Gleichberechtigte Kontur

Equal-loudness contours from ISO 226:2003 shown with original ISO standard.
ISO Gleichzeitige Konturen mit Häufigkeit in Hz.

Ein Gleichberechtigte Kontur ist ein Maß von Schalldruckpegel, über dem Frequenz Spektrum, für das ein Zuhörer eine Konstante wahrnimmt Lautstärke wenn mit reinen konstanten Tönen präsentiert.[1] Die Messeinheit für Lautstärke ist die Phon und wird durch Bezugnahme auf gleiche Konturen angekommen. Per Definition sollen zwei Sinuswellen unterschiedlicher Frequenzen gleich lautstark gemessen werden, wenn sie von einem durchschnittlichen jungen Menschen ohne signifikante Hörbehinderung als gleichermaßen laut wahrgenommen werden.

Das Fletcher -Munson -Kurven sind eines von vielen Sätzen von gleichlosen Konturen für das menschliche Ohr, das experimentell durch bestimmt wurde Harvey Fletcher und Walene A. Munson und berichtete in einem Papier von 1933 mit dem Titel "Lautstärke, seine Definition, Messung und Berechnung" in der Zeitschrift der Acoustical Society of America.[2] Fletcher -Munson -Kurven wurden ersetzt und in neuere Standards aufgenommen. Die endgültigen Kurven sind diejenigen, die in definiert sind ISO 226 von dem Internationale Standardisierungsorganisation, die auf einer Überprüfung moderner Bestimmungen in verschiedenen Ländern basieren.

Verstärker Oft verfügen über eine "Lautstärke" -Taste, die technisch als technisch bekannt ist LautstärkeausgleichDas steigert niedrige und hochfrequente Komponenten des Klangs. Diese sollen die scheinbare Lautstärke bei diesen Frequenzen ausgleichen, insbesondere bei niedrigeren Volumenniveaus. Die Steigerung dieser Frequenzen erzeugt eine flachere Kontur, die selbst bei geringem Volumen lauter zu sein scheint, und verhindern, dass der wahrgenommene Klang von den mittleren Frequenzen dominiert wird, in denen das Ohr am empfindlichsten ist.

Fletcher -Munson -Kurven

Lindos4.svg

Die erste Untersuchung zum Thema, wie das Ohr auf verschiedenen Ebenen unterschiedliche Frequenzen hört, wurde 1933 von Fletcher und Munson durchgeführt. Bis vor kurzem war es üblich, den Begriff zu sehen Fletcher -Munson Wird verwendet, um sich im Allgemeinen auf Konturen der gleichen Laut zu beziehen, obwohl Robinson und Dadson 1956 eine Neubestimmung durchgeführt wurden, was zur Grundlage für einen ISO 226-Standard wurde.

Es ist jetzt besser, den generischen Begriff zu verwenden Gleichberechtigte Konturen, von denen die Fletcher-Munson-Kurven jetzt eine Untereinstellung sind,[3] und zumal eine Umfrage von 2003 von ISO die Kurven in einem neuen Standard neu definiert.[4]

Experimentelle Bestimmung

Das Mensch Das auditive System ist empfindlich gegenüber Frequenzen von etwa 20 Hz zu maximal etwa 20.000 Hz, obwohl die obere Hörgrenze mit dem Alter abnimmt. Innerhalb dieses Bereichs die menschliches Ohr ist zwischen 2 und 5 empfindlichsten KHz, hauptsächlich aufgrund der Resonanz der Gehörgang und die Übertragungsfunktion des Ossikeln des Mittelohrs.

Fletcher und Munson haben zuerst die gleichen Konturen gemessen Kopfhörer (1933). In ihrer Studie hörten Testpersonen reine Töne bei verschiedenen Frequenzen und über 10 dB Inkremente der Stimulusintensität an. Für jede Frequenz und Intensität hörte der Hörer auch einen Referenzton bei 1000 Hz an. Fletcher und Munson stellten den Referenzton an, bis der Hörer feststellte, dass es die gleiche Lautstärke wie der Testton war. Lautstärke, die eine psychologische Menge ist, ist schwer zu messen, daher haben Fletcher und Munson ihre Ergebnisse gegenüber vielen Testpersonen gemittelt, um angemessene Durchschnittswerte abzuleiten. Die niedrigste Kontur mit gleicher Lautstärke repräsentiert den ruhigsten hörbaren Ton-der Absolute Hörschwelle. Die höchste Kontur ist die Schmerzschwelle.

