2.2. Звук: простой и сложный

Как видно из приведенного обзора работ по психофизике слуха, при поиске закономерностей, связывающих ощущения и физические воздействия, обычно исходили из предположения о соответствии каждому физическому параметру вполне определенного субъективного ощущения. С этой целью в психоакустических исследованиях стремились применять по возможности стимулы с минимальным количеством изменяемых в эксперименте параметров. Были получены традиционные шкалы, связывающие интенсивность звука с его громкостью и частоту с высотой тона.

Однако с самого начала результаты этих исследований свидетельствовали о том, что получаемые зависимости являются в значительной мере абстракцией. Строгой однозначности в связях между характеристиками "простых" сигналов и свойствами психического образа найти не удавалось. Не было ясности при выявлении субъективных качеств, соответствующих вполне определенным физическим параметрам звука. Так, например, двум характеристикам звукового тона - интенсивности и частоте - соответствуют, по крайней мере, пять субъективных качеств: 1) громкость, которая возрастает с ростом интенсивности и зависит от частоты; 2) высота звука, растущая с частотой и определенным образом зависящая от интенсивности; 3) объем, увеличивающийся с ростом интенсивности и уменьшающийся с ростом частоты; 4) светлота или плотность, которые увеличиваются как с увеличением частоты, так и с увеличением интенсивности; 5) качество гласных - параметр, который оказался применимым и к чистому тону [35].

Данный пример наглядно демонстрирует многомерный характер психического отражения. При этом уже здесь мы вынуждены говорить об образе восприятия, несмотря на то, что исследования, в которых были получены данные результаты, направлены в основном на изучение особенностей ощущений - абстрактных качеств образа. В этом видится принципиальное ограничение одномерного подхода к анализу изучаемых феноменов и необходимость их системного рассмотрения.

Итак, не подлежит сомнению, что постулирование однозначных зависимостей между физическими воздействиями и субъективным отражением этих воздействий является существенным упрощением реальной ситуации. Упрощением также является предположение о независимости характеристик психического образа: даже громкость тонального звука не может рассматриваться отдельно от его высоты, и наоборот.

Что же касается физических характеристик звука - интенсивности и частоты, - то они обычно принимаются как независимые параметры линейной системы. В действительности и это предположение является упрощением. Оно справедливо лишь для случаев абсолютно линейных свойств среды, в которой распространяется звук. Практически же обеспечить такие свойства вряд ли возможно. Допущение о линейности может быть принято, если доказано, что искажения, вносимые средой, пренебрежимо малы по сравнению с нелинейностями, определяющими закономерности психического отражения. Забегая вперед, отметим, что условие линейности среды может приниматься далеко не всегда. Особенно это замечание касается звуков, преобразованных техническими каналами приема-передачи и другими устройствами опосредствованного воспроизведения звука.

Однако, даже если справедливо допущение о линейном преобразовании звука в окружающей человека среде, нелинейный характер психического отражения делает невозможным проведение полной аналогии между независимыми характеристиками в описании физического воздействия и предполагаемыми как независимые характеристиками психического образа. Такая аналогия исходно требует одномерной трактовки восприятия.

Анализ работ по психоакустике показал, что в них практически не обсуждаются изучаемые проблемы в рамках представлений о слуховом образе как о целостной системе, характеризующейся определенным предметным содержанием. При этом наблюдается существенное расхождение между разрабатываемыми в психофизике теоретическими положениями и теми свойствами слухового восприятия, которые обнаруживаются в практической деятельности человека. Подобное расхождение мы связываем в первую очередь с применением в психоакустических исследованиях искусственно упрощенных сигналов, не имеющих четкой предметной связи с объектами внешнего мира. Реально такие звуковые сигналы почти не встречаются в природе. Заметим, что понятие простого сигнала в соответствии с его формальным определением не применимо даже к тональным звукам (в идеальном случае простым звуком будет тон с бесконечной длительностью). В этом смысле, как уже говорилось, все слышимые человеком звуки являются сложными.

Рассмотрим подробнее вопрос о простом и сложном сигнале применительно к задачам исследования слухового восприятия. В предыдущей главе мы показали, что одной из главных задач исследования восприятия становится задача поиска системы характеристик образа наряду с выявлением ее адекватности системе характеристик в физическом описании объекта [97, 118]. Поиск именно сопоставимых систем в описаниях физической реальности и образа восприятия необходим потому, что даже какой-либо один из признаков слухового образа (например, высота или громкость) может определяться целой группой физических параметров. Как видим, проблема деления сигналов на простые и сложные теряет смысл при анализе многомерного образа, поскольку невозможно постулировать одномерный характер его связи с физическим миром.

