Cs.Kádár Péter - XXI. századi Diszkónika, 65. A kritikus sávok

A kritikus sávokat a hallásiszűrő-modell alapján lehet elemezni. E tartományok nemcsak azért kritikusak, mert nehéz megérteni őket, hanem mert egy-egy sávon belül másképp érezzük a hangosságot, mint a sávon kívül. Visszaballagunk hát a hallásiszűrő-modellhez, és először arra keresünk választ, hogy milyenek is az egyes szűrők?

 

ks02

A szűrők egy részének átviteli karakterisztikájából látszik, hogy nem azonos sávszélességű sáváteresztő szűrők ezek, és bár eléggé meredeknek tűnnek, az átviteli tartomány nem egyenletes, még csak közelítően sem lapos, hanem a haranghoz hasonló alakú.

Ezt úgy állapították meg, hogy készítettek egy változtatható sávszélességű, sávzáró szűrőt, és két mérőhangot. Az egyik mérőhang szinusz volt, a másik egy olyan zaj, amelynek a középfrekvenciája azonos volt a szinusz frekvenciájával. A zajt a szűrőn engedték át, és összegezték a szinusszal.

ks03

Ha a szűrőt először csak egyetlen frekvencián zárták, vagyis lyukszűrőt csináltak, akkor csak a szinusszal egyező frekvenciájú zajt szűrték ki, tehát sok zaj került a jelhez. Ahogy a lyuk tágult (nem röhögni), úgy lett egyre kisebb a zaj.

ks04

Ha pedig a zaj csökken, akkor a hasznos jel, a szinusz is lehet egyre halkabb, így is észrevegyük, hiszen annál kisebb az elfedés.

Ha a szinusz frekvenciáját akár nagyobbra, akár kisebbre választjuk, már változik az a küszöbszint, aminél a hasznos hangot meghalljuk – kisebb lesz, hiszen a zajszűrő hozzá képest jobban zár – „messzebbre” teszi a zajt, sőt, ha nagyon pici a lyuk szélessége, el is különül a jeltől.

Egy tipikus hallási szűrő alakja látható az alábbi ábrán. Kicsit megtévesztő az ábra, mert ez sáváteresztő szűrő, nem úgy, mint az előbbi, amivel csak mértünk.

ks05

Az ábrán az is látható, hogy milyen volna, ha lapos volna az átviteli tartományban a szűrő teteje. Az átviteli sáv görbülete azért előnyös, mert segíti a sávon belül a fülbe jutó hangrezgések frekvenciájának jobb felismerését a már említett küszöbcsökkenés miatt. Mivel nem végtelen meredekséggel csökken a sávszélesség, ezért a szűrő nem hirtelen zár ki egy-egy frekvenciatartományt, hanem folyamatosan csökkenő módon, sőt, két egymás mellett levő sáv széle átfedi egymást, tehát határozottabb lesz a kisebb sávszéli amplitúdók miatti felismerés.

A kritikus sávok sávszélessége is fontos jellemző. A mélyebb hangok tartományában a sávok keskenyebbek, a magas tartományokban szélesebbek, vagyis a mély hangokat jobban meg tudjuk különböztetni egymástól, mint a magasakat.

A kritikus sávok magyarázata, hogy egyes hallóideg rostok más-más frekvenciára érzékenyek. A tiszta, szinuszos hang hatására olyan hallóidegrost aktiválódik, amelynek jellemző frekvenciája megegyezik a teszthangéval. Ez a rost ugyanis a legérzékenyebb a vizsgált frekvenciára, és ennek a rostnak az aktivitása vezet a küszöbintenzitású tiszta hang észleléséhez. A rostot a zaj is aktiválja, ha a zaj olyan frekvenciákon is tartalmaz energiát, amelyre a rost válaszol. A zaj jelenléte megemeli a hallóideg háttértevékenységét, és a jelet az érzékeléshez ettől a háttértől el kell választanunk. Ehhez az kell, hogy a jel erősebb legyen, mint a zaj. Ha növelni kezdjük a zaj sávszélességét, akkor az idegi háttértevékenység egyre nő, és a jelet egyre nehezebb elválasztani ettől. Egy bizonyos pont után azonban az egyre nagyobb sávszélesség már olyan frekvenciákat is tartalmaz, amelyek kívül esnek a rost frekvenciahangolási görbéjén, és így nem hatnak annak háttéraktivitására. Ettől kezdve a küszöb nem emelkedik tovább: az elfedés mértéke változatlan marad. A hallóideg frekvenciaszelektív működése felfogható a hallásiszűrők működéséhez hasonlóan: a rostok a frekvenciatartomány egy bizonyos részére reagálnak leginkább, ami az adott frekvenciára vonatkozó sávszűrés.

