การรับรู้ และแบ่งแยกเสียง

การรับรู้ และแบ่งแยกเสียง จากเรื่อง การได้ยินเสียง และองค์ประกอบของหู ทำให้เข้าใจถึง กระบวนการทำงานของหู ที่มีความซับซ้อน ตั้งแต่ต้นทาง คือใบหู ไปจนถึงการเกิดกระแสประสาท ส่งไปยังสมอง ทำให้ได้ยินเป็นเสียง

คำถามต่อมา “แล้วได้ยินอย่างไรละ ?” นี่คือสิ่งที่ต้องเรียนรู้เป็นเรื่องถัดไป แน่นอนว่า บทความนี้จะทำให้ผู้อ่าน ได้เข้าใจถึงหูของตัวเอง ไปอีกระดับหนึ่ง

ความดังกับความถี่เสียง (Loudness vs Frequency)

(ภาพแสดงให้เห็นถึง หูขาดความไวต่อเสียงเบส โดยเฉพาะอย่างยิ่งในความถี่ต่ำ การนำรูปนี้มากลับบนล่าง จะใช้ในแง่การวัดความดังเสียง ข้อมูลเหล่านี้ ได้จากการทดสอบการฟังของกลุ่มตัวอย่าง 18-25 ปี โดย Robinson และ Dadson)

การฟังความถี่เสียง จะเปลี่ยนไปตามระดับความดันเสียง ตามส่วนโค้งในรูป Equal-loudness Contour บางครั้งเรียกส่วนโค้งนี้ว่า Fletcher และ Munson ตามชื่อนักวิจัยกลุ่มแรก

ถึงแม้ในปัจจุบัน ได้ปรับเปลี่ยน จนได้รับมาตราฐานสากล (ISO 226) โดย Robinson และ Dadson แล้วก็ตาม

เส้นโค้ง Equal-loudness Contour แต่ละเส้น จะถูกระบุด้วยค่าอ้างอิงที่ความถี่ 1 kHz และด้วยเหตุนี้จึงกำหนดระดับ ความดัง เป็น Phons

(เปรียบเทียบการตอบสนองของหูที่ 20 Hz กับการตอบสนองที่ 1 kHz ที่ระดับความดังเสียง 30 Phon ระดับความดันของเสียง 20 Hz จะต้องสูงกว่าระดับที่ 1 kHz ถึง 58 dB เพื่อให้มีความดังเสียงเท่ากัน ส่วนระดับความดังที่ 90 Phon จะเพิ่มเพียง 32 dB ที่ 20 Hz เท่านั้น สรุปได้ว่า การตอบสนองความถี่ต่ำ และสูง มีแนวโน้มที่ใกล้เคียงกัน เมื่อความดังเสียงสูงขึ้น)

ตัวอย่างเช่น เส้น Equal-loudness Contour ที่ส่งผ่านระดับความดันเสียง 40 dB ที่ 1 kHz เรียกเส้นนี้ว่า 40 Phon

ในทำนองเดียวกัน 100 Phon จะหมายถึง 100 dB ที่ 1 kHz เส้นแต่ละเส้นจะแสดงให้เห็นว่า ระดับแรงดันเสียงแตกต่างกันอย่างไร ในความถี่ต่าง ๆ

เพื่อให้ระดับความดังเสียง พอ ๆ กับความดันเสียงที่อ้างอิงที่ 1 kHz โดยมีระดับอ้างอิง ที่แตกต่างกันทั้งหมด 13 ระดับ

เส้นโค้ง Equal-loudness Contour เผยให้เห็นว่า ความดังเสียงที่รับรู้นั้น มีความแตกต่างกันเป็นอย่างมาก ตามความถี่ และระดับความดันเสียง

ตัวอย่างเช่น ระดับความดังของเสียงที่ 30 dB จะให้ระดับความดันของเสียง 30 Phon ที่ 1 kHz และต้องใช้ระดับความดันเสียงที่เพิ่มขึ้น 58 dB เพื่อให้เสียงที่ความถี่ 20 Hz มีความดังเท่ากันกับ 1 kHz

เมื่อความดังเสียงสูงขึ้น เส้นโค้งมีลักษณะที่ราบเรียบขึ้น แสดงว่าการตอบสนองของหู มีความสม่ำเสมอมากขึ้น

