Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Контуры равной громкости из ISO 226: 2003 показаны с исходным стандартом ISO.
Изолинии равной громкости ISO с частотой в Гц.

Равная громкость контур является мерой уровня звукового давления , по частоте спектра, для которого слушатель воспринимает постоянную громкость , когда представленный с чистыми устойчивыми тонами. [1] Единицей измерения уровней громкости является фоновый звук, и ее определяют по контурам равной громкости. По определению, две синусоидальные волны разной частоты имеют одинаковый уровень громкости, измеренный в телефонах, если средний молодой человек без значительного ухудшения слуха воспринимает их как одинаково громкие.

Контуры равной громкости часто называют кривыми Флетчера – Мансона в честь первых исследователей, но эти исследования были заменены и включены в новые стандарты. Окончательные кривые, определенные в ИСО 226 от Международной организации по стандартизации , которые основаны на анализе современных определений , сделанных в разных странах.

Эти кривые Флетчера-Мансона являются одним из многих наборов равной громкости контуров для человеческого уха, экспериментально определяется Harvey Fletcher и Wilden А. Munson, и сообщили в 1933 документе , озаглавленном «тонкомпенсации, его определение, измерение и расчет» в Журнал Акустического общества Америки . [2]

Кривые Флетчера – Мансона [ править ]

Lindos4.svg

Первое исследование на тему того, как ухо слышит разные частоты на разных уровнях, было проведено Флетчером и Мансоном в 1933 году. До недавнего времени термин Флетчер-Мансон использовался для обозначения контуров равной громкости в целом, хотя повторное определение было проведено Робинсоном и Дадсоном в 1956 году, что стало основой для стандарта ISO 226.

Теперь лучше использовать общий термин « контуры равной громкости» , из которых кривые Флетчера – Мансона теперь являются подмножеством [3], и особенно после того, как исследование ISO в 2003 году переопределило кривые в новом стандарте. [4]

Экспериментальное определение [ править ]

Человеческая слуховая система является чувствительной к частоте примерно от 20 Гц до максимума около 20000 Гц, хотя верхний предел слуха уменьшается с возрастом. В пределах этого диапазона, то человеческое ухо наиболее чувствительно между 2 и 5 кГц , в основном из - за резонанса ушного канала и функции передачи из косточек среднего уха.

Флетчер и Мансон впервые измерили контуры равной громкости с помощью наушников (1933). В своем исследовании испытуемые слушали чистые тона на разных частотах и ​​с шагом более 10 дБ в интенсивности стимула. Для каждой частоты и интенсивности слушатель также слушал эталонный тон с частотой 1000 Гц. Флетчер и Мансон настраивали эталонный тон до тех пор, пока слушатель не почувствовал, что он такой же по громкости, как тестовый. Громкость, являющаяся психологической величиной, трудно измерить, поэтому Флетчер и Мансон усреднили свои результаты по многим испытуемым, чтобы получить разумные средние значения. Контур самой низкой равной громкости представляет самый тихий слышимый тон - абсолютный порог слышимости . Самый высокий контур - это болевой порог .

Черчер и Кинг провели второе определение в 1937 году, но их результаты, а также результаты Флетчера и Мансона показали значительные расхождения по частям слуховой диаграммы. [5]

В 1956 году Робинсон и Дадсон произвели новое экспериментальное определение, которое, по их мнению, было более точным. Он стал основой стандарта ( ISO 226 ), который считался окончательным до 2003 года, когда ISO пересмотрел стандарт на основе недавних оценок исследовательских групп во всем мире.

Недавняя редакция, направленная на более точное определение - ISO 226: 2003 [ править ]

Предполагаемые расхождения между ранними и более поздними определениями привели к тому, что Международная организация по стандартизации (ISO) пересмотрела стандартные кривые в ISO 226. Они сделали это в ответ на рекомендации исследования, координируемого Исследовательским институтом электросвязи Университета Тохоку, Япония. В ходе исследования были получены новые кривые путем объединения результатов нескольких исследований, проведенных исследователями из Японии, Германии, Дании, Великобритании и США. (Япония была крупнейшим поставщиком около 40% данных.)

Это привело к недавнему принятию нового набора кривых, стандартизированного как ISO 226: 2003. В отчете комментируются удивительно большие различия и тот факт, что исходные контуры Флетчера-Мансона лучше согласуются с недавними результатами, чем контуры Робинсона-Дадсона, которые, по-видимому, различаются на целых 10-15 дБ, особенно в области низких частот. регион, по не объясненным причинам. [6]

Согласно отчету ISO, результаты Робинсона – Дадсона были необычными, поскольку они больше отличались от действующего стандарта, чем кривые Флетчера – Мансона. В докладе говорится , что это счастье , что 40- Phon Fletcher-Мансон кривой , на которой A-взвешивании стандарт был основан , оказывается, был в согласии с современными определениями. [4]

В отчете также комментируются большие различия, очевидные в низкочастотной области, которые остаются необъясненными. Возможные объяснения: [4]

  • Используемое оборудование не было откалибровано должным образом.
  • Критерии, используемые для оценки одинаковой громкости на разных частотах, различались.
  • Субъекты не получали должного отдыха в течение нескольких дней или подвергались воздействию громкого шума по дороге на тесты, которые напрягали натяжные барабанные и стременные мышцы, контролирующие низкочастотную механическую связь.

