Jag tänkte ge mina ståndpunkter och funderingar gällande hörseln som perception. Detta studeras inom det ämnesområde som kallas Psykoakustik.
Jag har sett att det finns en del missuppfattningar gällande det vetenskapliga forskningsområdet Psykoakustik. Psykoakustiken studerar inte högtalare eller mikrofoner. Inom psykoakustiken studerar och forskar man gällande hörseln som mätinstrument.
Man studerar samband och skillnader mellan en akustisk fysikalisk ljudhändelse som alstrar akustiska ljudvågor och ljudupplevelsen som denna ljudhändelse gett upphov till. Det är Acoustical (sound) event och Auditory (sound) event.
Det är överföringsfunktionen av akustiska ljudvågor som input till upplevelsen av akustiska ljudvågor som output.
Psykoakustiken är en vetenskapsgren gällande hörseln.
Det finns även vetenskapsgrenar gällande synen, känseln, luktsinnet och smaksinnet.
Alla dessa innefattas i den vetenskapliga gren som heter Psykofysik.
Så, psykoakustiken är således den del av psykofysiken som gäller hörseln.
Psykoakustik har således inget att göra med att jämföra hifi-pryttlar med varandra, typ högtalare. Vill man läsa högtalartester så får man läsa hifi-tidningar.
Vill man läsa om hörseln så får man läsa forskningsrapporter inom psykoakustik.
Kort inledningInput till hörseln är fysikaliska akustiska signaler, till skillnad från elektriska signaler. Båda dessa domäner tillhör Fysik. Inom fysiken ingår även mekaniken. En speciell del av mekaniken kallas hållfasthetslära. En annan del av fysiken kallas termodynamik.
Elektroniken/elektroteknik behandlar elektriska signaler. Elektriska signaler utgörs av elektromagnetiska vågor. Då ingår en konstant som kallas ljusets hastighet i vacuum då man räknar på elektromagnetiska vågor som bärare av information. Då kan man räkna på frekvens och våglängd. Information är kod som på något sätt har kodats. Är koden ursprunglig kallas den källkod. Källkod kan kodas om i många steg och processer. Information ligger alltid som kod. Denna kod skall på något sätt behandlas och i slutänden avkodas. Vid avkodning så gäller det att avkodaren/decoder får en signal som avkodaren känner igen så mycket som möjligt av så att källkoden ånyo kan uppstå efter avkodning.
Då
elektriska signaler transformeras till
mekaniska signaler är det en form av vågrörelse som övergår till en annan form av vågrörelse: Från elektromagnetiska vågor till mekaniska vågor.
Exempel på detta är då den elektriska strömmen genom en talspole i ett dynamiskt högtalarelement ger upphov till en mekanisk rörelse av högtalarmembranet. Den mekaniska rörelsen fortskrider i det mekaniska materialet med en hastighet som ges av vågens hastighet i just det mekaniska materialet. I ett dynamiskt högtalarelement utgörs det mekaniska av talspole med bobin samt membran och däremellan liggande limfog.
Det mekaniska ingår i ett mekaniskt svängande system som utgörs av den mekaniska storheten massa med enheten kg samt en fjäder med tillhörande fjäderkonstant. Massa och fjädring bildar ett svängande system med resonans med given resonansfrekvens och Q-värde samt given resistiv dämpning. Man har både en reaktans och en resistans i systemets parametrar.
Den mekaniska rörelsen tillhör området mekanik.Det svängande Högtalarmembranet i sin tur ”puttar” på luftmolekylerna närmast membranet som då får en given hastighet genom acceleration av membranet. Talspole och Membran rör sig som en kolv i ett svängande system. Kolvrörelsen sker upp till en viss frekvens som ges av då membranet bryter upp och inte längre rör sig som en stel kolv. En kolvrörelse är fram och åter utmed en linje.
Input till kolven är att ses som en punkt. En punkt har noll dimensioner. Det är en skalär storhet och uttrycks som en spänning med enheten volt.
En kolv rör sig i 1 dimension d v s rörelsen är en linje.
Från elektrisk skalär insignal med noll dimension har vi transformerat signalen till mekanisk signal med rörelse i 1 dimension. Eftersom det handlar om hastighet i en dimension så handlar det om en hastighetsvektor och accelerationen blir likaså en vektor. Dessa är vektorstorheter där vektorn har en och endast en vinkel, d v s On-axis, fast med 2 diametralt motsatta riktningar, fram och åter där jämviktsläget blir lika före och efter. Detta får till följd att då Input är en positiv spänning så är framsidan på membranet med positiv polaritet på tryck, medan baksidan på membranet/kolven har negativ polaritet på tryck. Här skall beaktas att jämvikt på insignal är DC = 0 volt medan akustisk jämvikt är det statiska lufttrycket som varierar vid högtryck eller lågtryck. Det är alltså en enorm DC-komponent med i den akustiska domänen. Denna DC-komponent bör filtreras bort i beräkningar och det gör man genom att istället för tryck, som mäts i Pascal med linjär skala, använda sig av ljudtryck SPL och då med logaritmisk skala i form av dB.
