Denna artikel går även att läsa i Ljudbladet nr 2 2020.
En personlig syn på psykoakustikens betydelse i en akustikers vardag.
Klassisk akustik utgår från den fysikaliska beskrivningen av ljud som vågor och hur vi kan mäta det. Men i vardagen går vi människor inte runt med mikrofoner, accelerometrar analysatorer för att koda av vår omgivning. Vad vi har är vår kropp och dess sinnen med vilka vi förnimmer vår omvärld. Med vår hjärna kan vi processa dessa förnimmelser och jämföra med tidigare erfarenheter som finns lagrade i vårt minne.
Vår hörsel har begränsningar: Under en viss nivå (hörtröskeln) hör man inget ljud och över en viss gräns (obehagströskel) orsakar ljudet smärta. Vi hör också bara i ett visst frekvensområde som beror på ålder och vilka ljud man har varit utsatt för. Å andra sidan kan vi använda oss av våra två öron och en än så länge oslagbara signalanalys tack vare våra hjärnor.
För att anpassa oss i praktiken efter hur vi uppfattar ljud använder vi dB-skalan och olika vägningar. Eftersom det ljudtrycksområde som är mest relevant för oss är så stort (dynamiken av vår hörsel): från ca. 20 µPa till 20 Pa och för att det för hörseln, liksom för alla våra sinnen, gäller att fysiskt stimuli inte är linjärt utan logaritmiskt proportionellt mot upplevt stimuli använder vi den logaritmiska decibelskalan. Om man tänker tillbaka på början av sin karriär in i akustikens värld så känns detta för de mesta inte som en naturligt val. Det tar tid att vänja sig vid att tänka i dB, men det gör det mycket enklare att förstå akustiska problem.
De mest använda vägningarna är A- och C-vägning. Dessa är tagna från hörselkurvor (equal loudness curves) och anpassade till dåtidens filterteknik. I tillägg så gäller hörselkurvan bara för rena toner, och det har man sällan i praktiken. Idag används de ofta utanför sin ursprungliga kontext. Man använder A- vägningen (baserad på 40 dB hörsel-linjen) oberoende av ljudnivån. C -vägning används för att ta hänsyn till låga frekvenser, även om den egentligen är till för höga nivåer runt 100 dB. Det har dock visat sig i praktiken att den nutida användningen fungerar ”rätt bra” även om den aldrig utvecklades specifikt för lågfrekvent ljud. Dessutom har vi idag mycket bättre metoder tillgängliga, exempelvis olika hörselmodeller och loudnessmodeller.
Två viktiga effekter som gör att vår uppfattning skiljer sig från mätning är ”just noticable differences” (JND) och masking. Båda kan tas hänsyn till i psykoakustiska modeller.
”Just noticable difference” är ett mått på vilken förändring i ett ljud vi kan uppleva. Och om man känner till det så hjälper det ju om en förbättring/försämring kommer påverka eller inte. De kanske viktigaste JND för en akustiker är de som avser ljudnivå och frekvens. I avseendet ljudnivå kan vår hörsel urskilja avvikelser på mellan 0,2 och 1 dB beroende på den totala ljudnivån, typ av ljud och situation. För frekvens beror det väldig mycket på situationen. Vi kan notera väldig små skillnader i frekvens om båda tonerna spelas samtidigt då hörseln använder interferenseffekter. JND avseende frekvens uttrycks, snarare än i absoluta frekvenstal, med en procentsats i relation till den frekvens man jämför med och denna procentsats brukar ligga runt 0,7 %.
Masking beskriver effekten av att ett ljud kan döljas av ett starkare ljud. Detta kan ske både i tid och frekvens. Ju mer lika två ljud är desto mer sannolikt är det att vi bara känner av det som låter starkare. Detta används exempelvis i algoritmer för datareducering för musik.
