Következő két cikkünk a csúcskategóriás hangzást övező vitatott kérdésekkel foglalkozik, és betekintést nyújt az emberi hallás kifinomultságába, világos hátteret biztosítva az elvárások kezeléséhez, azzal kapcsolatban, hogy mi számít, és mi nem a zene legmagasabb szintű hanghűségű visszaadása szempontjából.
A zenei reprodukció High-End birodalmában, az élő előadáshoz lehető legközelebb álló hanghűség elérése érdekében, a figyelem a teljes felvételi és lehallgatási láncban mindenre kiterjed. A módszerek és anyagok egyesek szemében szélsőségesnek és feleslegesnek tűnnek. A tervek és a fejlesztések fokozatos változtatásokkal járnak, amelyek mérési és meghallgatási teszteken is alapulnak. Az apró, és néha ezoterikusnak tűnő torzítások, amelyeket az audio-ipar minimalizálni kíván, meghaladják a szabványos előírásokat. Az, hogy a feltételezett javulások milyen mértékben hallhatók, megkérdőjelezhető, mivel hallhatóságukat gyakran nem erősítették meg kontrollált mérések. Ezen összesített okok miatt a High-End Audio létjogosultságát és árait jelentős vita és szkepticizmus övezi. E szkepticizmus egy része azonban az idő- és frekvenciatartományok közötti kapcsolattal kapcsolatos tévhiteken, valamint a hallás működésének ismerethiányán alapul.

Frekvencia, fázis és idő közötti kapcsolat. A frekvencia, a fázis és az idő szorosan összefügg, a váltakozó jelek, például a szinuszos hullámok leírására szolgálnak. Az idő azt mutatja meg, hogy mennyi idő telik el egy adott pillanatig vagy egy teljes hullámhosszig (periódusidő). A frekvencia az egységnyi idő alatt lezajló teljes ciklusok száma. A fázis mutatja meg, hogy egy hullám egy adott pillanatban hol tart a teljes ciklusából, kifejezve szögben (fokban vagy radiánban) mérve egy kezdőponthoz képest.
Az audio-közösségek nagy része ragaszkodik a Fourier-formalizmushoz és túlzottan a frekvenciaspektrumra hagyatkozik. Például egy olyan komponenst, amely nem változtatja meg a hangszínt (a tónusokat), gyakran „semlegesnek” neveznek, ami egyenes frekvenciaválaszt sugall. A „pontos” vagy a „természetes” jobb jelzők lennének, mivel a hangszórókon kívüli audio-komponensek jellemzően már eleve elég lapos frekvenciaválaszt mutatnak. A hangszínt befolyásoló torzítások többnyire az időtartományhoz kapcsolódnak, például a hangok felfutásának és lecsengésének pontosságához, és nem a frekvenciaspektrumhoz – sorry, Fourier!
Lássunk néhány hangszert példának! A figyelem általában a spektrális energiaeloszlásra összpontosul: a szájharmonika rendelkezik a leggazdagabb spektrummal, tele felharmonikusokkal és más felhangokkal. A zongora hangja a legtisztább, csak az alaphang éli túl a lecsengés alkonyát, a hegedű pedig e kettő között helyezkedik el. A frekvenciakomponensek növekedésében és lecsengésében is egyértelmű időtartománybeli különbségek vannak. A hegedű esetében az alaphang valamivel később kezdődik, mint egyes felhangok. A szájharmonika esetében a magasabb felhangok fokozatosan késleltetetten kezdődnek. A zongora esetében minden felhang hirtelen, egyszerre kezdődik. Továbbá zaj (elmosódottság) tapasztalható a zongora felhangjai között a hang kezdetén, ami egy éles impulzust jellemez.

Ellentétben azzal, amit egyesek gondolhatnak, az időtartománybeli különbségek, nem pedig a spektrális különbségek befolyásolják leginkább a hangszínt. Drámai változás tapasztalható a hangszínben, amikor a hangokat időben visszafelé játsszák, annak ellenére, hogy az átlagos spektrum, a teljes hullámformára vonatkoztatva ugyanaz. Ez jól mutatja az időtartomány fontosságát a hangszín minősége szempontjából.
A hangfelfutásokkal/lecsengésekkel kapcsolatos érzékeny időzítési információk elsöprő fontosságát Kenneth W. Berger amerikai audiológus és kutató klasszikus kísérlete szemléltette. Különféle fúvós hangszerek hangját vették fel – és játszották le a hangok elejének és végének kis mértékű levágásával. Bár az átlagos spektrum lényegében változatlan maradt, a kezdetek és a végek eltávolítása felismerhetetlenné tette a hangszereket, még a profi zenészek számára is, akik jól ismerték ezeket a hangokat (pl.: közülük altszaxofonnak, öten trombitának hallották a fuvolát stb.) Ezek a megfigyelések aláhúzzák az időtartománybeli teljesítmény fontosságát az audio-eszközökben. Valójában számos hangsugárzóterv megpróbálja biztosítani, hogy a hangszórók akusztikai középpontjai egyenlő távolságra legyenek a hallgatótól, hogy helyesen reprodukálják a frekvenciakomponensek közötti időzítéseket.

