Het menselijk gehoor is niet voor alle frequenties (=toonhoogtes) even gevoelig. Bij nauwkeurige metingen aan het gehoor van zeer veel mensen met een gezond gehoor is o.m. het volgende vastgesteld:
In het algemeen horen we frequenties van zo'n 3 kHz het luidst. Bij een lager totaal volume horen we vooral lage tonen slechter, tot in het geheel niet meer, en ook de hoogste frequenties worden wat minder.
De onderstaande grafiek geeft aan hoeveel absoluut geluidsnivo (luchtdruk) nodig is om een geluids indruk van een bepaalde sterkte te veroorzaken.
Geluidsdruk (Sound Pressure Level, SPL) is hier de technische grootheid van de luchtdruk-wisselingen.
In het algemeen horen we frequenties van zo'n 3 kHz het luidst. Bij een lager totaal volume horen we vooral lage tonen slechter, tot in het geheel niet meer, en ook de hoogste frequenties worden wat minder.
De onderstaande grafiek geeft aan hoeveel absoluut geluidsnivo (luchtdruk) nodig is om een geluids indruk van een bepaalde sterkte te veroorzaken.
Geluidsdruk (Sound Pressure Level, SPL) is hier de technische grootheid van de luchtdruk-wisselingen.
Fig 1. De overbekende Fletcher - Munson krommes.
De horizontale as geeft de frequentie aan, de vertikale as is de geluidsdruk, de fysische grootheid.
De golvende lijnen geven aan hoe sterk de geluidsdruk moet zijn om een gewaarwording van dezelfde luidheid te ervaren.
De onderste stippellijn geeft de gehoor drempel weer, het zwakste geluid dat een gezond menselijk oor kan waarnemen.
Het 0 dB nivo is vastgelegd als 0.2 nBar (nano Bar) of 20 uP (micro Pascal) bij 1 KHz. (1 Bar is ongeveer 1 atmosfeer, of 10 N / cm2)Dat nivo komt overeen met een vermogens dichtheid van 1 pico-Watt per m2.
Het begrip "Foon" is ingevoerd als subjectieve maat voor de luidheid. Tonen met dezelfde Foon -waarde (eng: Phon) ervaren we even luid, alhoewel de geluidsdruk flink kan afwijken afhankelijk van de frequentie.
Je ziet dat we vooral lage frequenties pas kunnen horen als ze een flink SPL-nivo hebben. Je ziet ook dat als je de volume regelaar terugdraait er vooral een subjectief gebrek aan lage tonen ontstaat. Met een "fysiologische sterkte regeling" of de "loudness" knop op versterkers heeft men geprobeerd om hieraan tegemoet te komen.
De fysiologische sterkte regeling is vooral mislukt wegens calibratie problemen (je moet weten wat het oorspronkelijke nivo van de opname was)
De "loudness knop" is om commerciele redenen mislukt: Steevast wordt wel het laag opgehaald, maar het algemene sterkte nivo blijft hetzelfde. Alles gaat lekker vet klinken, maar het wordt niet zachter.
Maskering
Maskering is het verschijnsel dat als er twee geluiden tegelijk klinken het zwakkere geluid tenminste een bepaalde sterkte moet hebben om waarneembaar te zijn.
Het sterkere geluid noemen we de "maskeerder", het zwakkere geluid heet de "gemaskeerde".
In fig. 2 is de maskeerder een zuivere sinus toon van 1200 Hz, met een geluidssterkte van 80 dBa. De frequentie van de gemaskeerde werd gevarieerdvan 400 Hz tot 4000 Hz,en bij iedere frequentie werd er bepaald hoe sterk de gemaskeerde moet zijn om net waarneembaar te worden.
Fig 2. Een geval van maskering door een zuivere sinus toon
Het blijkt dat frequenties dicht bij de maskeerder, maar ook dicht bij harmonischen van de maskeerder sterk gemaskeerd worden.
Bij frequenties nog dichter bij de maskeerder of diens harmonischen treden zwevingen op. Bij andere frequenties worden verschiltonen gehoord.
Frequenties lager dan de maskeerder worden aanzienlijk minder gemaskeerd dan hogere.
Alle frequenties tussen ca. 1000 Hz en 4000 Hz (2 octaven) moeten (veel) sterker dan -40 dB t.o.v. de maskeerder zijn om waargenomen te kunnen worden.
Omdat er bij het meten met zuivere tonen nogal wat onregelmatigheid optreedt heeft men de metingen herhaald met smalbandige ruis als maskeerder.
Fig 3. Maskeerpatronen in dB SL voor een zuivere toon van 400 Hz (punten) en een 90 Hz breed ruisbandje (cirkels) met een middenfrequentie van 410 Hz, beide 80 dB SPL
We zien hier dat smalbandige ruis de frequenties in de buurt sterker maskeert dan de zuivere toon. Hogere frequenties worden wat minder sterk gemaskeerd.
Alle frequenties tussen ca. 280 Hz en 1200 Hz (2 octaven) moeten (veel) sterker dan -50 dB t.o.v. de maskeerder zijn om waargenomen te kunnen worden.
Hieronder nog een aantal maskeer patronen.
We zien hier dat smalbandige ruis de frequenties in de buurt sterker maskeert dan de zuivere toon. Hogere frequenties worden wat minder sterk gemaskeerd.
Alle frequenties tussen ca. 280 Hz en 1200 Hz (2 octaven) moeten (veel) sterker dan -50 dB t.o.v. de maskeerder zijn om waargenomen te kunnen worden.
Hieronder nog een aantal maskeer patronen.
Fig 4. Maskeer patronen bij diverse frequenties en sterktes van sinusvorminge maskeerders.
