BUM! Psihoakustika_deo I

Ako ste ikad kao dečak ili devojčica imitirajući Indijance ili kauboje prislonili uvo na šinu da bi čuli približavanje voza, onda ste već instinktivno znali jedno od osnovnih načela akustike o brzini zvuka: zvuk najbrže putuje kroz metal (5170 m/s), zatim vodu (1464m/s) a najsporije kroz vazduh (340 m/s).  Kao tinejdžeri u nekoj diskoteci, verovatno ste, pri čistoj svesti, vrlo dobro primećivali kada zvuk počinje da prelazi granicu bola (oko 120dB).  Uprkos popularnom shvatanju, deciBel nije merna jedinica sa apsolutnom vrednošću: prihvaćena skala od 0 do 120 dB pogoduje intenzitetu zvuka od praga čujnosti pa do granice bola za ljudski sluh, i povezuje se sa vazdušnim pritiskom od 0.00002 do 200 Paskala.

Druga važna odlika zvuka pored intenziteta je i visina tona, tzv. frekvencija.  Merna jedinica frekvencije je Herc, i predstavlja broj vazdušnih oscilacija u jednoj sekundi.  Viši tonovi imaju veći broj oscilacija i veću frekvenciju, kod nižih tonova broj oscilacija ili vibracija je niži.

Za ljudsko uvo interesantan je raspon frekvencije od 20 do 20000 Herca, mada starenjem čovek počinje da gubi sluh za više frekvencije (one iznad 16000Hz).  Kod rock muzičara posle glasnog koncerta može doći do privremenog slabljenja sluha u regionu srednjih frekvencija (2000-6000Hz).  Verovatno ste ovo i sami iskusili posle nekog glasnijeg koncerta kada izvesno vreme ne možete da razaberete šta vam najbolji drug priča.  Znači, jačina zvuka ili glasnoća se meri decibelima, a visina tona ili frekvencija -herzom.  Ako ste stigli dovde, prebrodili ste žešću-heavy numeru, a sad prelazimo na nešto laganije...

Ljudski slušni kanal dugačak je 25mm a širok 8mm i predstavlja prirodni amplifikator za frekvenciju od 2000-5000Hz.  Priroda je, izgleda uredila tako da ova frekvencija bude i frekvencija jednog od najpoznatijeg zvuka na planeti Zemlji: ljudskog govora (devojke, sad znate da problem «nisam te čuo» nije tačan, naprotiv, vaše reči se perfektno amplifikuju u ušima muškarca, razloge očigledno treba tražiti van domena akustike).  Kada zvuk prodje kroz srednje i unutrašnje uvo i stigne do nervne ćelije, pretvara se u nervni impuls ili električni signal, slično kao što i mikrofon pretvara zvučni talas u električni signal.  Naravno da je interpretacija ovog signala od strane mozga različita od osobe do osobe, i ovu interesantnu tematiku proučava grana akustike koja se zove psihoakustika.

Kako čovek odredjuje pravac i udaljenost zvuka?  Pravac iz kojeg dopire zvuk čovek (podsvesno) odredjuje na osnovu razlike u vremenu i glasnoći zvuka koji dopire do levog i onog koji dopire do desnog uveta.  Ako zvuk dopre do vašeg desnog uveta ranije i glasnije nego do levog, izvor zvuka potražićete na desnoj strani.  Kad bi čovek imao samo jedno uvo, mogućnost odredjivanja pravca zvuka bila bi ograničena.  Slično tome, izvor zvuka koji se nalazi ispred ili iza, čovek odredjuje uz pomoć oblika svoje ušne školjke -ljudska nije efikasna kao na primer, kod mačke koja svoju pomera u više pravaca i preciznije locira izvor zvuka.