ตัวอย่างเช่น ในเส้นโค้ง 90-Phon จะเพิ่มความดันเสียงเพียง 32 dB ระหว่าง 1 kHz ถึง 20 Hz ซึ่งหูจะไวต่อเสียงเบส มากกว่าระดับความดังเสียงที่ 30 Phon ที่ต้องใช้ความดันเสียงถึง 58 dB ระหว่าง 1 kHz ถึง 20 Hz

การควบคุมความดัง (Loudness Control)

สมมติว่า กำลังเปิดเพลงฟังในระดับ 80 Phon แล้วรู้สึกว่าโทนบาลานซ์พอดี ต่อมาลดความดังลงมาที่ 50 Phon จำเป็นจะต้องเพิ่มทั้งเสียงต่ำ และเสียงสูง เพื่อรักษาความสมดุลที่เหมาะสม

ซึ่งในเครื่องเสียงบางรุ่น จะมีปุ่ม Loudness ให้กด เพื่อจุดประสงค์ในการชดเชยเสียงสูง และเสียงต่ำ สำหรับการตอบสนองความถี่ของหู ในระดับความดังเสียงที่แตกต่างกัน

พื้นที่การได้ยิน (Area of Audibility)

(พื้นที่การได้ยินของหูมนุษย์ล้อมรอบด้วยเส้นขอบสองเส้น (A) คือระดับเสียงต่ำสุดที่หูสามารถตรวจพบได้ (B) คือระดับเสียงสูงสุด ก่อนเกิดอาการเจ็บปวด)

ทดสอบโดย ให้ผู้ฟังหันหน้าเข้าหาแหล่งกำเนิดเสียง เส้น A หมายถึง ผู้ฟังตัดสินว่า เสียงที่ความถี่ที่กำหนดนั้นแทบไม่ได้ยิน  ส่วนเส้น B หมายถึง ผู้ฟังตัดสินว่า เริ่มมีความรู้สึกในหู หรืออาจเจ็บปวด เส้น A และ B จึงแสดงถึงการรับรู้ถึงเสียงที่เบาที่สุด ไปจนถึงเสียงที่ดังที่สุด

• A เปรียบเสมือนประตูการได้ยิน แสดงถึงระดับเสียงในแต่ละความถี่ ที่เสียงแทบจะไม่ได้ยิน ยังแสดงให้เห็นอีกว่า หูของมนุษย์นั้นไวที่สุดประมาณ 3 kHz และยังระบุได้ว่า ประมาณ 3 kHz เสียงระดับเบา จะกระตุ้นการตอบสนองได้มากกว่าความถี่ที่สูงกว่า หรือต่ำกว่า 3kHz ซึ่งบริเวณนี้จะอ่อนไหวต่อการได้ยินมากที่สุด
• B เปรียบเสมือนประตูของความรู้สึก แสดงถึงระดับเสียงในแต่ละความถี่ ที่ทำให้รู้สึกเจ็บปวดในหู สังเกตุที่ 3 kHz สิ่งนี้เกิดขึ้นที่ระดับแรงดันเสียงประมาณ 110 dB ระดับที่เพิ่มขึ้นส่งผลให้ความรู้สึกเจ็บปวดเพิ่มขึ้น อาการนี้เป็นการเตือนว่า เสียงดังเป็นอันตราย และความเสียหายของหูนั้นใกล้จะเกิดขึ้นแล้ว

ระหว่างประตูการได้ยิน และประตูของความรู้สึก เรียกว่า พื้นที่ของการได้ยิน โดยแนวตั้งหมายถึง ระดับความดันเสียง และแนวนอนหมายถึงความถี่เสียง ที่หูมนุษย์สามารถรับรู้ได้ ซึ่งเสียงที่มนุษย์สัมผัสได้นั้น มีความถี่ และระดับความดันเสียง ที่อยู่ภายในขอบเขตการได้ยินนี้

ความดังกับระดับความดันเสียง (Loudness vs Sound-Pressure Level)

Phon เป็นหน่วยของระดับความดังทางกายภาพ ที่อ้างอิงถึงระดับความดันเสียงที่ 1 kHz แต่ไม่ได้บอกถึง ปฏิกิริยาของมนุษย์ต่อความดังเสียง

จึงต้องมีหน่วยความดังเพิ่มขึ้น ที่เกิดจากการทดลอง กับผู้ทดลองหลายร้อยคน โดยใช้เสียงที่หลากหลาย สรุปได้ว่า ระดับความดังเสียงที่เพิ่มขึ้น 10 dB จะทำให้คนรู้สึกได้ว่า ความดังเสียงเพิ่มขึ้นเป็น 2 เท่า

