|
Скачать 1.64 Mb.
|
|
53 гает мнимый (кажущийся) источник сигнала между обоими направлениями падения звука. Точность локализации мнимого источника резко снижается, если при одновременном или почти одновременном приходе сигналы имеют противоположную фазу. В электроакустических системах это легко достигается изменением полярности напряжения на одном из громкоговорителей. В связи с этим говорят об эффекте изменения полярности. В результате этого эффекта как бы увеличиваются размеры источника сигнала, создается впечатление диффузности звучания. Данный эффект и появление мнимых источников наблюдаются при очень небольших временах запаздывания (не более 5 мс) и относятся поэтому к явлениям локализации суммы. Явления, свойственные временам запаздывания от 1 до 30 мс, относятся к закону первого фронта волны. Локализация суммы. Если запаздывание одного из сигналов в той точке, где находится слушатель, не слишком сильно превышает 1 мс (максимум 3 мс), то между обоими направлениями прихода звука возникает мнимый источник сигнала. Если оба сигнала приходят одновременно и имеют одинаковые уровни, то мнимый источник располагается на биссектрисе угла, образованного направлениями на оба громкоговорителя. Запаздывание или ослабление одного из сигналов приводит к тому, что мнимый источник, возникший в результате локализации суммы, смещается к громкоговорителю, излучающему более громкий сигнал или излучающему его раньше.' Эффекты, связанные с запаздыванием и разностью уровней, суммируются, если они обусловливают смещение мнимого источника в одном и том же направлении, и вычитаются или могут даже скомпенсировать друг друга, если они вызывают противоположное смещение. Определению угловых смещений - (мнимого источника были посвящены многочисленные исследования, результаты которых подробно рассмотрены Блауэртом [16, с. 163—176]. Франосен попытался представить имевшиеся до 1963 г. данные в виде диаграммы, показанной на рис. 2.27. Она представляет собой усреднение сильно различающихся между собой результатов отдельных авторов. Рис. 2.27. Расположение мнимого источника сигнала на «рабочей прямой» между двумя громкоговорителями в зависимости от разности времен пробега Три. (положительна, если левый сигнал приходит раньше) и разности уровней AL (положительна, если правый громкоговоритель звучит громче) при обычной «стереофонической» расстановке громкоговорителей (примерно +\-30° от средней линии, на которой находится слушатель) [78] выше этой линии. Угол возвышения оказывается тем большим, чем шире разнесены громкоговорители относительно слушателя. Если слушатель находится между двумя громкоговорителями, то мнимый источник перемещается вообще наверх. В отличие от де Боера [79], наблюдавшего эффект локализации суммы при времени запаздывания одного из .сигналов до 3 мс, большинство авторов приводят данные по возникновению мнимых источников при времени запаздывания до 1 мс. Но правильной локализации источников (при наличии отражений) можно, очевидно, научиться и в тех случаях, когда разность времен прихода сигналов меньше 1 мс. Это доказывается поведением слепых, которые настолько хорошо ориентируются в помещении по направлению прихода звука от источников с известным местоположением (стук палки, звук открывающейся двери, шаги), что нередко говорят о «шестом» чувстве, развивающемся у людей, лишенных зрения. Доказано, однако, что дело здесь в слухе и что слепые, не слышащие одним ухом, не могут развить у себя такие ориентационные способности. Эффект изменения полярности. Если при обычной принятой в стереофонических системах расстановке громкоговорителей поменять местами зажимы на одном из громкоговорителей, то к слушателю придут противофазные сигналы. Предположим, что они приходят одновременно и их уровни равны. Теоретически такие сигналы должны были бы скомпенсировать друг другаi. Практически этого не происходит в связи с тем, что коэффициенты передачи двух громкоговорителей никогда не бывают совершенно идентичны. Несмотря на противофазность сигналов, мнимый источник (правда, только для высоких частот) располагается в «середине» между громкоговорителями. Звучание низких частот представляется в большей или меньшей степени диффузным, в некоторых случаях источник локализуется у затылка или даже в затылке, в результате чего создается неестественная звуковая картина. В то время, как в стереофонических или псевдостереофонических системах звукопе-редачи эффект изменения полярности используют иногда сознательно для того, чтобы придать звучанию «пространственный» характер, в системах звукоусиления этот эффект, как правило, нежелателен. Задача в этом случае состоит ведь в том, чтобы в той точке, где находится слушатель, обеспечить наиболее естественное звучание первичного источника сигнала, т. е. сделать практически незаметным использование электроакустических средств. Хотя были проведены многочисленные исследования, целью которых было объяснение рассматриваемого явления (обзор литературы см. в [16, с. 176]), его причины до сих пор не совсем ясны. Существенное значение имеет по всей вероятности тот факт, что теоретическая зона взаимной компенсации сигналов (деструктивной их интерференции) находится только в плоскости, проходящей между