Основы психоакустики
1. Восприятие высоты и громкости звука
В своей книге «An Introduction to the Psychology of Hearing» Брайан Мур (Moore, B. C. J.) исследует восприятие человеком высоты и громкости звука. Важными факторами, определяющими это восприятие, являются частота, амплитуда и тембр звука.
Диапазон слышимых человеком частот составляет от 20 Гц до 20 кГц. Однако наибольшая чувствительность наблюдается именно в диапазоне 2-4 кГц, где находятся частоты, характерные для человеческой речи. Диапазон слышимых человеком частот составляет от 20 Гц до 20 кГц. Однако наибольшая чувствительность наблюдается именно в диапазоне 2-4 кГц, где находятся частоты, характерные для человеческой речи.
«На графиках контуры представляют собой линии, соединяющие звуки одинаковой громкости на разных частотах. Они показывают, что для восприятия одинаковой громкости звуки низких и высоких частот должны иметь более высокую физическую интенсивность, чем звуки в средней полосе частот.»
«An Introduction to the Psychology of Hearing»
Высота звука воспринимается как функция от частоты. В работе Фастля и Цвикера (Fastl, H., & Zwicker, E.) «Psychoacoustics: Facts and Models» исследователи выделяют значимость гармоник в восприятии высоты и тембра. Сложные звуки, состоящие из множества гармоник, создают особый тембр и ощущение высоты, благодаря чему их легче воспринимать в многослойных музыкальных произведениях.
В музыке это позволяет создавать «полноту» звучания и вариативность в высотных характеристиках. Например, использование гармонических частот делает музыку более насыщенной, а также добавляет тембральное разнообразие, что делает её более запоминающейся для слушателя.
«Сложные тоны можно рассматривать как сумму нескольких чистых тонов. Если частоты чистых тонов являются целыми кратными общей базовой или фундаментальной частоты, то полученный сложный тон называется гармоническим сложным тоном»
«Psychoacoustics: Facts and Models»
Сложный тон, состоящий из пяти чистых тонов с интервалом между линиями 300 Гц
В книге «The Science of Sound» Томас Россинг (Thomas D. Rossing) исследует влияние тональной высоты и гармонического резонанса на восприятие. Гармонические обертоны усиливают звук и делают его насыщеннее, что часто используется в музыке для создания ярких звуковых образов.
Тональная высота зависит от частоты основного тона, а также от гармоник, которые окружают его. Гармонические обертоны способствуют ощущению полноты и насыщенности звука. Россинг объясняет, что музыка, содержащая гармонические частоты, воспринимается как «приятная», тогда как диссонанс создается отсутствием регулярных гармоник и вызывает у слушателя чувство напряжения или тревоги.
В свою очередь эффект резонанса создается, когда частота звукового сигнала совпадает с собственной частотой объекта или пространства. Это позволяет композиторам и продюсерам добавлять звукам дополнительное «тело», создавая ощущение присутствия и усиливая воздействие на слушателя.
Использование гармонических и диссонирующих интервалов позволяет создавать эмоционально насыщенные музыкальные фазы. Например, в классической музыке часто встречаются контрасты между гармонией и диссонансом для создания драматического эффекта, тогда как в популярной музыке гармонические структуры способствуют приятному звучанию, делая трек «запоминающимся».
2. Эффект маскировки
Восприятие громкости зависит от уровня интенсивности звука, но удивительным образом не является линейным. Например, увеличение уровня громкости на 10дБ воспринимается как удвоение громкости. В музыкальном контексте этот эффект позволяет варьировать восприятие глубины и динамики звуковых элементов. Такой прием называется звуковой маскировкой, когда более громкие звуки «маскируют» тихие.
Воспринимаемая громкость звуковой волны зависит не только от её амплитуды, но и от частоты — низкие и высокие частоты требуют большей интенсивности для одинакового уровня громкости по сравнению со средними частотами. В музыкальном контексте это объясняет, почему басы и высокие звуки часто усиливаются для достижения баланса громкости.
Данный эффект используется для создания «объемного» звучания, когда низкие и высокие частоты дополняют центральные частоты, создавая богатое и многослойное восприятие.
3. Слуховые сцены и звуковые иллюзии
Исследования Брегмана (Albert S. Bregman) в книге «Auditory Scene Analysis» показывают, как наш мозг группирует звуковые потоки, позволяя различать отдельные источники звука. Эти принципы позволяют создавать звуковые сцены, где разные звуковые элементы вместе формируют целостное восприятие.