ในทำนองเดียวกัน สำหรับระดับความดังเสียงที่ลดลง 10 dB จะทำให้คนรู้สึกได้ว่าความดังเสียงลดลงครึ่งหนึ่ง เรียกหน่วยวัดนี้ว่า Sone ซึ่งเป็นหน่วยความดังตามความรู้สึกของผู้รับฟัง

การที่คนฟังโทนเสียงที่ 1 kHz อยู่ 40 Phon จะเรียกว่า 1 Sone และเมื่อเพิ่มขึ้น 10 dB เป็น 50 Phon จะได้ 2 Sone หรือ ลดลง -10dB เป็น 30 Phon จะเรียกว่า 0.5 Sone ซึ่งมีอัตราแปรผันที่ 2:1 สร้างเป็นกราฟได้ดังนี้

(แสดงกราฟสำหรับแปลงระดับความดังของเสียง เป็นความดัง Sone โดยกราฟนี้ใช้กับความถี่ 1 kHz เท่านั้น)

เมื่อเปรียบเทียบความดังเสียง Phon และ Sone จะได้ความดังต่อไปนี้

ความดัง และแบนด์วิดท์ (Loudness and Bandwidth)

เสียง 3 เสียง มีระดับความดังเสียงเท่ากันที่ 60 เดซิเบล โดยมี ความกว้างแบนด์วิดท์ คือ 100, 160 และ 200 Hz โดยในรูปทั้ง 3 แบนด์วิดท์ จะมีพื้นที่เท่ากัน

ต่อมาแสดงให้เห็นว่า แบนด์วิดท์ของสัญญาณรบกวน มีระดับความดังเสียง 60 dB และมีศูนย์กลางอยู่ที่ 1 kHz

ในรูป B เสียง แบนด์วิดท์ 100 Hz มีระดับความดัง Phon เท่ากับ 60 dB หรือความดัง Sone จะเท่ากับ 4

ต่อมาเพิ่มแบนด์วิดท์เป็น 160 Hz จะเห็นได้ว่ายังมีความดังเท่าเดิม แต่เมื่อเพิ่มแบนด์วิดท์เกิน 160 Hz เป็นต้นไป กลายเป็นว่า เป็นการเพิ่มความดัง หมายถึง การรับรู้ของสัญญาณรบกวนที่เข้ามา ตัวอย่างเช่น ความดังของสัญญาณรบกวน เมื่อแบนด์วิดท์เท่ากับ 200 Hz จะทำให้เสียงดังขึ้น

“ทำไมความความดังถึงเปลี่ยนที่ 160 Hz ?”

เหตุผลก็คือ 160 Hz คือความกว้างของแถบวิกฤตของหู ที่ความถี่ 1 kHz แสดงให้เห็นโดยการเปิดเสียง 1 kHz ให้กับผู้ฟังพร้อม ๆ กัน ด้วยสัญญาณรบกวนแบบสุ่ม (random noise) เฉพาะสัญญาณรบกวนในแบนด์วิดธ์ที่ไม่กว้างกว่า 160 Hz เท่านั้น จึงจะมีประสิทธิภาพในการบดบัง สัญญาณรบกวนอื่น ๆ ซึ่งหูทำหน้าที่เหมือน ตัวกรองแบนด์พาสที่ขยายไปทั่วสเปกตรัมการได้ยิน และตัวกรองแถบวิกฤตเป็นแบบต่อเนื่อง ไม่ว่าจะเลือกความถี่ไหน ก็จะมีแถบวิกฤตที่มีศูนย์กลางอยู่ที่ความถี่นั้น ๆ

การวิจัยแสดงให้เห็นว่า ความกว้างของแถบวิกฤต แปรผันตามความถี่อย่างไร

จากรูป แถบวิกฤตจะกว้างขึ้นเมื่อความถี่สูงขึ้น

มีวิธีอื่นสำหรับการวัดแบนด์วิดธ์ที่ต่างออกไป คือ ERB ที่ใช้กับผู้ฟังที่อายุน้อย ในระดับเสียงปานกลาง ให้ผลัพธ์ที่ต่างออกไป โดนเฉพาะความถี่ที่ต่ำกว่า 500 Hz ลงมา

Critical bands เป็นเรื่องที่มีความสำคัญในหลายสาขาวิชาเสียง ตัวอย่างเช่น การแปลงไฟล์เสียง ซึ่งเล่นกับการรับรู้ของหู อย่างแปลง MP3 เป็นต้น

ความดังของแรงกระตุ้น (Loudness of Impulses)

ตัวอย่างที่กล่าวถึงจากข้างต้น จนถึงตอนนี้ ล้วนแล้วจะเกี่ยวข้องกับเรื่องโทนเสียง และสัญญาณรบกวนในสภาวะคงที่

“หูตอบสนองอย่างไรในช่วงเวลาสั้น ๆ ?”

