Эффект приоритета

Эффект предшествования или закон первого волнового фронта — это бинауральный психоакустический касающийся отражения звука и восприятия эха эффект , . Когда две версии одного и того же звука разделены достаточно короткой временной задержкой (ниже порога эха слушателя), слушатели воспринимают одно слуховое событие; его воспринимаемое пространственное положение во многом определяется местоположением первого пришедшего звука (первого волнового фронта ). Запаздывающий звук также влияет на восприятие местоположения; однако его эффект в основном подавляется первым звуком.

Эффект Хааса был описан в 1949 году Гельмутом Хаасом в его докторской диссертации. диссертация. ^[1] Термин «эффект Хааса» часто трактуется как включающий эффект предшествования, лежащий в его основе.

История

Джозеф Генри опубликовал «О пределе чувствительности прямого и отраженного звука» в 1851 году. ^[2]

«Закон первого волнового фронта» был описан и назван в 1948 году Лотаром Кремером . ^[3]

«Эффект предшествования» был описан и назван в 1949 году Уоллахом и др. ^[4] Они показали, что если два одинаковых звука произнести рядом друг с другом, они будут восприниматься как один слитный звук. В их экспериментах слияние происходило, когда задержка между двумя звуками составляла от 1 до 5 мс для щелчков и до 40 мс для более сложных звуков, таких как речь или фортепианная музыка. Когда задержка была более продолжительной, второй звук воспринимался как эхо.

Кроме того, Уоллах и др. продемонстрировали, что когда последовательные звуки, исходящие из источников в разных местах, воспринимались как слитые, видимое местоположение воспринимаемого звука определялось местоположением звука, который первым достиг ушей (т.е. волнового фронта, пришедшего первым). Второй звук оказал лишь очень небольшое (хотя и измеримое) влияние на воспринимаемое местоположение слитого звука. Они назвали это явление эффектом предшествования и отметили, что оно объясняет, почему локализация звука возможна в типичной ситуации, когда звуки отражаются от стен, мебели и тому подобного, обеспечивая тем самым множественные последовательные стимулы. Они также отметили, что эффект предшествования является важным фактором восприятия стереофонического звука.

Уоллах и др. не меняли систематически интенсивность двух звуков, хотя они ссылались на исследования Ленгмюра и др. ^[5] который предположил, что если второй звук как минимум на 15 дБ громче первого, эффект предшествования нарушается.

«Эффект Хааса» взят из статьи Хельмута Хааса 1951 года. ^[6]В 1951 году Хаас исследовал, как на восприятие речи влияет присутствие одиночного связного звукового отражения. ^[7] Для создания безэховых условий эксперимент проводился на крыше отдельно стоящего здания. Еще один тест проводился в помещении со временем реверберации 1,6 с. Тестовый сигнал (записанная речь) излучался из двух одинаковых громкоговорителей, расположенных под углом 45° влево и вправо на расстоянии 3 м от слушателя.

Хаас обнаружил, что люди локализуют источники звука в направлении первого пришедшего звука, несмотря на наличие единственного отражения от другого направления, и что в таких случаях только одно слуховое событие воспринимается . Отражение, пришедшее позже, чем через 1 мс после прямого звука, увеличивает воспринимаемый уровень и объемность (точнее, воспринимаемую ширину источника звука). Одиночное отражение, приходящее с задержкой от 5 до 30 мс, может быть на 10 дБ громче прямого звука, не воспринимаясь при этом как вторичное слуховое событие (т. е. оно не похоже на эхо). Этот временной интервал зависит от уровня отражения. Если прямой звук исходит с того же направления, в котором смотрит слушатель, направление отражения не оказывает существенного влияния на результаты. Если более высокие частоты отражения ослабляются, эхоподавление продолжает происходить, даже если задержка между звуками несколько больше. Увеличенное время реверберации помещения также расширяет временной интервал, доступный для подавления эха. ^[8]