Procena udaljenosti izvora zvuka skoro uvek zavisi od prostorije u kojoj se nalazimo, i čovek (opet podsvesno) odredjuje ovu udaljenost na osnovu razlike izmedju direktnog zvuka, i onog odbijenog o prvi zid, drugi zid i plafon, tzv. difuznog zvuka.  Postoje sobe za snimanje koje su specijalno opremljene da upijaju zvuk, da svedu refleksiju na minimum -u jednoj takvoj prostoriji koju sam lično posetila, zidovi su bili tapacirani nekom vrstom debelih šiljatih sundjera, hodalo se na rešeci ispod koje su takodje bili debeli slojevi specijalnog sundjera.  U ovakvim sobama, čak i da je izvor zvuka na metar od čoveka, on nije u mogućnosti da odredi udaljenost zvučnog izvora  zbog nedostatka refleksije.  Na otvorenom prostoru, odrediti udaljenost zvuka daljeg od 15 metara postaje teško, mada i na otvorenom prostoru postoji refleksija o tlo, zgrade, drveće.

Svaki čovek u stanju je da oseti razliku izmedju zvuka klavira i flaute, na primer.  Da li ste se ikad zapitali, kako razlikujemo ova dva instrumenta, čak i kada sviraju isti ton, na primer, srednje A4 koje uvek ima frekvenciju od 440Hz?  Odgovor leži u tome da isti ton A, na klaviru i flauti, ustvari nije isti: pored osnovne frekvencije od 440Hz on u sebi sadrži još čitav niz gornjih harmonijskih tonova (ili frekvencija) koji se naravno slabije čuju, na neki način su «pokriveni» fundamentalnom frekvencijom.  Svaki instrument i ton ima svoj specifičan skup gornjih harmonijskih tonova koji mu daju «boju» po kojoj ih čovek razlikuje.

Jedini «čisti» ili sinusoidni ton, gde je osnovna frekvencija jedina uz odsustvo gornjih harmonika (na grafikonu desno postojala bi samo jedna linija), proizvodi, na primer, dirigentova zvučna viljuška, ili vinska čaša kad ovlažite ivicu i prstom prelazite preko nje -zvuk koji ne možete slušati duže od par sekundi bez da se ne iznervirate.  Takodje je i zvižduk vrlo blizak sinusoidnom tonu, i ako ste u društvu ljudi čije glasove poznajete, kada počnu da zvižde, imaćete poteškoće da odredite koja osoba zviždi. 

Postoji još jedan faktor uz pomoć kojeg ljudski mozak identifikuje instrument: uz pomoć tzv. «vremenske strukture» zvuka koji se sastoji od 4 faze: Attack, Decay, Sustain, Release (ADSR).

Pogotovo faza Attack (ili Napad) je važna za raspoznavanje zvuka, a pripisuje se evolucijskom treniranju mozga da prepozna i bude na oprezu te prve milisekunde kad prvi signal dopre do uha.  Zabeležen je eksperiment u kojem su naučnici uz pomoć kompjutera izbrisali Attack/Decay fazu zvuka klarineta, i Attack/Decay fazu istog tona ali otpevanog (poznato je da klarinet i ljudski glas imaju slične gornje harmonijske tonove, to jest, sličnu boju).  Kada im je puštan snimak zvuka bez Attack/Decay faze, ispitanici nisu znali da li čuju klarinet ili ljudski glas.  Za uočavanje razlike izmedju ova dva instrumenta, znači, ljudskom mozgu je potrebno je da propozna «napad»...

Nastaviće se...

Sitnim nanizano:

1)  Ako se pitate odakle mi strpljenje za tehnički blogočaršav, poveriću vam da obnavljam gradivo za ispit u junu -ovde navodim samo najinteresantnije aspekte.  Ona doduše prva iskrica inspiracije za tekst nastala je, sasvim primereno, jednog bučnog dana uz komšijsko razbijanje pločica, zujanje bušilica i ostale destruktivnosti tipa domaća radinost, nadjačano plačom mog bebana, sve u stereo efektu.  Zapitala sam se da li me uši varaju ili je bušilica mačiji kašalj za plač mog mališe, i otkrila sledeće: električna bušilica: 100dB, plač bebe: 110dB. 

2) Poslušajte ovu devojku koja primenjuje «overtone singing» ili «grleno pevanje» gde pevač proizvodi osnovni ton, ali specijalnom tehnikom ume da naglasi i gornje harmonijske tonove.

U nastavku: Efekat maskiranja, Standing waves,MP3