Korva on nonlineaarinen elin ja tästä johtuen se tuottaa harmoonista säröä ja äänenpaineen kasvaessa sitä havaitaan enemmän.

Alkuperäisestä ääniaallosta syntyviä harmoonisia kerrannaisia joita ei alkuperäisessä signaalissa esiinny, kutsutaan harmooniseksi säröksi. Korva voi siis aiheuttaa sen, että voimakas 1 kHz signaali kuullaan 1 kHZ, 2 kHz, 3 kHz jne yhdistelminä.

Esimerkiksi, korva havaitsee viulun tuottamat ylä-äänet hyvin. Jos viulua kuunnellaan lujaa, alkaa korva tuottaa lisää harmoonisia kerrannaisia ja näin ollen muuttaa soittimen havaittua sointia. Tämä tarkoittaa sitä, että ääni monitoroituna hyvin voimakkaalla volyymillä kuullostaa hyvinkin erillaiselta kuin kuunneltuna normaalilla äänenvoimakkuudella.

Korvan herkkyys eri äänenpaineilla

Lisäksi että korva on non-lineaarinen äänen voimakkuuden suhteen, korvan taajuusvaste (havaittu äänenväri) muuttuu kuunneltavan signaalin voimakkuuden mukaan. Tämän takia monista kuluttaja “Hi-Fi” laitteistoista löytyy loudness kytkin, joka kompensoi korvan herkkyyden pienenemistä matalilla taajuuksilla, kun musiikkia kuunnellaan hiljaisilla äänenvoimakkuuksilla.

Fletcher-Munson käyrä esittää korvan keskimääräistä herkkyyttä eri taajuuksilla useilla eri äänenvoimakkuuksilla. Horisontaaliset käyrät osoittavat äänenpaineen jonka eri taajuudet vaativat kuullostaakseen yhtä voimakkailta.

Esimerkki suurella äänenpaineella: 50 Hz signaalin tulisi olla 2 dB ja 10 kHz 6 dB voimakkaampi kuin 1,4 kHz signaalin 110 dB SPL voimakkuudella jotta havaitsisimme ne yhtä voimakkaiksi.

Esimerkki pienellä äänenpaineella: 35 Hz  pitäisi olla 28 dB ja 10kHz 12 dB voimakkaampi kuin 1,4 kHz signaalin 50 dB voimakkuudella.

Käytännössä tämä tarkoittaa että musiikki monitoroituna 110 dB:n voimakkuudella saattaa kuullostaa taajuusvasteeltaan tasapainoiselta, mutta ala- ja yläpää köyhältä kuunneltaessa 50 dB voimakkuudella.

Kuulovaikutelman muutokset taajuuteen nähden ovat pienimmillään n. 85 dB:n molemmin puolin verrattuna muihin taajuuksiin tehden tästä optimaalisen keskimääräisen monitorointivoimakkuuden.

Jos monitorointi on tapahtunut n. 85 dB:n voimakkuudella ja tyydyttävä balanssi materiaalin taajuusvasteelle on saavutettu, miksausta pystyy toistamaan millä tahansa voimakkuudella 90 ja 60 dB SPL välillä vaikuttamatta kuulovaikutelmaan häiritsevällä tavalla. Tällöinkin muutoksia toki tapahtuu, mutta ne ovat taajuusvasteen ääripäissä ja sielläkin vain n. 5 dB:n luokkaa.

Lisäksi äänen kuluttaja- eli kotikuuntelu voimakkuus asettuu yleisesti 75 ja 85 dB:n välille, joten tämä tukee myös n. 85 dB monitorointi volumen käyttöä kriittisessä monitoroinnissa.

Äänen voimakkuus vaikuttaa myös sen korkeuden havainnointiin. Esimerkiksi jos 100 Hz signaali nostetaan 40 dB:stä 100 dB:in, korva “havaitsee” noin 10 % laskun äänen korkeudessa. 500 Hz:llä havaittu äänen korkeus laskee vastaavasti vain noin 2 %.

Tämän takia muusikoilla on usein vaikeuksia virittää soittimiaan kuulokkeiden kautta, missä äänenpaine on yleensä huomattavasti oletettua korkeampi.

Ääniaaltojen interaktiivisuus        

Korvan non-lineaarisuus aiheuttaa myös sen, että äänet toimivat interaktiivisesti keskenään. Tätä interaktiivisuutta löytyy kolmea eri tyyppiä.

Beats

Kaksi ääntä joiden taajuus eroaa vain vähän toisistaan ja jotka ovat lähes yhtä voimakkaat, tuottavat beatteja eli volume piikkejä ja kuoppia taajuuksien erotuksen tahdissa.

Tätä ilmiötä käytetään hyväksi virityksessä, sillä nuottien lähestyessä toisiaan beatit hidastuvat ja lopulta pysähtyvät kun nuotit ovat samassa vireessä.

Beatit johtuvat kuulon kykenemättömyydestä erotella lähestulkoon samassa vireessä olevia nuotteja. Kahden signaalin tuottamassa havaitussa aaltomuodossa esiintyy siis piikkejä signaalien ollessa samassa vaiheessa ja kuoppia niiden ollessa vastavaiheessa.

Mitä enemmän taajuudet eroavat, sitä nopeampaa on huojunta, kunnes se on niin nopeaa, että Beatit hajoavat erotusääniksi. 

Combination tones eli erotusäänet

Erotusääniä esiintyy kun kaksi tai useampi ääntä eroaa toisistaan niin paljon että kuulu kykenee erottamaan ne omiksi ääniksi. Kuulo havaitsee “ylimääräisiä” ääniä alkuperäisten signaalien lisäksi, jotka ovat niiden erotus ja summa. Tämä pätee myös harmoonisten kerrannaisien osalta.

Nämä äänet ovat matemaattisesti laskettavissa seuraavien kaavojen mukaan: Erotus on f1-f2 ja summa f1+f2.

Erotusäänet ovat helposti kuultavissa koska ne sijaitsevat alkuperäisten signaalien alapuolella. Esimerkiksi 2 ja 2,5 kHz signaalit tuottavat 500 Hz:n ja 4,5 kHz erotusäänen.

Masking eli peittoilmiö

Masking on ilmiö missä voimakkaat äänet estävät meitä kuulemasta hiljaisempia ääniä. Mitä lähempänä taajuudet ovat toisiaan, sitä voimakkaampi masking ilmiö. Esimerkiksi 3 kHz:n signaali “maskaa” helposti hiljaisemman 2,8 kHZ:n signaalin, mutta sillä on hyvin vähän vaikutusta hiljaisen 500 Hz:n äänen havaintiin.

Signaalien harmooniset kerrannaiset voivat myös aiheuttaa maskausta, joten 1 kHz:n signaali jolla on voimakas 2 kHz:n harmooninen kerrannainen saattaa maskata hiljaisemman 1,9 kHz:n signaalin.

Masking ilmiö on yksi teknisistä pääsyistä miksi stereoasettelu ja ekvalisointi ovat niin tarkeitä miksausprosessissa.

Lähteet:

Modern Recording Techniques 4th edition, Huber & Runstein

The Sound Studio 6th edition, Nisbett

Luova Studiotyö, Silja Suntola

Audiokirja, Esa Blomberg – Ari Leppäluoto

©  Kimmo Perkkiö

Versio 1.9.2009