Боковое или фронтальное представление [ править ]

Реальные звуки из достаточно удаленного источника поступают в виде плоских волновых фронтов. Если источник звука находится прямо перед слушателем, то оба уха получают одинаковую интенсивность, но на частотах выше примерно 1 кГц звук, который попадает в слуховой проход, частично уменьшается из-за тени головы , а также сильно зависит от отражения от ушной раковины (наружного уха). Смещенные от центра звуки приводят к усилению маскировки головы у одного уха и незначительным изменениям в эффекте ушной раковины, особенно в другом ухе. Этот комбинированный эффект маскировки головы и отражения ушной раковины количественно оценивается с помощью набора кривых в трехмерном пространстве, называемых передаточными функциями, связанными с головой.(HRTF). Фронтальное представление теперь считается предпочтительным при построении контуров равной громкости, и последний стандарт ISO специально основан на фронтальном и центральном представлении.

Поскольку при обычном прослушивании через наушники HTRF не используется, кривые равной громкости, полученные с использованием наушников , действительны только для особого случая так называемого бокового представления , которое мы обычно не слышим.

В определении Робинсона-Дадсона использовались громкоговорители , и долгое время отличие от кривых Флетчера-Мансона объяснялось частично тем, что последний использовал наушники. Тем не менее, в отчете ISO последнее указано как использование наушников с компенсацией , хотя и неясно, как Робинсон-Дадсон добился компенсации .

Тестирование наушников и громкоговорителей [ править ]

Хорошие наушники, плотно прилегающие к уху, обеспечивают ровную низкочастотную реакцию на давление в ушной канал с низким уровнем искажений даже при высокой интенсивности. На низких частотах ухо исключительно чувствительно к давлению, а полость, образованная между наушниками и ухом, слишком мала, чтобы вносить модифицирующие резонансы. Таким образом, тестирование наушников является хорошим способом получения контуров равной громкости ниже примерно 500 Гц, хотя были высказаны оговорки относительно достоверности измерений наушников при определении фактического порога слышимости на основании наблюдения, что закрытие слухового прохода дает повышенная чувствительность к звуку кровотока в ухе, который мозг, кажется, маскирует в нормальных условиях прослушивания [ необходима цитата ]. На высоких частотах измерение в наушниках становится ненадежным, и близость к полости наушников сильно влияет на различные резонансы ушных раковин (наружного уха) и слуховых проходов.

С динамиками все наоборот. Трудно получить ровную низкочастотную характеристику, за исключением свободного пространства высоко над землей или в очень большой и безэховой камере , свободной от отражений до 20 Гц. До недавнего времени [ когда? ] невозможно было достичь высоких уровней на частотах до 20 Гц без высоких уровней гармонических искажений.. Даже сегодня лучшие колонки могут генерировать от 1 до 3% от общего гармонического искажения, что соответствует уровню от 30 до 40 дБ ниже основной гармоники. Этого недостаточно, учитывая резкий рост громкости (до 24 дБ на октаву) с частотой, обнаруживаемой кривыми равной громкости ниже примерно 100 Гц. Хороший экспериментатор должен убедиться, что испытуемые действительно слышат основную гармонику, а не гармонику, особенно третью гармонику, которая особенно сильна, когда ход диффузора динамика становится ограниченным, когда его подвеска достигает предела податливости. Возможный способ обойти проблему - использовать акустическую фильтрацию, например, за счет резонансной полости, в настройке динамика. С другой стороны, плоская высокочастотная характеристика в свободном поле до 20 кГц сравнительно легко достигается с помощью современных осевых динамиков.Эти эффекты необходимо учитывать при сравнении результатов различных попыток измерения контуров равной громкости.

Актуальность для измерения уровня звука и шума [ править ]

А-взвешивание кривой широко используется для измерения уровня шума -is говорят, была основана на 40-льном Флетчера-Мансона кривой. Однако исследования 1960-х годов показали, что определения равной громкости, сделанные с использованием чистых тонов, не имеют прямого отношения к нашему восприятию шума. [7] Это потому, что улитка нашего внутреннего уха анализирует звуки с точки зрения спектрального содержания, каждая «волосковая клетка» реагирует на узкую полосу частот, известную как критическая полоса.. Полосы высоких частот шире в абсолютном выражении, чем диапазоны низких частот, и поэтому «собирают» пропорционально больше энергии от источника шума. Однако, когда стимулируется более одной критической полосы, сигналы в мозг складывают различные полосы, создавая впечатление громкости. По этим причинам кривые равной громкости, полученные с использованием шумовых полос, показывают наклон вверх выше 1 кГц и наклон вниз ниже 1 кГц по сравнению с кривыми, полученными с использованием чистых тонов.

