مخطط الصوت المتساوي
يُعد محيط الصوت المتساوي مقياسًا لمستوى ضغط الصوت ، على طيف التردد ، حيث يدرك المستمع مستوى صوت ثابتًا عند تقديم نغمات ثابتة نقية. [1] وحدة قياس مستويات الصوت هي الفون ويتم التوصل إليها بالإشارة إلى محيطات الصوت المتساوية. بحكم التعريف، يُقال إن موجتين جيبيتين بترددات مختلفة لهما مستوى صوت متساوٍ يقاس بالفون إذا تم إدراكهما على أنهما متساويان في الارتفاع من قبل الشاب العادي دون ضعف سمع كبير.
منحنيات فليتشر-مونسون هي واحدة من العديد من مجموعات من خطوط ارتفاع الصوت المتساوية للأذن البشرية، والتي تم تحديدها تجريبياً بواسطة هارفي فليتشر وويلدن أ. مونسون، وتم الإبلاغ عنها في ورقة بحثية عام 1933 بعنوان "ارتفاع الصوت، تعريفه، قياسه وحسابه" في مجلة الجمعية الصوتية الأمريكية . [2] تم استبدال منحنيات فليتشر-مونسون ودمجها في معايير أحدث. المنحنيات النهائية هي تلك المحددة في ISO 226 من المنظمة الدولية للمعايير ، والتي تستند إلى مراجعة التحديدات الحديثة التي تم إجراؤها في بلدان مختلفة.
غالبًا ما تتميز مكبرات الصوت بزر "الصوت العالي"، المعروف تقنيًا باسم تعويض الصوت العالي ، والذي يعزز مكونات الترددات المنخفضة والعالية للصوت. والغرض من ذلك هو تعويض الانخفاض الواضح في الصوت العالي عند تلك الترددات، وخاصة عند مستويات الصوت المنخفضة. يؤدي تعزيز هذه الترددات إلى إنتاج محيط صوت متساوٍ أكثر تسطحًا ويبدو أعلى حتى عند مستوى صوت منخفض، مما يمنع الصوت المتصور من الهيمنة على الترددات المتوسطة حيث تكون الأذن أكثر حساسية.
منحنيات فليتشر-مونسون
أجرى فليتشر ومونسون أول بحث حول موضوع كيفية سماع الأذن لترددات مختلفة على مستويات مختلفة في عام 1933. وحتى وقت قريب، كان من الشائع رؤية مصطلح فليتشر-مونسون يستخدم للإشارة إلى خطوط الصوت المتساوية بشكل عام، على الرغم من إعادة التحديد التي أجراها روبنسون ودادسون في عام 1956، والتي أصبحت الأساس لمعيار ISO 226.
يُفضل الآن المصطلح العام "خطوط الصوت المتساوية" ، والتي أصبحت منحنيات فليتشر-مونسون الآن مجموعة فرعية منها، [3] وخاصة منذ أن أعادت دراسة استقصائية أجرتها منظمة ISO في عام 2003 تعريف المنحنيات في معيار جديد. [4]
التحديد التجريبي
إن الجهاز السمعي البشري حساس للترددات من حوالي 20 هرتز إلى حد أقصى يبلغ حوالي 20000 هرتز، على الرغم من أن الحد الأعلى للسمع يتناقص مع تقدم العمر. ضمن هذا النطاق، تكون الأذن البشرية أكثر حساسية بين 2 و5 كيلو هرتز ، ويرجع ذلك إلى حد كبير إلى رنين قناة الأذن ووظيفة نقل عظيمات الأذن الوسطى.
قام فليتشر ومونسون لأول مرة بقياس محيطات مستوى الصوت المتساوي باستخدام سماعات الرأس (1933). في دراستهم، استمع المشاركون في الاختبار إلى نغمات نقية بترددات مختلفة وبزيادات تزيد عن 10 ديسيبل في شدة التحفيز. لكل تردد وكثافة، استمع المستمع أيضًا إلى نغمة مرجعية عند 1000 هرتز. عدل فليتشر ومونسون نغمة المرجع حتى أدرك المستمع أنها بنفس مستوى صوت نغمة الاختبار. نظرًا لأن مستوى الصوت هو كمية نفسية، فمن الصعب قياسه، لذلك قام فليتشر ومونسون بمتوسط نتائجهما على العديد من المشاركين في الاختبار لاستخلاص متوسطات معقولة. يمثل أدنى محيط لمستوى الصوت المتساوي أهدأ نغمة مسموعة - العتبة المطلقة للسمع . يمثل أعلى محيط عتبة الألم .
