Ihmisen kuulo-ja aistitaajuuksista

[pieskapov]

Löyhästi aiheeseen liittyen mielenkiintoinen uutinen.

 

[LaJazz]

Jos siis haluaisin yrittää ymmärtää sitä mitä emme tiedä, niin mikä/mitä se on, mitä emme tiedä, jotta voisin yrittää alkaa ymmärtää sitä?

Paljon on kysymyksiä, mutta kovin vähän vastauksia.

Siinä se pointti piileekin, että miten kestää tilanteen johon ei löydy valmiita vastauksia. Kun sen ahdistuksen yli pääsee niin on taas helpompi hengittää ja olo ehkä pykälää viisaampi. Mutta pitkä tie pitää kulkea, että pystyy elämään epävarmuuden tunteessa ja hyväksymään sen.

 

[Korva]

Paljon on kysymyksiä, mutta kovin vähän vastauksia.

Siinä se pointti piileekin, että miten kestää tilanteen johon ei löydy valmiita vastauksia. Kun sen ahdistuksen yli pääsee niin on taas helpompi hengittää ja olo ehkä pykälää viisaampi. Mutta pitkä tie pitää kulkea, että pystyy elämään epävarmuuden tunteessa ja hyväksymään sen.

Vähän offtopiccia, mutta menköön. Ilman muuta on hyvä tiedostaa tietojemme rajallisuus nöyrästi. Tämä kuuluu mm. tieteellisyyteen, onhan tiede itseään jatkuvasti korjaavaa.
Väitit kuitenkin että voisimme ymmärtää sellaista mitä emme tiedä. Voimme kyllä ymmärtää että emme tiedä. Emme kuitenkaan luullakseni voi ymmärtää sellaista mitä (kirjaimellisesti sanan tavallisessa merkityksessä) emme tiedä. Tämä ei ole sanaleikkiä, vaan sen toteamista, että emme tietenkään voi ennakoida tieteen tulevia tuloksia. Tieteessä on kyllä hypoteeseja, perusteltuja oletuksia, joiden tehtävä on suunnata tutkimuspyrkimyksiä ja -panostuksia mielekääseen suuntaan ja viedä tutkimusjatkumoa eteenpäin. Hypoteesi ei kuitenkaan olle "tietämistä" samassa mielessä kuin varsinainen tutkimustulos.
Asiaan: Maallikonkäsitykseni on että löytyy yksittäisiä tuloksia joiden mukaan ihminen saattaa reagoida jollakin tavoin infra- tai ultraääniin. Niiden kuulemiselle ei kai kuitenkaan esim. rakennu mikään laajalti käytösä oleva tekninen sovellus. Ainakin infraäänistä taajuudella 5-10 hz sanotaan myös että ne voisivat olla vaaralisia, joten yli- ja aliäänien käytön turva!lisuus on yksi tärkeä kysymys (vrt. nk. akustiset hyökkäykset)
Harrastuksen parissa käytännössä ajattelen että kuuntelussa cd-taso (44,1/2 = 22.05) riitää hyvin,

 

[LaJazz]

Voimme kyllä ymmärtää että emme tiedä. Emme kuitenkaan luullakseni voi ymmärtää sellaista mitä (kirjaimellisesti sanan tavallisessa merkityksessä) emme tiedä. Tämä ei ole sanaleikkiä, vaan sen toteamista, että emme tietenkään voi ennakoida tieteen tulevia tuloksia.

Tartuit juuri siihen mitä tarkoitin, ja siitä pitäisi päästä eroon. Pitää olla nöyrä sen edessä että ei ymmärrä.

 

[Grazy Horse]

Pitää olla nöyrä sen edessä ettei ymmärrä. Itse ymmärrän olla murehtimatta ultra ääniä äänen toisto kontekstissa, kaiuttimeni eivät niitä toista ja itselläni loppuu korvista karvat, korvalääkärin testaamana, paljon ennen kaiuttimenkin limittiä.