Условия возникновения

Эффект предшествования возникает, если последующие волновые фронты приходят на период от 2 мс до примерно 50 мс позже, чем первый волновой фронт. Этот диапазон зависит от сигнала. Для речи эффект приоритета исчезает при задержках выше 50 мс, но для музыки эффект приоритета все еще может проявляться при задержках, приближающихся к 100 мс. ^[9]

В экспериментах с опережением и запаздыванием в два щелчка эффекты локализации включают аспекты суммирования локализации , доминирования локализации и подавления дискриминации запаздывания . Последние два обычно считаются аспектами эффекта предшествования: ^[10]

Суммирующая локализация: при задержках менее 2 мс слушатели воспринимают только один звук; его направление находится между местами расположения ведущего и запаздывающего звуков. Приложением для суммирования локализации является стереофония по интенсивности , когда два громкоговорителя излучают один и тот же сигнал с разными уровнями , что приводит к локализованному направлению звука между обоими громкоговорителями. Локализованное направление зависит от разницы уровней между громкоговорителями.
Доминирование локализации: при задержках от 2 до 5 мс слушатели воспринимают также один звук; его расположение определяется расположением ведущего звука.
Подавление дискриминации запаздывания: при коротких задержках слушатели менее способны распознавать местонахождение запаздывающего звука.

При задержках более 50 мс (для речи) или около 100 мс (для музыки) задержанный звук воспринимается как эхо первопришедшего звука, и каждое направление звука локализуется отдельно и правильно. Временная задержка восприятия эха зависит от характеристик сигнала. Для сигналов с импульсными характеристиками эхо воспринимается при задержках более 50 мс. Для сигналов с почти постоянной амплитудой порог восприятия эха может быть увеличен до разницы во времени от 1 до 2 секунд.

Особым проявлением эффекта предшествования является эффект Хааса. Хаас показал, что эффект предшествования проявляется даже в том случае, если уровень задержанного звука до 10 дБ превышает уровень первого волнового фронта. В этом случае эффект приоритета работает только для задержек от 10 до 30 мс.

Приложения

Эффект приоритета важен для слуха в закрытых помещениях. С помощью этого эффекта остается возможным определить направление источника звука (например, направление динамика) даже при наличии отражений от стен.

Системы звукоусиления

Выводы Хааса можно применить к системам звукоусиления и системам громкой связи . Сигнал для громкоговорителей, расположенных в удаленных от сцены местах, может быть задержан электронным способом на величину, равную времени, которое требуется звуку, чтобы пройти по воздуху от сцены до удаленного места, плюс примерно 10–20 миллисекунд, и воспроизводиться на более высоком уровне. на 10 дБ громче звука, доходящего до этого места непосредственно со сцены. Первое появление звука от источника на сцене определяет воспринимаемую локализацию, тогда как немного более поздний звук из громкоговорителей с задержкой просто увеличивает воспринимаемый уровень звука, не оказывая негативного влияния на локализацию. В этой конфигурации слушатель будет локализовать весь звук со стороны прямого звука, но при этом он получит выгоду от более высокого уровня звука, усиленного динамиками. ^[11]

Извлечение атмосферы

Эффект приоритета можно использовать для улучшения восприятия атмосферы во время воспроизведения стереозаписей. ^[12] Если слева и справа от слушателя расположены еще два динамика (в дополнение к двум основным динамикам) и на них подается тот же программный материал, но с задержкой на 10–20 миллисекунд, компоненты звукового окружения со случайной фазой будут становятся настолько декоррелированными, что их невозможно локализовать. Это эффективно извлекает существующую атмосферу записи, оставляя при этом «прямые» звуки переднего плана, которые все еще кажутся исходящими спереди. ^[13]^[14]

Декодирование многоканального звука

Эффект был учтен и использован в психоакустике декодера Fosgate Tate 101A SQ, разработанного Джимом Фосгейтом в консультации с Питером Шайбером и Мартином Уиллкоксом , для получения гораздо лучшей пространственности и направленности при матричном декодировании 4-2-4 ( SQ квадрофонический ) звук.