أجرى تشيرشر وكينج تحديدًا ثانيًا في عام 1937، لكن نتائجهما ونتائج فليتشر ومونسون أظهرت تناقضات كبيرة في أجزاء من الرسم البياني السمعي. [5]
في عام 1956، توصل روبنسون ودادسون إلى تحديد تجريبي جديد اعتقدا أنه أكثر دقة. وأصبح هذا التحديد أساسًا لمعيار (ISO 226) الذي اعتُبر نهائيًا حتى عام 2003، عندما قامت منظمة ISO بمراجعة المعيار على أساس التقييمات الحديثة التي أجرتها مجموعات بحثية في جميع أنحاء العالم.
المراجعة الأخيرة تهدف إلى تحديد أكثر دقة - ISO 226:2023
وقد أدت التناقضات الملحوظة بين التقديرات المبكرة والأحدث إلى قيام المنظمة الدولية للمعايير (ISO) بمراجعة المنحنيات القياسية في ISO 226. وقد فعلوا ذلك استجابة للتوصيات الواردة في دراسة نسقها معهد أبحاث الاتصالات الكهربائية بجامعة توهوكو باليابان. وقد أنتجت الدراسة منحنيات جديدة من خلال الجمع بين نتائج العديد من الدراسات - التي أجراها باحثون في اليابان وألمانيا والدنمرك والمملكة المتحدة والولايات المتحدة. (كانت اليابان هي المساهم الأكبر بنحو 40٪ من البيانات).
وقد أدى هذا إلى القبول الأخير لمجموعة جديدة من المنحنيات الموحدة وفقًا للمعيار ISO 226:2003. ويعلق التقرير على الاختلافات الكبيرة بشكل مدهش، وحقيقة أن خطوط فليتشر-مونسون الأصلية تتفق بشكل أفضل مع النتائج الحديثة مقارنة بخطوط روبنسون-دادسون، والتي يبدو أنها تختلف بما يصل إلى 10-15 ديسيبل، وخاصة في منطقة التردد المنخفض، لأسباب لم يتم شرحها. [6]
وفقًا لتقرير المنظمة الدولية للمعايير، كانت نتائج روبنسون-دادسون هي النتيجة الشاذة، حيث كانت تختلف عن المعيار الحالي أكثر من اختلاف منحنيات فليتشر-مونسون. ويذكر التقرير أنه من حسن الحظ أن منحنى فليتشر-مونسون المكون من 40 خطًا والذي استند إليه معيار الترجيح A كان متوافقًا مع التقديرات الحديثة. [4]
كما يعلق التقرير على الاختلافات الكبيرة الواضحة في منطقة التردد المنخفض، والتي لا تزال غير مفسرة. ومن بين التفسيرات المحتملة: [4]
- لم يتم معايرة المعدات المستخدمة بشكل صحيح.
- لقد اختلفت المعايير المستخدمة للحكم على تساوي مستوى الصوت عند ترددات مختلفة.
- لم يحصل المشاركون على الراحة الكافية لعدة أيام قبل الاختبار، أو تعرضوا لضوضاء عالية أثناء السفر إلى الاختبارات، مما أدى إلى توتر عضلات الطبلة والعضلة الركابية التي تتحكم في الاقتران الميكانيكي منخفض التردد.