 

[Korva]

No, itse sanoisin turhan mystiikan välttämiseksi, että tulee olla nöyrä siksi, että emme tiedä kaikkea. Mutta tiedämme jotakin (faktat), ja se on se minkä varaan voi esim. rakentaa tekniikkaa, ei sen varaan mitä emme tiedä. Tietämisen lisäksi oletamme jotakin (hypoteesit), mikä ei ole sama kuin tieto.
Asiaan: Infraääänistä sanotaan että kun puhdasta siniaaltoa tuotetaan ihanneolosuhteissa erittäin kovalla äänenvoimakkuudella, ihminen saattaa mahdollisesti yksittäistapauksessa tunnistaa jopa 12 Hz taajuisen äänen. Itselleni ei ole selvinnyt, mikä tämän havainnon yleistettävyys ehkä on.

Toiseksi mietin, mitä tuo identifiointi tarkemmin ottaen sitten tarkoittaa? Pystyisikö esim. hifiharrastaja liittämään tuollaisen nuotin muuhun bassomelodiaan, tai kykenisikö absoluuttisen korvan omaava kuulija tunnistamaan tuossa 12 Hz sävelkorkeuden? Sävelkorkeuden määrittäminenhän haasteellistuu kaistan ääripäitä kohti edetessä.

Alle 10 Hz taajuuksista todetaan, että siloin on mahdollista havaita yksittäisiä ääniaaltoja ja tuntea paine tärykalvossa.

Tuttu Fletcher-Munson -kaavio kertoo ihmisen kuulokynnyksen suhteesta taajuuteen ja tarvittavaan desibelimäärään.

Infraäänillä on todettu erilaisia, myös negatiivisia psyykkisiä vaikutuksia mahdollisen kuulovauriouhan lisäksi. Vaaralliseksi alueeksi mainitaan 5-10 hz, hermostollisten vaikutusten vuoksi, mutta erilaisia haitallisia psyykkisiä vaikutuksia todettiin eräässä kokeessa myös 17 Hz taajuudella.

 

[Jyrki_H]

^Equal loudness contours päättyy 20 Hz:iin kuin seinään. Näin ei käy todellisuudessa, mutta korvan epäherkkyys kasvaa varmasti logaritmisesti ja kuulovaurion raja tulee äkkiä vastaan. 20 Hz on varmaankin ollut käytännön rajoite kuulotesteissä.

 

[Korva]

^Equal loudness contours päättyy 20 Hz:iin kuin seinään. Näin ei käy todellisuudessa, mutta korvan epäherkkyys kasvaa varmasti logaritmisesti ja kuulovaurion raja tulee äkkiä vastaan. 20 Hz on varmaankin ollut käytännön rajoite kuulotesteissä.

Mitä tulisi ajatella subwoofer-toistosta hyvin alhaalla, jossakin 10 Hz tienoilla? Varmaankin tuollaisesta käytännössä hyötyy useimmiten kotiteatterissa kuin musiikin kuuntelussa. Tässä olisi esimerkiksi yksi netistä otettu "10 Hz:n" diy-toteutuksen käyrä.

Max spl:

 

[Jyrki_H]

Infraääniä voi aistia muuta kautta kuin korvilla. Paineistumisen ja rakenteiden kautta siirtyvät värinät tuntee kyllä. Musiikillakin infraäänistä voi hyötyä, mutta ne eivät ole niin tärkeitä.

 

[Ramses72]

Infraääniä voi aistia muuta kautta kuin korvilla. Paineistumisen ja rakenteiden kautta siirtyvät värinät tuntee kyllä. Musiikillakin infraäänistä voi hyötyä, mutta ne eivät ole niin tärkeitä.

Onko tällaisten äänten kohdalla äänenlaadulla merkitystä?

 

[Habbe]

Vellit ja puurot...

