ध्वनि की स्टीरियो भावना कैसे बनती है
1 स्टीरियो ध्वनि की अवधारणा
स्टीरियो एक ज्यामितीय अवधारणा है, जो त्रि-आयामी स्थान में स्थिति रखने वाली वस्तुओं को संदर्भित करता है। तो क्या ध्वनि भी स्टीरियो है? सादृश्य से कहें तो, उत्तर सकारात्मक हो सकता है। क्योंकि ध्वनि स्रोत का स्पष्ट स्थानिक स्थान होता है, ध्वनि का स्पष्ट दिशात्मक स्रोत होता है, लोगों की श्रवण प्रणाली में ध्वनि स्रोत की दिशा को पहचानने की क्षमता होती है; विशेष रूप से जब एक साथ कई ध्वनि स्रोत होते हैं, लोग अपनी श्रवण प्रणाली से अंतरिक्ष में ध्वनि समूह के वितरण की स्थिति का अनुभव कर सकते हैं। इसलिए यह कहा जा सकता है कि ध्वनि त्रि-आयामी है। हालांकि, अधिक उचित कथन यह होगा: मूल उत्पन्न ध्वनि त्रि-आयामी है। क्योंकि जब ध्वनि रिकॉर्ड, प्रवर्धन आदि प्रसंस्करण प्रक्रियाओं से गुजरने के बाद पुनरुत्पादित की जाती है, तो सभी ध्वनियां एक ही स्पीकर से निकल सकती हैं, यह पुनरुत्पादित ध्वनि त्रि-आयामी नहीं होती है। इस समय सभी ध्वनियां एक ही स्पीकर से निकलने के कारण, मूल स्थानिक भावना - विशेष रूप से ध्वनि समूह की स्थानिक वितरण भावना - गायब हो जाती है। इस पुनरुत्पादित ध्वनि को मोनो ध्वनि (Mono) कहा जाता है। यदि पुनरुत्पादन प्रणाली कुछ हद तक मूल उत्पन्न ध्वनि की स्थानिक भावना को पुनर्स्थापित कर सकती है, तो इस पुनरुत्पादित ध्वनि को स्टीरियो ध्वनि (Stereo) कहा जाता है। चूंकि मूल उत्पन्न ध्वनि स्वाभाविक रूप से त्रि-आयामी है, इसलिए, स्टीरियो ध्वनि शब्द विशेष रूप से उस पुनरुत्पादित ध्वनि को संदर्भित करता है जिसमें कुछ स्थानिक भावना (या दिशात्मक भावना) होती है।
2 द्विकर्ण प्रभाव
पुनरुत्पादित ध्वनि में स्थानिक भावना को पुनर्स्थापित करने के लिए, सबसे पहले यह समझना आवश्यक है कि मानव श्रवण प्रणाली में ध्वनि स्रोत की दिशा को पहचानने की क्षमता क्यों होती है। शोध से पता चला है कि यह मुख्य रूप से इसलिए है क्योंकि लोगों के दो कान होते हैं न कि केवल एक कान।
कान खोपड़ी के दोनों तरफ स्थित होते हैं, वे न केवल अंतरिक्ष में दूरी पर होते हैं, बल्कि खोपड़ी से अलग होते हैं, इसलिए दोनों कानों द्वारा प्राप्त ध्वनि में विभिन्न प्रकार के अंतर हो सकते हैं। ये अंतर मुख्य रूप से निम्नलिखित हैं:
(1) ध्वनि के दोनों कानों तक पहुंचने का समय अंतर