นี่เป็นสิ่งที่สำคัญ เพราะดนตรี และคำพูดประกอบขึ้นจากช่วงเวลาสั้น ๆ

ลองเปิดเสียง 1 kHz ในเวลา 1 วินาที จะได้ยินเสียง 1 kHz แต่สั้นมาก ทีนี้ลองเปิด 1 kHz ในระยะเวลาที่ยาวขึ้น ฟังไปซักระยะ ทีนี้ลองสลับกลับมาเปิดเสียง 1 kHz ในเวลา 1 วินาทีอีกครั้ง จะทำให้รู้สึกว่า การเปิด 1 kHz ในเวลา 1 วินาที ซึ่งเป็นระยะเวลาสั้น ๆ จะไม่ดังอีกต่อไป

ตัวอย่างเช่น การเปิดเสียงในเวลา 3 ms จะต้องเปิดเสียงระดับสูงกว่าเกือบ 20 dB จึงจะได้ความดังเท่ากับเปิดเสียง 5 dB ที่ระยะเวลา 500 ms

เมื่อเสียงเกิดขึ้นมาในเวลาที่น้อยกว่า 100 ms  จะต้องเพิ่มระดับความดังเสียง เพื่อสร้างความดังให้เท่ากับ เสียงที่เกิดขึ้นในระยะยาว

100 ms ดูเหมือนจะเป็นเวลารวมสูงสุด ให้หูมนุษย์ก่อนกลับสู่ภาวะคงที่ แสดงว่าหูมนุษย์จะไวน้อย ต่อภาวะเสียงดังในช่วงเวลาสั้น ๆ เช่น Peak ในระดับสัญญาณเสียง เป็นต้น

ความดังและการเปลี่ยนแปลง (Audibility of Loudness Changes)

หูนั้นไวต่อช่วงไดนามิกที่กว้างของเสียง จากเบาที่สุด ไปจนถึงดังที่สุด ซึ่งแตกต่างออกไปในแต่ละความถี่เสียง ตัวอย่างเช่น ที่ 1 kHz สำหรับระดับการฟังที่แตกต่างกัน การเปลี่ยนแปลงจะรู้สึกจะอยู่ที่ 0.25 – 3 dB ส่วนที่ 35 Hz อาจต้องใช้การเปลี่ยนแปลงความดังถึง 9 dB จากคนส่วนใหญ่

ระดับเสียงกับความถี่ (Pitch vs Frequency)

ระดับเสียงส่งผลต่อการรับรู้ของ Pitch สำหรับความถี่ต่ำ Pitch จะลดลงเมื่อระดับเสียงเพิ่มขึ้น ที่ความถี่สูง จะสวนทางกัน คือ Pitch จะเพิ่มขึ้นเมื่อระดับเสียงเพิ่มขึ้น

โดยทดลองที่ความถี่ 168 Hz และ 318 Hz แล้วเพิ่มระดับเสียง จนกระทั่ง Pitch ลดลงเป็น 150 Hz และ 300 Hz จะทำให้ได้ความสัมพันธ์แบบอ็อกเทฟ ซึ่งให้เสียงที่ไพเราะ การทดลองนี้แสดงให้เห็นการลดลงของ Pitch ที่ความถี่ต่ำ การทดสอบที่คล้ายกันนี้ จะแสดงให้เห็นว่า Pitch ของโทนเสียงความถี่สูง ที่เพิ่มขึ้นตามระดับเสียง

ความถี่พื้นฐานที่ขาดหายไป (The Missing Fundamental )

บางครั้งระบบการได้ยิน ก็สามารถเล่นกลได้ เช่น ถ้าเปิดเสียงที่ความถี่ 1,000 , 1,200 ,และ 1,400 Hz พร้อมกัน

“จะได้ยินเสียงความถี่ 200 Hz ขึ้นมา!!!”

