Artikler / Hørelsen

Hørelsen

 
 
Af Arne Rodahl
 
 
Beskrivelsen af den måde vi opfatter lydgengivelse på, kan inddeles i de målbare objektive opfattelser og de subjektive opfattelser der kan være individuelle fra person til person. 
 
 
Ørekurverne (Fletcher og Munson)
 
Ørekurverne er objektive fakta og bygger på videnskabelige målinger af hørelsens frekvensbalance ved forskellige lydtryk.
  
Equal-loudness contour er betegnelsen for lydtryk ( dB SPL ) over et frekvens spektrum, som en lytter opfatter som en konstant lydstyrke, når det præsenteres med rene konstante toner.
 
 
                         
 
Frekvensområdet
Hørelsens opfattelse af frekvensspektoret er objektivt og bygger på enkle test med en  frekvensgenerator typisk i frekvensområde 20 - 20.000 Hz.
 
Hvor høj frekvens kan man høre?
I takt med, at vi bliver ældre, daler vores evne til at høre høje toner - eller lyd med høj frekvens. Udviklingen er helt naturlig og sker for os alle, fordi sansecellerne i vores ører (de såkaldte hårceller) ældes. Aldersbetinget høretab (presbyacusis) sætter allerede ind fra  18-års alderen og tiltager gradvist derefter.
 
Test, hvor høje frekvenser du kan opfange, her: 
 
 
  
Forvrængning
 
De objektiv forvrængningsformer
 
Harmonisk forvrængning betegner en uønsket egenskab ved en signaltransmission, hvorved harmoniske svingninger tilføjes det oprindelige signal. En svingning på eksempelvis 1000 Hz vil efter transmissionen bestå af det oprindelige signal på 1000 Hz plus komponenter på 2000 Hz, 3000 Hz og højere, hvilket kaldes for en harmonisk række. De nye frekvenskomponenter kaldes også for overtoner.
Den harmoniske forvrængning skyldes at indgangssignalet ikke overføres til udgangen på transmissionssystemet som en præcis kopi af indgangssignalet, men forvrænges af en ikke-lineær relation.Betegnelsen benyttes ofte til at dokumentere kvaliteten af en elektronisk forstærker, men det er især ved omformning af et signal mellem to repræsentationsformer (to energiformer, se transducer) at der opstår en betydende harmonisk forvrængning. Indenfor det hørbare område er en højttaler et typisk eksempel på en ikke-lineær transducer, hvor et elektrisk signal via et mekanisk system omformes til et akustisk signal.
Eksempler på de ulineære komponenter er højttalerens magnetfelt og membranophæng samt selve det medium (luft) der bærer signalet frem til lytteren, hvis auditoriske system selv tilfører en vis forvrængning. Den nedre grænse for hørbarhed er cirka 1 %, dog meget afhængig af lydstyrke, tonehøjde og forstyrrende signaler (maskering), samt af de personlige egenskaber med hensyn til høresansen.Indenfor mekaniske systemer kan eksempelvis måling af væskestrømning (flow) være belastet af friktion så transducerens udgangssignal er nul under en nedre grænse.
 
Ulinearitet
Harmonisk forvrængning skyldes at signaltransmissionen ikke er lineær, men derimod indeholder led af højere orden. En signaltransmission kan beskrives som en serie af led, hvor u(t) er udgangens tidsrespons på indgangens signal s(t) . Leddet a0 er en konstant forskydning, der ikke har betydning for en undersøgelse af den harmoniske forvrængning i signaltransmissionen, men som kan illustrere at signalet flyttes over et potentiale. Leddet a1 repræsenterer den ønskede egenskab ved signaltransmissionen, nemlig en lineær transformation af signalet (forstærkning eller dæmpning og dertil relationen mellem de to systemers enheder). Leddene a2 og højere repræsenterer den uønskede egenskab (forvrængning) hvor værdien af konstanterne angiver hvor alvorlig forvrængningen er. Det er muligt at benytte andre repræsentationsformer end den viste serie af led.
 
 
Ved beregning af den harmoniske forvrængning benyttes normalt et sinusformet signal, der er eksemplificeret ved en cosinussvingning med amplituden og vinkelfrekvensen.
 