Det mekaniska systemet puttar på luftmolekyler där luftmolekylerna
närmast membranet rör sig med membranets hastighet fram och åter enligt membranets/talspolens endimensionella kolvrörelse.
Då dessa luftmolekyler krockar med nästkommande luftmolekyler så bildas en våg i luften med ett tryck. Det kan ses som en vågfront eller ljudtrycksfront. Det är luftmolekyler som krockar med andra luftmolekyler. Denna ljudvåg i luften fortskrider med ljudvågors hastighet i luften. I luften kallas vågorna för akustiska ljudvågor. (I princip är mekaniska ljudvågor samma sak som akustiska ljudvågor men för mitt vidare resonemang särskiljer jag mellan mekaniska vågor i fast eller flytande materia kontra akustiska vågor i gas.)
Akustiska ljudvågor som alstras av den kolvformade endimensionella mekaniska membranrörelsen på ett dynamiskt högtalarelement har den egenskapen att vara
tredimensionella. Det bildas en sfärisk vågrörelse som utbreder sig sfäriskt. Detta gäller upp till en viss frekvens som dock inte direkt har att göra med uppbrytning av membranet, utan däremot på membranets diameter eller snarast omkrets.
Den kolvformade endimensionella mekaniska rörelsen har blivit till en sfärisk tredimensionell akustisk rörelse i form av en sfärisk akustisk ljudvåg. Som sagt, detta gäller under en viss frekvens som kan beräknas utifrån kolvens fysiska storlek d v s membranets diameter som ger dess omkrets. Tål att upprepas.
Från en ursprunglig punkt d v s med noll dimension gällande en elektromagnetisk våg har vi kommit till en akustisk våg i form av en sfär med vågutbredning i 3 dimensioner. Detta har skett via ett enda dynamiskt högtalarelement med kolvrörelse i 1 dimension. (
Rätt extraordinärt egentligen och det får ganska stora konsekvenser värt att komma ihåg längre fram i kommande inlägg då jag kommer till vissa parametrar.)
Dock, mellan 1 dimension (längd )och 3 dimensioner (volym) finns även en tvådimensionell rörelse d v s från en yta. Membranet har en yta. En yta som är plan har 2 dimensioner. Ser man membranets yta som en plan parallell rörelse utmed ytan vilket man måste göra
över en viss frekvens d v s denna frekvens jag tidigare pratat om, så fortskrider den akustiskt alstrade ljudvågen vinkelrätt från denna yta och en plan ljudvåg har då alstrats längs med On-axis på högtalarelementet.
Så, under en viss frekvens alstras en sfärisk akustisk ljudvåg och över en frekvens alstras en plan akustisk ljudvåg från den kolvformade mekaniska rörelsen, så länge rörelsen är kolvformad. Det är en förutsättning och förenkling av problematiken.
Övergången från sfärisk ljudvågsutbredning till plan ljudvågsutbredning är ett frekvensmässigt brett övergångsområde. Inom elektroakustiken sker detta då det så kallade vågtalet k = 2π/λ = ω/c där c = ljudvågens hastighet, λ=våglängden, ω = 2πf.
Vågtalet uppträder då ofta tillsammans med någon karakteristisk längddimension r=radie (eller x) som en faktor k*r.
Om k*r<< 1 kan man säga, att systemet i fråga är 'akustiskt litet',
om k*r>> 1 att det är 'akustiskt stort',
och i båda dessa fall brukar man kunna göra förenklingar.
Har man en cirkulär yta med radien r så motsvarar k*r = 1 att våglängden = omkretsen. Med denna formel kan man räkna ut när ett högtalarmembran börjar få en riktad vågutbredning i stället för en sfärisk.
Efter att fysikaliska akustiska ljudvågor med kodad information fortskridit genom luften så når vågorna en akustisk/mekanisk ljudvågsmottagare. Ljudvågsmottagaren är antingen i form av en mikrofon och/eller en lyssnare.
Analyserar man de akustiska ljudvågorna via mikrofon som mätinstrument så kallas detta ämnesområde för elektroakustik.
Analyserar man de akustiska ljudvågorna via hörseln så används hörseln som mätinstrument.