สิ่งนี้สามารถตีความได้ว่า 1,000 Hz เป็นฮาร์มอนิกที่ 5 ของ 200Hz ส่วน 1,200 Hz เป็นฮาร์มอนิกที่ 6 และ 1,400 Hz เป็นฮาร์มอนิกที่ 7 ระบบการได้ยินจึงตระหนักดีว่า โทนเสียงที่เปิดเป็นฮาร์มอนิกของความถี่ 200 Hz และรับรู้ถึงความถี่พื้นฐานที่ขาดหายไป พร้อมกับสร้างมันขึ้นมา

คุณภาพเสียง (Timbre)

Timbre อธิบายการรับรู้ เกี่ยวกับคุณภาพของเสียงที่ซับซ้อน ทำให้สามารถแยกได้ว่า เสียงต่างกันอย่าไร การแยกนี้ลงไปถึง แม้จะเป็นเครื่องดนตรีชนิดเดียวกัน เล่นโน๊ตเดียวกัน ก็ยังสามารถแยกได้ว่า เสียงมีความต่าง

ซึ่งพอเล่นดนตรี เครื่องดนตรีจะสร้าง ความถี่พื้นฐาน และฮาร์โมนิก โดยสมมุติว่า ความถี่พื้นฐานของเสียงนั้น คือ 200 Hz ความถี่ฮาร์มอนิกที่สองคือ 400 Hz, ฮาร์มอนิกที่สามคือ 600 Hz เป็นต้น ซึ่งแต่ละเสียงเครื่องดนตรี จะมีระดับความดันเสียง ของแต่ละ ฮาร์โมนิก ที่แตกต่างกันออกไป ทำให้เสียงที่ได้มีความแตกต่าง

การรับรู้แหล่งที่มาของเสียง (Localization of Sound Sources)

การได้ยินเป็นกลไกสำหรับการเอาตัวรอด นอกจากการมองเห็น สิ่งสำคัญที่สุด คือ การระบุตำแหน่งของแหล่งกำเนิดเสียง

จากรูป แสดงให้เห็นว่าสมอง สามารถตรวจสอบถึงความแตกต่าง ที่เป็นไปได้หลายอย่างเมื่อเสียงเกิดขึ้น

• รูป A หมายถึง สัญญาณเสียง ที่ส่งมาถึงหูทั้งสองข้าง ในระยะเวลาที่ไม่เท่ากัน จะเห็นการเปลี่ยนของเฟส
• รูป B หูที่อยู่ห่างไกลจะถูกบดบังด้วยศีรษะ ส่งผลให้เสียงความถี่เสียงสูงลดลง เมื่อเทียบกับหูที่อยู่ใกล้กว่า
• รูป C กลไกระยะระหว่างหูทั้ง 2 ข้าง เกิดการหน่วงของเวลา ความต่างนี้ทำให้สามารถระบุตำแหน่งเสียงได้ ตามกฎของคลื่นลูกแรก (Hass Effect)

กลไกนี้จะแตกต่างกันออกไป ขึ้นอยู่กับลักษณะของเสียงที่จะระบุ

โดยจะมีความแตกต่างกันมาก หรือน้อย ขึ้นอยู่กับความถี่ ในการเปลี่ยนเฟสระหว่างหู เช่น ที่ความถี่ต่ำ 30 Hz ความยาวคลื่นอยู่ที่ประมาณ 11.5 ม. ความแตกต่างของเฟสจึงไม่มาก เมื่อเทียบกับระยะของหูทั้ง 2 ข้าง

และด้วยเป็นความถี่ต่ำ ซึ่งมีคุณสมบัติหลบสิ่งกีดขวางได้ดี ในที่นี้คือศรีษะ ทำให้โทนเสียงของหูทั้งสองข้าง แม้จะมีศรีษะมาบัง ก็แทบไม่แตกต่างกัน และยากที่จะระบุทิศทางของแหล่งกำเนิดเสียงได้

แต่ในความถี่สูง จะมีความต่างของเฟส เพราะความยาวคลื่นที่สั้น พร้อมกับถูกดูดซับ และสะท้อนได้ง่าย เมื่อมีศีรษะมาบังใบหูที่อยู่ไกลออกไป (Acoustical shadow) ทำให้เกิดสิ่งที่เรียกว่า ความแตกต่างของความเข้ม และโทนเสียง ทำให้สามารถระบุทิศทาง ของแหล่งกำเนิดเสียงได้