Это не означает, однако, что не может быть использовано понятие простого объекта для описания процессов восприятия. Проведенное обсуждение имело целью показать относительность представлений о простом и сложном сигнале, если речь идет о психическом отражении. Здесь мы опять приходим к необходимости получения такого описания психических процессов и физической реальности, в котором будут учитываться только существенные параметры, имеющие сопоставимый характер. Таким образом, объективная сложность воспринимаемого объекта должна сопоставляться с субъективной сложностью решения задачи по его восприятию. Именно в соответствии с оценкой субъективной сложности конкретного звука для его восприятия целесообразно дифференцировать звуки на простые и сложные. Тогда сложным или простым объект восприятия будет не только как физическое явление, но и в зависимости от того, с какими трудностями сталкивается человек при анализе его признаков [156].

Как видим, понятие субъективной сложности звука тесно связано с представлениями о сложности задачи, решаемой при восприятии.

В соответствии с этими представлениями к простым можно отнести такие звуки, в образе изменений которых испытуемый выделяет некоторый четкий субъективный параметр (признак) и удерживает его на фоне изменений других признаков. При этом экспериментатор должен располагать соответствующими методическими приемами измерения и контроля данного параметра в сопоставлении с изменениями характеристик звукового сигнала, описываемого принятой физической моделью. Тогда субъективно простым может оказаться и звук, представляемый физически как сложный.

Следует сказать, что в рамки такого рассмотрения проблемы сложности для восприятия укладываются практически все исследования традиционной психоакустики (это видно в первую очередь из работ по изучению закономерностей ощущений высоты и громкости звука). Ведь даже если речь идет о восприятии человеком различия по высоте двух музыкальных сигналов, то в конкретной экспериментальной ситуации именно высота будет основным измеряемым параметром. При этом физическая модель описывает обычно только те изменения звука, которые, по представлениям экспериментатора, определяют ощущение высоты, например изменения частоты основного тона. Здесь, несмотря на физическую сложность предъявляемого звука, исследователь рассматривает его в качестве простого воздействия, ставя задачу испытуемому также воспринимать звук как простой объект. Однако при смене задачи или же в случае неприятия ее испытуемым возможен переход испытуемого на работу по некоторому другому (не предполагаемому исходной физической моделью) признаку, что может привести к неадекватным выводам при анализе полученных результатов. Таким образом, условие отнесения конкретного сигнала к классу простых выполнимо только в жестко определеных экспериментальных ситуациях. Соответственно и выводы о получаемых зависимостях необходимо ограничивать ситуациями, которые определяют решение испытуемым конкретной сенсорной задачи. На необходимость такого анализа категории задачи в психологическом исследовании не раз обращалось внимание в работах Ю. М. Забродина [57 - 59].

Таким образом, понятие простого звука является условным с разных точек зрения и может быть использовано лишь для уровня анализа экспериментального материала, соответствующего принятой физической модели и задаче, решаемой испытуемым. В общем случае нет особой необходимости стремиться к поиску физически простого сигнала для изучения особенностей восприятия простого стимула. Однако в психоакустике традиционное представление о простом звуке связано, как правило, с возможностью его описания минимальным количеством параметров в рамках одномерной физической модели, вне какой-либо связи с понятием о субъективной сложности восприятия звука. В рамках таких представлений осуществлялась и организация стимульного воздействия в эксперименте. При этом сохранялась тенденция искусственного приближения стимулов к физически простым сигналам, что порождало проблему искусственности самой экспериментальной ситуации, ее отдаления от реальной практики человека.

Нельзя сказать, что эта проблема оставалась вне поля зрения исследователей. Многие авторы отмечали ограниченность выводов, следующих из экспериментов, в которых использовались упрощенные стимульные воздействия [90, 236, 241]. Но дальше констатации этих ограничений дело, как правило, не доходило. Наоборот, требование чистоты эксперимента и получения однозначных зависимостей являлось обычным аргументом использования максимально упрощенных звуков, а основная трудность связывалась с трудностью синтеза именно простых звуков. При этом применение в экспериментах более сложных сигналов обосновывается только невозможностью получения простого звука. Дж. Ликлайдер, например, специально подчеркивает, что одной из причин, вследствие которых именно короткие тона (как сложные звуки) используются в исследованиях слуха, "является то, что в реальном эксперименте мы не можем представить слухового сигнала в бесконечности, которая была бы необходима для создания идеально чистого тона. При включении или выключении тона чистота последнего нарушается. Всякий раз, когда мы изменяем частоту, максимальную амплитуду или фазу тона, мы распределяем его энергию по всей частотной шкале" [90, с. 585]. Таким образом, признается сам факт отсутствия простых звуков (чистых тонов) в опыте человека.