Churcher und King führten 1937 eine zweite Entschlossenheit durch, aber ihre Ergebnisse und Fletcher und Munsons zeigten erhebliche Unstimmigkeiten über Teile des Hördiagramms.[5]

1956 Robinson und Dadson produzierte eine neue experimentelle Bestimmung, die sie für genauer hielten. Es wurde die Grundlage für einen Standard (ISO 226), der bis 2003 als endgültig angesehen wurde, als ISO den Standard auf der Grundlage der jüngsten Bewertungen durch Forschungsgruppen weltweit überarbeitete.

Jüngste Überarbeitung, die auf eine genauere Bestimmung abzielt - ISO 226: 2003

Wahrgenommene Diskrepanzen zwischen frühen und neueren Bestimmungen führten die Internationale Standardisierungsorganisation (ISO) Um die Standardkurven in ISO 226 zu überarbeiten. Als Reaktion auf Empfehlungen in einer Studie, die vom Forschungsinstitut für elektrische Kommunikation der Tohoku University, Japan, koordiniert wurde. Die Studie führte zu neuen Kurven durch die Kombination der Ergebnisse mehrerer Studien - von Forschern in Japan, Deutschland, Dänemark, Großbritannien und den USA. (Japan war der größte Beitrag mit etwa 40% der Daten.)

Dies hat dazu geführt, dass eine neue Reihe von Kurven, die als ISO 226: 2003 standardisiert wurden, die Akzeptanz geführt haben. Der Bericht kommentiert die überraschend großen Unterschiede und die Tatsache, dass die ursprünglichen Fletcher-Munson-Konturen besser mit den jüngsten Ergebnissen übereinstimmen als der Robinson-Dadson, der sich um bis zu 10–15 dB, insbesondere in der Niederfrequenz, zu unterscheiden scheint Region, aus nicht erklärten Gründen.[6]

Laut dem ISO -Bericht waren die Ergebnisse von Robinson -Dadson die ungeraden Ausgaben, die sich mehr vom aktuellen Standard unterscheiden als die Fletcher -Munson -Kurven. Der Bericht besagt, dass es das Glück ist, dass die 40-Phon Fletcher -Munson -Kurve, auf der die A-Gewicht Der Standard stellte sich heraus, dass sich mit modernen Bestimmungen übereinstimmte.[4]

Der Bericht kommentiert auch die großen Unterschiede in der Niederfrequenzregion, die unerklärt sind. Mögliche Erklärungen sind:[4]

  • Die verwendeten Geräte wurden nicht ordnungsgemäß kalibriert.
  • Die Kriterien, die zur Beurteilung der gleichen Lautstärke bei verschiedenen Frequenzen verwendet wurden, waren unterschiedlich.
  • Die Probanden wurden tagelang nicht ordnungsgemäß im Voraus ausgeruht oder lauten Geräuschen bei der Reise zu den Tests ausgesetzt, die das anspannten Tensor Tympani und Stapedius Muskeln Steuerung der mechanischen Kupplung mit niederfrequenter Frequenz.

Seiten- und Frontalpräsentation

Real-Life-Sounds aus einer einigermaßen entfernten Quelle kommen als planare Wellenfronten ein. Wenn die Klangquelle direkt vor dem Hörer liegt, erhalten beide Ohren die gleiche Intensität, aber bei Frequenzen über etwa 1 kHz wird der Klang, der in den Gehörgang eintritt Kopfschattenund auch stark von der Reflexion von der abhängig Pinna (Ohrmuschel). Off-Center-Sounds führen zu einer erhöhten Kopfmaskierung an einem Ohr und subtilen Änderungen der Wirkung der Pinna, insbesondere am anderen Ohr. Dieser kombinierte Effekt von Kopfmasking und Pinna-Reflexion wird in einem Satz von Kurven im dreidimensionalen Raum quantifiziert, der als als bezeichnet wird Kopfbezogene Transferfunktionen (HRTFS). Die frontale Präsentation wird nun als bevorzugt angesehen, wenn sie kontinuierliche Konturen abgeben, und der neueste ISO-Standard basiert speziell auf der frontalen und zentralen Präsentation.

Weil kein HRTF an normalem Kopfhörerhörer beteiligt ist, die mit den gleichen Lautstücken abgeleiteten mithilfe von Kurven Kopfhörer sind nur für den Sonderfall des sogenannten sogenannten Falles gültig Nebenpräsentation, so hören wir normalerweise nicht.

