Психология слуха.

А. Устинов. Секреты музыки. Лекция 3 - психология слуха. 

Как возможно вы все знаете, человек слышит не все звуки. Наш слуховой диапазон, который визуально можно представить как график в виде амплитуды (вверх) и частоты (вправо), ограничен в нижнем диапазоне восприятия 16 гц, а вверху 20000 гц.

Это обычно и называют областью воспринимаемых звуков. Здесь можно догадаться и сказать: «мы же не способны слышать очень громкие звуки». То есть по частоте мы ввели какие-то ограничения, теперь это следует сделать по амплитуде, по энергии. Для начала можно сказать так: «очень громкие звуки мы не слышим, потому что нам очень больно, а очень тихие звуки мы не воспринимаем, так как они очень тихие». Верхняя часть этой границы в области воспринимаемых частот называется очень просто — болевой порог. Нижняя часть называется границей слышимости.

Здесь в свою очередь нужно добавить и область музыкальных звуков. Все что воспроизводится, все что используется в музыке вложено в облако нашего звукового восприятия. Это еще одна зона. То есть, понятно что музыка это не до болевого порога (хотя такое тоже бывает), также понятно что музыка это громче тем тишина. Другими словами, мы здесь ограничиваемся как в высокочастотном диапазоне восприятия, так и в области самых низких частот. А внутри есть эта еще более узкая зона, чем область воспринимаемых звуков, - область речи. То есть это те звуки которые человек «синтезирует», говорит. Люди не говорят на границах слышимости, хотя всякое бывает. Но здесь вопрос такой, а почему мы слышим шире чем мы говорим?

Ответов здесь два. Область воспринимаемых звуков должна быть шире, чем то что синтезируется. Одна из причин в том, что это нужно для хорошего восприятия. Допустим вы говорите где-то там, а я слышу только до определенных частот, половину вашей речи я как бы просто не пойму. Другая причина кроется в том что мы существуем в реальном, физическом мире. Нам важно слышать какие-то тихие звуки, какие-то высокие, какие-то "громкие". Иметь какой-то запас, для того чтобы ориентироваться в пространстве. Это и есть область воспринимаемых звуков.

Второй очень важный, базовый, и можно сказать фундаментальный момент заключается вот в чем. Человек сталкивается с тем что ему нужно воспринимать и анализировать, существовать в условиях когда какие-то физические величины меняются тысячи и миллионы раз. К примеру освещенность. Практически человек может смотреть на солнце, но потом конечно на некоторое время у него остаются «огоньки» в глазах. И может открыть глаза и что-то разобрать почти в полной темноте. Если мы будем сравнивать вот эту способность человека видеть в разных условиях освещенности, с каким-то датчиком, фотоэлементом, матрицами фотоаппарата или видеокамеры, мы с удивлением обнаружим, то в каком диапазоне человек это делает.

Нет такого фотоаппарата способного просто одновременно снимать солнце и в полной темноте. Сложно. А человек с этим справляется. Так вот, скажем вот такая величина она меняется, ну допустим в миллионы раз. То же самое по громкости звучания. Вы не найдете микрофон которым можно, одновременно, записать взлет реактивного самолета, и какого то кузнечика ложащегося спать. А человек с этим всем справляется. То есть его органы чувств работают в таких диапазонах.

Так вот, чтобы с такими диапазонами справляться, мозг человека работает таким образом, что эти величины человек представляет как бы в линейных шкалах, хотя на самом деле эти шкалы экспоненциальные. Тут ничего страшного нет. Еще со школы вы можете помнить что есть арифметические прогрессии, когда мы складываем что-то, один + один+один и т.п, складываем получаем 1, 2, 3, 4, 5 это арифметическая прогрессия. А еще мы можем умножать, один умножили на два, потом еще раз умножили на два, потом еще раз, еще раз и в итоге получили интересный ряд чисел 1 2 4 8 16 32, это у нас геометрическая прогрессия. Если попытаться обе эти прогрессии нарисовать на графике, вот это скажем значение, то мы получим так называемую экспоненту. Фокус заключается в том что человек везде использует для анализа каких то параметров в мире, или то что его окружает, вот эту вот экспоненциальную функцию. Для того чтобы разбить это на кусочки по которым легко как бы двигаться, перемещаться и для удобства воспринимать их одинаково.