العرض الجانبي مقابل العرض الأمامي
 | لا يستشهد هذا القسم بأي مصادر . ( ديسمبر 2020 ) |
تصل الأصوات الواقعية من مصدر بعيد إلى حد معقول على شكل جبهات موجية مستوية. إذا كان مصدر الصوت أمام المستمع مباشرة، فإن كلتا الأذنين تتلقى شدة متساوية، ولكن عند الترددات التي تزيد عن حوالي 1 كيلوهرتز، يتم تقليل الصوت الذي يدخل قناة الأذن جزئيًا بواسطة ظل الرأس ، ويعتمد أيضًا بشكل كبير على الانعكاس عن صيوان الأذن (الأذن الخارجية). تؤدي الأصوات غير المركزية إلى زيادة إخفاء الرأس في إحدى الأذنين، وتغييرات دقيقة في تأثير صيوان الأذن، وخاصة في الأذن الأخرى. يتم قياس هذا التأثير المشترك لإخفاء الرأس وانعكاس صيوان الأذن في مجموعة من المنحنيات في الفضاء ثلاثي الأبعاد يشار إليها باسم وظائف النقل المرتبطة بالرأس (HRTFs). يُنظر الآن إلى العرض الأمامي على أنه مفضل عند اشتقاق محيطات الصوت المتساوية، ويستند أحدث معيار ISO بشكل خاص إلى العرض الأمامي والمركزي.
نظرًا لعدم وجود HRTF متضمنة في الاستماع العادي لسماعات الرأس، فإن منحنيات الصوت المتساوية المشتقة باستخدام سماعات الرأس صالحة فقط للحالة الخاصة لما يسمى بالعرض الجانبي ، وهي ليست الطريقة التي نسمع بها عادةً.
استخدم تحديد روبنسون-دادسون مكبرات الصوت ، ولفترة طويلة تم تفسير الاختلاف عن منحنى فليتشر-مونسون جزئيًا على أساس أن الأخير استخدم سماعات الرأس. ومع ذلك، فإن تقرير ISO يسرد الأخير في الواقع على أنه يستخدم سماعات رأس معوضة ، على الرغم من أنه لا يوضح كيف حقق روبنسون-دادسون التعويض .
اختبار سماعات الرأس مقابل اختبار مكبر الصوت
| لا يذكر هذا القسم أي مصادر . ( أكتوبر 2015 ) |
توفر سماعات الرأس الجيدة، والمغلقة جيدًا على الأذن، استجابة مسطحة للضغط المنخفض التردد لقناة الأذن، مع تشويه منخفض حتى عند شدة عالية. عند الترددات المنخفضة، تكون الأذن حساسة للضغط بحتة، والتجويف المتشكل بين سماعات الرأس والأذن صغير جدًا لإدخال رنينات تعديلية. لذلك، يعد اختبار سماعات الرأس طريقة جيدة لاستنباط محيطات مستوى الصوت المتساوي أقل من حوالي 500 هرتز، على الرغم من التعبير عن تحفظات حول صحة قياسات سماعات الرأس عند تحديد عتبة السمع الفعلية، بناءً على الملاحظة التي تفيد بأن إغلاق قناة الأذن ينتج حساسية متزايدة لصوت تدفق الدم داخل الأذن، والذي يبدو أن الدماغ يخفيه في ظروف الاستماع العادية. [ بحاجة لمصدر ] عند الترددات العالية، يصبح قياس سماعات الرأس غير موثوق به، وتتأثر الرنينات المختلفة لصقيع الأذن (الأذنين الخارجية) وقنوات الأذن بشدة بالقرب من تجويف سماعات الرأس.