громкоговорителями. Поэтому в этой зоне может находиться только одно ухо слушателя и то лишь в определенных диапазонах частот. К другому уху приходит сигнал значительно большего уровня, отличающийся к тому же неестественным сдвигом по фазе. Но такая ситуация является главным критерием бокового падения звука. То обстоятельство, что на высоких частотах источник сигнала локализуется, как обычно, между громкоговорителями, можно объяс- Наряду со сказанным при локализации мнимого источника проявляется еще и эффект возвышения. В силу этого эффекта мнимый источник располагается не на горизонтальной линии, соединяющей оба громкоговорителя, а несколько 54 1 Авторы ошибаются. Достаточно построить простейшую геометрическую схему явления, чтобы увидеть, что и теоретически полная компенсация сигналов не наблюдается. — Прим. ред. 55 нить тем, что в области высоких частот ухом преимущественно оценивается огибающая спектра сигнала, которая не меняется при перемене полярности напряжения на одном из громкоговорителей. На низких частотах, напротив, реги-стрируется разность фаз сигналов (только в этой области она однозначна!). Закон первой волны. Согласно этому закону два (или несколько) когерентных сигнала сливаются в один суммарный сигнал и в том случае, если разность времен их прихода больше 1 мс (>3 мс). Слушатель локализует в этом случае источник по направлению прихода первого сигнала. В то время, как временная граница локализации суммы определена довольно четко (1 мс, максимально 3 мс), граница справедливости закона первой волны при увеличении времени запаздывания может смещаться в относительно широких пределах. Все зависит от того, до каких пор отдельные сигналы сливаются еще в единый суммарный звуковой . объект. Хотя уже при временах запаздывания порядка нескольких миллисекунд наблюдается характерная «гулкость» звучания, увеличение «протяженности» источника звука, а влияние второго (или нескольких) источников сигнала весьма ощутимо, тем не менее в этих случаях говорят о законе первой волны, поскольку источник еще локализуется по направлению прихода первого сигнала. Точно так же, как сохраняется правильная «акустическая» локализация оратора, выступающего в гулком помещении, где его речь оказывается заметно окрашенной, она сохраняется и в том случае, когда «отражения» создаются громкоговорителями. Правильная локализация сохраняется даже при условии, что энергия отражений в помещении во много раз превышает энергию прямого сигнала оратора, певца или музыкального инструмента. Этим объясняется, почему энергия сигнала второго и последующего громкоговорителей может быть значительно больше, чем энергия прямого звука, если только прямой звук приходит к слушателю первым. Приближенно можно считать, что запаздывающие сигналы могут быть на 10 дБ (энергия в 10 раз больше!) интенсивнее первичного звука и при этом сохраняется локализация источника в направлении прихода прямого звука. Это правило для речевых и музыкальных сигналов сохраняет свою силу при временах запаздывания до 30 мс. Для того чтобы второй и последующий сигналы не воспринимались как самостоятельные слуховые объекты или же в конечном счете не возникало эхо, необходимо при еще больших временах запаздывания постепенно уменьшать превышение прямым сигналом «отраженной энергии». На рис. 2.28, заимствованном из [16], сопоставляются различные пороги слышимости отражений по литературным данным, имевшимся к 1973 г. Появление мешающего эха следует рассматривать как границу возможностей использования эффекта первой волны. Уже в тех случаях, когда отражения и прямой звук воспринимаются как равногромкие сигналы, можно говорить о том, что отражения придают звучанию неприятный характер. В связи с этим при практическом построении систем озвучения не следует превышать линию равной громкости первичного слухового объекта и эха, даже если еще более высокие уровни отражений не нарушают локализации первичного источника сигнала. Условие равной громкости первичного сигнала и эха служило критерием при оценке звучания в основополагающих (исследованиях Мейера и Шоддера (1952 г., [77]), толчком к которым послужила уже упоминавшаяся работа Хааса [76]. Очень часто говорят об эффекте Хааса, когда хотят отметить, что запаздывающие искусственные «отражения» могут .иметь на 10 дБ большую энергию и при этом не утрачивается возможность правильной локализации 56 первичного источника сигнала. Но на одной из конференций Хаас сам обратил внимание на то, что данный эффект как наблюдавшееся явление был описан до него другими авторами, а серьезное исследование количественных соотношений было впервые проведено Мейером и Шоддером [77]. Е. Мейер и Л. Кре-мер предложили поэтому для рассматриваемого эффекта нейтральное название «закон первой волны». Рис. 2.28. Характерные для эффекта первой волны пороговые значения, найденные путем слуховых экспериментов. В ходе экспериментов вопросы по восприятию отражений ставились по-разному (едва ощутимое эхо, мешающее эхо, отражения воспринимаются равно-громкими, хотя общий уровень значительно поднят; первичный сигнал полностью подавлен). -Речь (нормальная скорость «5 слогов/с), уровень прямого звука «50 дБ [16] Если, появляющееся эхо нарушает закон первой волны, т. е. правильную