Тоже самое и с октавой, мы еще не говорили о ней, но немножко забежим вперед. Октава — это изменение частоты в два раза. К примеру, было у нас 100 гц, какая-то нота, следующая нота будет на октаву выше — это 200 гц, следующая выше это 400 гц, следующая выше будет 800 гц и т.д. Получается экспоненциальная прогрессия, мы идем все шире и шире, выше и выше, быстрее и быстрее. А вот воспринимает мы все это как совершенно одинаковое перемещение. Да мы переместились всего на октаву, но дистанция между 100 гц и 200 гц равна 100 гц, но следующая изменится на 200 гц, а следующая дистанция уже на 400 гц, так вот человек везде пользуется экспоненциальной схемой. Приведу следующий пример. Возьмем такую задачку, каким образом на одном чертеже изобразить спичечный коробок, рабочий стол, план здания и план города? Как сделать это на одном чертеже? Очень просто. Для этого существует так называемая логарифмическая бумага. Там есть шкалы и переменные. Возьмите один такой листочек и в одном месте, если вы нарисуете квадратик, он будет у вас например сантиметр на сантиметр, а в другом месте такой же квадратик (который точно также будет выглядеть) но он будет метр на метр, а в третьем случае будет еще шире. И вот, пожалуйста.
Для того чтобы оперировать, вот этими величинами, мозг человека разбивает их на похожие участки, хотя превращение на самом деле происходит очень большое. Значит мы используем экспоненциальные шкалы, и когда мы дойдем до музыкальной системы мы к этому еще раз вернемся.

Далее немного поговорим вот о чем. Слуховой аппарат. На самом деле он очень примитивный. Да человек слышит и распознает абсолютно все, но работа слуха очень примитивна. Но стоит отметить, инженеры создавая какие-либо устройства, или приборы, очень многие вещи в общем то копируют у природы, и даже если вы не будете копировать у природы какие-то интересные технические решения вы все равно фактически пойдете по этому же пути. Например измерительные приборы, это какой-то датчик который иногда бывает не очень точным, не очень качественным, но вот какие-либо вычислительные системы, алгоритмы, программы это уже способны очень точно вычислять. У человека практически все устроены таким образом. Значит слуховой аппарат, что там в основе? Есть такая вороночка, для того чтобы улавливать колебания уха, есть какой-то канал, потом есть такая маленькая перепоночка — это нечто вроде мембраны микрофона, которая принимает звуковые колебания. В итоге там есть еще какая-то небольшая механика, и колебания передаются в так называемую улитку. Почему улитка, есть догадки? Зачем была нужна природе такая форма? Давайте смотреть подробнее на улитку. Там есть какая-то жидкость, и в ней еще расположены какие-то струны. Волокна. Так почему улитка? Потому что там есть струнки у которых разная длина. И когда туда попадает какой-то звук, возникает явление резонанса, и какая-то струнка возбуждается, вместе с волокнами, и соответственно от нее идут сигналы в мозг. Что вот, такая-то частота звучит.

Поскольку вы хорошо теперь понимаете что такое хороший резонатор или плохой, можно вам задать вопрос на засыпку. (Их там, этих резонаторов, кстати около двадцати двух тысяч). Вопрос такой, вот эти вот волокна, эти струны, они являются хорошими резонаторами? Они реагируют строго на свою частоту? Или они являются не очень хорошими? Так вот, можно подумать что да. На самом деле нет. Они являются достаточно плохими резонаторами. То есть, вы звук какой-то подали и получается что и тот вибрирует, и это вибрирует, они так немного как бы перекрывают друг друга. Они не являются абсолютно как бы резонаторами. Прилетит к примеру 440 гц к нам, нота Ля первой октавы, и мы скажем "о, это нота Ля", а если прилетит уже 441 гц, мы уже ничего не слышим? Нет. Они соседние резонаторы перекрывают, накладываются по частотной характеристике, а фишка заключается в чем. В том что эти сигналы от них уходят в мозг, а там уже подключаются очень мощные алгоритмы сравнения, вычисления. Конечно это развивается, нервная система, вот эти алгоритмы в мозгу и человек слышит какие-то особенные вещи.

Особенности восприятия человеком звуковых колебаний они как бы связанны не только со спецификой слухового аппарата, а еще и от того что может делать мозг. Конечно это уникально и потрясающе, но все-таки в достаточной степени примитивно. Продолжим дальше.

Следующее принципиальное и важное понятие, это понятие о дифференциальных порогах. Что-нибудь знаете об этом? Можно догадаться, порог — это когда что-то выше или ниже чего-то, и там что-то должно происходить. Дифференциальный означает какую то разность, и связанно с чем то таким. Что нужно заметить, почувствовать, когда есть какая-то разница. Это совершенно фундаментальное понятие, можно сказать базовое, и используется абсолютно везде. Где-то явно, где, то не явно. И так сказать связанно с психологией восприятия. А в некоторых вещах это уже, некоторый такой, мет экономический срез.