Die Robinson -Dadson -Bestimmung verwendet Lautsprecherund lange Zeit wurde der Unterschied zu den Fletcher -Munson -Kurven teilweise auf der Grundlage erklärt, dass letztere Kopfhörer verwendeten. Der ISO -Bericht listet jedoch tatsächlich die letztere als verwendet auf entschädigt Kopfhörer, obwohl es nicht klar macht, wie Robinson - Dadson erreicht hat Vergütung.

Kopfhörer gegen Lautsprecher -Tests

Gute Kopfhörer, die am Ohr gut versiegelt sind, liefern eine flache Niederfrequenzdruckreaktion auf den Gehörgang mit geringer Verzerrung sogar bei hohen Intensitäten. Bei niedrigen Frequenzen ist das Ohr rein druckempfindlich, und der Hohlraum zwischen Kopfhörern und Ohr ist zu klein, um modifizierende Resonanzen einzuführen. Kopfhörertests sind daher ein guter Weg, um Konturen von gleicher Loye unter etwa 500 Hz abzuleiten, obwohl Reservierungen über die Gültigkeit von Kopfhörermessungen ausgedrückt wurden Erhöhte Empfindlichkeit gegenüber dem Blutfluss im Ohr, das das Gehirn unter normalen Hörbedingungen zu maskieren scheint. Bei hohen Frequenzen wird die Kopfhörermessung unzuverlässig, und die verschiedenen Resonanzen von Pinnae (äußere Ohren) und Gehörkanäle werden durch die Nähe des Kopfhörerhohlraums stark beeinträchtigt.

Mit Sprechern ist das Gegenteil wahr. Ein flacher Niederfrequenzgang ist schwer zu erhalten-außer im freien Raum hoch über dem Boden oder in einem sehr großen und Anechoic Chamber Das ist frei von Reflexionen bis 20 Hz. Bis vor kurzem,[wenn?] Es war nicht möglich, bei Frequenzen auf 20 Hz ohne hohe Spiegel an hohen Werten zu erreichen Harmonische Verzerrung. Noch heute dürften die besten Redner etwa 1 bis 3% der gesamten harmonischen Verzerrung erzeugen, was 30 bis 40 dB unter grundlegender Bedeutung entspricht. Dies ist nicht gut genug, angesichts des steilen Anstiegs der Lautstärke (auf 24 dB pro Oktave) mit der Frequenz, die durch die gleichen Krümmungskurven unter etwa 100 Hz zeigt. Ein guter Experimentator muss sicherstellen, dass Versuchsthemen die grundlegenden und nicht die Harmonischen wirklich hören - insbesondere die dritte Harmonische, was besonders stark ist, da die Reise eines Sprecherskegels begrenzt wird, wenn seine Suspendierung die Konformitätsgrenze erreicht. Ein möglicher Weg um das Problem besteht darin, die akustische Filterung, wie beispielsweise durch Resonanzhöhle, im Lautsprecher -Setup zu verwenden. Ein flacher Reaktion auf das freie Feld mit hohem Frequenz von bis zu 20 kHz hingegen ist mit modernen Lautsprechern auf der Achse vergleichsweise einfach zu erreichen. Diese Effekte müssen berücksichtigt werden, wenn die Ergebnisse verschiedener Versuche zur Messung von Konturen der gleichen Lautstärke verglichen werden.

Relevanz für Schallpegel und Rauschmessungen

Das A-Gewicht Kurve - weit verbreitete Verwendung für Rauschmessung-soll auf der 40-Phon-Fletcher-Munson-Kurve basieren. Untersuchungen in den 1960er Jahren zeigten jedoch, dass die Bestimmungen der mit reinen Töne hergestellten Bestimmungen für die Wahrnehmung von Rauschen nicht direkt relevant sind.[7] Dies liegt daran Kritische Bande. Die Hochfrequenzbänder sind absolut breiter als die Niederfrequenzbänder und "sammeln" daher proportional mehr Leistung von einer Rauschquelle. Wenn jedoch mehr als ein kritisches Band stimuliert wird, fügen die Signale des Gehirns die verschiedenen Bänder hinzu, um die Eindrücke der Lautstärke zu erzeugen. Aus diesen Gründen zeigen die mit Geräuschbanden abgeleiteten gleichen Lautstärke eine Neigung über 1 kHz und eine Abwärtsneigung unter 1 kHz im Vergleich zu den mit reinen Tönen abgeleiteten Kurven.

