Kuulohavainnon perusteet



Samankaltaiset tiedostot
800 Hz Hz Hz

Kuuloaisti. Korva ja ääni. Melu

Yleistä. Digitaalisen äänenkäsittelyn perusteet. Tentit. Kurssin hyväksytty suoritus = Harjoitustyö 2(2) Harjoitustyö 1(2)

2.1 Ääni aaltoliikkeenä

Aaltoliike ajan suhteen:

Puheen akustiikan perusteita Mitä puhe on? 2.luento. Äänet, resonanssi ja spektrit. Äänen tuotto ja eteneminen. Puhe äänenä

Tietoliikennesignaalit & spektri

1. Perusteita Äänen fysiikkaa. Ääniaalto. Aallonpituus ja amplitudi. Taajuus (frequency) Äänen nopeus

Kuulohavainto ympäristössä

Akustiikka ja toiminta

3 Ääni ja kuulo. Ihmiskorva aistii paineen vaihteluita, joten yleensä äänestä puhuttaessa määritellään ääniaalto paineen vaihteluiden kautta.

2. Makuaisti Makusilmuja kaikkialla suuontelossa, eniten kielessä.

LUT CS20A0650 Meluntorjunta 1. Tsunamin synty LUT CS20A0650 Meluntorjunta

16 Ääni ja kuuleminen

Luento 15: Ääniaallot, osa 2

Organization of (Simultaneous) Spectral Components

Kuulon fysiologia. Välikorvan osat. Välikorva vahvistaa signaalia. Välikorvan vaimennusheijaste. Paineaallon liike ilmassa => ääni

Ihminen havaitsijana: Luento 5. Jukka Häkkinen ME-C2000

Tiistai klo Jari Eerola

Kojemeteorologia. Sami Haapanala syksy Fysiikan laitos, Ilmakehätieteiden osasto

Äänen eteneminen ja heijastuminen

BIOSÄHKÖISET MITTAUKSET

AV-muotojen migraatiotyöpaja - ääni. KDK-pitkäaikaissäilytys seminaari / Juha Lehtonen

Tv-äänisuunnittelu. Antti Silvennoinen Tel

2.2 Ääni aaltoliikkeenä

SAVONLINNASALI, KOY WANHA KASINO, KONSERTTISALIN AKUSTIIKKA. Yleistä. Konserttisali

Radioamatöörikurssi 2014

Aistifysiologia II (Sensory Physiology)

Melulukukäyrä NR=45 db

5 Akustiikan peruskäsitteitä

Mittalaitetekniikka. NYMTES13 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014

Anatomia ja fysiologia 1

ÄÄNTÄ VAHVISTAVAT OLOSUHDETEKIJÄT. Erkki Björk. Kuopion yliopisto PL 1627, Kuopion 1 JOHDANTO

Puheen akustiikan perusteita

Infraäänimittaukset. DI Antti Aunio, Aunio Group Oy

Kuuloaistin ominaisuuksia

ETNIMU-projektin, aivoterveyttä edistävän kurssin 5.osa. Aistit.

Puhesynteesin perusteet Luento 4: difonikonkatenaatio

Jakso 6: Värähdysliikkeet Tämän jakson tehtävät on näytettävä viimeistään torstaina

Touch TENS 1 Luonnollinen kivun lievittäjä

Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus

6.8 Erityisfunktioiden sovelluksia

Käytännön radiotekniikkaa: Epälineaarinen komponentti ja signaalien siirtely taajuusalueessa (+ laboratoriotyön 2 esittely)

Ultraäänen kuvausartefaktat. UÄ-kuvantamisen perusoletukset. Outi Pelkonen OYS, Radiologian Klinikka

Puheen akustiikan perusteita

Puheen akustiikan perusteita Mitä puhe on? 2.luento. Äänet, resonanssi ja spektrit. Äänen tuotto ja eteneminen. Puhe äänenä

Digitaalinen signaalinkäsittely Desibeliasteikko, suotimen suunnittelu

Digitaalinen audio & video I

Hermoimpulssi eli aktiopotentiaali

LOPPURAPORTTI Lämpötilahälytin Hans Baumgartner xxxxxxx nimi nimi

20 Kollektorivirta kun V 1 = 15V Transistorin virtavahvistus Transistorin ominaiskayrasto Toimintasuora ja -piste 10

Radioamatöörikurssi 2015

1 Määrittele seuraavat langattoman tiedonsiirron käsitteet.

Aistit. Kaisa Tiippana Havaintopsykologian yliopistonlehtori. Luento Aistit ja kommunikaatio-kurssilla 12.9.

