Psychoakoestiek. Universität Göttingen,

Psychoakoestiek

Armin Kohlrausch Philips Research Europe Eindhoven en Technische Universiteit Eindhoven

Universität Göttingen, 1979

[email protected]

Inleiding • Psychoakoestiek: Wetenschap, die een kwantitatief en kwalitatief verband legt tussen – Fysieke eigenschappen van geluid, en de – Waarneming door de mens • Dit gebeurd door luisterexperimenten in heel goed gecontroleerde akoestische omgevingen • Met gepaste experimentele methodes, om bijv. response bias (je hoort wat je verwacht) uit te sluiten • • Psychoakoestiek en technisch vooruitgang zijn nauw met elkaar verbonden • Bell labs (US, ~1914): Horen, spraak in de context van communicatie • Philips (~ 1930): Electroakoestiek en ruimtelijk horen, beginnende stereofonie • Wereldwijd (na ~ 1988): Efficiënte digitale audio representatie Philips Research Europe Eindhoven en Technische Universiteit Eindhoven,

2

Een van de eerste kunsthoofden, Kornelis de Boer, Philips Research ca. 1935 (promotie TH Delft 1940) Aanbevolen literatuur: Stephan Paul: Binaural recording technology: A historical review and possible future developments

Philips Research Europe Eindhoven en Technische Universiteit Eindhoven,

3

Onderwerpen van psychoakoestisch onderzoek • Welke akoestische stimuli kunnen (normaalhorende, jonge mensen) waarnemen? – Frequentie, niveau – Maar ook: minimale duur? – Uit alle richtingen (triviaal bij het gehoor, maar denk aan het zien)? – Ook tijdens het slapen…? – Wat veranderd hiervan bij slechthorendheid?  Saskia’s presentatie • Hoe goed kunnen wij op elkaar lijkende geluiden onderscheiden? • Wordt de akoestische waarneming beïnvloed door gelijktijdige stimuli in andere modaliteiten (buiksprekereffect, invloed op waargenomen richting) • Hoe kunnen we de experimentele bevindingen – Relateren aan de anatomie en de fysiologie van het gehoor? – Door modellen beschrijven? • Welke consequenties hebben deze bevindingen voor het design van technische systemen? Philips Research Europe Eindhoven en Technische Universiteit Eindhoven,

4

Voorbeeld 1: Het frequentie-oplossend vermogen van jullie gehoor • Demonstratie 1: Frequentieverschillen tussen opeenvolgende tonen (= beperkte gevoeligheid voor frequentieveranderingen) – Halve toon: 750 --> 795 Hz – 16 paren van sinustonen: 750 Hz, 750+x Hz – x neemt toe van 0 Hz tot 15 Hz • 750, 751, 752, 753, 754, 755, 756, 757, 758, 759, 760, 761, 762, 763, 764, 765

– Probeer mee te tellen, wanneer het verschil tussen referentie en test-sinus hoorbaar wordt

Source: SUVA CD track 10 Philips Research Europe Eindhoven en Technische Universiteit Eindhoven,

5

Was dit wel het relevante experiment voor de praktijk? • Vraag: Stemmen van snaren bij, bijv., viool (en familie) of guitaren? • Is precisie van enkele Hz voldoende voor de muzikale praktijk? • Hier worden de toonhoogtes afgestemd door het minimaliseren van zwevingen tussen boventonen! • Demonstratie 2a: Zwevingen van gelijktijdig aangeboden tonen (= grote gevoeligheid voor kleine frequentieverschillen) – Te horen zijn geluidtriplets: 750 Hz, 751 Hz, 750+751 Hz – 7 verschillende waarden voor x: 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15 Hz • Hier is het onderscheidend vermogen (bijna) oneindig, als je maar de tijd neemt voor een lange zwevingperiode!


6

Voorbeeld 2: Hoe hoog is het tijdsoplossend vermogen? • Sinds ca. 100 jaar is bekend, dat de mens kleine tijdsverschillen tussen signalen aan het rechter en linker oor kan onderscheiden! • Drempelwaarden liggen bij ca. 10 µs! • Systematisch samenhang tussen stimulusfrequentie en net waarneembare verandering (JND) in interaurale tijdsverschillen (ITD) Experimentele data uit de literatuur (open symbolen) en modelberekeningen (zwarte symbolen) Bron: Breebaart, van de Par, Kohlrausch. JASA (2001), vol. 110, pg. 1089-1104, Fig. 1b.


7

Relatie minimaal hoorbaar tijdsverschil en minimaal benodigde samplingrate bij digitale geluiden • In het verleden, in de context van de discussie over de noodzaak voor veel hogere digitale samplingfrequenties (dan 48 kHz) werd soms de volgende redenering toegepast: • Het gehoor kan interaurale tijdsverschillen met een nauwkeurigheid van ca. 10 µs waarnemen. • Tijdsduur 10 µs ≈ Frequentie 100 kHz • Om tijdssignalen met een precisie van 10 µs te kunnen representeren, is dus een samplingrate van minimaal 100 kHz nodig. • Klinkt overtuigend, maar berust op een misverstand op het gebied van de digitale signaal representatie.


8

Wat is fout aan deze eis? • De pragmatische redenering: Hoe had men deze grote gevoeligheid voor ITDs überhaupt kunnen meten, als de apparatuur (vroeger analog, later digitaal) met veel lagere samplingrates dan nu geëist werkte? • De wiskundige redenering: Om een sinussignaal van, bijv. 1 kHz, volledig digitaal te kunnen representeren (met zijn amplitude en fase), is het voldoende, een samplingrate van net boven de 2 kHz te gebruiken (Nyquist theorema). • De digitaal realiseerbare tijdsvertraging wordt niet beperkt door de samplingduur (bij 2 kHz 0.5 ms). • De samplingrate heeft alleen invloed op het frequentiebereik, dat men correct (met amplitude en fase) kan weergeven!


9

Slotwoord • Psychoakoestiek is een boeiend wetenschapsgebied op de grens tussen de mens en de techniek! • Heelaas is de grote Nederlandse traditie op dit gebied (die mij lang geleden naar Nederland heeft getrokken) sterk aan het teruglopen (laatste voorbeeld TNO, Soesterberg). • Buiten de audiologische onderzoeksgroepen bestaan bijna geen actieve onderwijs- en onderzoeksactiviteiten in Nederland • Uitzondering: Mens-techniek interactie groep at TUe: http://hti.ieis.tue.nl/ • Met de, volgens officiële Nederlandse accreditatiebeoordeling, op een na beste universitaire masteropleiding van alle 202 masters in Nederland! http://universitairemasters.nl/de_beste_opleidingen/


10

Shepard pitch: hoor je wat je ziet (Escher’s onmogelijke trap)?


11

Psychoakoestiek. Universität Göttingen,

Recommend Documents