Психоакустика лежит в основе всего аудио — это наука о том, как мы слышим.
Мы часто принимаем наши собственные чувства как должное. Вид радуги, запах свежего белья, вкус любимой еды — мы часто настолько погружаемся в эти переживания, что не останавливаемся и не думаем о том, что происходит за кулисами. Когда дело доходит до звука, наши тела выработали несколько довольно удивительных механизмов, помогающих осмыслить все это. Фактически, многие технологии, которые вы используете ежедневно, были разработаны с учетом психоакустики, от MP3 до телефонных звонков.
Микрофоны в наших головах
Изучение человеческого восприятия звука привело к значительным достижениям как в области аудиотехнологий, так и в других областях науки. Это связано с тем, что психоакустика настолько междисциплинарна — она объединяет такие области, как акустика и инженерия, с биологией, психологией, компьютерными науками и многим другим. Но с чего все начинается? Давайте вспомним ухо.
Уши по сути выполняют функцию микрофонов человеческого тела. Они анализируют входящие звуковые волны и отправляют эту информацию напрямую в мозг. Вот обзор основных частей человеческого уха и роли, которую они играют в нашем восприятии звука:
Поистине удивительно, как наши уши действуют так же, как и созданные нами технологии: преобразователи, усилители и даже частотные анализаторы! Но, как и у любого оборудования, даже у наших ушей есть свои ограничения. Например, некоторые звуки слишком высокие, или тихие, или даже слишком быстрые для нашего восприятия. Большая часть психоакустики посвящена пониманию этих ограничений.
Перцептивное кодирование звука
Мы, люди, можем слышать звук только в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц, и наша чувствительность к каждой из этих частот не везде одинакова. Если вы проследите за графиком контура равной громкости, вы заметите, что на самом деле мы гораздо более чувствительны к высоким и средним частотам, чем к низким басовым частотам, что важно учитывать при микшировании звука, настройке звуковой системы, проектировании наушников и т. д.
Один из способов, которым мы в полной мере воспользовались этими открытиями, — это перцептивное кодирование звука. Вы когда-нибудь задумывались, почему файлы MP3 и AAC намного меньше по размеру, чем WAV или AIFF? Это потому, что большая часть исходных данных была удалена в процессе, называемом сжатием с потерями, и психоакустика помогает нам решить, какое содержимое в форме волны можно удалить, не влияя на воспринимаемое качество звука. Поскольку мы можем слышать только определенный набор частот, любые частоты за пределами этого диапазона могут быть немедленно удалены. То же самое касается любых звуков, которые мы на самом деле не слышим, потому что амплитуда недостаточно высока, так как они будут восприниматься как тишина. Затем есть концепция маскировки, при которой присутствие одного звука влияет на наше восприятие другого. Звуковые события, которые происходят слишком быстро, частоты, которые слишком близки друг к другу, или громкие шумы, заглушающие более тихие, — все это примеры маскировки, при которой алгоритм может удалить данные, которые мы бы в любом случае не услышали.
Результатом всего этого сжатия является файл, который может быть в десять раз меньше по размеру, чем исходная версия, при этом звучать почти так же. Подобные методы часто применяются в других ситуациях, таких как передача звука по видео или телефонные звонки. Интересно, почему эта музыка звучит особенно плохо? Возможно, это потому, что звук проходит через кодер, который был разработан специально для человеческой речи.
Тайны звука и психоакустики
Хотя психоакустика представляет некоторые очень явные преимущества для мира компьютерной науки и аудиотехники, она также влияет на такие области, как психология и нейробиология. Нельзя отрицать, что разные ритмы, темпы, музыкальные гаммы и звуковые текстуры заставляют нас чувствовать себя определенным образом. Наша личная реакция часто разделяется и другими. Эта концепция, что звук может влиять на настроение человека и/или мозговую активность, создает новые возможности для исследований и терапии. И иногда волновые эффекты психоакустики замыкаются; низкокачественные артефакты, которые мы слышим в результате чрезмерного сжатия звука (похожего на биткрашер), в конечном итоге стали собственной узнаваемой эстетикой, которая часто применяется намеренно в музыкальном производстве. В конце концов, все, что действительно имеет значение, — это то, нравится ли нам то, что мы слышим.
Мы часто принимаем наши собственные чувства как должное. Вид радуги, запах свежего белья, вкус любимой еды — мы часто настолько погружаемся в эти переживания, что не останавливаемся и не думаем о том, что происходит за кулисами. Когда дело доходит до звука, наши тела выработали несколько довольно удивительных механизмов, помогающих осмыслить все это. Фактически, многие технологии, которые вы используете ежедневно, были разработаны с учетом психоакустики, от MP3 до телефонных звонков.