6. Analogisen signaalin liittäminen mikroprosessoriin Näytteenotto analogisesta signaalista DA-muuntimet 4

S Signaalit ja järjestelmät

IIR-suodattimissa ongelmat korostuvat, koska takaisinkytkennästä seuraa virheiden kertautuminen ja joissakin tapauksissa myös vahvistuminen.

Johdanto tieto- viestintäteknologian käyttöön: Äänitystekniikka. Vfo135 ja Vfp124 Martti Vainio

Elektroniikan perusteet, Radioamatööritutkintokoulutus

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Kotitehtävät 1-6: Vastauksia

Näköhavainnon perusteet

Radioamatöörikurssi 2016

BAEP. Brainstem Auditory Evoked Potential Akustinen aivorunkoherätevaste

SIGNAALITEORIAN KERTAUSTA 1

Sanajärjestyksen ja intensiteetin vaikutus suomen intonaation havaitsemisessa ja tuotossa

RYHMÄKERROIN ÄÄNILÄHDERYHMÄN SUUNTAAVUUDEN

Laskuharjoitus 2 ( ): Tehtävien vastauksia

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

SEISOVA AALTOLIIKE 1. TEORIAA

Dynamiikan hallinta Lähde: Zölzer. Digital audio signal processing. Wiley & Sons, Zölzer (ed.) DAFX Digital Audio Effects. Wiley & Sons, 2002.

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Tuntematon järjestelmä. Adaptiivinen suodatin

Kertaus. Markku Kilpeläinen RESEPTIIVISET KENTÄT. Eräitä näköjärjestelmän reseptiivisen kentän tyyppejä. Retinan ganglion ja LGN -solut

SÄHKÖMAGNEETTISTEN KENTTIEN BIOLOGISET VAIKUTUKSET JA TERVEYSRISKIT

TENS 2-kanavainen. Riippuen siitä, kuinka säädät laitteen ja ohjelman, voit käyttää laitetta seuraaviin tarkoituksiin:

Yleistä äänestä. Ääni aaltoliikkeenä. (lähde

Mikrofonien toimintaperiaatteet. Tampereen musiikkiakatemia Studioäänittäminen Klas Granqvist

FYS03: Aaltoliike. kurssin muistiinpanot. Rami Nuotio

ÄÄNEKKÄÄMMÄN KANTELEEN MALLINTAMINEN ELEMENTTIME- NETELMÄLLÄ

Ilmastonmuutos ja ilmastomallit

LABORATORIOTYÖ 2 A/D-MUUNNOS

Häiriöt kaukokentässä

Radioamatöörikurssi 2013

Digitaalinen audio & video, osa I. Johdanto. Digitaalisen audion sovellusalueet. Johdanto. Taajuusalue. Psykoakustiikka. Johdanto Digitaalinen audio

EMC Säteilevä häiriö

OPERAATIOVAHVISTIMET 2. Operaatiovahvistimen ominaisuuksia

Spektrin sonifikaatio

Lähettimet ja vastaanottimet

ELEC C4140 Kenttäteoria (syksy 2015)

RAKENNUSAKUSTIIKKA - ILMAÄÄNENERISTÄVYYS

Matlab-tietokoneharjoitus

N:o Liite 1. Staattisen magneettikentän (0 Hz) vuontiheyden suositusarvo.

Projektisuunnitelma ja johdanto AS Automaatio- ja systeemitekniikan projektityöt Paula Sirén

M2A Suomenkielinen käyttöohje.

16 ÄÄNI JA KUULEMINEN (Sound and Hearing)

= vaimenevan värähdysliikkeen taajuus)

Laitteita - Yleismittari

1 Johdanto. 1.2 Psykofysiikka, psykoakustiikka. 1.1 Kuulon toiminta. Sisältö:

YLEINEN AALTOLIIKEOPPI

Transkriptio:

Kuulohavainnon ärsyke on ääni - mitä ääni on? Kuulohavainnon perusteet - Ääni on ilmanpaineen nopeaa vaihtelua: Tai veden tms. Markku Kilpeläinen Käyttäytymistieteiden laitos, Helsingin yliopisto Värähtelevä kappale Ilmamolekyylit vuoroin pakkautuvat yhteen ja erkanevat. Ääniaaltoa kuvataan usein näin: paine ajan funktiona. Page 1 of 24 Page 3 of 24 Ääni Kuuloaistin anatomia ja fysiologia Äänen peruspiirteiden havaitseminen Ääniaaltojen ominaisuuksia: Amplitudi: Ilmanpainevaihtelun voimakkuus Intensitteetti: Äänienergian määrä tietyllä pinta-alalla äänen fysikaalinen voimakkuus Frekvenssi: Ilmanpainevaihtelun taajuus (x kertaa sekunnissa) Noin 1 sykli / sek Suurempi värähtelyliike Suurempi amplitudi -Tenttiin kpl. 8, 11, 13, 14 (Wolfe ym. 1. tai 2 painos) - Jos menossa tdk tenttiin 15.12., voi tehdä kurssin tentin 13.12. klo 12. Ilmoita mailitse! Page 2 of 24 Tiheämpi värähtelyliike Noin 2 sykliä / sek Page 4 of 24 Suurempi frekvenssi

