O ZMYSLOCH 2: Ako klamať do uší

Harmonické postupy, rytmické grify,...
Odpovědět
Uživatelský avatar
dano
Příspěvky: 3364
Registrován: 13 kvě 2005 20:37

O ZMYSLOCH 2: Ako klamať do uší

Příspěvek od dano » 17 bře 2008 16:54

Reprodukcia hudby alebo iných zvukov je dokonalá vtedy, keď sluchom vôbec nie sme schopní rozoznať, či sa naozaj nachádzame v koncertnej sieni, alebo sedíme doma v kresle. Je taká dokonalá reprodukcia možná? Vieme uši úplne oklamať?

Bubienok, nákova, kladivko, strmienok a slimák ? to sú naše bežné vedomosti z prírodopisu. Na fyzike nám k tomu ešte dodávajú, že vzduchom sa šíri vlnenie, ktoré rozkmitá bubienok a preto počujeme. To všetko je síce pravda, ale v skutočnosti to hovorí len málo o tom, ako naozaj počujeme.
Podstata počutia je vo vnútornom uchu ? v slimáku ? kde sa mechanické vibrácie rozložia a zoradia podľa rýchlosti vibrovania od najpomalších (nízke tóny) po najrýchlejšie (vysoké tóny). V takomto tvare je sluchový vnem odovzdaný nervovej sústave. Tá ďalej spracúva predovšetkým informáciu o tom, akú intenzitu majú jednotlivé frekvenčné zložky zvuku.
Pre výsledné vnímanie zvuku je rozhodujúce, aké signály dostáva mozog z ucha. Po výbuchu počuje človek pískanie v ušiach napriek tomu, že nijaký taký zvuk sa do uší nedostáva. Dôvodom je, že nervové vlákno zodpovedajúcej frekvencie sa pri výbuchu poškodí a ostane podráždené, čo mozog interpretuje ako harmonický zvuk. Proces rozkladu zvuku na zložky sa dá simulovať elektronicky. Pri niektorých poruchách vnútorného ucha sa ľuďom implantuje zariadenie, ktoré má na jednej strane mikrofón a na druhej strane sa pripája priamo na nervové zakončenia. Pri dokonalej reprodukcii hudby sa však nesnažíme obalamutiť priamo mozog, snažíme sa obalamutiť uši.

.jedno ucho
Pri najjednoduchšom zvuku, t.j. pri harmonickom tóne, je aj sluchový vnem veľmi jednoduchý ? človek registruje jeden typ vibrácie, jednu frekvenciu. Ak zahráme niekoľko harmonických tónov s vhodnými frekvenciami, počujeme akord.
Ak tón zahrá skutočný hudobný nástroj, budeme okrem základnej frekvencie vnímať aj množstvo vyšších frekvencií, ktoré budú približne rovné celočíselným násobkom základného tónu. Ich množstvo a intenzita určuje farbu zvuku. Ak zahráme na nástroji akord, budeme počuť základnú frekvenciu každého tónu spolu s jeho vyššími násobkami. No a keď hrá orchester, sluchový vnem bude pozostávať zo základných tónov, ktoré práve znejú a z ich násobkov, ktoré určujú farbu každého jednotlivého nástroja.
Okrem hudobného zážitku sluch poskytuje veľa ďalších informácií. Podľa zvuku motora robia v servise predbežnú diagnostiku, podľa zvuku krokov človek pozná, po čom kráča, podľa dozvuku poznáme, či hovoríme na chodbe, v kúpeľni alebo v spálni a podľa zvuku pozná Winnetou medveďobijku Old Shatterhanda.
Možnosti vnímania sluchového orgánu sú však obmedzené. Obmedzený je počet rozlíšiteľných frekvencií, ale aj počet stupňov hlasitosti. Ak máme jednu výraznú frekvenciu, iné ? tichšie ? v jej blízkosti nedokážeme počuť. Rovnako ak máme nejaký hlasný zvuk a bezprostredne po ňom nasleduje tichší, určitý čas tichší zvuk jednoducho nevnímame. Tento jav sa nazýva maskovanie a viedol k revolúcii v kompresii zvuku ? typickým príkladom je formát mp3. Na klasickom CD je zvuk zaznamenaný v takzvanom bezstratovom formáte. To znamená, že sa v podstate zaznamenajú fyzikálne veličiny opisujúce zvukové vibrácie. Pri stratovej kompresii zvuku sa vibrácie najprv prevedú na spektrum frekvencií ? podobne ako to robí vnútorné ucho. Potom sa vezme do úvahy, čo z toho spektra by človek skutočne dokázal počuť a to sa zachová. Ostatné informácie sa zahodia, čím sa výrazne zredukujú dáta. Väčšine ľudí neprekáža ani desaťnásobná redukcia.
Pri rozprávaní o dokonalej reprodukcii sme sa dostali až k tomu, že často je úplne dostačujúca aj zámerne nedokonalá reprodukcia. Pre jedno ucho je to naozaj tak. Pre dokonalú reprodukciu je však dôležitá ešte jedna skutočnosť, a to, že človek má uši dve.