Jos ihmisen kuuloelimessä oleva anturi (värekarva) resonoi maksimissaan noin 20kHz:n taajuudella niin korkeampia taajuuksia ei kerta kaikkiaan kuule,
Tuo tarkoittaa ilmeisesti sitä, että värekarva alkaa värähdellä noin lyhyellä impulssilla (mitä kyllä vahvasti epäilen) eikä sillä ole mitään tekemistä kuullun taajuuden kanssa.

Pitää lukea artikkeli huolella kunhan on aikaa, mutta itse tulkitsin asian esim. transienttien alkamisajankohtien resoluutiokyvyksi. Teoriassa, kun kantafunktiot (sinit, kosinit) ovat jatkuvia, transienttien temporaalinen paikka saadaan talteen ja rekonstruoidaan täydellisesti, mutta en kyllä tiedä mitä oikeasti tapahtuu oikeiden muuntimien kanssa. Asia on helppo tutkia DA-muunnoksen puolesta säätämällä vaikkapa Cubasen kanssa, ehkä teenkin jossain kohtaa...

 

[Korva]

Onko tällaisten äänten kohdalla äänenlaadulla merkitystä?

Äänenpaineet liikkuvat omasta näkövinkkelistä arvioituina aika huikealla tasolla. Otin nuo taulukot esiin juuri siinä tarkoituksessa, että jatkuvassa kuuntelussa saataisi piillä kuulovaurion mahdollisuus. Olettaen että kuulolle voi tulla vauriota vaikka kuulokarvat eivät reagoikaan (vrt. akustinen hyökkäys).

 

[Jyrki_H]

Onko tällaisten äänten kohdalla äänenlaadulla merkitystä?

Infrataajuuksilla korva on niin epäherkkä, että tuskin erottaa kovin hyvin laadullisia tekijöitä perusäänestä. Harmoninen särö nousee usein kuuloalueelle, joten sitä kautta laatua tarvitaan. Kaikki puhinat, nitinät ja pörinät erottuu, joten siltä osin laatua tarvitaan.

 

[Jyrki_H]

HEARING LOSS
One of the more possible adverse effects of infrasound is the damage to the hearing organ. For exposures above 140 dB, TTS of the audiometric frequencies above 125 Hz of humans has been observed6 , although the frequencies above 1000 Hz seem to be the most sensitive. The TTS observed was usually small (less than 10 dB) and recovered rapidly. Figure 4 is a summary of results of various exposures to infrasound and the resulting TTS6. Recent whole body responses of 16 subjects to 142 dB at 7Hz for 15 minutes did not show statistically significant TTS.

TTS =Temporary Threshold Shift (väliaikainen kuulonalenema).

The chinchilla is probably more sensitive to infrasound than humans. There have been exposures of the auditory system in humans as high as 172 dB for less than 30 sec (1-8 Hz), 160 dB for 1 min (8 Hz) and 155 dB for several minutes (7 Hz). For these short times, no damage to the tympanic membrane or middle ear system occurred. However, the chinchilla results do indicate the need of caution in exposing humans to extremely intense (greater than 150 dB) levels of infrasound. This is in keeping with Tonndorf's reported scarring of the tympanic membrane of German submariner's. The exposure of men on snorkel subs constituted quite high infrasound exposures for long time periods. Unfortunately, the exact exposure level received by the men is unknown except that it is estimated to be considerably above 120 dB.

http://www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a081792.pdf

 

[Audisa]