Однако в психоакустике понятие тона часто используется для описания характеристик реальных объектов звуковой среды человека. Уже цитируемый Дж. Ликлайдер пишет, что "кроме громкости и высоты, тоны отличаются друг от друга такими свойствами, как объем (размер, протяженность), яркость и насыщенность (компактность). Тоны трубы звучат полнее, чем тоны флейты, а звук охотничьего рога кажется более резким и плотным и обладает свойствами светлости, которой лишен более рассеянный звук органа" [90, с. 602]. Как видим, автор вынужден пользоваться более широким набором слуховых качеств, чем это предполагает анализ восприятия чистого тона. Понятно, что звуки музыкальных инструментов с весьма большой натяжкой могут быть отнесены к тональным. Практически это единственная группа применяемых в психоакустике физически сложных сигналов, которая характеризуется определенным предметным содержанием, связанным с перцептивным опытом человека. Отнесение звуков музыкальных инструментов к тональным связано в основном с характером восприятия этих звуков и мотивируется в большей степени тем, что они выделяются периодичностью, хотя и характеризуются сложным составом спектра и сложными зависимостями его изменения во времени.

Таким образом, несмотря на задачу физического упрощения сигнала, в реальных психоакустических исследованиях применяются сложные (в физическом смысле) звуки, задача восприятия которых также не всегда может быть сведена к простой. При изучении закономерностей восприятия любого сложного звука, даже музыкального, трудно говорить о какой-либо однозначной связи между отдельными физическими параметрами и характеристиками образа этого звука. Дж. Ликлайдер видит эту трудность в том, что "акустически сложный звук, то есть такой, какой имеет более одного частотного компонента, может вызывать или не вызывать сложного ощущения. Сложность звука также может оказывать большое влияние на субъективные свойства: громкость, высоту и объем звука, а также может давать начало образованию новых характерных свойств" [90, с. 614].

Однако, несмотря на признание этого положения, основные исследования в психофизике слуха были направлены на выявление именно "чистых" закономерностей, связывающих абстрактные, якобы независимые слуховые характеристики, с искусственно выделяемыми из общего числа физических параметров характеристиками стимула. Основное внимание уделялось анализу данных, полученных с использованием сигналов, рассматриваемых как простые. Даже если и использовался сложный звук, например музыкальный, изучались характеристики его восприятия в соответствии с представлениями, полученными на тональных сигналах (закономерности оценки высоты, громкости и т. п.).

Необходимо отметить, что специальные разделы, посвященные проблеме восприятия сложного звука, выделены почти во всех крупных работах по психоакустике. Но практически все они касаются лишь некоторых особенностей восприятия шумовых сигналов, комплексных тонов, искажений и т. п. в сравнении с закономерностями восприятия тональных посылок [41, 241, 242]. За немногим исключением [127, 222, 270], сама проблема изучения характеристик целостного слухового образа сложного звука остается в стороне от интересов большинства авторов. Да и количество исследований по этой проблеме явно не соответствует ее глубине, сложности и неразработанности.

Среди работ по проблеме восприятия сложного звука в особую группу следует выделить исследования по восприятию тембра [149, 300-302], а также работы, осуществленные в рамках концепции слухового потока [195-200, 268-271]. В них специально рассматривается характеристика целостности восприятия сложного звука. Однако все эти работы выходят за рамки традиционных психофизических парадигм. В последующих разделах мы специально остановимся на позициях авторов этих работ, оказавшихся весьма сходными с нашими представлениями о целостности и предметности слухового образа.

Задача перехода на новый уровень анализа становится достаточно очевидной и принимается многими исследователями [90, 220, 221, 222]. Как указывает Дж. Ликлайдер, "мы должны признать, что, за исключением немногих случаев (например, громкость сложных тонов, маскировка), в которых взаимодействие (между компонентами) довольно тщательно изучено, мы все еще не свели психоакустику к символам (количественным измерениям)". При этом "вопрос заключается в том, каким образом следует поступать, когда акустический стимул, с которым мы имеем дело, сложен и не изучен. Должны мы производить эмпирические испытания с этими новыми звуками и им подобными или мы можем исходить из имеющихся данных, основанных на простых стимулах? Этот вопрос ставит нас перед больший затруднением при изучении психологии, поскольку при подсчете целого трудно исходить из отдельных компонентов, когда вся система не является линейной" [90, с. 635].