แต่โชคดี ที่เสียงในโลกแห่งความเป็นจริง เป็นบรอดแบนด์ คือ ไม่ได้มีเฉพาะเป็นความถี่เดียว จึงสามารถฟัง และระบุตำแหน่งได้ไม่ยาก

กฎแห่งคลื่นลูกแรก (Law of the First Wavefront)

เสียงที่มาถึงก่อน จะสร้างการรับรู้ถึงทิศทางในตัวผู้ฟัง บางครั้งเรียกว่า กฎของคลื่นลูกแรก (Hass Effect) ลองนึกภาพคนสองคนอยู่ในห้อง คนหนึ่งพูด และอีกคนหนึ่งฟัง เสียงแรกที่ไปถึงผู้ฟัง และมีระยะทางที่สั้นที่สุด คือเสียงที่ออกจากผู้พูดโดยตรง ซึ่งทำให้ผู้ฟังสามารถระบุทิศทางได้ แม้ภายห้องจะมีเสียงสะท้อนตามมาอีกมากมายก็ตาม เพราะแน่นอนว่าเสียงสะท้อนจะมีระยะทางที่มากกว่า และมาถึงผู้ฟังที่ช้ากว่า

The Precedence Effect

หูและสมองมีความสามารถในการรวบรวมเสียงจริง และเสียงสะท้อนทั้งหมดที่มาถึง ภายในระยะเวลา 35 ms (มิลลิวินาที) หลังจากได้รับเสียงโดยตรงแล้ว ต่อมาจะรวมเสียงเข้าด้วยกัน เพื่อให้รู้สึกว่าเสียงมาจากตำแหน่งใด แม้จะมีการสะท้อนเข้ามาเกี่ยวข้องก็ตาม เสียงที่มาถึงก่อน จะเป็นตัวกำหนดตำแหน่งต้นทางที่รับรู้ได้

Hass Effect หรือกฎของคลื่นลูกแรก พลังงานเสียงที่รวมเข้าด้วยกันในช่วงเวลานี้ ยังให้ความรู้สึกถึงความดังที่เพิ่มมากขึ้นอีกด้วย ทีนี้ยกตัวอย่าง ในโรงภาพยนตร์ ดวงตาจะรวมภาพนิ่งหลายชุดเข้าด้วยกัน

ทำให้เกิดการเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่อง อัตราการนำเสนอภาพนิ่งมีความสำคัญ ซึ่งต้องมีอย่างน้อย 16 ภาพต่อวินาที (ช่วง 62 ms) เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้เห็นภาพนิ่ง หรือการสั่นไหวเป็นชุด

ในทำนองเดียวกัน การหลอมรวมการได้ยิน เป็นกระบวนการของการหลอมรวมชั่วขณะ การหลอมรวมการได้ยินจะได้ผลดีที่สุดในช่วงเวลา 35 ms ในกรณีการฟังเสียง

ยกตัวอย่าง เมื่อนั่งตรงกลางโดยที่มีลำโพง 2 ข้างคือ ซ้าย และ ขวา เมื่อเปิดเสียงพูด จะทำให้รู้สึกว่าผู้พูดอยู่ตรงกลาง เพราะเสียงเดินทางจากลำโพง 2ข้างมาเท่า ๆ กัน และมีความดังที่เท่ากัน

เมื่อใส่หน่วงเวลา 5 ถึง 35 ms ที่ลำโพงขวา จะทำให้รู้สึกว่าเสียงดังมาจากลำโพงด้านซ้าย เพราะกฎของคลื่นลูกแรก ซึ่งจริง ๆ แล้ว เสียงดังมาจากทั้ง 2 ลำโพงด้วยความดังที่เท่ากัน การหลอมรวมนี้ต้องเกิดขึ้นในเวลา 5 – 35 ms เท่านั้น

รูปแสดง ระบบการได้ยินของมนุษย์ อธิบายถึงการหลอมรวมชั่วขณะ ในเวลา 5 ถึง 35 มิลลิวินาที โดยระดับเสียงสะท้อน หรือเสียงที่มาช้ากว่า จะต้องสูงกว่าเสียงที่มาโดยตรงประมาณ 10 เดซิเบล จึงจะรับรู้ได้ว่าเป็นเสียงสะท้อน ส่วนสะท้อนมาจากหลายทิศทางจะถูกรวมเข้ากับหู เสียงสะท้อนที่มีความล่าช้า 50 ถึง 100 ms หรือนานกว่านั้น จะเรียกว่าเป็นการสะท้อนที่ไม่ต่อเนื่อง