Ett annat exempel är modulerade ljud. Beroende på modulationsfrekvensen är upplevelsen helt annorlunda. I psykoakustiken kan därför samma fysikaliska effekt uttryckas som tre olika ”percept”: fluktuation strength, roughness, och tre toner som förändrar sin pitch (upplevd tonhöjd). I tillägg beskrivs de olika sätten att uppleva modulation på samma sätt, oberoende av om ljudet är frekvens- eller amplitud-modulerat. Hur vi beskriver modulationer och skiljer dem åt beror alltså på om vi har ett fysikaliskt eller psykoakustiskt perspektiv.
Liknande fenomen har jag upptäckt i min tidigare forskning om hur man upplever vibrationer. Om man blir utsatt för vertikala helkroppsvibrationer med varierande frekvens så beskrivs de inte som en, gradvis varierande känsla (percept) utan som olika slags känslor. Att uppleva låga frekvenser runt 4 Hz beskrivs som att gunga, vaja eller guppa. Frekvenser runt 8 Hz ger en mer skumpande känsla. Med ytterligare stigande frekvens beskrivs vibrationerna som först skakningar och sen skälvningar för att sedan övergå i en känsla av att det kryper i kroppen och till slut att det kittlas. Även om den fysikaliska stimulus är den samma, så reagerar kroppen varierande på den. De låga frekvenserna sätter hela kroppen i rörelse men enskilda kroppsdelar har olika resonansfrekvenser som kan exciteras vid lite högre frekvenser och ännu högre upp i registret känner man vibrationen bara i kontaktytan mellan huden och det vibrerande föremålet.
Det här visar tydligt att det på individnivå kan variera mycket hur ljud eller vibrationer upplevs eftersom det beror direkt på vår kroppsbyggnad. Men även våra minnen och våra känslor kan ha en effekt på hur vi upplever ljud. Jag skulle vilja dela med mig av ett självupplevt exempel på hur detta kan ta sig uttryck.
Vid en vandring i fjällen uppmärksammade jag ett ljud som irriterade mig väldig mycket. Jag tyckte mig höra en motorväg eller i alla fall en större väg, vilket ju dock var omöjligt där jag var, mitt på fjället. Först när jag hade kommit en bit längre på vägen och såg det forsande vattnet förstod jag att det var där ljudet från. Men min hjärna hade mer erfarenhet av trafik än av vilda forsande vattendrag så den associationen kom först. Och i alla fall för mig är det en stor skillnad om jag tänker på en forsande bäck i fjällen eller en motorväg. Det ena tanken är positiv och energigivande, medan det andra är negativ och stressande.
Så det finns många olika aspekter av hur vi upplever en situation och ett ljud. Och försvinnande lite av det speglas i en mätning. Speciell när vi bryter ner det till ett eller två tal. I praktiken tror jag många använder någon form av psykoakustiska begrepp i vardagen – om än hemmasnickrade. När man får klagomål på ljudproblem eller diskuterar ljud så handlar det oftast inte om nivåer eller frekvenser men att det låter för högt, att det är ett knackande, brummande eller pipande ljud. Och dessa beskrivningar kan vi som akustiker översätta till att det handlar om vissa frekvenser, mer eller mindre impulshaltigt ljud eller om det generella ljudtrycket är orsaken. Så psykoakustik är inte något nytt främmande, utan ett sätt att formulera och använda kunskap som många redan använder intuitivt. Vi kommer ju inte undan våra mest praktiska mätinstrument – våra öron och vår hjärna.
Alice Hoffmann
Brekke & Strand Akustik AB
Grundläggande referenser
Kleiner, M. (2011). Acoustics and Audio Technology. J Ross Publishing.
Genuit, K. (2010). Sound-Engineering im Automobilbereich. Springer.
Referenser till Psychoakustik och ljudexempel
Zwicker, E. & Fastl, H. (1999). Psychoacoustics. Facts and Models. Springer.
Referenser till egen forskning
Hoffmann, A. (2010). Perception of whole body vibration. Chalmers University of Technology.
Hoffmann, A. (2016). Auralization, perception and detection of tyre–road noise. Chalmers University of Technology