مع مكبرات الصوت، يكون العكس صحيحًا. من الصعب الحصول على استجابة مسطحة منخفضة التردد - إلا في الفضاء الحر المرتفع عن الأرض، أو في غرفة كبيرة جدًا وخالية من الصدى وخالية من الانعكاسات حتى 20 هرتز. حتى وقت قريب، [ متى؟ ] لم يكن من الممكن تحقيق مستويات عالية عند ترددات تصل إلى 20 هرتز دون مستويات عالية من التشوه التوافقي . حتى اليوم، من المرجح أن تولد أفضل مكبرات الصوت حوالي 1 إلى 3٪ من التشوه التوافقي الكلي، وهو ما يعادل 30 إلى 40 ديسيبل تحت الأساسي. هذا ليس جيدًا بما فيه الكفاية، نظرًا للارتفاع الحاد في مستوى الصوت (يرتفع إلى ما يصل إلى 24 ديسيبل لكل أوكتاف) مع التردد الذي تكشفه منحنيات مستوى الصوت المتساوي أقل من حوالي 100 هرتز. يجب على المجرب الجيد التأكد من أن الأشخاص الذين يتم تجربتهم يسمعون الأساسي حقًا وليس التوافقيات - وخاصة التوافقي الثالث، وهو قوي بشكل خاص حيث تصبح حركة مخروط مكبر الصوت محدودة حيث يصل تعليقه إلى حد الامتثال. من الممكن التغلب على هذه المشكلة باستخدام الترشيح الصوتي، مثل التجويف الرنان، في إعداد مكبر الصوت. من ناحية أخرى، من السهل نسبيًا تحقيق استجابة ترددية عالية في مجال حر مسطح حتى 20 كيلوهرتز باستخدام مكبرات الصوت الحديثة على المحور. يجب مراعاة هذه التأثيرات عند مقارنة نتائج المحاولات المختلفة لقياس خطوط الصوت المتساوية.
الصلة بمستوى الصوت وقياسات الضوضاء
يُقال إن منحنى الترجيح A - المستخدم على نطاق واسع لقياس الضوضاء - كان يعتمد على منحنى فليتشر-مونسون المكون من 40 صوتًا. ومع ذلك، فقد أظهرت الأبحاث في ستينيات القرن العشرين أن تحديدات مستوى الصوت المتساوي التي تم إجراؤها باستخدام النغمات النقية ليست ذات صلة مباشرة بإدراكنا للضوضاء. [7] وذلك لأن القوقعة في أذننا الداخلية تحلل الأصوات من حيث المحتوى الطيفي، حيث تستجيب كل "خلية شعرية" لنطاق ضيق من الترددات يُعرف باسم النطاق الحرج . تكون النطاقات عالية التردد أوسع من حيث القيمة المطلقة من النطاقات منخفضة التردد، وبالتالي "تجمع" طاقة أكبر بشكل متناسب من مصدر الضوضاء. ومع ذلك، عندما يتم تحفيز أكثر من نطاق حرج واحد، تضيف الإشارات إلى الدماغ النطاقات المختلفة لإنتاج انطباعات مستوى الصوت. ولهذه الأسباب، تُظهر منحنيات مستوى الصوت المتساوي المستمدة باستخدام نطاقات الضوضاء ميلًا لأعلى فوق 1 كيلو هرتز وميلًا لأسفل أقل من 1 كيلو هرتز عند مقارنتها بالمنحنيات المستمدة باستخدام النغمات النقية.
تم استنباط منحنيات ترجيح مختلفة في ستينيات القرن العشرين، وخاصة كجزء من معيار DIN 4550 لقياس جودة الصوت ، والتي تختلف عن منحنى الترجيح A، حيث تظهر ذروة أكبر حول 6 كيلوهرتز. وقد أعطت هذه المنحنيات مقياسًا ذاتيًا أكثر أهمية للضوضاء على معدات الصوت، وخاصة على مسجلات أشرطة الكاسيت المدمجة التي تم اختراعها حديثًا مع تقليل الضوضاء Dolby ، والتي تميزت بطيف ضوضاء تهيمن عليه الترددات الأعلى.
أجرى مركز أبحاث بي بي سي تجارب استماع في محاولة لإيجاد أفضل منحنى ترجيح وتركيبة مقوم للاستخدام عند قياس الضوضاء في معدات البث، وفحص منحنيات الترجيح الجديدة المختلفة في سياق الضوضاء بدلاً من النغمات، مؤكدًا أنها كانت أكثر صحة من الترجيح A عند محاولة قياس ارتفاع مستوى الضوضاء الذاتي. كما بحث هذا العمل في استجابة السمع البشري لنبضات النغمة والنقرات والضوضاء الوردية ومجموعة متنوعة من الأصوات الأخرى التي لا تمنح الأذن والدماغ وقتًا كافيًا للاستجابة بسبب طبيعتها الاندفاعية القصيرة. وقد تم الإبلاغ عن النتائج في تقرير أبحاث بي بي سي EL-17 1968/8 بعنوان تقييم الضوضاء في دوائر التردد الصوتي .