Enkele conclusies:
De bovenstaande grafieken geven aan dat zuivere sinus tonen de hogere frequenties met sterktes tussen -20 en -40 dB maskeren. De maskering is sterker bij hogere geluidsnivo's.
Frequenties lager dan de maskeerder worden veel minder gemaskeerd, maar de meeste problemen met storende ruis, en vervorming spelen zich af bij frequenties die hoger zijn dan de aanwezige muziek-frequenties.
Als de maskeerder een smalbandige ruis is is de maskering nabij de maskeerder-frequentie sterker, maar verderop iets minder.
Aangezien muziek in de meeste gevallen meer op een breedspectrum ruis lijkt dan op een zuivere sinus toon zullen vervormingen, storingen en andere bijgeluiden die zo'n 50 dB zwakker zijn dan het momentane muziek signaal doorgaans niet waargenomen kunnen worden.
Natuurlijk zijn er in muziek vaak korte pauzes, of andere momenten met zeer zwak geluid. Op zulke momenten kan een bepaald additief nivo van ruis of storing als zodanig hoorbaar worden.
Vervorming (THD), modulatieruis bij magneetband weergave en de ruisbijdrage t.g.v. jitter in digitale systemen zijn echter proportioneel met het muzieksignaal. (zacht geluid = minder rommel) Een uitzondering is de overneem-vervoming die juist bij een geringe uitsturing beter hoorbaar wordt(indien aanwezig).
Net waarneembare volume verschillen
De onderstaande tabel geeft de volume verschillen weer die nog net waargenomen kunnen worden door het menselijk gehoor.
Men heeft een groot aantal proefpersonen allerlei zuivere tonen laten horen, steeds twee keer dezelfe toon kort na elkaar, maar met een iets verschillend volume. De proefpersonen moesten aangeven of de eerste dan wel de tweede toon harder was. De tabel geeft aan welke verschillen nog net door 75% van de proefpersonen kon worden waargenomen.Het blijkt dat het onderscheidings vermogen beter is bij een hoger volume, en ook bij frequenties tussen de 1000 en 4000 Hz. Bij lagere en hogere frequenties neemt het onderscheidings vermogen af, en bij zeer laag volume wordt het ook flink minder.
Just noticable differences of Intensity (JND-I)
Pas op met het interpreteren van deze gegevens. Eerstens, er staat luidheid, geen akoestisch vermogen of dBa. Er zijn verschillende meet methodes gebruikt in diverse onderzoeken. Bijv: Men liet de sterkte van de toon wat op-en-neer gaan, en de proefpersoon moest aangeven of hij een variatie waarnam of niet. Een andere methode was om de proefpersoon zelf het volume van 1 van de tonen te laten regelen, totdat hij vond dat het hetzelfde was.Bij muzieksignalen, en als het tijdsverloop meer dan een handvol seconden is, moeten volume verschillen tenminste zo'n 2 dB bedragen om waarneembaar te zijn.
De bovenstaande grafieken geven aan dat zuivere sinus tonen de hogere frequenties met sterktes tussen -20 en -40 dB maskeren. De maskering is sterker bij hogere geluidsnivo's.
Frequenties lager dan de maskeerder worden veel minder gemaskeerd, maar de meeste problemen met storende ruis, en vervorming spelen zich af bij frequenties die hoger zijn dan de aanwezige muziek-frequenties.
Als de maskeerder een smalbandige ruis is is de maskering nabij de maskeerder-frequentie sterker, maar verderop iets minder.
Aangezien muziek in de meeste gevallen meer op een breedspectrum ruis lijkt dan op een zuivere sinus toon zullen vervormingen, storingen en andere bijgeluiden die zo'n 50 dB zwakker zijn dan het momentane muziek signaal doorgaans niet waargenomen kunnen worden.
Natuurlijk zijn er in muziek vaak korte pauzes, of andere momenten met zeer zwak geluid. Op zulke momenten kan een bepaald additief nivo van ruis of storing als zodanig hoorbaar worden.
Vervorming (THD), modulatieruis bij magneetband weergave en de ruisbijdrage t.g.v. jitter in digitale systemen zijn echter proportioneel met het muzieksignaal. (zacht geluid = minder rommel) Een uitzondering is de overneem-vervoming die juist bij een geringe uitsturing beter hoorbaar wordt(indien aanwezig).
Net waarneembare volume verschillen
De onderstaande tabel geeft de volume verschillen weer die nog net waargenomen kunnen worden door het menselijk gehoor.
Men heeft een groot aantal proefpersonen allerlei zuivere tonen laten horen, steeds twee keer dezelfe toon kort na elkaar, maar met een iets verschillend volume. De proefpersonen moesten aangeven of de eerste dan wel de tweede toon harder was. De tabel geeft aan welke verschillen nog net door 75% van de proefpersonen kon worden waargenomen.Het blijkt dat het onderscheidings vermogen beter is bij een hoger volume, en ook bij frequenties tussen de 1000 en 4000 Hz. Bij lagere en hogere frequenties neemt het onderscheidings vermogen af, en bij zeer laag volume wordt het ook flink minder.
Just noticable differences of Intensity (JND-I)
Pas op met het interpreteren van deze gegevens. Eerstens, er staat luidheid, geen akoestisch vermogen of dBa. Er zijn verschillende meet methodes gebruikt in diverse onderzoeken. Bijv: Men liet de sterkte van de toon wat op-en-neer gaan, en de proefpersoon moest aangeven of hij een variatie waarnam of niet. Een andere methode was om de proefpersoon zelf het volume van 1 van de tonen te laten regelen, totdat hij vond dat het hetzelfde was.Bij muzieksignalen, en als het tijdsverloop meer dan een handvol seconden is, moeten volume verschillen tenminste zo'n 2 dB bedragen om waarneembaar te zijn.
Geen opmerkingen:
Een reactie posten