Tuossa on esim. kuulon toimintaperiaate: https://www.youtube.com/watch?v=PeTriGTENoc.
Todennäköisesti ääntä ei kuulla vain pulssin alku/loppusykäyksenä , vaan myös sen väli aistitaan .
Korkeiden äänien erottelukyky loppuu noin 12,5 kHz:in kohdalla eli enää korkeimmilla pulsseilla ei aistita signaalin muotoa, mutta matalimmilla taajuuksilla aistitaan pienetkin signaalin muotoerot. esim. 500 Hz:illä . Kuuleminen on siis monimutkainen prosessi . Korkeimman taajuuden kuuleminen on eri asia kuin pienimmän jakson kuuleminen , miksi näin on , en tiedä.
Kokeen voi tehdä esim. vahvistimella , joka toistaa kaikkia aaltomuotoja noin 1 MHz:iin . Teräväreunaisen signaalin muotoa muutetaan vähän, usein pienikin ero kuullaan , jopa tavallisella kaiuttimella. Havaitun signaalimuutoksen pituus on pienempi kuin 20 kHz:iä esim. 100 kHz:iä. Tein näitä kokeita nuorena paljon ja aika hyvillä laitteilla.

 

[Kirvasto]

Pitää lukea artikkeli huolella kunhan on aikaa, mutta itse tulkitsin asian esim. transienttien alkamisajankohtien resoluutiokyvyksi. Teoriassa, kun kantafunktiot (sinit, kosinit) ovat jatkuvia, transienttien temporaalinen paikka saadaan talteen ja rekonstruoidaan täydellisesti, mutta en kyllä tiedä mitä oikeasti tapahtuu oikeiden muuntimien kanssa. Asia on helppo tutkia DA-muunnoksen puolesta säätämällä vaikkapa Cubasen kanssa, ehkä teenkin jossain kohtaa...

Väärin tulkittu. Transientin aikaresoluutio riippuu näyteenottotaajuuden lisäksi myös bittisyvyydestä joten se on 44/16 signaalilla kymmeniätuhansia kertoja suurempi kuin pelkästään näyteenottotaajuden perusteella laskettu 1/44000 = 0,22 uS. Tuo Kunchurin artikkeli ja sen johtopäätökset ovat siis virheellisiä. Näyteenottotaajuus vaikuttaa siihen kuinka lyhyt transientti voi olla joka on siis sama asia että kuinka korkeita taajuuksia kyseinen näyteenottotaajuus voi tallentaa ja toistaa.

Tässä videossa asia demostroidaan analogisen skoopin avulla miten kanttiaallon reunaa voi siirtää käytännössä portaattomasti aikatasossa: https://youtu.be/cIQ9IXSUzuM?t=1253

 

[Jyrki_H]

Tuossa on esim. kuulon toimintaperiaate: https://www.youtube.com/watch?v=PeTriGTENoc.
Todennäköisesti ääntä ei kuulla vain pulssin alku/loppusykäyksenä , vaan myös sen väli aistitaan .
Korkeiden äänien erottelukyky loppuu noin 12,5 kHz:in kohdalla eli enää korkeimmilla pulsseilla ei aistita signaalin muotoa, mutta matalimmilla taajuuksilla aistitaan pienetkin signaalin muotoerot. esim. 500 Hz:illä . Kuuleminen on siis monimutkainen prosessi . Korkeimman taajuuden kuuleminen on eri asia kuin pienimmän jakson kuuleminen , miksi näin on , en tiedä.
Kokeen voi tehdä esim. vahvistimella , joka toistaa kaikkia aaltomuotoja noin 1 MHz:iin . Teräväreunaisen signaalin muotoa muutetaan vähän, usein pienikin ero kuullaan , jopa tavallisella kaiuttimella. Havaitun signaalimuutoksen pituus on pienempi kuin 20 kHz:iä esim. 100 kHz:iä. Tein näitä kokeita nuorena paljon ja aika hyvillä laitteilla.

Signaalin muotoerot ovat eri taajuuksia. Esimerkiksi kanttiaalto muodostuu parittomista harmonisista taajuuskomponenteista. Teräväreunaisessa signaalissa on aina mukana korkeita taajuuksia. Signaalin muotoa ei voi aistia kovin paljon yli 10 kHz, koska jo toinen harmoninen on yli 20 kHz taajuinen, eli menee ultraääneksi.