Verschiedene Gewichtungskurven wurden in den 1960er Jahren abgeleitet, insbesondere als Teil der LÄRM 4550 Standard für Audioqualitätsmessung, die sich von der A-Gewicht-Kurve unterschieden und mehr einen Höhepunkt von 6 kHz zeigte. Diese gaben ein aussagekräftigeres subjektiveres Maß an Lärm für Audiogeräte, insbesondere für die neu erfundenen Kompakte Kassette Bandrekorder mit Dolby Rauschreduktion, die durch ein Rauschspektrum gekennzeichnet war, das von den höheren Frequenzen dominiert wurde.

BBC -Forschung Durchführte Hörversuche, um die beste Kombination für Gewichtungskurve und Gleichrichter für die Verwendung bei der Messung von Rauschen in Rundfunkgeräten zu finden, und die verschiedenen neuen Gewichtungskurven im Zusammenhang mit Rauschen und nicht zu Tönen zu untersuchen, was bestätigt, dass sie viel gültiger als A-Gewicht waren beim Versuch, die subjektive Lautstärke zu messen. Diese Arbeit untersuchte auch die Reaktion des menschlichen Gehörs auf Ton-Bursts, Klicks, lila Geräusch und eine Vielzahl anderer Geräusche, die aufgrund ihrer kurzen impulsiven Natur nicht genügend Zeit zum Reagieren geben. Die Ergebnisse wurden im BBC-Forschungsbericht EL-17 1968/8 mit dem Titel "BBC" berichtet Die Bewertung von Rauschen in Audiofrequenzschaltungen.

Das ITU-R 468 Rauschgewichtung Kurve, ursprünglich vorgeschlagen in CCIR Empfehlung 468, später jedoch von zahlreichen Standards (Körperschaften (IEC, BSI, Jis, Itu) basierte auf der Forschung und enthält eine besondere Quasi-Peak-Detektor Um unsere reduzierte Empfindlichkeit gegenüber kurzen Bursts und Klicks zu berücksichtigen.[8] Es wird von Sendern und Audio -Fachleuten häufig verwendet, wenn sie Geräusche auf Broadcast -Pfaden und Audiogeräten messen, sodass sie subjektiv Gerätetypen mit unterschiedlichen Rauschspektren und Eigenschaften vergleichen können.

Siehe auch

Anmerkungen

  1. ^ Suzuki, Yôiti; Takeshima, Hisashi (2004). "Konturen auf gleicher Loyness-Ebene für reine Töne". Das Journal der Acoustical Society of America. 116 (2): 918–933. Bibcode:2004asaj..116..918s. doi:10.1121/1.1763601. ISSN 0001-4966. PMID 15376658.
  2. ^ Fletcher, H. und Munson, W.A. "Lautstärke, seine Definition, Messung und Berechnung", Zeitschrift der Acoustical Society of America 5, 82–108 (1933).
  3. ^ "Fletcher Munson Kurve: Die gleiche Lautstärke des menschlichen Gehörs". Hauptnote. 16. November 2017. Abgerufen 17. November, 2017.
  4. ^ a b c ISO 226: 2003 (PDF), archiviert von das Original (PDF) am 27. September 2007
  5. ^ D W. Robinson et al., "Eine Neubestimmung der gleichlosen Beziehungen für reine Töne", Br. J. Appl. Phys. 7 (1956), S. 166–181.
  6. ^ Yôiti Suzuki et al.,, "Präzise und vollständige Bestimmung von zweidimensionalen Konturen der gleichen Lautstärke" Archiviert 2007-09-27 bei der Wayback -Maschine.
  7. ^ Bauer, B., Torick, E.,, "Forschungen in der Lautstärkemessung", IEEE -Transaktionen auf Audio und Elektroakustik, Vol. 14: 3 (September 1966), S. 141–151.
  8. ^ Ken'ichiro Masaoka, Kazuho Ono und Setsu Komiyama, "Eine Messung von Konturen der gleichen Lautstärke für den Tonausbruch", Akustische Wissenschaft und Technologie, Vol. 22 (2001), Nr. 1 S. 35–39.

Verweise

  • Referenzbuch des Audioingenieurs, 2. Aufl., 1999, bearbeitet Michael Talbot Smith, Focal Press.
  • Eine Einführung in die Psychologie des Hörvermögens 5. ED, Brian C. J. Moore, Elsevier Press.

Externe Links