локализацию, то можно до прихода эхо-сигнала после прямого звука ввести дополнительные отражения, которые восстановят локализацию и слияние всех отражений в единый слуховой объект. Дополнительно вводимые сигналы играют при этом роль первых отражений с небольшими временами запаздывания. Они не обязательно должны излучаться специальным образом размещенными громкоговорителями или создаваться электронными линиями задержки» Отражения в самом помещении тоже могут уменьшить опасность возникновения эха, если только они приходят с малыми промежутками времени. В системах звукоусиления эффект первой волны имеет основополагающее значение. С тех пор, как современные электронные линии задержки вытеснили ненадежные магнитные линии задержки, применявшиеся ранее, этот эффект используется все чаще и чаще. С помощью таких приборов для задержки сигналов можно с гораздо меньшими затратами и с более высоким качеством озвучивать зоны плохой слышимости, предусматривая вблизи этих зон отдельные громкоговорители и не нарушая тем самым, как это случалось обычно в прежних распределенных системах озвучения, локализацию источника сигнала. 2.6.2.3. Источники с частично когерентными сигналами, Существует принимаемая многими авторами на основании ряда исследований гипотеза, согласно которой органы слуха способны находить функцию взаимной корреляции сигналов на обоих ушах, которая позволяет выделять в сложном сигнале, являющемся суммой большого числа некоррелированных сигналов, коррелированные компоненты и определять направление прихода последних. Интерауральный кср-релятор анализирует, при каком запаздывании сигналов коэффициент взаимной корреляции достигает максимума. Таким образом, находится значение разности времен прихода коррелированного сигнала к правому и левому уху. Подробно об этом пишет Блауэрт [16, с. 190—229]. 57 Практически наиболее интересное и вместе с тем наиболее известное явление, которое можно объяснить исходя из изложенной гипотезы, — это так называемый «эффект вечеринки». Он заключается в способности каждого человека с двумя здоровыми ушами выделять из общего шума оживленной беседы большого числа людей голос человека, с которым он беседует. Системы озвучения должны обеспечивать такие разборчивость и четкость сигналов и настолько поднимать их уровень, чтобы слушателю не приходилось прибегать к своим корреляционным возможностям, напрягая слух для выделения полезного сообщения. Как следует из эффекта локализации суммы и эффекта первой волны, этого можно достигнуть, если полезный сигнал излучается многими громкоговорителями. Если времена запаздывания не превышают 30... 50 мс и разности уровней не слишком велики, то слушатель воспринимает и локализует один единственный слуховой объект. Нередко стремятся как раз к тому, чтобы нельзя было локализовать источник сигнала, т. е. к тому, чтобы звуковое поле было диффузным, например, при формировании реверберационного сигнала с помощью системы звукоусиления. Как правило, это достигается использованием систем искусственной реверберации (см. гл. 12). Та же проблема возникает и в том случае, когда ревер-берационный сигнал отбирается из озвучиваемого помещения (в части помещения, отличающейся повышенным временем реверберации, см. разд. 12.3.2). Если дополнительный реверберационный звук формируется с использованием сигнала, получаемого лишь в одной единственной точке системы искусственной реверберации, то он, хотя и содействует увеличению пространственности звучания, остается все-таки когерентным даже при условии, что он излучается большим числом громкоговорителей вблизи слушателя. Несмотря на различные направления прихода звука, слушатель, воспринимая когерентные сигналы, локализует источник реверберационного сигнала в некоторой точке пространства (как правило, в области размещения ближайшего громкоговорителя), а это совсем не та звуковая картина, которая создается естественным отзвуком помещения. Правда, и в естественном реверберационном сигнале содержится большое число когерентных составляющих; в первую очередь это составляющие, которые обусловливают сам реверберационный сигнал. Но на эти когерентные составляющие налагается большое число отражений с различными временами запаздывания, так что суммарные сигналы в каждой точке диффузного поля оказываются некоррелированными между собой. Они различаются, кроме того, для левого и правого уха. Поэтому человек не в состоянии приписать ревер-берационному звуку определенное направление прихода. Он воспринимает такой звук как диффузный. Если же система звукоусиления должна обеспечивать реверберационный процесс, близкий к естественному, то к распределенным в зале группам громкоговорителей должны подводиться некоррелированные сигналы от устройств искусственной реверберации: сигналы от микрофонов, находящихся в различных точках реверберационной камеры, сигналы, снимаемые в различных точках листа или пружины в случае электромеханических ревербераторов. Само собой разумеется, что при этом надо исключить промежуточные смесительные электронные устройства, так как сигналы могут снова стать коррелированными. То же самое относится и к электронным ревербераторам. |
|
Поиск на сайте Главная страница Литература Доклады Рефераты Курсовая работа Лекции |