ในกรณีต้องการเพิ่มความดันเสียง ด้วย Hass Effect เพื่อเติมความดันเสียงของพื้นที่รับฟัง ให้ได้ประสิทธิภาพสูงสุด ระดับของเสียงลำโพงดีเลย์ ที่อยู่หน้าลำโพงหลัก ต้องเพิ่มขึ้นให้ถึงจุดสูงสุด คือ 10 dB เหนือเสียงจากลำโพงหลัก ก่อนจะดิเลย์เสียงจากลำโพงดิเลย์ ให้รอเสียงจากลำโพงหลัก และหน่วงเพิ่มไปอีก 5 – 35 ms จะทำให้การรับฟัง ยังเหมือนเสียงมาจากหน้าลำโพงหลักที่อยู่หน้าเวที แม้จะเติมลำโพงดิเลย์เข้าไป

การรับรู้เสียงสะท้อน (Perception of Reflected Sound )

เริ่มต้นโดยผู้ฟัง จะต้องนั่งอยู่อย่างสมมาตร ระหว่างลำโพง 2 ใบ ทั้ง ซ้าย และขวา เสียงจากลำโพงตัวหนึ่งถูกกำหนดให้เป็นเสียงตรง และลำโพงอีกตัวหนึ่ง คือเสียงดีเลย์ (เสียงสะท้อน) โดยหน่วงเวลาเพิ่ม 10ms ให้เป็นลำโพงเสียงสะท้อน ทีนี้จะสังเกตุออกว่าลำโพงข้างที่ไม่ ดิเลย์ เสียงจะมาถึงก่อน และเอียงไปทางนั้น ต่อมาค่อย ๆ เพิ่มความดังลำโพงเสียงสะท้อน จนกว่าจะพบความแตกต่าง และได้ยินเสียงสะท้อนที่ไม่ต่อเนื่อง สิ่งนี้มีคุณค่าในทางปฏิบัติอย่างไร

ในห้องที่เปิดเพลง รูปแสดงผลของ การสะท้อนเสียงจากด้านข้าง ที่เพิ่มเข้าไปในเสียงโดยตรงจากลำโพง ความหมายคือ ถ้าเสียงสะท้อนที่ต่ำกว่าเกณฑ์การรับรู้นั้นใช้ไม่ได้ และการสะท้อนที่รับรู้ว่า เป็นเสียงสะท้อนที่ไม่ต่อเนื่องก็ใช้ไม่ได้เช่นกัน

พื้นที่ใช้งาน คือ พื้นที่ไม่แรเงา โดยมีค่าต่ำสุดไม่เกิน A และค่าสูงสุดไม่เกิน C ถือว่าใช้ได้ การคำนวณ สามารถให้ประมาณการของระดับความดัง และความล่าช้าของการสะท้อนใด ๆ โดยต้องรู้ ความเร็วของเสียง ระยะทางที่เดินทาง และการใช้กฎกำลังสองผกผัน

โดยสูตร

Reflection delay = ((Reflected path) – (Direct patch)) / 1,130

และ Reflection level at listening position = 20 log(Direct path / Reflected path)

ตัวอย่างในห้องประชุม เช่น สามารถออกแบบเพื่อให้ การหน่วงเวลาน้อยกว่า 50 ms และอยู่ในโซนที่ดี

พิจารณา เสียงโดยตรงมีเส้นทางความยาวที่ 50 ฟุต และการสะท้อนในช่วงต้นด้วยความยาวเส้นทางสูง 75 ฟุต ทั้งสองเข้าถึงผู้ฟัง

จาก Reflection delay = ((Reflected path) – (Direct patch)) / 1,130

0.022 = 75 – 50 / 1130

เกิดความล่าช้าของเวลา 22 มิลลิวินาที

และจาก Reflection level at listening position = 20 log(Direct path / Reflected path)

-3.5 = 20 log 50 / 75

ความดังของเสียงสะท้อนต้องอยู่ที่ -3.5 dB

เมื่อดูในรูปด้านบน เมื่อความล่าช้าเกิดที่ 22 ms ความดังเสียงสะท้อนลดลง -3.5 dB ถือว่าดี แต่สำหรับเสียงพูด อนุญาตให้ยืดหยุ่นสูงสุด ที่ไม่เกิน 80 ms

