Psykoakustikk

Frå Wikipedia – det frie oppslagsverket

Psykoakustikk er læra om korleis hørselen fungerer og korleis hjernen tolkar lydsignala som øret fangar opp.

Øyrene fungerer som sensorar som omformar lyd til nervesignal som vert senna til hjernen, som så analyserer desse. Hjernen nyttar informasjon og lydnivå, tidsvariasjon korttids frekvensabalyse osb. for å klassifisering og attkjenning ulike lydar. Forskjellen i lyden (intensitet og fase) som vert fanga opp av dei to øyrene vert nytta for å bestemma kva retning lyden kjem frå. I tillegg til signala frå øyrene nyttar hjernen òg informasjon som er lagra i hukommelsen for å utføra ei avansert analyse av lyden, slik at det vert muleg å kjenna att stemmen til personar ein kjenner, kompliserte musikkstykkje, ol. Hørselen kan òg formidla informasjon om omgjevningane, som til dømes om lyttaren er i eit stort eller eit lite rom.

Korleis lyd vert opfatta kan varierer mykje frå person til person, både på grunn av forskjellar i øyrene og på grunn av neurologiske forskjellar. Med aukande alder vert hørselen dårlegare, spesielt for høge frekvensar. Utforminga av øyrene fungerer som eit filter òg er med på å påverka signala som vert fanga opp av det indre øyre og senna til hjerne.

Psykoakustikk er studiet av dei audiative funksjonane og oppfattninga av lyd hjå menneske. Det er eit tverrfagleg felt, i skjeringspunktet mellom akustikk, fysologi og psykologi. Fram til hørselsnervene spelar akustikk og fysologi ein viktig rolle, men psykoakustikken må òg ta omsyn til korleis hjernen analyserer og tolkar signala frå øyrene. Dei nevropsykologiske funksjonane er vanskelege å måla og pysykoakustikkarar må utføra omfattande samanliknande målingar på eit stort antal personal for å studera korleis ulike lydstimuli vert oppfatta. Resultata dei kjem fram til vil vera eit gjennomsnitt av korleis dei ulikke testpersonanane oppfattar lyd og einskilde personar kan oppfatta lyd på ein måte som i større eller mindre grad avvik frå gjennomsnittet. Det er òg i nokon grad mulig å trena seg opp til å kjenna att einskilde lydar eller eigenskapar ved lyd.

[endre] Grensene for den menneskelege hørselen

Fig. 1 Fletcher-Munson-kurvene.

Hørselen til eit gjennomsnittsmenneskje dekkjer grovt sett frekvensområdet 20 Hz til 20 kHz, men det kan vera store individuelle skilnader. Den øvre grensa avtek med alderen og hjå personar som vert utsette for kraftig støy. Vaksne personar høyrer sjeldan noko særleg over 15 - 16 kHz. For å høyra frekvensar ned til 20 Hz krevs det høge lydnivå. Fekvensar under 20 Hz vert ikkje oppfatta med øyrene, men med heile kroppen. Dei såkalla Fletcher-Munson-kurvene, Fig. 1, viser at ved 20 Hz må lydnivået må opp i rundt 70 dB for å vera høyrbart.

Frekvensoppløysinga til hørselen er omlag 2 Hz i mellomtoneområdet for einskilde tonar. Men når ein lyttar til lyd som inneheld fleire tonar kan ein indirekte høyra mindre frekvensforkjellar enn dette. Eit døme på dette er at to frekvenskomponenar kan gje opphav til ein lågfrekvent interferenstone med frekvens lik forskjellen mellom dei to opphavelege frekvenskomponentane. Dette fenomenet er det same som produktmodulasjon (òg kalla hetrodyning) som vert nytta innan radiokommunikasjon.

Oppfattinga av tone er med god tilnærming logaritmisk, noko som har ført til at musikalse skalaer òg er logaritmiske. 12-tone-skalaen som vert nytta i vestleg musikk er eit døme på dette. Når ein tone vert multiplisert med omlag $2^\frac{1}{12}$ (denne faktoren kan avhenga litt av stemminga) ender ein opp med den neste høgare halvtonen. Om ein aukar tonen med 12 notar tilsvarar dette ei dobling av frekvensen (ein oktav opp). Tilsvarande, om ein reduserer tonen med 12 notar tilsvarar dette ei halvering av frekvensen (ein redusksjon med ein oktav). I lågfrekvensområdet vert halvtone, men òg 1/100 halvtone, nytta for å måla frekvensoppløysinga til hørselen.

Fletcher-Munson-kurvene, Fig. 1, viser at hørselen har eit dynamikkområde på rundt 120 dB. Den lågaste lydtrykket eit gjennomsnittsmeneske er omlag 20 μPa (2·10^-5 N/m²), ved 1 kHz, men i området 2 - 5 kHz er følsamheita fleire dB betre. Den øvre grensa (smertegrensa) ligg ein plass 20 Pa (120 dB over 20 μPa), men som vist i Fig. 1 er den frekvensavhengig og ved 4 kHz ligg den rundt 110 dB. Smertegrensa er likevel ikkje så klårt definer som Fig. 1 kab gje inntrykk av, men er avhengig av for lenge det høge lydtrykket varer. Langvarig lydnivå over 120 dB fører til skade på hørselen, men lydnivå frå 80 dB og oppover kan skada hørselen om ein vert utsett for det dagleg i lang tid.