चूंकि बाएं और दाएं कान के बीच एक निश्चित दूरी होती है, इसलिए सामने और पीछे से आने वाली ध्वनि को छोड़कर, अन्य दिशाओं से आने वाली ध्वनि दोनों कानों तक पहुंचने में क्रमिक रूप से पहले और बाद में होती है, जिससे समय अंतर उत्पन्न होता है। यदि ध्वनि स्रोत दाईं ओर झुका हुआ है, तो ध्वनि पहले दाएं कान तक पहुंचेगी और फिर बाएं कान तक; इसके विपरीत, पहले बाएं कान तक पहुंचेगी और फिर दाएं कान तक। ध्वनि स्रोत जितना अधिक एक तरफ झुका होगा, समय अंतर उतना ही अधिक होगा। प्रयोगों से साबित हुआ है कि यदि कृत्रिम रूप से दोनों कानों में सुनने का समय अंतर पैदा किया जाए, तो ध्वनि स्रोत के एक तरफ झुके होने का भ्रम पैदा किया जा सकता है। जब समय अंतर लगभग 0.6ms तक पहुंच जाता है, तो ध्वनि पूरी तरह से एक तरफ से आती हुई महसूस होती है।
(2) ध्वनि के दोनों कानों तक पहुंचने का ध्वनि स्तर अंतर
दोनों कान एक दूसरे से ज्यादा दूर नहीं होते हैं, लेकिन खोपड़ी ध्वनि के लिए एक बाधा का काम करती है, इसलिए ध्वनि दोनों कानों तक पहुंचने का ध्वनि स्तर अलग-अलग हो सकता है। ध्वनि स्रोत के करीब वाला ध्वनि स्तर बड़ा होता है, जबकि दूसरी तरफ वाला छोटा होता है। प्रयोगों से साबित हुआ है कि अधिकतम ध्वनि स्तर अंतर लगभग 25dB तक हो सकता है।
(3) ध्वनि के दोनों कानों तक पहुंचने का चरण अंतर
जैसा कि आप जानते हैं, ध्वनि तरंगों के रूप में फैलती है, और ध्वनि तरंगें अंतरिक्ष में अलग-अलग स्थानों पर अलग-अलग चरण में होती हैं (जब तक कि ठीक एक तरंग दैर्ध्य की दूरी पर न हों)। चूंकि दोनों कान अंतरिक्ष में दूरी पर होते हैं, इसलिए ध्वनि तरंगें दोनों कानों तक पहुंचने पर चरण में अंतर हो सकता है। कान के अंदर का टिम्पेनम ध्वनि तरंग के साथ कंपन करता है, यह चरण अंतर भी हमारे लिए ध्वनि स्रोत की दिशा का निर्णय करने का एक कारक बन जाता है। प्रयोगों से साबित हुआ है कि भले ही ध्वनि दोनों कानों तक पहुंचने पर ध्वनि स्तर और समय समान हों, केवल उसके चरण को बदलने से भी, हमें ध्वनि स्रोत की दिशा में बहुत अंतर महसूस होगा।
(4) ध्वनि के दोनों कानों तक पहुंचने पर टोन अंतर
यदि ध्वनि तरंग दाईं ओर की किसी दिशा से आती है, तो उसे बाएं कान तक पहुंचने के लिए सिर के कुछ हिस्सों को घुमाना पड़ता है। ज्ञात है कि तरंगों का विवर्तन क्षमता तरंग दैर्ध्य और बाधा के आकार के बीच के अनुपात से संबंधित होती है, मानव सिर का व्यास लगभग 20 सेमी होता है, जो हवा में 1,700Hz ध्वनि तरंग की तरंग दैर्ध्य के बराबर है, इसलिए सिर हजारों हर्ट्ज से ऊपर की ध्वनियों के घटकों के लिए एक मुखौटा का काम करता है। अर्थात्, एक ही ध्वनि के विभिन्न घटकों के सिर के चारों ओर जाने की क्षमता अलग-अलग होती है, आवृत्ति जितनी अधिक होगी, क्षीणन उतना ही अधिक होगा। इस प्रकार बाएं कान द्वारा सुना गया टोन और दाएं कान द्वारा सुना गया टोन अलग-अलग होगा, जो लोगों के लिए ध्वनि स्रोत की दिशा का निर्णय करने का एक आधार बन जाता है।