The Cocktail-Party Effect

ระบบการได้ยินของมนุษย์ มีความสามารถในการแยกแยะระหว่างเสียงต่าง ๆ และมุ่งความสนใจไปที่เสียงเดียว ท่ามกลางเสียงจำนวนมาก หรืออาจเรียกว่า “การวิเคราะห์การได้ยิน” ลองนึกภาพตัวเองในงานปาร์ตี้ที่พลุกพล่าน ซึ่งมีนักพูด และเล่นดนตรีมากมาย คุณสามารถฟังผู้พูดคนหนึ่ง ที่กำลังพูดได้ ในขณะที่ไม่รวมบทสนทนา และเสียงอื่น ๆ เข้ามาด้วย  ยิ่งหากมีคนอยู่ฝั่งตรงข้าม พูดชื่อคุณ คุณจะตื่นตัวในเรื่องนี้

การสูญเสียการได้ยินจากการทำงานและสันทนาการ (Occupational and Recreational Hearing Loss)

ความเสียหายจากการได้ยิน ถือเป็นอันตรายร้ายแรงต่อผู้ปฏิบัติงาน ซึ่งในงานอาจมีระดับเสียงที่อาจเป็นอันตราย เมื่อเวลาผ่านไป และเจอกับเหตุการณ์ซ้ำ ๆ ทำให้สูญเสียการได้ยิน บริษัทต่างๆ มักติดตั้งแผ่นกันเสียงรอบ ๆ และกำหนดให้ใช้ที่อุดหู หรือที่ครอบหูสำหรับพนักงาน

ผู้ปฏิบัติงานในอุตสาหกรรมได้รับการคุ้มครองตามกฎหมาย รัฐบาลกลางการบริหารความปลอดภัย และอาชีวอนามัย (OSHA) ในกรมแรงงาน ซึ่งคอยรักษาดูแลขีดจำกัดการสัมผัสเสียง ในสถานที่ทำงาน ยิ่งเสียงมีความดังสูง การอนุญาติเวลาทำงานก็จะใช้เวลาน้อยลง

D=(C1/T1) + (C2/T2) + (C3/T3) +….

เมื่อ

C = ระยะเวลาที่ได้รับเสียง : ชั่วโมง

T = ขีดจำกัดการรับเสียง : ชั่วโมง

ตัวอย่างเช่น

เมื่อคนงานสัมผัสกับระดับเสียง 100 dBA เป็นเวลา 1.5 ชั่วโมง และระดับ 95-dBA เป็นเวลา 0.5 ชั่วโมง D = 1.5/2 + 0.5/4 = 0.9 ดังนั้นคนงานสัมผัสเสียงรบกวนไปได้ 90% ของเสียงรบกวนที่อนุญาติสูงสุด

การสัมผัสเสียงที่เป็นอันตราย เป็นมากกว่าปัญหาทางด้านอาชีพ มันยังเป็นปัญหาด้านนันทนาการอีกด้วย เพราะแต่ละคนอาจต้องทำงานตลอดทั้งวัน ในสภาพแวดล้อมที่มีเสียงดัง

จากนั้นเพลิดเพลินกับการแข่งรถ หรือมอเตอร์ไซค์ ฟังเพลงในระดับสูง หรือใช้เวลาหลายชั่วโมงในไนท์คลับ ในขณะที่การสูญเสียความถี่สูงคืบคลานเข้ามา

ภาพวิศวกรมิกซ์เสียง ในสตูดิโอบันทึกเสียง ที่สูญเสียการได้ยินอย่างรุนแรง เนื่องจากการฟังเสียงในระดับสูง และอยู่ในห้องควบคุมเป็นเวลานาน

สรุป การรับรู้ และแบ่งแยกเสียง

เป็นไงบ้างครับ ความสามารถใน การรับรู้และแบ่งแยกเสียง ของหูมนุษย์ แอดมินหวังว่า ผู้อ่านจะสามารถนำความเข้าใจนี้ ต่อยอดไปถึง การมิกซ์เสียง การทำระบบเสียง ตลอดจนสามารถระวังภัยต่าง ๆ ที่อาจเกิดกับหูได้ แล้วเจอกันในบทความถัดไปครับ

บทความที่แนะนำให้อ่านต่อ กฎกำลังสองผกผัน Inverse square Law ในพื้นที่ Free Field