КОГНИТИВИСТНачинающим¹Второй курс
Второй курс, 4: Звуковые послеобразы
Прологи: наука о сознании становится точной
Школа когнитивного бойца. Второй курс.
Когнитивные технологии - это просто
.
Метафора and Beyond
.
Азбука гештальта
.
Второй курс
Фотогалерея: фракталы в природе
Второй курс, занятие 4: Звуковые послеобразы
Темы:
Мы обращаемся к послеобразам в других каналах восприятия, нежели зрение. Конечно, зрительные послеобразы очень просты для наблюдений и наглядны, но наша задача - убедиться в универсальности обнаруженных нами свойств послеобразов для всех каналов восприятия, для всех его модальностей. И начнем мы со слухового восприятия.
Звуковые послеобразы исследованы еще меньше, чем зрительные, но этого вполне достаточно, чтобы утверждать:
  1. Звуковые послеобразы настолько же типичны, как и зрительные.
  2. Звуковые послеобразы нельзя объяснить нервными процессами в ухе, а только сложными реакциями в слуховых центрах восприятия головного мозга.
  3. Звуковые послеобразы влияют на восприятие как текущего, так и последующих звуков.
Сложность наблюдения звуковых послеобразов заключается в том, что у наших ушей нет “фокуса слуха”, мы не можем свободно и точно менять направление своих ушей, как мы это делаем с направлением взгляда. Наконец, мы не можем закрыть уши настолько же надежно, как глаза. В результате получить удобные условия для наблюдения звуковых послеобразов не так просто.
Тем не менее, мы будем придерживаться хорошей традиции опытной проверки своих идей и гипотез, а когда для этого будут нужны особые условия, я укажу это специально. В опытах мы будем использовать небольшие звуковые фрагменты, которые следует слушать достаточно громко (но не допуская “хрипения”), лучше всего в наушниках, особенно если вы используете ноутбук, и в спокойной обстановке.
Первый звуковой фрагмент состоит из 6 частей:
  1. Короткий и чистый тон частотой 1400 Гц. Мы будем использовать его в качестве контрольного “объекта” восприятия.
  2. После паузы - длинный чистый тон частотой 1500 Гц.
  3. Вновь наш контрольный тон.
  4. После короткой паузы - вновь контрольный тон.
  5. Далее, после паузы - фрагмент так называемого “белого шума”. Это равномерная смесь всех звуковых частот, в этом шуме одинаково представлены все доступные нашему слуху звуковые частоты.
  6. После паузы - снова наш контрольный тон.
Вот как выглядит этот фрагмент в графическом виде (смысл нижнего графика станет ясен из дальшейшего):
Итак, слушайте фрагмент, но будьте внимательны к нюансам:
Прежде всего, заметили ли вы, что звучание 2-го куска, длинного чистого тона частотой 1500 Гц. (желтый на диаграмме) не кажется однородным? Пока звучит этот тон, в нём начинает нарастать какой-то звон или свист, достигая максимума к концу этого звукового куска (если не заметили, послушайте снова). Но дело в том, что в действительности звук совершенно не изменяется. Меняется наше восприятие, и с подобным эффектом мы не раз сталкивались, исследуя зрительные послеобразы. Пока мы сфокусированы на этом звуке, в его восприятие начинает вмешиваться его собственный послеобраз - и чем дальше, тем сильнее. Этот звон или свист – звуковой послеобраз, накладывающийся на непосредственное слуховое восприятие чистого тона.
Далее, в звуковом фрагменте четыре раза звучит контрольный тон (1, 3, 4, 6, на диаграмме – зеленый). Наша задача - заметить разницу в звучании в каждом из четырех случаев. Вы сможете заметить, что похоже звучат пара 1 и 6, и пара 3 и 4. Первая пара звучит чисто, прозрачно, гладко, а в звучании пары 3 и 4 отчетливо слышен тот самый звон или свист. Особенно он заметен в куске 3, когда длинный тон 2 сменяется на контрольный. Естественное истолкование – на звучание контрольного тона влияет послеобраз длинного фрагмента 2. Послеобраз в форме специфического звона или свиста накладывается на звучание контрольного тона, искажая его.