كان منحنى ترجيح الضوضاء ITU-R 468 ، المقترح أصلاً في توصية CCIR رقم 468، ولكن تم اعتماده لاحقًا من قبل العديد من هيئات المعايير ( IEC و BSI و JIS و ITU )، يعتمد على البحث، ويتضمن كاشفًا شبه ذروة خاصًا لمراعاة حساسيتنا المنخفضة للانفجارات القصيرة والنقرات. [8] يتم استخدامه على نطاق واسع من قبل المذيعين ومحترفي الصوت عندما يقيسون الضوضاء على مسارات البث ومعدات الصوت، حتى يتمكنوا من مقارنة أنواع المعدات ذات أطياف الضوضاء وخصائصها المختلفة بشكل شخصي.
انظر أيضا
ملحوظات
- ^ سوزوكي، يويتي؛ تاكيشيما، هيساشي (2004). "خطوط مستوية متساوية في مستوى الصوت للنغمات النقية". مجلة الجمعية الصوتية الأمريكية . 116 (2): 918-933. رمز Bibcode :2004ASAJ..116..918S. doi : 10.1121/1.1763601 . ISSN 0001-4966. PMID 15376658. S2CID 15865914.
- ^ فليتشر، هـ. ومونسون، دبليو إيه "مستوى الصوت، تعريفه، قياسه وحسابه"، مجلة الجمعية الصوتية الأمريكية 5، 82-108 (1933).
- ^ "منحنى فليتشر مونسون: منحنى الصوت المتساوي للسمع البشري". مذكرة ليدجر . 16 نوفمبر 2017. تم الاسترجاع في 17 نوفمبر 2017 .
- ^ abc ISO 226:2003 (PDF) ، تم أرشفته من الأصل (PDF) في 27 سبتمبر 2007
- ^ DW Robinson et al., "إعادة تحديد علاقات تساوي مستوى الصوت للنغمات النقية"، Br. J. Appl. Phys. 7 (1956)، ص 166-181.
- ^ Yôiti Suzuki, et al., "تحديد دقيق وكامل النطاق لخطوط الصوت المتساوية ثنائية الأبعاد". محفوظ في 2007-09-27 على موقع Wayback Machine .
- ^ باور، ب.، توريك، إي.، "أبحاث في قياس مستوى الصوت"، معاملات معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات في الصوت والصوتيات الكهربائية ، المجلد 14:3 (سبتمبر 1966)، ص 141-151.
- ^ كينيتشيرو ماساوكا، وكازوهو أونو، وسيتسو كومياما، "قياس محيطات مستوى الصوت المتساوي لانفجار النغمة"، العلوم والتكنولوجيا الصوتية ، المجلد 22 (2001)، العدد 1 ص 35-39.
مراجع
- كتاب مرجع مهندس الصوت ، الطبعة الثانية، 1999، تحرير مايكل تالبوت سميث، فوكال بريس.
- مقدمة في علم نفس السمع، الطبعة الخامسة، بريان سي جيه مور، مطبعة إلسيفير.
روابط خارجية
- معيار ايزو
- تحديد دقيق وكامل النطاق لخطوط الصوت المتساوية ثنائية الأبعاد
- فليتشر-مونسون ليس روبنسون-دادسون (PDF)
- المراجعة الكاملة للمعايير الدولية لخطوط مستوى الصوت المتساوي (ISO 226)
- اختبر سمعك – أداة لقياس محيطات الصوت المتساوية لديك
- قياسات محيط الصوت المتساوي بالتفصيل
- تقييم أوزان مستوى الصوت و LLSEL JASA
- نموذج لقياس مستوى الصوت يمكن تطبيقه على الأصوات المتغيرة مع الزمن مقالة في مجلة AESJ
| الهندسة الصوتية | ||
|---|---|---|
| علم النفس الصوتي |
| |
| تردد الصوت ودرجة الصوت | ||
| خبراء الصوتيات | ||
| مواضيع ذات صلة | ||
| ||