Sekä kuulokynnykset, että vauriokynnykset riippuvat taajuudesta Puhdas siniääni ja saksofoni samalla perustaajuudella Äänen voimakkuusl Taajuus Eri vokaaleja lausuttuna samalla perustaajuudella Page 5 of 24 Taajuus Page 7 of 24 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/hframe.html Normaalissa ympäristössä yhden taajuuden siniääniä ei juuri ole kuultavissa! -Luonnolliset äänen lähteet tuottavat ääniä, joissa on yhdistelmä useista taajuuksista. -Perustaajuuden lisäksi ns. ylä-ääniä Muistutus: Nämä kaikki aallot kuvaavat ilmanpaineen vaihtelua ajassa!! Fourier analyysi paljastaa kompleksin aaltomuodon sisältämä taajuudet Fourier -teoreema: Mikä tahansa aaltomuoto voidaan ilmaista sini-aaltojen summana. Fourier ajattelu on muuttanut kuulon ja näön tutkimuksessa ratkaisevasti sekä kysymyksen asettelua, että ärsykkeiden kontrollia. Myös esim. mp3-tiedostot perustuvat fourier-muunnokseen. Taajuus f Taajuus 2f f + 2f Page 6 of 24 Page 8 of 24

1.5 1 0.5 0 Ulkokorva kerää äänen, vahvistaa hieman keskikorkeita taajuuksia ja suojaa tärykalvoa. Tärykalvo vastaanottaa ilmanpaineen värähtelyt, eli äänen ja muuttaa sen mekaaniseksi värähtelyksi Vasara Alasin Jalustin -0.5-1 -1.5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Aika (s) 1) Mitkä kaksi taajuutta kuvan aaltomuodossa on? 2) Mitkä ovat näiden taajuuksien amplitudit? Välikorvan kuuloluut (vasara, alasin, jalustin vahvistavat tärykalvon värähtelyn ja välittävät sen ovaali-ikkunaan. Vahvistus pääasiassa tärykalvon ja ovaali-ikkunan kokoerosta, pienemmässä määrin kuuloluiden vipumekanismista. Ovaali-ikkunassa mekaaninen värähtely muttuu simpukan nesteen värähtelyksi. Tärykalvo Ovaali-ikkuna Page 9 of 24 Page 11 of 24 Korva Sisäkorvassa värinä muutetaan hermosignaaliksi Ulkokorva: Korvalehti ja korvakäytävä Välikorva: Kuuloluut Sisäkorva: Simpukka Katekalvo Tärykalvo: Ulkokorvan ja välikorvan välissä Ovaali-ikkuna: Välikorvan ja sisäkorvan välissä Tyvikalvo Hiussolut Page 10 of 24 Page 12 of 24

Äänen korkeuden paikkakoodaus Ovaali-ikkunasta tullut värinä etenee pitkin simpukan käytävissä olevaa nestettä. Nesteen aallot saavat tyvilevyn liikkumaan hiussolut hankaavat katekalvoa vasten. Korkeat taajuudet liikuttavat tyvikalvoa simpukan alkupäässä, matalat taajuudet simpukan loppupäässä. Hiussolun sijainti simpukassa kertoo, mistä taajuudesta ko. solu viestittää. Katekalvo Hiussolut Tyvikalvo Page 13 of 24 Page 15 of 24 Kun hiussolujen karvat taipuvat, hiussolussa käynnistyy elektrokemiallinen reaktio. Hiussolu vapauttaa välittäjäainetta synapsiin. Aktiopotentiaaleja muodostuu kuulohermoissa ja lähtee kohti aivoja. Yksinkertaisen paikkakoodauksen ongelmia: Tietyn kuulohermon vaste taajuuteen f1 heikkenee, jos äänessä on myös lähellä olevaa taajuutta f2, vrt. tuntoaistin lateraalinen inhibitio. Kun äänenvoimakkuus kasvaa, tietyn kuulohermon vaste sen ominaistajuuteen saturoituu ja se reagoi yhä suurempaan määrään taajuuksia maksimivasteellaan. Olennaista taajuushavainnon tuottamiselle on kuulohermojoukon vasteiden keskinäinen asetelma (pattern). Page 14 of 24 Page 16 of 24