.dve uši
V prirodzenom prostredí počuje každé ucho inak. Ucho, ktoré je k zdroju bližšie, ho počuje trochu hlasnejšie. Ucho, ktoré je od zdroja odvrátené, ho počuje tichšie, lebo je kryté lebkou. Na základe toho dokážeme rozlíšiť smer, z ktorého zvuk prichádza.
To všetko je dobre známe. Menej známy je fakt, že sluch dokáže veľmi presne zachytiť časový posun. Ak jedno ucho počuje to isté čo druhé, ale trochu neskôr, vnímame to veľmi citlivo ? spoľahlivo počuť už rozdiel na úrovni tisícin sekundy. V zvukovej technike sa tento časový posun nazýva fázový rozdiel.
Na čo je ten rozdiel dobrý? Pomáha nám počuť priestorovo. Keď zvuk prichádza napríklad zľava, začuje ho ľavé ucho trochu skôr, lebo je bližšie. Na priestorovom vnímaní má podiel aj špeciálny tvar vonkajšieho ucha ? záhyby a výbežky chrupavky vytvárajú systém zvukovodov, ktoré zachytávajú zvuk z rôznych častí priestoru. Zvuk je pritom zachytený z každého smeru inak, takže každej polohe zodpovedá iná farba zvuku. Najcitlivejšie je vnímanie spredu a zboku. Zvuk, ktorý prichádza zozadu počujeme tiež, ale pásmo vyšších frekvencií je potlačené.
Fázový rozdiel, rozdiel hlasitosti a rozdielna farba zvuku nesú v sebe dostatok informácie na to, aby človek dokázal vnímať zvuk vo všetkých troch rozmeroch, teda nielen smer, ale aj vzdialenosť. Skúsenosťou sa naučíme automaticky vyhodnocovať tieto parametre tak, že polohu zdroja vieme určiť okamžite bez toho, aby sme si to uvedomovali.
Z toho vyplýva, že pri reprodukcii zvukového záznamu by na dosiahnutie plného priestorového vnemu mali stačiť iba dve slúchadlá. A naozaj je to tak, dve slúchadlá skutočne stačia. Záujemcov o vlastnoušné overenie tohto tvrdenia odkazujeme na internetovú stránku http://weblog.404creative.com/index.php ... ecordings/. Najjednoduchšie sa taký záznam vyrobí tak, že vezmeme umelú hlavu (vyrábajú sa špeciálne na tento účel a nie sú lacné), dnu do uší umiestnime mikrofóny a nahrávame. Zaznamená sa presne to, čo by v skutočnosti človek počul. Ak sa taký záznam prehrá na slúchadlách, priestorový dojem je naozaj prekvapujúci (skúste http://en.wikipedia.org/wiki/Dummy_head_recording) Ak nemáme k dispozícii umelú hlavu, dá sa použiť aj vlastná ? dva mikrofóny sa umiestnia čo najbližšie k ušiam.
A prečo sa táto metóda, ak je naozaj taká dobrá, nepoužíva masovo? Pretože má niekoľko zásadných nevýhod. Každý človek má inak tvarované uši a hlavu, takže každý človek by potreboval záznam vytvorený na svojej hlave. Ďalej, pri orientácii sa v zvukovom poli človek podvedome otáča hlavou do bokov, čo dáva doplnkovú informáciu o umiestnení zdrojov zvuku. Pri počúvaní zaznamenaného zvuku to, samozrejme, nejde, takže po dlhom čase počúvania takéhoto záznamu má človek tendenciu sedieť neprirodzene strnulo.
Navyše metóda úplne zlyhá, keď sa záznam prehráva cez reproduktory. V bežnej miestnosti dochádza k odrazom zvuku, ktoré zmenia fázové rozdiely tak, že sa dôležitá priestorová informácia stratí. To je dôvod, prečo majú domáce kiná tak veľa reproduktorov ? stále to vychádza lacnejšie ako odstrániť odrazy v miestnosti. Existujú síce systémy, ktoré vedia s použitím iba dvoch reproduktorov zahrať kompletný priestorový zvuk, ich cena sa však pohybuje na úrovni stoviek tisícov korún a nahrávky tiež nie sú lacné. Domáce kino je zatiaľ naozaj optimálnym riešením.

.bohumil Bohunický
autor je fyzik

Odpovědět