Analyserar man då själva hörseln så som det vore ett mätinstrument så kallas detta ämnesområde för psykoakustik.
Vill man studera en överföringsfunktion mellan det akustiska fenomenet ljud och det upplevda fenomenet ljud så krävs det att man bygger en bro mellan den elektroakustiska domänen och den psykologiska domänen där kunskapen gällande mätinstrumentet för den psykologiska domänen tillhör vetenskapsgrenen psykoakustik.
Psykoakustiken strävar att kartlägga sambandet mellan fysikaliska egenskaper hos ljud som mäts med mikrofon och motsvarande upplevelser av ljud, subjektiva eller perceptuella mått som mäts med hörseln.
Då måste man behärska båda domänerna. En bro måste förankras på båda sidorna. Det gör forskare inom Psykoakustik och speciellt då man arbetar i team där de ingående forskarna i teamet kompletterar varandra från deras olika specifika specialistområden. Det är så man jobbar inom psykoakustiken. Det är team med 1 ledare. Ledaren kan vara elev på en högskola som gör en doktorsavhandling. Professorn är då personen som gör en peer review tillsammans med andra.
Men, hörselprocessen innefattar ytterligare en domän. Något händer innanför pannbenet. Då de akustiska ljudvågorna transformeras till mekaniska vågor i fast material i mellanörat som sedan transformeras till mekaniska ljudvågor i vätska i innerörat som därefter transformeras till passiva elektrokemiska impulser i hårcellerna via mekanisk rörelse av små hår. Dessa elektrokemiska passiva nervimpulser i hårcellerna ”transformeras” till kemisk signalsubstans i synapserna som är övergångsområdet från en nerv till en annan nerv. I detta fall från en hårcell till en neuron. Från presynaps till synaps till postsynaps. Efter synapsen som i litteratur kallas postsynaptisk så uppstår postsynaptiska impulser i målnerver i det centrala nervsystemet (CNS) som kallas neuroner och i dessa neuroner är impulserna inte passiva utan aktiva. Då kallas nervimpulserna för aktionspotentialer, action potentials på engelska.
Så, nu har information/kod kommit in i nervsystemet och skall på ett eller annat sätt föras vidare mot olika delar i hjärnan så att korrekt avkodning av den inkommande koden kan ske. Det är ett stort sorteringsarbete.
Så länge det är underliggande kod som behandlas i hjärnan inför slutlig avkodning så är det ännu inte upplevt ljud.
Denna del av hela processen studeras inom neurovetenskapen av neurologer, neurofysiologer och neuroforskare, neuroscientists.
Då den akustiska ljudkoden har avkodats och blivit till medveten varseblivning av ljud i form av ljudupplevelse så är analysen nästan klar. Det finns ett moment till.
Det återstår då endast att dokumentera ljudupplevelsen genom att verbalisera analysen i form av att förklara upplevelsen med ord, t.ex. vass diskant, otydliga vokaler, ljudbild med lokalkänsla, rytm, mamma som låter glad, eller så kan genom att beskriva ljudupplevelsen med andra tecken än ord. Det kan vara att man pekar i en riktning varifrån man upplever ljudet komma, men det kan också vara att skriva ned partituret på musiken man hör, men det sker i så fall i en ytterligare överlagrad kod. Nästa ytterligare steg av överlagrad kod är känslor, typ: mamma glad.
Oavsett vilket så kan de akustiska ljudvågorna mätas med mikrofon eller mätas med hörseln. Båda instrumenten registrerar akustiska ljudvågor.
Registrering via mikrofon kallas objektiv mätning. Registrering via öron kallas subjektiv mätning.
Vill man eliminera brus och/eller annan ovidkommande deterministisk subjektiv kod/information i den subjektiva mätningen så görs mätningen via öron och hörsel i form av blindtest. Man vet inte vad man lyssnar på. Vill man dessutom undvika att försöksledaren skall kunna påverka den subjektiva mätningen så görs mätningen även blint ur försöksledarens synvinkel.
Detta är inget konstigt. Vanlig basal kunskap inom psykoakustiken/psykofysiken.
Beroende på hur noga man söker neurologiska förklaringsmodeller så har man med neurologer i teamet vid psykoakustiska undersökningar. Inget konstigt med det. Standard procedur.
För att få en mer personlig insikt i ämnet psykoakustik så tar jag med även följande information. Den är från ett inlägg i en annan tråd.
Det finns många duktiga personer inom psykoakustiken, varav Jens Blauert är en, Hugo Fastl en annan, Eberhard Zwicker en tredje och Brian C.J. Moore är en fjärde. Sedan finns ett hundratal till där uppe inom psykoakustikstratosfären.