Äänen korkeuden ajallinen koodaus Kuulohermon vasteet ovat lähinnnä matalilla taajuuksilla suoraan suhteessa äänen taajuuteen, mutta kuulohermon maksimivaste on noin 1000 impulssia / s. Primaari kuuloaivokuori A1 Nykytiedon mukaan suorittaa suhteessa monimutkaisempaa prosessointia, kuin esim. primaari näköaivokuori V1. Ei ole niin yksiselitteisesti tonotooppinen kuin korteksia edeltävät kuuloaistin tasot. Volley principle: Vaikka yksittäiset solut eivät pysty reagoimaan jokaiseen sykliin, niiden yhteisvaste välittää informaation korkeasta taajuudesta. Page 17 of 24 http://openlearn.open.ac.uk/ Page 19 of 24 Kuulohermo Primaari kuuloaivokuori A1 Sisempi polvitumake Alempi nelikukkula Superior olivary nucleus Simpukkatumakkeet Kuulorata Kuulohermo Simpukkatumakkeet ( cochlear nuclei ) osa aksoneista risteää Superior olivary nucleus signaalien yhdistäminen eri korvista Alempi nelikukkula ( inferior colliculus ) Sisempi polvitumake ( medial geniculate ) Primaari kuuloaivokuori Hermosolut ovat rakenteissa tonotooppisesti organisoituneet: Lähekkäisiä taajuuksia prosessoivat solut vierekkäin. Äänen havaitun voimakkuuden yksikkö on decibeli (db) 6 db:n lisäys äänen voimakkuuteen vastaa amplitudin 2 kertaistamista Tämänkaltainen logaritminen asteikko on tarpeen, koska: ero amplitudeissa ihmisen juuri kuuleman ja juuri vauriotta sietämän äänen välillä on miljoonakertainen. Toisaalta erot amplitudeissa, jonka ihminen juuri erottaa, ovat hyvin suuria. V(dB) = 20 x log(paine / kynnys) (kynnys, pienin äänenpaine, joka on kuultavissa) Paine = amplitudi / pinta-ala, jolle kohdistuu Simpukka Page 18 of 24 Page 20 of 24

Ilmanpainevärinöiden suhde äänihavaintoon psykoakustiikka Äänen havaittu voimakkuus: -Ei riipu ainoastaan fysikaalisesta intensiteetistä, vaan myös esim. taajuudesta ja äänen kestosta ( 200 ms) Äänen voimakkuuksien erottelukynnys parhaimmillaan noin 1 db Vakioäänekkyyskäyrästö: Kuuloaisti on nopea Kuuloärsykkeiden reaktioajat (n. 160 ms) lyhyempiä kuin näkö- tai tuntoärsykkeiden. Alla dataa siitä miten tiheät äänet pystytään erottamaan toisistaan. Näköärsykkeitä ei juuri missään tapauksessa pystytä erottamaan, jos toisto yli 60 väläystä Osuus syklistä, jonka ääni päällä Ääntä / s Page 21 of 24 Page 23 of 24 Symmes et al. 1955 Äänen havaittu korkeus: -Ei riipu fysikaalisesta taajuudesta lineaarisesti, vaan yksi oktaavi sävelasteikolla vastaa aina taajuuden kaksinkertaistumista. Äänen korkeuksien erottelukynnys parhaimmillaan noin 1 Hz Puuttuvan perustaajuuden ilmiö: Vaikka perustaajuus puuttuu, äänen korkeus kuullaan perustaajuuden mukaan! Puhelin ei (ilmeisesti) toista ihmisäänen perustaajuutta! Ilmiö ei voi selittyä äänen paikkakoodauksella, mutta kylläkin aikakoodauksella: Ylä-äänillä on aaltomuodossaan yhteinen huippukohta yhtä usein kuin perusäänen sykli toistuisi. Ilmeisesti vaatii myös aivokuoritason prosessointia, tietyt aivovauriot voivat poistaa efektin Page 22 of 24 250 Hz 500+750 +1000 Hz Ääni on ilmanpaineen värähtelyä Värähtelyn voimakkuus: amplitudi, nopeus: taajuus Tärykalvo vastaanottaa värähtelyn, korva muuttaa värähtelyn eri vaiheiden jälkeen sähköiseen muotoon. Kuulohermot kuljettavat signaalin aktiopotentiaaleina kohti aivoja Aivorakenteissa solut järjestäytyneet tonotooppisesti Suurempi amplitudi suurempi havaittu äänenvoimakkuus, mutta ei aivan näin yksinkertaista Korkeampi taajuus korkeampi havaittu äänenkorkeus, mutta ei lineaarisesti Page 24 of 24