Az időbeli késleltetést néha összekeverik a fáziseltolódással. Az időbeli késleltetés és a fáziseltolódás szorosan összefüggő, mégis alapvetően különböző fogalmak a fizikában és a mérnöki tudományokban, a hangtechnikában és az elektronikában. Nem ugyanazok, és általában nincs szükség arra, hogy bármilyen kapcsolatban legyenek egymással, kivéve speciális, korlátozott helyzeteket. Ha két ember belép egy ajtón, stopperórával megmérhetjük az érkezésük közötti késleltetést. Értelmetlen fáziskülönbségről beszélni olyan jelenségek esetén, amelyek átmenetiek, nem pedig oszcillálók. A kezdések közötti időbeli késés komolyabb probléma, mint a fáziseltérések, és ahogy korábban említettük, sok hangsugárzóterv különös figyelmet fordít erre. Ha a második harmonikus kezdete időben késleltetett (nem csak fáziseltolódott), akkor a hang karakterében mutatkozó különbség könnyebben hallható. A fázissal szembeni hangszín-indemencia olyan széles körben elismert tény, hogy létezik rá egy tudományos törvény is: Ohm akusztikai törvénye. De, abban bízhatunk, hogy egy jó audio-rendszeren kevés különbség hallható.

Salvador Dali, szürrealista művész egyik leghíresebb festménye. 1934 óta a New York-i Modern Művészetek Múzeumban található.
Időbeli elmosódás és felbontás a hangzásban. A gyorsabb időbeli válaszra képes audio-rendszerek képesek magasabb frekvenciákat továbbítani és azok elektromos-jeltartományára reagálni. Ez például igaz egy magassugárzó és egy mélysugárzó összehasonlításakor: a magasabb rezonanciafrekvencia kéz a kézben jár az egyensúlyi állapotba való gyorsabb visszatéréssel. Vagy egy alul-áteresztő szűrő esetén, a magasabb határfrekvencia fC=1/2πRC rövidebb karakterisztikus lecsengési időt jelent τ=RC=1/2πfC. Azonban a karakterisztikus frekvencia és egy folyamat karakterisztikus ideje között nincs mindig közvetlen kölcsönös kapcsolat. Például a digitális technikában a legszűkebb időbeli válaszú rekonstrukciós szűrők kevésbé kiterjedt frekvenciaválaszt mutathatnak. Életünkben a napi események (pl. a reggelizés) „fázis-zárasak” a 24 órás ciklushoz képest. De mi köze a reggeli időtartamának a 24 órás periodicitáshoz? Semmi!:)) Hasonlóképpen, egy személynek nem kell jobb magas frekvenciájú hallással rendelkeznie ahhoz, hogy képes legyen a percidőzítési hibák megoldására. A binaurális hallási időzítési élesség 10 µs 700 Hz-en, ami a T=1,43 ms periódus századrésze; az élesség tízszer rosszabb (>100 µs) a magasabb, 1400 Hz-es frekvencián! A frekvencia, a fázis és az idő közötti eltérés mögött meghúzódó érdekes hallási neurofiziológiát, valamint az Ohm-törvény alapját a cikksorozat második részében ismertetjük.

Az „időbeli felbontás” kifejezést következetlenül használják különböző jelentéssel. Egy audio-lánc minden komponense időben elmossa a jelet, és hozzájárul az audio-rendszer időkésésének kiszélesedéséhez. Ha a késés nagyobb, mint hallásunk tranziens felbontása az befolyásolja a hangminőségérzetet, az egymáshoz közelebb lévő impulzusok összemosódnak. Ez magyarázza, hogy miért nem elég gyors a 44,1 kHz-es mintavételi frekvencián a („Redbook” vagy CD-szintű) digitális hang. Ahhoz, hogy ne jelentkezzen a probléma, lényegesen magasabb mintavételi frekvenciák szükségesek. A legtöbb audio-rendszernek azonban gyengébb láncszemei is ​​vannak. Ha a mintavételi frekvencia nem a rendszer szűk keresztmetszete, akkor mintavételezés 44,1 kHz fölé növelése a túlmintavételezés (oversampling) nem feltétlenül okoz hangzásbéli különbséget.

Időeltolásos diszkrimináció (Time-Shift Discrimination) a „digitális hangzásban”.
Ez a jelenség kulcsfontosságú a térérzet, a hangtisztaság és a digitális hibák kiküszöbölése szempontjából. Egy hullámforma legkisebb időeltolódása, amely más digitális értékként detektálható, a CD-szabvány hangminősége esetén kisebb, mint egy nanoszekundum. Ezt a nagyon kis értéket néha tévesen „időbeli felbontásként” azonosítják. Ennek nincs jelentősége a hangzáshűség szempontjából. Az időbeli „kenődés” azt az időintervallumot jelöli, amely alatt a jel a csúcsértékéről az egységnyi töredékére csökken (pl. ½, 10%, 1/e stb.), így két impulzus nem különböztethető meg rendesen. Nem az impulzus lassulásaként fog megnyilvánulni, de elfedi az alacsony szintű részleteket. Hanghatása várhatóan rosszabb lesz, mint a véletlenszerű zaj, mivel korrelál a jellel. Az információk eltakarása csökkenti a reprodukció mélységét és élénkségét. A mérhető paraméterek némileg függetlenek egymástól, sőt fordított korrelációban is lehetnek. Egy időben jól összehangolt hangsugárzó gyors hangszórókkal, de laza és rosszul csillapított kabinetben megnyúló, hosszan tartó zengéseket okoz a hangszekrény rezgései miatt.
Amint a cikksorozat következő részében látható lesz, a fül felbontása meghaladja a csillagászati ​​méreteket – a cochlea idegi gerjesztési mintavariációk száma 17-tel több nullával rendelkezik, mint az univerzum csillaginak száma!

– Cikkünkhöz felhasználtuk Milind N. Kunchur a University of South Carolina in Columbia kitüntetett professzora, az American Physical Society tagja, „Az év amerikai professzora” díj tulajdonosának gondolatait –