Пытаясь наметить пути решения поставленных проблем, Дж. Ликлайдер считает, что "экспериментальное исследование всего бесконечно большого числа акустических стимулов, которые когда-либо окажутся интересными, явно неосуществимо. Мы должны уметь предсказать сложное, основываясь на изучении простого, и уметь обобщать отдельные компоненты. Логически первым шагом при этом должен быть правильный выбор основных компонентов, следующим шагом - изучение их взаимодействия. Синусоиды, несмотря на их математическое удобство, не подойдут, вероятно, для этой цели, так как в области слуха большую роль играют изменения случайного характера" [90, с. 635]. Он предлагает перейти к исследованиям с использованием "шумоподобных" сигналов, близких по своим свойствам к белому шуму.

Согласимся, что изучение восприятия шумоподобных сигналов действительно является переходом к анализу сложного звука. Однако шумы характеризуют собой только одну, по нашему мнению, не самую существенную сторону усложнения сигнала. В случае ограничения шумами выпадают из рассмотрения все звуки, обладающие качеством упорядоченности. А ведь именно с упорядоченными по определенному показателю звуками обычно имеет дело человек. В некотором смысле шум для человека оказывается разновидностью простого звука, если принять во внимание отсутствие задачи по выявлению в нем упорядоченной структуры.

Примечательно в связи с этим высказывание Б. М. Теплова о том, что "человеческое ухо никогда, кроме как в акустической лаборатории, не имеет дело с простыми звуками. Человеческий слух в том виде как он реально существует, сформировался в процессе восприятия сложных звуков. Нельзя ничего понять в нашем слухе, если при его исследовании исходить из ощущения таких звуков, которые не являются его нормальными раздражителями. Наоборот, понять наши ощущения простых звуков можно, только исходя из ощущения сложных звуков" [149, с. 82].

Именно опираясь на такую позицию, мы ставим задачу исследования слухового восприятия с использованием сложных звуков акустической среды, представляющей собой реальное окружение человека в его жизнедеятельности. Трудность экспериментального исследования всего бесконечного числа звуков, которую увидел Дж. Ликлайдер, можно преодолеть, имея четкие основания классификации звуков, встречающихся в опыте человека. Основная задача такой классификации связана с выявлением признаков звучаний, которые определяют именно целостный и предметный характер слухового образа.

Здесь уместно отметить, что для создания определенной классификации звуковых сигналов важно учитывать двойственный характер определения самого понятия звука. Согласно определению, "звук в широком смысле - колебательное движение частиц упругой среды, распространяющееся в виде волн в газообразной, жидкой или твердой средах; в узком смысле - явление, субъективно воспринимаемое специальным органом чувств человека и животных" [26, с. 432]. Таким образом, звук можно рассматривать, с одной стороны, как физическое явление, а с другой - как результат слухового восприятия.

Такое представление о звуке имеет особую специфику, поскольку при восприятии слуховой образ не всегда может быть выделен строго однозначно как "образ предмета", если под предметом звука понимать сам источник звучания, формирующий "колебательное движение частиц" - звуковые волны; т. е. предметность слухового образа не выражается так конкретно, как предметность образа, например при зрительном восприятии.

Двойственность понятия "звук" часто приводила к тому, что во многих работах по анализу физических свойств звука и закономерностей слухового восприятия смешивались свойства, относящиеся к этим разным сторонам изучаемого явления. Так, большинство исходных положений фундаментальной работы Дж. Стретта [148], посвященной рассмотрению физических свойств акустических колебаний, основано на характеристиках слухового восприятия. При описании звука нередко используются такие субъективные параметры слухового образа, как громкость, высота, тембр звука, объем и др. [35, 90].

Учитывая двойственный характер звука, классификацию объектов звуковой среды человека мы будем осуществлять по двум направлениям. В первую очередь проведем анализ описаний звука как физического явления, т. е. рассмотрим физические модели звука, применяемые в акустике, технике и в психоакустике. Затем построим классификацию звуков как объектов слухового восприятия; при этом особую роль для нас будут играть свойства, определяющие предметность слухового образа.