Микрофоны в наших головах
Изучение человеческого восприятия звука привело к значительным достижениям как в области аудиотехнологий, так и в других областях науки. Это связано с тем, что психоакустика настолько междисциплинарна — она объединяет такие области, как акустика и инженерия, с биологией, психологией, компьютерными науками и многим другим. Но с чего все начинается? Давайте вспомним ухо.
Уши по сути выполняют функцию микрофонов человеческого тела. Они анализируют входящие звуковые волны и отправляют эту информацию напрямую в мозг. Вот обзор основных частей человеческого уха и роли, которую они играют в нашем восприятии звука:
- Ушная раковина: это та часть, которую вы можете видеть. Ушная раковина помогает «ловить» входящие звуковые волны и направляет их в слуховой проход.
- Барабаная перепонка: эта тонкая мембрана в конце слухового прохода действует как преобразователь, который преобразует энергию из одной формы в другую. Входящие звуковые волны существуют как изменения давления воздуха, которые заставляют маленькие кости, прикрепленные к барабанной перепонке, называемые косточками, начинать двигаться.
- Улитка: эта улиткообразная мембрана заполнена жидкостью и получает усиленные вибрации прямо от косточек. Сложная сеть крошечных волосков реагирует на различные вибрации в зависимости от частоты (высоты тона), что, в свою очередь, создает набор электрических импульсов, которые проходят по слуховому нерву и попадают в наш мозг.
Поистине удивительно, как наши уши действуют так же, как и созданные нами технологии: преобразователи, усилители и даже частотные анализаторы! Но, как и у любого оборудования, даже у наших ушей есть свои ограничения. Например, некоторые звуки слишком высокие, или тихие, или даже слишком быстрые для нашего восприятия. Большая часть психоакустики посвящена пониманию этих ограничений.
Перцептивное кодирование звука
Мы, люди, можем слышать звук только в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц, и наша чувствительность к каждой из этих частот не везде одинакова. Если вы проследите за графиком контура равной громкости, вы заметите, что на самом деле мы гораздо более чувствительны к высоким и средним частотам, чем к низким басовым частотам, что важно учитывать при микшировании звука, настройке звуковой системы, проектировании наушников и т. д.
Один из способов, которым мы в полной мере воспользовались этими открытиями, — это перцептивное кодирование звука. Вы когда-нибудь задумывались, почему файлы MP3 и AAC намного меньше по размеру, чем WAV или AIFF? Это потому, что большая часть исходных данных была удалена в процессе, называемом сжатием с потерями, и психоакустика помогает нам решить, какое содержимое в форме волны можно удалить, не влияя на воспринимаемое качество звука. Поскольку мы можем слышать только определенный набор частот, любые частоты за пределами этого диапазона могут быть немедленно удалены. То же самое касается любых звуков, которые мы на самом деле не слышим, потому что амплитуда недостаточно высока, так как они будут восприниматься как тишина. Затем есть концепция маскировки, при которой присутствие одного звука влияет на наше восприятие другого. Звуковые события, которые происходят слишком быстро, частоты, которые слишком близки друг к другу, или громкие шумы, заглушающие более тихие, — все это примеры маскировки, при которой алгоритм может удалить данные, которые мы бы в любом случае не услышали.
Результатом всего этого сжатия является файл, который может быть в десять раз меньше по размеру, чем исходная версия, при этом звучать почти так же. Подобные методы часто применяются в других ситуациях, таких как передача звука по видео или телефонные звонки. Интересно, почему эта музыка звучит особенно плохо? Возможно, это потому, что звук проходит через кодер, который был разработан специально для человеческой речи.
Тайны звука и психоакустики
Хотя психоакустика представляет некоторые очень явные преимущества для мира компьютерной науки и аудиотехники, она также влияет на такие области, как психология и нейробиология. Нельзя отрицать, что разные ритмы, темпы, музыкальные гаммы и звуковые текстуры заставляют нас чувствовать себя определенным образом. Наша личная реакция часто разделяется и другими. Эта концепция, что звук может влиять на настроение человека и/или мозговую активность, создает новые возможности для исследований и терапии. И иногда волновые эффекты психоакустики замыкаются; низкокачественные артефакты, которые мы слышим в результате чрезмерного сжатия звука (похожего на биткрашер), в конечном итоге стали собственной узнаваемой эстетикой, которая часто применяется намеренно в музыкальном производстве. В конце концов, все, что действительно имеет значение, — это то, нравится ли нам то, что мы слышим.