 

[Habbe]

Väärin tulkittu. Transientin aikaresoluutio riippuu näyteenottotaajuuden lisäksi myös bittisyvyydestä joten se on 44/16 signaalilla kymmeniätuhansia kertoja suurempi kuin pelkästään näyteenottotaajuden perusteella laskettu 1/44000 = 0,22 uS.

Voisitko avata hieman tätä asiaa? Muuten, 1/44000 s = 22.7 us.

 

[Kirvasto]

Voisitko avata hieman tätä asiaa? Muuten, 1/44000 s = 22.7 us.

Joo, päässälasku on vaikeeta. En osaa selittää tarkemmin miksi tai miten bittisyvyys vaikuttaa myös aikaresoluutioon, mutta se liittyy siihen miten D/A muunnos toimii oikeasti, joka on asia jota moni signaaliteoriaan perehtymätön maallikko ei ymmärrä ja sitä tuo montyn video yrittää valaista.

Edit: Yritän kuitenkin: D/A muunnos ei toimi niin että samplen arvo vastaa suoraan analogisen signaalin amplitudia, vaan niin että jopa sadat peräkkäiset samplet vaikuttavat toisiinsa kumulatiivisesti. Pienikin alimman bitin muutos edellisen tai seuraavan samplen amplitudissa vaikuttaa millainen lopullinen analoginen ulostulosignaali on kyseisellä hetkellä. Teoriassa jokaisen samplen pitäisi vaikuttaa toisiinsa, mutta käytännössä D/A muuntimessa oleva digitaalinen FIR filterin pituus rajaa vaikutuksen äärellisiin määrään.

Aikaresoluution kaava on: Limit = 1/((Fs x Pi x 2((n-1))) where n is number of bits. or 44.1kHz 16-bit data this resolves to 220ps, not to 22.7µs = (Fs–1).

https://www.stereophile.com/content/mqa-questions-and-answers-tutorial-temporal-errors-audio

 

[Korva]

http://www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a081792.pdf

Kysymystä infraäänien vaikutuksesta ihmiseen luonnollisesti värittää sen kytkeytyminen ajankohtaiseen yhteiskunnalliseen keskusteluun tuulivoimaloista. Tuohon keskusteluun osallistuu myös oheinen sivusto.
http://oto2.wustl.edu/cochlea/wind.html
Oheisen lähteen mukaan infraääni muuttaa korvan kuulosolujen herkkyyttä vähän niin kuin jos stereoiden volyyminappulaa väännettäisiin jatkuvasti hiljaisemmalle ja kovemmalle. Tätä biologista amplitudimodulaation muotoa ei voi mitata/saada näkyviin äänenpaineen spl-mittarilla. Biologinen amplitudimodulaatio voi olla paljon voimakkaampi kuin muutaman desibelin spl-vaihtelu, se on verrattavissa volyymin vaihteluun hiljaisesta täysille.
Ks. myös http://www.sciencemag.org/news/2014/09/sounds-you-cant-hear-can-still-hurt-your-ears
Infraäänet vaikuttavat ihmiseen alitajuisesti. Infraäänille herkät korvan hermosolut eivät ole kuulosoluja, mutta ne voivat herättää ihmisen huomion ja ”suorittaa hälytyksen”, vaikka ihminen ei kuulekaan mitään hälytyksen tapahtuessa kuulosysteemin ulkopuolella.
Näin infraäänet kaiken kaikkiaan ko. lähteiden mukaan voivat aiheuttaa ihmiselle erilaista psykofyysistä pahoinvointioa, tykytystä, stressiä, ahdistuneisuutta, unettomuutta, meritaudin tapaisia oireita, paineen tunnetta korvissa jne.
Infraäänien vaikutuksista tiedetään ilmeisesti yhä liian vähän. Ilmeistä on, että infraäänien kohde on alttiimpi erilaiselle vahingoittumiselle kuin kohteena olematon.
https://fi.wikipedia.org/wiki/Infraääni
https://en.wikipedia.org/wiki/Infrasound (kohta "Human reactions")