При этом, короткая пауза (между частями 3 и 4) почти ничего не меняет: и в части 4, которая также является нашим контрольным тоном, мы продолжаем слышать влияние послеобраза.
Чтобы избавиться от его влияния, и вновь услышать контрольный тон чисто, необходима длительная пауза или период белого шума 5 (голубой на диаграмме), который служит как “чистящее средство для слуха”, помогая избавиться от послеобраза длинной второй части. В результате часть 6 звучит почти как 1-ая, без заметного звона или свиста.
Итак, мы убедились: звуковые послеобразы могут влиять на непосредственное восприятие как неизменных звуков, так и последующих звуков при их смене. Силу влияние послеобразов в течение этого звукового фрагмента мы условно отметили на диаграмме. Максимальное влияние наступает в конце 2-ой части и в 3-ей и 4-ых частях, именно тут звон или свист послеобраза достигает максимума.
Единственное отличие, которое выявили наши опыты – кажется, в паузах между звуками мы ничего не слышали, даже в паузе между частями 3 и 4, где казалось бы влияние послеобраза было максимальным. Могут ли звуковые послеобразы звучать “сами”, а не только искажать другие звуки?
Могут, и один из известных примеров “звучащих послеобразов” - так называемые тоны Цвикера.
Звуковые послеобразы: тон Цвикера
Наверное, всем знакомо ощущение "звенящей" тишины, которое наступает после того, как внезапно прекращается сильный шум. Это самый простой пример “звучащего” послеобраза, и иногда он слышен совершенно отчетливо, даже навязчиво. Такого рода послеобразы шумов в науке принято называть тонами Цвикера, по имени исследователя, который в 1964 году первый занялся их серьезным изучением.
Вы, конечно, закомы с особенным звучанием тонов Цвикера - именно они заставляют нас иногда спрашивать друг друга: “В каком ухе звенит?”
Есть люди, которые страдают постоянным звоном в ушах, в медицине он называется "тиннитусом".
Чаще всего тоны Цвикера вызываются различными шумами, а не чистыми звуками. Однако, не всякий шум вызывает отчётливый послеобраз. Обратимся к диаграмме:
Здесь 1) - это спектральная диаграмма белого шума, равномерной смеси всех звуковых частот. У него ровная полоса спектра, и как выяснилось, белый шум не дает заметного звукового послеобраза (неслучайно, в предыдущем опыте мы его использовали как “моющее средство” против послеобразов).
Но если в сплошном спектре белого шума вырезать "окно", то есть приглушить определённую полосу частот (2), то такой шум вызывает послеобраз, звенящий звук в том диапазоне частот, который был вырезан из шума.
Обратитесь к опыту. Для его проведения очень желательна по-настоящему тихая обстановка. В следующем звуковом фрагменте три части, разделенные паузами:
  1. Белый шум.
  2. Белый шум с вырезанной полосой спектра в районе средне-высоких частот.
  3. Белый шум с вырезанной полосой спектра в районе средних частот.
Сравните послеобразы каждого из звуковых фрагментов. Замечаете ли тоны Цвикера? После каких фрагментов? Отличается ли высота тона Цвикера после 2-го и 3-го фрагментов? Обратите также внимание, что эти тоны не только звучат как таковые, но и немного искажают тембр других посторонних звуков, например, звуков речи - как и всякий послеобраз, они способны искажать наше воспряитие.