Хаас кикер

LEDE («активный конец, тупик») Во многих старых конструкциях диспетчерских использовались так называемые «кикеры Haas» - светоотражающие панели, расположенные сзади для создания зеркальных отражений, которые, как считалось, обеспечивали более широкую зону стереопрослушивания или повышали разборчивость. ^[15] Однако то, что полезно для одного типа звука, вредно для другого, поэтому кикеры Haas, такие как компрессионные потолки , больше не встречаются в диспетчерских. ^[16]

См. также

Ссылки

^ «Справочник по профессиональному аудио» . Проверено 18 апреля 2020 г. После того, как докторская диссертация Хельмута Хааса была представлена Геттингенскому университету в Геттингене, Германия, как «Über den Einfluss eines Einfachechos auf die Hörsamkeit von Sprache»; переведен на английский доктором инж. КПР Эренберг, Строительная исследовательская станция, Уотфорд, Хертс, Англия. Номер сообщения библиотеки. 363, декабрь 1949 г.; воспроизведено в США как «Влияние одиночного эха на слышимость речи», J. Audio Eng. Соц., Том. 20 (март 1972 г.), стр. 145–159.
↑ Труды Американской ассоциации развития науки, том v, стр. 42, 48, 6 мая 1851 г. Перепечатано в «Научных сочинениях Джозефа Генри, том 1», Смитсоновский институт, 1886 г., стр. 296-296.
^ Кремер, Л. (1948): «Научные основы акустики помещений», Том 1. Hirzel-Verlag Stuttgart.
^ Уоллах, Х., Ньюман, Э.Б. и Розенцвейг, MR (1949). «Эффект приоритета при локализации звука», Американский журнал психологии, 62, 315–336.
^ Ленгмюр, И., Шефер, В.Дж., Фергюсон, К.В., и Хеннелли, Э.Ф. (1944). «Исследование бинаурального восприятия направления источника звука», Отчет OSRD 4079, номер ПБ 31014, Управление технических служб Министерства торговли США.
^ Хаас, Х. (1951). «О влиянии простого эха на послушание речи», Acustica, 1, 49–58.
^ Артур Х. Бенаде (1990). Основы музыкальной акустики . Публикации Courier Dover. п. 204. ИСБН 978-0-486-26484-4 .
^ Хаас, Х. «Влияние одиночного эха на слышимость речи», JAES, том 20, выпуск 2, стр. 146-159; Март 1972 г.
^ Блауэрт Дж.: Пространственный слух – психофизика локализации звука человека; Массачусетский технологический институт Пресс; Кембридж, Массачусетс (1983), глава 3.1.
^ Литовский, Р.Ю.; Колберн, HS; Йост, Вашингтон; Гузман, С.Дж. (1999). «Эффект приоритета» (PDF) . Журнал Акустического общества Америки . 106 (4, ч. 1): 1633–16. Бибкод : 1999ASAJ..106.1633L . дои : 10.1121/1.427914 . ПМИД 10530009 .
^ Аудио, НТи . «Как подготовиться к живому звуковому событию» (PDF) . www.nti-audio.com .
^ Мэдсен, Э. Рербек (октябрь 1970 г.). «Извлечение информации об атмосфере из обычных записей» . Журнал Общества аудиоинженеров . 18 (5): 490–496.
^ Кац, Боб (март 1988 г.). «Извлечение против генерации» . Стереофил .
^ Кац, Боб (2007). Освоение аудио: искусство и наука . Тейлор и Фрэнсис. стр. 229–237. ISBN 978-0240808376 .
^ Дэвис, Патронис «Разработка звуковых систем», Focal Press; 3-е издание (20 сентября 2006 г.)
^ Филип Ньюэлл «Дизайн студии звукозаписи», Focal Press; 2-е издание (22 декабря 2007 г.)

