увеличивает амплитуду самого пика и делает ее острее. Поэтому чувствительность слуха к нечетным гармоникам очень высока.
Не стоит забывать, что в акустической звуковой волне нет «плоской вершины». Для этого достаточно посмотреть переходные характеристики акустических систем. Фронт волны проходит и давление возвращается к нормальному.
Остальные гармоники 5, 7, 9…?
Растет ли чувствительность с ростом гармоники – ответить затрудняюсь, но слух очень хорошо обрабатывает вершины импульсов (пиковые значения сигнала).
Да, есть и инерционность слуховой системы, масса других особенностей. Но… Слух обладает наибольшей точностью локализации для сигналов с резким фронтом и острой вершиной (щелчки, хруст купюр и пр.) – до 0.7 (0.2) градуса из разных источников.
Специальных отдельных исследований по отдельным гармоникам не проводили. Весь накопленный багаж касается искажений в аппаратуре, где встречаются в основном такие варианты искажений: 2, 2+3, 2+3+4, 2+3+5, 2+3+4+5, 2+3+ комбинация нечетных, 2+3+ хвост гармоник с очень низким уровнем.
Т.к. мы рассматриваем слуховые ощущения, вызванные искажениями аппаратуры, то перечисленными выше вариантами и ограничимся.