Любопытен тут следующий момент: вспомним нашу самую первую и самую простую гипотезу о происхождении послеобразов. Мы тогда предположили, что послеобраз является полярной противоположностью исходного образа. Что это может означать в данном случае? Полярным дополнением шума с вырезанным окном, кажется, является шум противоположного по форме спектра, как показано синим пунктиром. Однако, тон Цвикера, хотя и ложится в это окно, но не является шумом, а скорее чистым тоном определенной высоты (3). Иными словами, наша простейшая гипотеза и тут дает непонятный сбой - звуковой послеобраз не является простой спектральной противоположностью исходного звука.
Опыты со звуковыми послеобразами, конечно, не так просты, как со зрительными. Некоторые исследователи утверждают, что не все люди могут слышать тоны Цвикера. Напротив, есть наблюдения, что некоторые люди к нему особо чувствительны, в частности, лица, подверженные тиннитусу.
Кажется, тиннитус имеет прямое отношение к тонам Цвикера и звуковым послеобразам. Но порой тиннитус превращается для людей в досадный, раздражающий симптом. Для того, чтобы облегчить таким людям жизнь, был разработан прибор с наушниками, который помогает отвлечься или даже на время избавиться от звона в ушах. Догадаетесь ли вы, какой именно звук генерирует этот прибор?
Правильно!
Итак, звуковые послеобразы аналогичны по свойствам зрительным, и мы даже можем слышать их самостоятельное звучание. Но наше слуховое восприятие, хотя и лишенное некоторых преимуществ зрительного (направления взгляда, возможность закрыть глаза), тем не менее, обладает и своими уникальными особенностями.
С этими особенностями и действием звуковых послеобразов связана одна знаменитая и способная удивить звуковая иллюзия. Последовательность звуков, которая её создаёт, называют по имени первооткрывателя, тонами Шепарда.
Звуковые послеобразы: тон Шепарда
Прослушайте звуковой фрагмент, что вы слышите?
Кажется, тут нет сомнений: мы слышим постоянно повышающуюся по высоте последовательность звуков. Однако, в действительности здесь повторяется три совершенно одинаковых звуковых последовательности. Никакого постоянного изменения высоты звука нет. В этом легко убедиться, запустив звуковой фрагмент снова, как только он дошел до конца. Мы имеем иллюзию бесконечного повышения высоты звуков, которые в действительности остаются неизменными по высоте.
Чтобы разобраться в этой впечатляющей звуковой иллюзии, нам нужно обратиться к особенностям нашего звукового восприятия, у которых нет аналогов в зрительном.
Принято считать, что весь диапазон звуков различных высот наше восприятие естественным образом делит на поддиапазоны, которые именуются октавами. Каждая октава охватывает такой диапазон звуков, что начальный звук октавы по частоте ровно в два раза ниже, чем последний звук октавы. Субъективно верность этого деления подтверждается тем, что последний звук каждой октавы хотя и выше, чем первый, но воспринимается очень похожим на него. Аналогично, звуки ровно в центре каждой октавы кажутся похожими между собой вне зависимости от номера октавы, хотя и различаются по высоте.
Это еще с древности дало основание ввести понятие музыкальной ноты. Нота - это относительное положение звука в октаве. Сегодня принято различать 7 основных нот: ДО, РЕ, МИ, ФА, СОЛЬ, ЛЯ, СИ (для простоты, мы не будем рассматривать различные промежуточные ноты, “бемоли” и “диезы”). Таким образом, все звуки организуются в спираль:
Каждая октава начинается с определенной ноты предыдущего витка и заканчивается на этой же ноте следующего. Например, первой нотой октавы может быть нота ДО, а последней - тоже нота ДО, но на следующем витке. При этом начальная ДО будет иметь частоту ровно в два раза ниже, чем финальная. И по звучанию они оказываются похожими, хотя и разными по высоте. Получается, что хотя существует всего 7 основных нот, в каждой октаве их 8.
Обратим внимание, что спиралевидная организация восприятия высоты звуков совершенна не похожа, например, на кольцевую организацию восприятия цветов, с которой мы знакомились на прошлых занятиях.