(5) प्रत्यक्ष ध्वनि और निरंतर परावर्तित ध्वनि समूहों द्वारा उत्पन्न अंतर
ध्वनि स्रोत से निकलने वाली ध्वनि, हमारे दोनों कानों तक सीधे पहुंचने वाली प्रत्यक्ष ध्वनि के अलावा, आसपास की बाधाओं द्वारा एक या अधिक बार परावर्तित होकर परावर्तित ध्वनि समूह बना सकती है, जो क्रमिक रूप से हमारे दोनों कानों तक पहुंचती है। इसलिए प्रत्यक्ष ध्वनि और परावर्तित ध्वनि समूहों के बीच का अंतर, अंतरिक्ष में ध्वनि स्रोत के वितरण की जानकारी भी प्रदान करेगा।
(6) पिन्ना (कान का बाहरी हिस्सा) द्वारा उत्पन्न अंतर
पिन्ना आगे की ओर होता है, स्पष्ट रूप से लोगों को आगे और पीछे की दिशा में अंतर करने में सक्षम बनाता है। दूसरी ओर, पिन्ना का आकार बहुत ही सूक्ष्म होता है, विभिन्न दिशाओं से आने वाली ध्वनियां उसमें जटिल प्रभाव उत्पन्न करेंगी, जो निश्चित रूप से कुछ दिशात्मक जानकारी प्रदान करेगी।
व्यवहार में साबित हुआ है कि उपरोक्त विभिन्न अंतरों में, ध्वनि स्तर अंतर, समय अंतर, चरण अंतर ये तीनों श्रवण स्थानीयकरण पर सबसे अधिक प्रभाव डालते हैं। हालांकि, विभिन्न परिस्थितियों में उनकी भूमिका भी भिन्न होती है। सामान्यतया, ध्वनि आवृत्ति के निम्न और मध्यम बैंड में, चरण अंतर की भूमिका अधिक होती है; मध्यम और उच्च बैंड में ध्वनि स्तर अंतर की भूमिका मुख्य होती है। आकस्मिक ध्वनियों के लिए, समय अंतर की भूमिका विशेष रूप से महत्वपूर्ण होती है। जबकि ऊर्ध्वाधर स्थानीयकरण में, पिन्ना की भूमिका अधिक महत्वपूर्ण होती है। वास्तव में द्विकर्ण प्रभाव व्यापक है, लोगों की श्रवण प्रणाली को ध्वनि स्रोत की दिशा का निर्णय करने के लिए व्यापक प्रभाव के आधार पर निर्णय लेना चाहिए।
साथ ही यह बताना आवश्यक है कि लोगों की श्रवण प्रणाली में ध्वनि की तीव्रता, टोन, दिशा आदि संवेदनाओं के अलावा, कई अन्य प्रभाव भी होते हैं। इनमें से एक हमारे भविष्य के व्याख्यान से निकटता से संबंधित है, जिसे पूर्वता प्रभाव (जिसे हास प्रभाव भी कहा जाता है) कहा जाता है। प्रयोगों से ज्ञात हुआ है कि जब दो समान ध्वनियां, जिनमें से एक में देरी हो चुकी है, क्रमिक रूप से लोगों के दोनों कानों तक पहुंचती हैं, यदि देरी का समय 30ms के भीतर है, तो लोगों को देरी वाली ध्वनि का अस्तित्व महसूस नहीं होगा, केवल टोन और ध्वनि की तीव्रता में परिवर्तन का पता चलेगा। लेकिन यदि देरी बहुत लंबी है, तो स्थिति अलग होगी। जैसा कि आप जानते हैं, जब दो क्रमिक रूप से पहुंचने वाली ध्वनियों के बीच समय अंतर 50ms-60ms से अधिक होता है (जो ध्वनि पथ अंतर 17m से अधिक के बराबर है), तो श्रोता महसूस कर सकता है।