Брегман описывает слуховую сцену как восприятие совокупности звуковых элементов, организованных в взаимосвязанную картину. Мозг группирует звук по частотным и временным характеристикам. Например, звуки с близкими частотами и временными интервалами воспринимаются как один источник.
Модель музыкального восприятия и познания снизу вверх. Ящики содержат «объекты» или процессы, которые работают с потоками ввода и производят потоки вывода.
Явление фонематической реставрации, описанное в книге, позволяет человеку «достраивать» недостающие части звукового потока. В музыке это создает иллюзию целостного звучания, даже если часть звука блокируется или подменяется. Слушатели автоматически «восстанавливают» недостающие части звука, если мозг способен «угадать» предполагаемое продолжение.
Слуховые сцены создают ощущение многослойности композиции. Слушатель ощущает не просто звуковой поток, а конкретные сегменты с разными уровнями глубины.
Диана Дойч (Deutsch, D) исследует музыкальные иллюзии, демонстрируя, как определённые психоакустические эффекты могут создавать парадоксальные восприятия и дезориентировать слушателя. Эти эффекты расширяют границы привычного восприятия и активно используются для создания необычных звуковых решений в музыке.
Иллюзия непрерывности — феномен, при котором прерывающийся звук воспринимается как непрерывный при добавлении фонового шума. Этот феномен особенно интересен, так как позволяет заполнять «пустоты» в музыкальных композициях.
Парадокс тритонов заключается в том, что последовательность из двух звуковых интервалов тритона может восприниматься по-разному разными слушателями.
Тритоны могут восприниматься либо как восходящая, либо как нисходящая последовательность в зависимости от индивидуальных слуховых характеристик.
Этот эффект позволяет композиторам создавать «открытые» звуковые интерпретации, когда слушатели могут воспринимать один и тот же музыкальный элемент совершенно по-разному. Например, некоторые произведения с тритонами вызывают «двойственные» эмоции, что повышает уровень вовлеченности.
В статье Дойч также описан эффект, схожий с визуальными парадоксами М. К. Эшера. Звуковые интерпретации, создающие эффект бесконечно восходящей или нисходящей мелодии, могут быть достигнуты с помощью специфического изменения громкости и высоты, что вызывает ощущение «непрерывного» движения. Музыкальное применение эффекта позволяет создать иллюзию возрастающего напряжения, что добавляет эмоциональную глубину композиции.
4. Пространственное восприятие звука
Уильямм Томпсон (Thompson, W. F.) в своей работе «Music, Thought, and Feeling: Understanding the Psychology of Music» описывает, как психоакустические модели и их применение могут влиять на восприятие глубины и пространственности в музыке, что в свою очередь обогащает слушательский опыт
Эффект бинаурального слуха:
Восприятие глубины и направления звука сильно зависит от различий между звуками, поступающими в левое и правое ухо. Томпсон описывает, как бинауральное восприятие, в основе которого лежит различие фаз и амплитуд между ушами, позволяет нам воспринимать пространственное расположение звуковых источников.
Музыкальное использование бинауральных записей создает эффект «окружения», когда слушатель погружается в звуковую сцену, ощущая себя частью звукового пространства. Это делает музыкальное произведение более выразительным и эмоционально насыщенным.
Создание пространственной глубины с помощью реверберации и задержки:
Реверберация и задержка используются для создания иллюзии глубины, так как добавляют пространственные характеристики звуку, создавая ощущение звука исходящего из определенного места в пространстве.
В музыке использование реверберации помогает передать ощущение присутствия в большом пространстве или в замкнутом помещении. Томпсон описывает это как «эффект пространства», который усиливает чувствительную вовлеченность слушателя. Например, добавление реверберации к вокалу делает его более «воздушным», создавая эффект присутствия в концертном зале.
Применение эффекта реверберации для создания эмоционального отклика:
Томпсон рассматривает влияние реверберации на восприятие эмоционального оттенка музыкального произведения. Чем больше реверберация, тем более «дистанцированным» и «величественным» кажется звук, что может использоваться для создания меланхоличной или захватывающей атмосферы.
Эмоциональное воздействие разных типов реверберации:
Различные типы реверберации создают разные эмоции. Короткая реверберация вызывает чувство близости и интимности, тогда как длинная реверберация создаёт ощущение удаленности и масштабности.