Теперь мы готовы обратиться к иллюзии Шепарда. Он попробовал проделать следующую операцию:
На спирали красными точками указаны ноты, принадлежащие одной октаве. Шепард попробовал "сплюснуть" витки спирали в кольцо, склеить все октавы в одну.
Шепард решил для каждой ноты синтезировать звук, который был бы смешением звучания этой ноты во всех октавах. Иными словами, он решил превратить спираль в кольцо: ноты ДО всех октав, перемешавшись, дали один сложный звук ДО, то же самое с нотами РЕ, МИ и т.д. (в действительности для получения эффекта ему было достаточно смешения в пределах основных трех октав)
Наконец, Шепард составил пары из подобных смешанных звуков и расположил их так (мы упрощаем дело, не учитывая промежуточные диезы и бемоли), образующие замкнутый цикл:
  1. Смешанная ДО + Смешанная РЕ
  2. Смешанная РЕ + Смешанная МИ
  3. Смешанная МИ + Смешанная ФА
  4. и т.д. вплоть до возвращения, обойдя все ноты по кругу, к паре Смешанная ДО + Смешанная РЕ
С результатом вы уже познакомились: наш слух слышит изменение высоты, но смешение нескольких октав не позволяет восприятию точно идентифицировать абсолютную высоту звука, только относительную, и в результате он кажется нам постоянно растущим по высоте. Легко получить и обратный эффект, для этого можно поменять направление звуков в паре, например, взять пару смешанное ЛЯ + смешанное ФА.
Вот пример тона Шепарда, в котором происходит бесконечное иллюзорное понижение тона. Особенность этого примера в том, что тут звук сделан непрерывным (и это создает определенную трудность, в некоторые моменты, во время переходов от одного цикла к другому, иллюзия чуть-чуть нарушается):
Идея Шепарда заставила исследователей искать и другие аналогичные эффекты. Например, с использованием темпа, а не высоты звука. Восприятие ритма подчиняется схожим закономерностям: различные темпы звука, как и его высоту наше восприятие склонно делить на своего рода “октавы”. Используя этот факт, была создана следующая иллюзия:
Ритм кажется постоянно ускоряющимся, хотя в действительности он остается неизменным.
Теперь обратимся к нашей главной теме. Именно звуковые послеобразы заставляют наше восприятие считать, что высота звука продолжает расти, а не колеблется циклически на одном месте. Когда мы, прослушав первую циклическую последовательность звуков и восприняв её как постоянно повышающуюся, вновь слышим начало цикла, послеобраз диктует нам восприятие следующего цикла как продолжающего восхождение с последней достигнутой точки. Движение без смены положения - помните этот эффект? Тоны Шепарда демонстрируют нечто подобное в звуковом восприятии - мы слышим постоянное движение тона вверх, но никакого перемещения в действительности не происходит, общая высота звуков остается неизменной.
Звуковые послеобразы в восприятии речи и музыки
Звуковые послеобразы, даже если мы их не всегда замечаем, формируют восприятие каждого следующего звука, и благодаря этому мы способны воспринимать речь и музыку: они не распадаются на последовательности отдельных звуков, а воспринимаются целостно. Каждый следующий слог речи или нота мелодии приходит не на пустое место, наше восприятие уже подготовлено послеобразами предыдущих слогов или нот:
Послеобразы склеивают воедино отдельные звуки речи или музыки, благодаря этому мы понимаем речь и слышим мелодии.