स्टीरियो एक ज्यामितीय अवधारणा है, जो त्रि-आयामी स्थान में स्थिति रखने वाली वस्तुओं को संदर्भित करता है। तो क्या ध्वनि भी स्टीरियो है? सादृश्य से कहें तो, उत्तर सकारात्मक हो सकता है। क्योंकि ध्वनि स्रोत का स्पष्ट स्थानिक स्थान होता है, ध्वनि का स्पष्ट दिशात्मक स्रोत होता है, लोगों की श्रवण प्रणाली में ध्वनि स्रोत की दिशा को पहचानने की क्षमता होती है; विशेष रूप से जब एक साथ कई ध्वनि स्रोत होते हैं, लोग अपनी श्रवण प्रणाली से अंतरिक्ष में ध्वनि समूह के वितरण की स्थिति का अनुभव कर सकते हैं। इसलिए यह कहा जा सकता है कि ध्वनि त्रि-आयामी है। हालांकि, अधिक उचित कथन यह होगा: मूल उत्पन्न ध्वनि त्रि-आयामी है। क्योंकि जब ध्वनि रिकॉर्ड, प्रवर्धन आदि प्रसंस्करण प्रक्रियाओं से गुजरने के बाद पुनरुत्पादित की जाती है, तो सभी ध्वनियां एक ही स्पीकर से निकल सकती हैं, यह पुनरुत्पादित ध्वनि त्रि-आयामी नहीं होती है। इस समय सभी ध्वनियां एक ही स्पीकर से निकलने के कारण, मूल स्थानिक भावना - विशेष रूप से ध्वनि समूह की स्थानिक वितरण भावना - गायब हो जाती है। इस पुनरुत्पादित ध्वनि को मोनो ध्वनि (Mono) कहा जाता है। यदि पुनरुत्पादन प्रणाली कुछ हद तक मूल उत्पन्न ध्वनि की स्थानिक भावना को पुनर्स्थापित कर सकती है, तो इस पुनरुत्पादित ध्वनि को स्टीरियो ध्वनि (Stereo) कहा जाता है। चूंकि मूल उत्पन्न ध्वनि स्वाभाविक रूप से त्रि-आयामी है, इसलिए, स्टीरियो ध्वनि शब्द विशेष रूप से उस पुनरुत्पादित ध्वनि को संदर्भित करता है जिसमें कुछ स्थानिक भावना (या दिशात्मक भावना) होती है।
2 द्विकर्ण प्रभाव
पुनरुत्पादित ध्वनि में स्थानिक भावना को पुनर्स्थापित करने के लिए, सबसे पहले यह समझना आवश्यक है कि मानव श्रवण प्रणाली में ध्वनि स्रोत की दिशा को पहचानने की क्षमता क्यों होती है। शोध से पता चला है कि यह मुख्य रूप से इसलिए है क्योंकि लोगों के दो कान होते हैं न कि केवल एक कान।
कान खोपड़ी के दोनों तरफ स्थित होते हैं, वे न केवल अंतरिक्ष में दूरी पर होते हैं, बल्कि खोपड़ी से अलग होते हैं, इसलिए दोनों कानों द्वारा प्राप्त ध्वनि में विभिन्न प्रकार के अंतर हो सकते हैं। ये अंतर मुख्य रूप से निम्नलिखित हैं:
(1) ध्वनि के दोनों कानों तक पहुंचने का समय अंतर