Различные кривые взвешивания были получены в 1960-х годах, в частности, как часть стандарта DIN 4550 для измерения качества звука , который отличался от кривой A-взвешивания, показывая больше пика около 6 кГц. Это дало более значимую субъективную оценку шума на звуковом оборудовании, особенно на недавно изобретенных компактных кассетных магнитофонах с шумоподавлением Dolby , которые характеризовались спектром шума, в котором преобладали более высокие частоты.

BBC Research провела испытания прослушивания, пытаясь найти лучшую комбинацию кривой взвешивания и выпрямителя для использования при измерении шума в вещательном оборудовании, исследуя различные новые кривые взвешивания в контексте шума, а не тонов, и подтвердив, что они были гораздо более достоверными, чем A -взвешивание при попытке измерить субъективную громкость шума. В этой работе также исследовалась реакция человеческого слуха на тональные импульсы, щелчки, розовый шум и множество других звуков, которые из-за своей кратковременной импульсивной природы не дают уху и мозгу достаточно времени для ответа. Результаты были представлены в исследовательском отчете BBC EL-17 1968/8, озаглавленном «Оценка шума в цепях звуковых частот» .

МСЭ-R 468 шума взвешивания кривого, первоначально предложенный в CCIR рекомендациях 468, но позже принят многочисленными органы по стандартизации ( IEC , BSI , JIS , ITU ) был основан на исследовании, и включает в себя специальный Квази-пиковый детектор на счет за наши пониженная чувствительность к коротким очередям и щелчкам. [8] Он широко используется вещательными компаниями и профессионалами в области звука, когда они измеряют шум на каналах вещания и звуковом оборудовании, поэтому они могут субъективно сравнивать типы оборудования с различными спектрами и характеристиками шума.

См. Также [ править ]

  • А-взвешивание
  • Измерение качества звука
  • Аудиограмма
  • CCIR (ITU) 468 Взвешивание шума
  • дБ (А)
  • Взвешивание шума ITU-R 468
  • Утомляемость слушателя
  • Функция яркости , та же концепция в видении
  • Шкала Мел
  • Аудиометрия чистого тона
  • Кривые Робинсона-Дадсона
  • Измеритель уровня звука
  • Фильтр взвешивания

Заметки [ править ]

  1. ^ Сузуки, Yôiti; Такэсима, Хисаси (2004). «Контуры равной громкости для чистых тонов» . Журнал акустического общества Америки . 116 (2): 918–933. DOI : 10.1121 / 1.1763601 . ISSN  0001-4966 . PMID  15376658 .
  2. ^ Флетчер, Х. и Мансон, WA "Громкость, ее определение, измерение и расчет", Журнал Акустического общества Америки 5, 82–108 (1933).
  3. ^ "Кривая Флетчера-Мансона: контур равной громкости человеческого слуха" . Примечания к бухгалтерской книге . Проверено 17 ноября 2017 года .
  4. ^ a b c ISO 226: 2003 (PDF) , архивировано из оригинала (PDF) 27 сентября 2007 г.
  5. ^ DW Робинсон и др., «Повторное определение отношений равной громкости для чистых тонов» , Br. J. Appl. Phys. 7 (1956), стр. 166–181.
  6. ^ Yôiti Сузуки и др., «Точное и Полнодиапазонное Определение двумерный равного Loudness Контуров» Архивированные 2007-09-27 в Wayback Machine .
  7. ^ Бауэр, Б., Торик, Э., «Исследования в области измерения громкости» , IEEE Transactions on Audio and Electroacoustics , Vol. 14: 3 (сентябрь 1966 г.), стр. 141–151.
  8. ^ Ken'ichiro Масаок, Kazuho Ono и Setsu Комиям, «Измерение А контуры равной громкости уровня для тона лопнуть» , Акустическая Наука и технология , Vol. 22 (2001), № 1, с. 35–39.

Ссылки [ править ]

  • Справочник звукоинженера , 2-е изд., 1999, под редакцией Майкла Талбота Смита, Focal Press.
  • Введение в психологию слуха. 5-е изд., Брайан Си-Джей Мур, Elsevier Press.

Внешние ссылки [ править ]

  • Стандарт ISO
  • Точное и полное определение двумерных контуров равной громкости
  • Флетчер-Мансон - это не Робинсон-Дадсон (PDF)
  • Полная версия международных стандартов для контуров равной громкости (ISO 226)
  • Проверьте свой слух - инструмент для измерения контуров равной громкости
  • Подробное описание контурных измерений равной громкости
  • Оценка весов на уровне громкости и LLSEL JASA
  • Модель громкости, применимая к изменяющимся во времени звукам Статья AESJ