Вот иллюстрация. Здесь приведен начальный фрагмент произведения “Весенняя суматоха” композитора Кристиана Синдинга в двух вариантах. Первый сыгран в четыре раза медленней, чем должно быть. Второй исполнен в нормальном темпе. Прослушайте сначала первый замедленный вариант, а затем второй. Обратите внимание, как при нормальном темпе исполнения в музыке обнаружилась мелодия, которой не было заметно, когда фрагмент исполняется медленно:
При замедленном исполнении временные промежутки от одной ноты к другой увеличиваются, так что мелодия складывается только благодаря действию послеобразов самых ближайших нот, дальше они затухают. При быстрой скорости воспроизведения послеобразы захватывают более длинные части нотной последовательности, что позволяет формировать “длинные” мелодии, образованные взаимодействием длинных рядов нот. Благодаря этому в произведении открывается новая, ранее незаметная мелодия:
“Склеивающая” способность послеобразов играет важнейшую роль не только в слуховом восприятии. Послеобразы – универсальное средство, которое использует наше восприятие в любой модальности, чтобы собирать мир из отдельных деталей в целостные образы. Если бы наше восприятие было лишено послеобразов, наш мир бы разваливался на отдельные детали, звуки, рассыпанные, как кусочки мозаики. Это есть наш первый шаг в понимании истинного значения послеобразов для нашего восприятия.
Представьте себе, что мы имеем дело с мелодией, которая растянута не в четыре раза, а в четыре миллиона раз, и каждая нота длится несколько недель. У нас бы не было ни малейшего шанса услышать её, потому что звуковые послеобразы затухают в течение секунд. Именно в этом трудность в восприятии и изучении медленных процессов - они слишком медленные, чтобы мы могли заметить в них какую-то связную “мелодию”. Глядя на поток событий в жизни природы или социальной системы, мы обычно воспринимаем только отдельные “ноты”, видим лишь дискретный набор не связанных между собой событий, или связанных лишь простейшими короткими связями. Но если бы мы могли осознавать и сохранять послеобразы этих событий достаточно длительное время, в потоке событий нам могла бы открыться отчётливая, но незаметная ранее мелодия. Мелодия изменений к лучшему или мелодия разрушения.
Вот почему мы учимся осмысленно и умело работать с послеобразами.
Звуковые послеобразы, как и зрительные, многому нас научили. И далее мы обращаемся к оставшимся модальностям нашего восприятия - к осязанию, обонянию и вкусу. Может быть, они нам преподнесут новые ценные уроки.
В заключение немного развлечемся. Это сравнение зрения и слуха в отношении характерных форм:
Не правда ли, забавно? Кажется, зрительное восприятие и слуховое восприятие имеют разные "базовые" формы. Для зрения это круг, для слуха - спираль.
1
Не понимаю!!!!
Я вот не догадался, к сожалению, какой звук генерируется в приборе для людей с тиннитусом. А Вы говорите :"Правильно"! Подскажите же, КАКОЙ звук он генерирует? Я не могу понять!!!!
Григорий gserikov@mail.ru (29.01.2014 20:50)
2
Это белый шум :)
 (29.01.2014 21:07)
Ваш комментарий
image Поля, отмеченные звездочкой, нужно обязательно заполнить
Заголовок комментария:
image Текст комментария: (не более 2000 символов, HTML-разметка удаляется)
image Ваше имя:
Ваш E-mail:
image Сколько будет дважды два? (ответьте цифрой, это проверка от спам-рассылок)
Отправить комментарий
Главные темы
Внимание (8)Геогештальт (1)Гештальт (16)Динамика внимания (5)Инсайт (5)Интуиция (2)Кибернетика (5)Когнитивное управление (6)Когнитивный анализ (4)Когнитивный словарь (5)Культура наблюдения (5)Мерцающие зоны (7)Метафизика (3)Метафора (13)Механизмы восприятия (15)Мифы и парадигмы (7)Органическая логика (5)Прогнозирование (6)Роль языка (4)Симметрии (5)Синхронизмы (5)Сложные системы (10)Степенной закон (8)Творческое мышление (5)Три уровня систем (4)Управление знаниями (3)Фазы развития (7)Фракталы (18)Цветные шумы (9)
КОГНИТИВИСТ: когнитивные методы и технологии © Роман Уфимцев, при поддержке Ателье ER