Így már kicsit érthetőbb a lebegés oka is: a kritikus sávokban rosszabb az egyes frekvenciák felismerése, mint azokon kívül, hiszen a sávon belül egymás mellett levő sejtek aktivizálódnak. A következő hangjelenségben egyre inkább közelednek egymáshoz a különböző frekvenciájú hangok. A kritikus sáv határán érdessé válik a hang, majd lebegést, aztán egy pillanatra egyetlen hangot hallunk, majd minden megismétlődik fordítva.

A hallórendszer működése 24 kritikus sávval jellemezhető, ezeket Bark sávoknak hívják, a Heinrich Barkhausen nevű tudós tiszteletére.

ks06

ks07

A Bark-skálára van szép táblázat is.

ks08

Egy-egy kritikus sávon belül a zaj hatására megemelkedik a hallásküszöb. Nagyobb intenzitású elfedő jel szélesebb sávban okoz elfedést. A fedőgörbe nem szimmetrikus, nagyobb frekvenciák felé szélesebb sávban hat. A görbe alatti intenzitású hangokat nem halljuk, a görbe felettiek hangosságának növekedése pedig arányos az energiatartalom növekedésével.

ks10

A zöld görbe az eredeti, abszolút hallásküszöböt mutatja, a többi szín pedig néhány kritikus sávban az elfedő zaj hallásküszöb növelő hatását. A lila fedőgörbe sorozat a szintfüggést is ábrázolja.

Ami a küszöb alatt van, azt nem halljuk, sem átvinni, sem rögzíteni nem kell. Valójában az abszolút hallásküszöb is elfedés: a szívdobogásunk, vérkeringésünk, stb. kiváltotta hangokat fedi el.

Ha a hangjelenségnek van olyan összetevője, amelyik nem az adott kritikus sávban van, a hangosságérzet ugrásszerűen megnő, hiszen újabb idegrostok kezdenek aktivizálódni.

Hogy jobban megértsd, eszembe jutott valami. Tegyük föl, hogy a szerelmeddel egy kellemesen fűtött szobában, az ágyban kedveskedtek egymással. A szoba az egyik kritikus sáv, a kedvesed egyik idegrostját, a „de jó lesz most egyet” frekvenciára hangoltat, te aktivizálod. A külvilágból érkező zavarok elfedésére lágy, halk muzsikát használtok. Például ezt:

Minden úgy történik, ahogy ti akarjátok, szépen emelkedik a kedvesed aktivizálódásának mértéke, amikor megzörren a kulcs a zárban: megérkezett a másik kritikus sávba, az előszobába egy másik aktivizáló inger, mondjuk, a párod férje/felesége. Ez a kedvesedben más idegrostot ingerel, a „kurva életbe, menekülj!” frekvenciájút. Fogadjunk, hogy ennek hatására a szerelmed aktivitása nem az ingerrel arányosan, hanem ugrásszerűen fog nőni – igaz, nem az eredeti irányba.

Az összetett hangok hangossága valóban összetett. Amikor két vagy több hang összekeveredik, a hangossága attól függ, hogy az összetevő hangok frekvenciaszerkezete és amplitúdója milyen. Ha a hangok frekvenciája egyezik vagy a kritikus sávszélességen belül esik, akkor a hangosságot a teljes intenzitásból kell kiszámítani, tehát a fizikai törvényszerűség érvényesül.

Ha a sávszélesség meghaladja a kritikus sávszélességet, az eredő hangosság nagyobb, mint amit az intenzitások egyszerű összegzéséből nyertünk. Ha a frekvenciakülönbség nagyon nagy, az összegzés komplikálttá válik.

A sokkomponensű, komplex hangok hangossága sávonkénti intenzitás-méréssel és szabványos diagramok segítségével összegezhetők.

Az elfedések következtében alakul ki az állandóan változó, dinamikus hallásküszöb.

ks11

A hangosságérzet ráadásul időfüggő is. A nagyon rövid ideig szóló hangokat nem rövidebbnek, hanem halkabbnak halljuk, mert a csiga alaphártyáján nem tudnak elegendő mértékű kitérést okozni, így a szőrsejtek sztereociliumai kevés impulzussal bombázzák a hallórendszer agybeli feldolgozó rendszerét.

A hangosságérzet hosszú távú jellemzője az adaptáció. Ha sokáig hallgatunk ugyanolyan hangos hangot, a hallórendszerünk megszokja azt, hiszen nincs új hangosság-információ. Az idegrostok aktivitása csökken, vagy ahogy a mondás tartja: néhány év után a párod fenekének tapizása olyan érzés, mintha a saját seggedet fogdosnád.

 ks12