Låt oss titta på Psykoakustiker och den balans som råder mellan olika gebit inom forskningen. Nedan är en samling forskare inom psykoakustik d v s akustik och hörsel. Det är mycket kompetenta forskare.
Det är bl.a. dessa som forskar inom psykoakustiken och som skriver böcker och artiklar i ämnet. Floyd Toole finns inte ens med på en top 500-lista som jag ser det. Han nämns ofta i hifi-sammanhang och det är ok.
Boken nedan tror jag ingen på forumet ens känner till och således aldrig studerat. Det är dock en av de bättre böckerna i ämnet. Den är inte lätt att tränga igenom.
Man kan kolla vilka som är författare och vilket specialistområde de tillhör, medicin, psykologi, neurofysiologi, elektroakustik, akustik, AI, Statistik, etc.
Jag har lusläst det mesta i den boken. Den kräver förkunskaper som heter duga. Blauerts bok rekommenderas. Moores bok likaså, men även några hundra artiklar och andra böcker med intro från psykologi och medicin innan man börjar läsa denna om man skall kunna tillgodogöra sig informationen. Jag har boken i Hard Cover. Jag vill helst ha alla böcker jag läser i hard cover. Det blir dock väsentligt dyrare.
- Binaural and spatial hearing in real and virtual environments_72.jpg (291.47 KiB) Visad 9270 gånger
https://www.amazon.com/Binaural-Spatial-Hearing-Virtual-Environments-dp-0805816542/dp/0805816542/ref=mt_other?_encoding=UTF8&me=&qid=Här är ett foto på personerna, så man kan se hur de ser ut.
- Binaural and spatial hearing in real and virtual environments contributors.jpg (102.63 KiB) Visad 9270 gånger
Nedan är en numrerad bild på forskarna inom psykoakustiken som varit delaktiga till denna bok samt en oerhört stor mängd av samtliga böcker eller artiklar på området psykoakustik.
Några av er kommer känna igen flera av namnen.
- Biocommunications -1a.gif (690.12 KiB) Visad 9270 gånger
Nedan är en lista som jag kopierat och iordningställt gällande deras specialistområden och skolor som de undervisar på.
Det jag gulmarkerat är specialister inom tekniksidan av psykoakustik d v s elektroakustik och akustik. Deras titlar är Doktor och eller Professor.
Det lila är Psykoakustiker från medicin, neurofysiologi och psykologi.
Det rosa vet jag inte, men jag tippar att AL står för alumni. Men även de behövs och har stor kunskap som är behövlig.
Här finns 1 gulmarkering och det är Jens Blauert. Hans böcker och forskning omnämns undantagslöst av alla inom psykoakustiken.
13 st är från psykologi/medicin/neurofysiologi.
- Contributors 1A.jpg (797.25 KiB) Visad 9270 gånger
Här är 6 st. gulmarkerade och 10 st lila.
- Contributors 2A.jpg (766.41 KiB) Visad 9270 gånger
Här är 1 gulmarkerad och 11 st. lila markerade.
- Contributors 3A.jpg (804.28 KiB) Visad 9270 gånger
Här är 1 gulmarkerad och 10 st. lilamarkerade.
- Contributors 4A.jpg (707.75 KiB) Visad 9270 gånger
Totalt är det 9 st. gulmarkerade d v s från den tekniska sidan om bron och 44 st. lilamarkerade varav flera inom neurofysiologin d v s från den medicinska psykologiska sidan om bron. Sedan är det några i orange. Alla behövs för att det skall bli en vettig balans.
Som man kanske kan förstå så är det här med ljud en besynnerlig mix och en flerstegsraket innan fenomenet ljud blir till en medveten varsebliven perception. Är perceptionen distinkt, "korrekt" och klar så är det många saker i processflödet som måste skett så felfritt som möjligt där källkoden lyckats knäckas fram i avkodaren. Då måste all kod från ljudåtergivningskedjan vara inriktad på avkodarens speciella förmågor så att den akustiska ljudkällkoden tillrättaläggs vid avlyssning på ett för avkodaren lämpligt sätt.
Avkodaren är hörseln. Kunskapen om avkodaren fås genom Psykoakustiken. Psykoakustiken består av en mängd vetenskapliga grenar där neurofysiologin räknas med, men alla grenar tillsammans är en förutsättning för förståelse.
Mvh
Peter
VD Bremen Production AB + Ortho-Reality AB; Grundare av Ljudbutiken AB; Fd import av hifi; Konstruktör av LICENCE No1 D/A, Bremen No1 D/A, Forsell D/A, SMS FrameSound, Bremen 3D8 m.fl.