Дальнейшее чтение

Флойд Тул «Воспроизведение звука», Focal Press (25 июля 2008 г.), глава 6
Блауэрт «Пространственный слух - переработанное издание: Психофизика локализации человеческого звука», MIT Press; Ред. Подиздание (2 октября 1996 г.)
Литовский и др. (1999), «Эффект предшествования» Дж. Акустик. Соц. Ам., Том. 106, № 4

[1] «Справочник по профессиональному аудио» . Проверено 18 апреля 2020 г. После того, как докторская диссертация Хельмута Хааса была представлена Геттингенскому университету в Геттингене, Германия, как «Über den Einfluss eines Einfachechos auf die Hörsamkeit von Sprache»; переведен на английский доктором инж. КПР Эренберг, Строительная исследовательская станция, Уотфорд, Хертс, Англия. Номер сообщения библиотеки. 363, декабрь 1949 г.; воспроизведено в США как «Влияние одиночного эха на слышимость речи», J. Audio Eng. Соц., Том. 20 (март 1972 г.), стр. 145–159.

[2] Труды Американской ассоциации развития науки, том v, стр. 42, 48, 6 мая 1851 г. Перепечатано в «Научных сочинениях Джозефа Генри, том 1», Смитсоновский институт, 1886 г., стр. 296-296.

[3] Кремер, Л. (1948): «Научные основы акустики помещений», Том 1. Hirzel-Verlag Stuttgart.

[4] Уоллах, Х., Ньюман, Э.Б. и Розенцвейг, MR (1949). «Эффект приоритета при локализации звука», Американский журнал психологии, 62, 315–336.

[5] Ленгмюр, И., Шефер, В.Дж., Фергюсон, К.В., и Хеннелли, Э.Ф. (1944). «Исследование бинаурального восприятия направления источника звука», Отчет OSRD 4079, номер ПБ 31014, Управление технических служб Министерства торговли США.

[6] Хаас, Х. (1951). «О влиянии простого эха на послушание речи», Acustica, 1, 49–58.

[7] Артур Х. Бенаде (1990). Основы музыкальной акустики . Публикации Courier Dover. п. 204. ИСБН 978-0-486-26484-4 .

[8] Хаас, Х. «Влияние одиночного эха на слышимость речи», JAES, том 20, выпуск 2, стр. 146-159; Март 1972 г.

[9] Блауэрт Дж.: Пространственный слух – психофизика локализации звука человека; Массачусетский технологический институт Пресс; Кембридж, Массачусетс (1983), глава 3.1.

[10] Литовский, Р.Ю.; Колберн, HS; Йост, Вашингтон; Гузман, С.Дж. (1999). «Эффект приоритета» (PDF) . Журнал Акустического общества Америки . 106 (4, ч. 1): 1633–16. Бибкод : 1999ASAJ..106.1633L . дои : 10.1121/1.427914 . ПМИД 10530009 .

[11] Аудио, НТи . «Как подготовиться к живому звуковому событию» (PDF) . www.nti-audio.com .

[12] Мэдсен, Э. Рербек (октябрь 1970 г.). «Извлечение информации об атмосфере из обычных записей» . Журнал Общества аудиоинженеров . 18 (5): 490–496.

[13] Кац, Боб (март 1988 г.). «Извлечение против генерации» . Стереофил .

[14] Кац, Боб (2007). Освоение аудио: искусство и наука . Тейлор и Фрэнсис. стр. 229–237. ISBN 978-0240808376 .

[15] Дэвис, Патронис «Разработка звуковых систем», Focal Press; 3-е издание (20 сентября 2006 г.)

[16] Филип Ньюэлл «Дизайн студии звукозаписи», Focal Press; 2-е издание (22 декабря 2007 г.)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]