Jedną z cech współczesnych czasów jest z całą pewnością wszechobecność hałasu. W ciągu dnia człowiek narażony jest na to zjawisko w różnych formach – poczynając od hałasu komunikacyjnego na zatłoczonej ulicy, kończąc na hałasie w miejscu pracy, na który obecnie narzekają nawet pracownicy biurowi. Jak nietrudno się domyślić charakter hałasu będzie miał zasadniczy wpływ na klimat akustyczny każdego otoczenia, a więc również na zrozumiałość wszelkiej informacji głosowej, jaka będzie w nim przekazywana.
Aby zrozumieć wpływ hałasu na zrozumiałość komunikacji należy najpierw przyjrzeć się sposobowi, w jaki człowiek słyszy. Ludzki narząd słuchu jest skomplikowanym przetwornikiem akustyczno-elektrycznym, który dostarcza mózgowi informacji (w postaci impulsów elektrycznych) do analizy. Jak każdy przetwornik układ słuchowy odznacza się pewnymi ograniczeniami wynikającymi chociażby ze sposobu jego konstrukcji mechanicznej. Po pierwsze należy zdawać sobie sprawę, iż człowiek nie słyszy jednakowo w całym tzw. słyszalnym pasmie dźwięku. Nie należy się dziwić, że słuch jest najbardziej czuły (a więc wymaga obecności najmniejszego bodźca) w zakresie częstotliwości, w którym znajduje się najwięcej informacji przekazywanych za pośrednictwem ludzkiego głosu, a więc w pasmie pomiędzy około 125 Hz a 8 kHz. Trudność sprawia człowiekowi odbieranie dźwięków o częstotliwościach wyższych, a znacznie gorzej odbierane są dźwięki o częstotliwościach niższych. Wykres obrazujący minimalny poziom bodźca (dźwięku) jaki należy dostarczyć uchu w danym pasmie częstotliwości nosi nazwę progu słyszenia. Krzywa ta jest również jedną z tzw. krzywych izofonicznych, tj. funkcji obrazujących jakiego natężenia dźwięki o różnej częstotliwości będą jednakowo głośno słyszane. Obecność hałasu skutkuje zmianą kształtu owych krzywych. Sposób oddziaływania obecności dźwięku na czułość słuchu nazywany jest fachowo zjawiskiem maskowania akustycznego (zagłuszania). Aby zrozumieć to zjawisko należy przyjrzeć się sposobowi działania ucha, a zwłaszcza bezpośrednio z zachowaniem błony podstawnej ucha wewnętrznego.
„Sercem” zmysłu słuchu można nazwać błonę podstawną ucha wewnętrznego. To właśnie drgania tej błony skutkują pobudzeniem wewnętrznych komórek słuchowych, a więc wygenerowaniem sygnałów analizowanych bezpośrednio przez mózg. Podstawowe znaczenie w procesie zagłuszania ma fakt, iż błona podzielona jest na obszary, które zaczynają drgać w momencie odebrania bodźca w konkretnym pasmie częstotliwości. Jeśli bodziec będzie dostatecznie silny, wtedy drganiu tego właściwego odcinka błony będzie towarzyszyć pewne drganie obszarów sąsiednich. W skutek tego dźwięki o częstotliwościach wyższych od danego dźwięku zagłuszającego oraz częstotliwościach nieznacznie niższych słyszalne będą gorzej, a wręcz mogą przestać być słyszane. Zjawisko to może mieć postać zarówno równoczesną, jak i nierównoczesną. Pierwsze z tych zjawisk dotyczy sytuacji, w której dźwięki docierają do słuchacza jednocześnie. Maskowanie nierównoczesne będzie natomiast zachodziło w sytuacji, gdy dźwięk zagłuszający i zagłuszany następują bezpośrednio po sobie. Co ciekawe kolejność dźwięków nie ma tu znaczenia. Istotna jest wyłącznie siła bodźca oraz zachowanie krótkiego odstępu czasowego. Wynika to z jednej strony z bezwładności układu słuchowego (tzw. premaskowanie), jak i z czasu relaksacji neuronów w mózgu (tzw. postmaskowanie).
Jak więc zapewnić możliwość efektywnego rozgłaszania informacji głosowej w hałasie? Analizując powyższe informacje łatwo dojść do wniosku, iż należy zapewnić odpowiednio duży poziom sygnału użytecznego w stosunku do obecnych w otoczeniu dźwięków niepożądanych – tak aby te drugie sygnały nie mogły stać się sygnałami maskującymi. Z tego względu przyjęło się, iż głównym kryterium umożliwiającym uzyskanie odpowiedniej zrozumiałości mowy jest możliwy do uzyskania w danych warunkach stosunek sygnału-do-szumu. Jako sygnał rozumieć należy dźwięk użyteczny – wydobywający się z głośników, lub pochodzący bezpośrednio od mówcy, natomiast jako szum definiowana jest całość pozostałego dźwięku. Współczynnik sygnału-szumu jest arytmetyczną różnicą poziomów tych sygnałów w dB. Dobrym zwyczajem jest projektowanie systemów dźwiękowych w sposób, który pozwala w obszarze nagłośnienia uzyskać korzystny współczynnik sygnał-szum o wartości przynajmniej 6 dB.
Wykres 1. Rysunek obrazuje zakres częstotliwości, gdzie znajduje się najwięcej informacji zawartej w głosie dla mowy odpowiednio męskiej i żeńskiej
Warto mieć jednak świadomość, iż o wiele bardziej istotny od ogólnego poziomu hałasu w otoczeniu może być rozkład tegoż hałasu w dziedzinie częstotliwości. Skoro odpowiednio silny ton danej częstotliwości maskuje głównie tony o częstotliwościach wyższych, wtedy łatwo dojść do wniosku, iż najbardziej niebezpieczne dla zrozumiałości mowy będą hałasy szerokopasmowe skupione bezpośrednio poniżej pasma mowy. Na ten przykład sygnał użyteczny nadawany w obecności szumu o paśmie od 20 Hz do 4 kHz (pochodzącego np. od systemu oddymiania) musi przewyższać swoim poziomem poziom tegoż szumu o 12 dB, aby uzyskać zrozumiałość głosek rzędu 80%. W kontekście długotrwałej ekspozycji na hałas warto być również świadomym dodatkowego utrudnienia w postaci mechanizmu obronnego organizmu, jakim jest czasowe przesunięcie progu słyszenia (czułość słuchu spada w wyniku zwarcia mięśni ucha).
Dobierając system nagłośnienia warto więc zwrócić szczególną uwagę na charakterystyki przenoszenia stosowanych zestawów głośnikowych oraz możliwość kształtowania tych charakterystyk przez system (korekcja). Na ten przykład, analizując przebieg tej charakterystyki dla typowego, często niedocenianego głośnika tubowego, można zauważyć, że większa część dźwięku będzie generowana przez ten głośnik w pasmie od około 200 Hz do 7 kHz (a więc tam, gdzie znajduje się duża część informacji zawartej w głosie), podczas gdy dla typowych projektorów dźwięku rozkład generowanego poziomu ciśnienia akustycznego w dziedzinie częstotliwości będzie bardziej równomierny w szerokim pasmie. Ta możliwość wygenerowania wysokiego poziomu ciśnienia akustycznego w odpowiednim pasmie tłumaczy w praktyce zwyczaj stosowania w systemach DSO głośników tubowych w pomieszczeniach o wysokim poziomie tła akustakustycznego.
(...)
Krzysztof Młudzik
inżynier dźwięku, kierownik ds. technicznych TOA Electronics Polska