चूंकि बाएं और दाएं कान के बीच एक निश्चित दूरी होती है, इसलिए सामने और पीछे से आने वाली ध्वनि को छोड़कर, अन्य दिशाओं से आने वाली ध्वनि दोनों कानों तक पहुंचने में क्रमिक रूप से पहले और बाद में होती है, जिससे समय अंतर उत्पन्न होता है। यदि ध्वनि स्रोत दाईं ओर झुका हुआ है, तो ध्वनि पहले दाएं कान तक पहुंचेगी और फिर बाएं कान तक; इसके विपरीत, पहले बाएं कान तक पहुंचेगी और फिर दाएं कान तक। ध्वनि स्रोत जितना अधिक एक तरफ झुका होगा, समय अंतर उतना ही अधिक होगा। प्रयोगों से साबित हुआ है कि यदि कृत्रिम रूप से दोनों कानों में सुनने का समय अंतर पैदा किया जाए, तो ध्वनि स्रोत के एक तरफ झुके होने का भ्रम पैदा किया जा सकता है। जब समय अंतर लगभग 0.6ms तक पहुंच जाता है, तो ध्वनि पूरी तरह से एक तरफ से आती हुई महसूस होती है।
(2) ध्वनि के दोनों कानों तक पहुंचने का ध्वनि स्तर अंतर
दोनों कान एक दूसरे से ज्यादा दूर नहीं होते हैं, लेकिन खोपड़ी ध्वनि के लिए एक बाधा का काम करती है, इसलिए ध्वनि दोनों कानों तक पहुंचने का ध्वनि स्तर अलग-अलग हो सकता है। ध्वनि स्रोत के करीब वाला ध्वनि स्तर बड़ा होता है, जबकि दूसरी तरफ वाला छोटा होता है। प्रयोगों से साबित हुआ है कि अधिकतम ध्वनि स्तर अंतर लगभग 25dB तक हो सकता है।
(3) ध्वनि के दोनों कानों तक पहुंचने का चरण अंतर
जैसा कि आप जानते हैं, ध्वनि तरंगों के रूप में फैलती है, और ध्वनि तरंगें अंतरिक्ष में अलग-अलग स्थानों पर अलग-अलग चरण में होती हैं (जब तक कि ठीक एक तरंग दैर्ध्य की दूरी पर न हों)। चूंकि दोनों कान अंतरिक्ष में दूरी पर होते हैं, इसलिए ध्वनि तरंगें दोनों कानों तक पहुंचने पर चरण में अंतर हो सकता है। कान के अंदर का टिम्पेनम ध्वनि तरंग के साथ कंपन करता है, यह चरण अंतर भी हमारे लिए ध्वनि स्रोत की दिशा का निर्णय करने का एक कारक बन जाता है। प्रयोगों से साबित हुआ है कि भले ही ध्वनि दोनों कानों तक पहुंचने पर ध्वनि स्तर और समय समान हों, केवल उसके चरण को बदलने से भी, हमें ध्वनि स्रोत की दिशा में बहुत अंतर महसूस होगा।
(4) ध्वनि के दोनों कानों तक पहुंचने पर टोन अंतर
यदि ध्वनि तरंग दाईं ओर की किसी दिशा से आती है, तो उसे बाएं कान तक पहुंचने के लिए सिर के कुछ हिस्सों को घुमाना पड़ता है। ज्ञात है कि तरंगों का विवर्तन क्षमता तरंग दैर्ध्य और बाधा के आकार के बीच के अनुपात से संबंधित होती है, मानव सिर का व्यास लगभग 20 सेमी होता है, जो हवा में 1,700Hz ध्वनि तरंग की तरंग दैर्ध्य के बराबर है, इसलिए सिर हजारों हर्ट्ज से ऊपर की ध्वनियों के घटकों के लिए एक मुखौटा का काम करता है। अर्थात्, एक ही ध्वनि के विभिन्न घटकों के सिर के चारों ओर जाने की क्षमता अलग-अलग होती है, आवृत्ति जितनी अधिक होगी, क्षीणन उतना ही अधिक होगा। इस प्रकार बाएं कान द्वारा सुना गया टोन और दाएं कान द्वारा सुना गया टोन अलग-अलग होगा, जो लोगों के लिए ध्वनि स्रोत की दिशा का निर्णय करने का एक आधार बन जाता है।