Дифференциальный порог — это способность оценивать, анализировать какой-то параметр, когда он меняется. Также можно дополнительно привести еще более точную формулировку. Это способность замечать минимальные изменения параметра. Давайте зададимся вопросом, на примере окружающей температуры. Пол градуса изменения температуры мы способны почувствовать? А десять градусов? Правильно это нужно экспериментально снимать. Брать группу людей, увеличивать температуру в помещении, и узнавать когда стала температура выше или ниже. Или вот допустим в кинозале. Во время ожидания сеанса в кинозале медленно, медленно выключают свет, освещенность падает, и только потом начинается кино. И вот кто-то, с плохим зрением может быть не заметит этого, ну может быть заметит когда кино, начнется. А какой-нибудь ребенок будет смотреть на эту лампочку, и мгновенно среагирует. Кто-то среагирует когда уже освещенность изменится на 15%. В принципе можно взять всех этих людей, раздать им какие-то анкеты, карточки, секундомеры чтобы они кнопочку нажимали, и по итогу мы получили бы какое-то усредненное значение. Так вот, еще раз.

Дифференциальный порог — способность почувствовать какое-то минимальное изменение. И это касается абсолютно всего. И как уже было сказано во многих вещах это уже вопрос экономический. К примеру. Вы делаете сок. Вы его смещаете, смещаете. В погоне за доходами. Меняете, меняете и вам уже говорят — слушай это уже не "апельсиновый". Но ведь где-то уже была эта граница? И если вы не являетесь дегустатором профессионалом, вы скорее всего не сможете отличить вина, или еще что-нибудь такое. Допустим то же самое в цветовой гамме. Мне говорят, купи телевизор, там 286 миллионов цветов. Я говорю, ребята, покажите мне эту разницу между телевизором в котором 10 миллионов цветов и этим. Я вот не хочу за это платить. То есть, эти вещи касаются абсолютно всего. Будь это вкусовые ощущения, цветовые, звуковые, тактильные и т.д. В музыке же речь идет чаще всего о дифференциальных порогах когда много всяких компонент участвует, и они в какой-то степени изменились, и мы сказали «нет, нет, нет это синтетическая скрипка». Это же не просто была какая-то частота. И это не просто была громкость или спектр. Что-то в целом поменялось. Из этого понимания, этого явления, этого фактора что существуют дифференциальные пороги можно сделать интересные выводы. И основной вывод будет такой. Сделать можно все. Вопрос насколько вы приближаетесь к дифференциальному порогу. Насколько вы входите в зону распознавания.

Когда вам говорят «вы знаете, никогда вот этого не будет, это сделать невозможно», можно даже не рассматривать о чем идет речь. Если это делается для человека, не для прибора (ловушки для нейтрино, спектра анализаторы и прочее), то у человека есть органы чувств, система восприятия, распознавания и там есть дифференциальные пороги. Вот вопрос о музыке.
Как вы думаете, насколько градусов нужно изменить положение к источнику, или источник, насколько градусов в горизонтальной плоскости должен изменить направление чтобы человек сказал что звук, сместился. Вот глаза закрыли и в какой-то из сторон что, то «пи пи пи». А потом этот звук взял и отошел немного вправо. Это же дифференциальный порог? Да. Это вот к ответу на вопрос, что «этого» сделать нельзя. Да вопрос только в том попадешь в зону этого, и скажут «да это пел Энрико Карузо», попадешь в другую, буду говорить «да, это скрипка Страдивари». Только если попадешь в эту зону. Понятно что они разные.

Так вот, 3 - 4 градуса. Если ты двигаешься на 2 градуса, то 99% слушателей скажут — источник своего положения не менял, а вот 3 - 4 градуса человек уже способен услышать. Это в горизонтальной плоскости. А в вертикальной плоскости 15 - 20 градусов. И во многом это связанно с тем что опасность человека в основном на земле ожидала, а не в воздухе. И вот такие вещи есть буквально по всему. Насколько вот человек сможет заметить периодичность и синхронность в ритме? Там тоже есть какие-то вещи. Это важный момент, особенно тогда когда вы что-то создаете для человека. Это необходимо учитывать. Если вы хотите достигнуть, вы должны попасть в эту зону. А может вы специально не будете туда стремиться, и говорить «да я и не пытаюсь эмитировать».

Читайте продолжение в Психология слуха ч.2.