Например, в классической музыке длинная реверберация добавляет эпичности, а в джазе и поп-музыке короткая реверберация может способствовать ощущению присутствия, позволяя слушателю чувствовать близость к исполнителю. В популярной музыке это используется для создания «большого» звучания и ощущения масштаба. Например, в рок-музыке эффект реверберации может быть наложен на гитарные партии, чтобы придать им глубину и атмосферность.
Локализация звука и пространственное восприятие:
Исследования Дженса Блауэрта (Blauert, J.) в книге «Spatial Hearing» дают глубокое понимание процессов, связанных с локализацией звука и восприятием его пространственных характеристик. Блауэрт рассматривает то, как слуховая система определяет направление и расстояние звукового источника. Также, он объясняет как этот процесс используется в музыкальных произведениях для создания пространственных эффектов и усиления эмоционального отклика.
Бинауральные и моноуральные сигналы:
Блауэрт выделяет различия в восприятии бинауральных (поступающих в оба уха) и моноуральных (воспринимаемых только одним ухом) сигналов. Бинауральные сигналы обеспечивают точное пространственное восприятие благодаря разнице времени и уровня звука, поступающего в каждое ухо. Этот эффект называется интерауральная разность времени (ITD)
В музыке использование бинаурального эффекта позволяет создать ощущение «пространственности» и присутствия. Например, с помощью бинауральной записи можно добиться эффекта, когда звуки как будто окружены, добавляя глубину и погружение в музыкальное произведение.
Фронтальные, задние и вертикальные локализации:
Блауэрт отмечает, что человеческое ухо различает не только горизонтальные направления, но и вертикальные. Это делается с помощью спектральных изменений, когда высокие частоты уменьшаются для сигналов, поступающих сзади или сверху
Для композиторов и продюсеров это означает возможность управлять положением звука в пространстве, создавая многослойные композиции, в которых звуки могут быть расположены в «верхнем» или «нижнем» слоях, что усиливает восприятие объемности.
Использование локализации для эмоционального эффекта:
Пространственная локализация усиливает чувственное восприятие музыки. Звуки, расположенные «вокруг» слушателя или перемещающиеся в пространстве, могут вызывать чувство комфорта или, наоборот, тревоги и напряжения, если источник звука ощущается как близкий и движущийся.
Музыкальные жанры, такие как эмбиент и электроника, активно используют локализацию звука для создания эффекта погружения, позволяя слушателю не просто слушать музыку, а буквально «погружаться» в неё.
5. Эффект Hook
Брегман объясняет, как с помощью психоакустических принципов можно создать легко запоминающиеся музыкальные фразы, или так называемый «hook».
Эти элементы построены так, чтобы их можно было легко выделить и запомнить, что делает композицию более привлекательной для массовой аудитории. «Hook» в музыкальной композиции обычно включает уникальные тембры, высоты звука или ритмические акценты, которые привлекают внимание и остаются в памяти.
Используя принципы аудиальной сцены, описанные Брегманом, можно выделить определённые звуковые паттерны, которые станут фокусными моментами трека.
Брегман указывает, что разделение звуковых потоков позволяет создать чёткие и узнаваемые мелодии, которые «цепляют» слушателя. В современной поп-музыке это достигается за счёт коротких и повторяющихся мотивов, которые помогают фокусировать внимание и делают композицию запоминающейся.
Гармоническое обогащение и ритмическая структура играют важную роль в создании «прилипчивых» мелодий. Брегман объясняет, что сочетание лёгких для восприятия гармонических последовательностей и регулярного ритма делает «hook» в музыкальных композициях легкоузнаваемыми. В поп-музыке часто используются гармонические и ритмические повторы, что позволяет слушателю сразу узнавать композицию по первым аккордам или звукам. Эти «цепляющие» элементы формируют ключевой эмоциональный отклик и способствуют популярности трека.
Эффект эмоционального воздействия через структурные контрасты:
Томпсон объясняет, что структурные контрасты, например, переходы между громкими и тихими моментами — создают эффект «движения» в композиции, усиливая эмоциональное восприятие. Этот прием часто используется в современной музыке для создания динамики и акцентирования ключевых моментов.
Например, в музыкальных стилях, таких как поп и рок, контрасты создают «волновой» эффект, когда интенсивные моменты чередуются с тихими, что позволяет слушателю «погружаться» в трек. Это способствует увеличению популярности композиций и создаёт эффект «эмоциональной привязанности» к песне.