(5) प्रत्यक्ष ध्वनि और निरंतर परावर्तित ध्वनि समूहों द्वारा उत्पन्न अंतर
ध्वनि स्रोत से निकलने वाली ध्वनि, हमारे दोनों कानों तक सीधे पहुंचने वाली प्रत्यक्ष ध्वनि के अलावा, आसपास की बाधाओं द्वारा एक या अधिक बार परावर्तित होकर परावर्तित ध्वनि समूह बना सकती है, जो क्रमिक रूप से हमारे दोनों कानों तक पहुंचती है। इसलिए प्रत्यक्ष ध्वनि और परावर्तित ध्वनि समूहों के बीच का अंतर, अंतरिक्ष में ध्वनि स्रोत के वितरण की जानकारी भी प्रदान करेगा।
(6) पिन्ना (कान का बाहरी हिस्सा) द्वारा उत्पन्न अंतर
पिन्ना आगे की ओर होता है, स्पष्ट रूप से लोगों को आगे और पीछे की दिशा में अंतर करने में सक्षम बनाता है। दूसरी ओर, पिन्ना का आकार बहुत ही सूक्ष्म होता है, विभिन्न दिशाओं से आने वाली ध्वनियां उसमें जटिल प्रभाव उत्पन्न करेंगी, जो निश्चित रूप से कुछ दिशात्मक जानकारी प्रदान करेगी।
व्यवहार में साबित हुआ है कि उपरोक्त विभिन्न अंतरों में, ध्वनि स्तर अंतर, समय अंतर, चरण अंतर ये तीनों श्रवण स्थानीयकरण पर सबसे अधिक प्रभाव डालते हैं। हालांकि, विभिन्न परिस्थितियों में उनकी भूमिका भी भिन्न होती है। सामान्यतया, ध्वनि आवृत्ति के निम्न और मध्यम बैंड में, चरण अंतर की भूमिका अधिक होती है; मध्यम और उच्च बैंड में ध्वनि स्तर अंतर की भूमिका मुख्य होती है। आकस्मिक ध्वनियों के लिए, समय अंतर की भूमिका विशेष रूप से महत्वपूर्ण होती है। जबकि ऊर्ध्वाधर स्थानीयकरण में, पिन्ना की भूमिका अधिक महत्वपूर्ण होती है। वास्तव में द्विकर्ण प्रभाव व्यापक है, लोगों की श्रवण प्रणाली को ध्वनि स्रोत की दिशा का निर्णय करने के लिए व्यापक प्रभाव के आधार पर निर्णय लेना चाहिए।
साथ ही यह बताना आवश्यक है कि लोगों की श्रवण प्रणाली में ध्वनि की तीव्रता, टोन, दिशा आदि संवेदनाओं के अलावा, कई अन्य प्रभाव भी होते हैं। इनमें से एक हमारे भविष्य के व्याख्यान से निकटता से संबंधित है, जिसे पूर्वता प्रभाव (जिसे हास प्रभाव भी कहा जाता है) कहा जाता है। प्रयोगों से ज्ञात हुआ है कि जब दो समान ध्वनियां, जिनमें से एक में देरी हो चुकी है, क्रमिक रूप से लोगों के दोनों कानों तक पहुंचती हैं, यदि देरी का समय 30ms के भीतर है, तो लोगों को देरी वाली ध्वनि का अस्तित्व महसूस नहीं होगा, केवल टोन और ध्वनि की तीव्रता में परिवर्तन का पता चलेगा। लेकिन यदि देरी बहुत लंबी है, तो स्थिति अलग होगी। जैसा कि आप जानते हैं, जब दो क्रमिक रूप से पहुंचने वाली ध्वनियों के बीच समय अंतर 50ms-60ms से अधिक होता है (जो ध्वनि पथ अंतर 17m से अधिक के बराबर है), तो श्रोता महसूस कर सकता है।