Total harmonisk forvrængning
Den totale harmoniske forvrængning (THD = Total Harmonic Distortion) for et system betegner kvaliteten af en signaltransmission ved at medtage flere af de harmoniske komponenter, som et minimum anden og tredje harmoniske.
 
Cross-over forvrængning
En meget generende type forvrængning opstår ved klasse B effektforstærkere, hvor udgangstrinnet ikke er opbygget korrekt, og i stedet for en jævnt tiltagende ulinearitet ved stigende styrke af signalet har en diskontinuitet omkring nul. I værste fald vil de svageste signaler ikke blive transmitteret, mens en mildere form for cross-over forvrængning udviser faldende forstærkning af et signal nær nul. Det medfører at bliver en funktion af signalets øjebliksværdi og det komplicerer ovenstående fremstilling. Den resulterende forvrængning er kraftigst ved svag signalstyrke og er meget trættende at lytte til. Problemet var mest udbredt i ældre effektforstærkere med bipolære transistorer, men var også kendt ved de tidligere forstærkere med radiorør, idet man gik væk fra et enkelt radiorør i klasse A og over til to radiorør i klasse B for at opnå højere udgangseffekt. Cross-over forvrængning var også et problem i den analoge båndoptager, hvor magnetiseringen af båndets jernoxydpartikler ikke var lineær, og det problem blev søgt løst ved at indføre en højfrekvens bias.
 
Interferens forvrængning
- et kompleks fænomen der optræder ved fremførelse af musik "live" eller ved gengivelse via højttalere (især omkring delefrekvenser) og elektrisk i forstærkere m.m.
Interferens ved fremførelse af musik "live" er en naturlig del af musikkens lydbillede, hvorimod interferens der opstår i hi-fianlæg, især højttalere, kan være stærk generende.
Problemet kan imidlertid være at skelne mellem interferensens opståen. Er det fra musikken "live" eller er det fra hi-fi-anlægget? 
    
Når to eller flere harmonisk svingende fænomener af samme beskaffenhed (f.eks. elektriske signaler, eller bølger af lyd eller lys) blandes, adderes de enkelte "bidrag" bogstavelig talt til et nyt signal: Denne sammenblanding kaldes for interferens, og resultatet heraf kan være "ingenting" (fravær af resulterende bølge eller signal), eller svingninger med "nye" amplituder og/eller frekvenser.
 
 
Konstruktiv og destruktiv interferens
Ved interferens mellem to signaler eller bølgefænomener med ens frekvenser, vil det eventuelle resulterende signal/bølgeudslag have samme frekvens som de to kilder. Amplituden (størrelsen på udslaget) af "blandingen" kan til gengæld variere, og afhænger dels af de to "bidrags" amplituder, dels af forskellen i fase på de to signaler eller bølger.
 
Konstruktiv interferens
- bølgerne forstærker hinanden.
Konstruktiv interferensHvis de to signaler svinger i takt, er faseforskellen 0°, eller 0 rad: I denne situation er udslagende hhv. "i top" og "i bund" samtidigt, og resultatet bliver således et signal med en amplitude der er lig med summen af de to "bidrags" amplituder. Interferens ved disse omstændigheder kaldes for konstruktiv interferens.
 
Destruktiv interferens
- bølgerne udslukker hinanden.
Destruktiv interferens"Forsinker" man nu det ene signal, så det svinger "i modtakt" med det andet, bliver faseforskellen 180°, eller π rad: Så "mødes" bølgetoppe fra det ene signal med bølgedale fra det andet signal—signalerne bliver trukket fra hinanden, og slutresultatet bliver et signal hvis amplitude er den numeriske differens mellem de to bidragende signalers amplituder. Er de to signaler lige store, udslukker de fuldstændig hinanden, og man taler da om destruktiv interferens.
 
  
Måling
Den harmoniske forvrængning kan måles med et dertil egnet apparatur.Den mest almindelige metode er brug af Fourier-transformation hvor et målesignal opløses i frekvenskomponenter. Et moderne oscilloskop indeholder ofte den algoritme, der kræves for transformationen, og ellers kan signalet typisk overføres gennem USB til en computer for analyse i et matematisk program eller et af de mange analyseprogrammer, der kan hentes fra Internettet.
 
De subjektive forvrængningsformer
... er forvrængninger i hi-fi-anlæg, der opfattes forskelligt fra person til person.
Eksempler:
Frekvensbalance (bas, mellemtone, diskant)