Характеристики звука

ЦИФРОВОЙ ЗВУК

Характеристики звука

Звуковой сигнал можно представить, как совокупность различных синусоидальных составляющих. Каждая составляющая характеризуется рядом параметров.

  • Высота звука - определяется частотой звуковой волны (или, периодом волны). Чем выше частота, тем выше звучание:

увеличить слайд в новом окне >>>

Высота звука измеряется в герцах (Гц, Hz) или килогерцах (КГц, KHz). 1 Гц = 1/С. То есть колебание в 1 Гц соответствует волне с периодом в 1 секунду.

  • Громкость звука - определяется амплитудой сигнала. Чем выше амплитуда звуковой волны, тем громче сигнал.

увеличить слайд в новом окне >>>

Громкость звука измеряется децибеллах и обозначается дБ. Единица измерения, названная в честь Александра Грэма Белла. Приставка деци применяется для обозначения единиц в долях, равных 1/10. Соответственно, децибел — это 1/10 Бела. Белл определяется, как логарифм отношения электрических, акустических или других мощностей:

Бел = log(P1/P0)
дБ = 10 х log(P1/P0)

Чувствительность человеческого уха к громкости звука носит логарифмической характер, поэтому их мощность, выраженная в децибелах, точнее отражает наше восприятие звуков.

Покажем чему равно в децибелах отношение мощностей 2 Вт и 1 Вт:

дБ = 10 х log(P1/P0) = 10 х log(2/1) = 10 х log 2 = 3.01 = 3

Увеличение мощности в 2 раза соответствет увеличению на 3 дБ.

Покажем чему равно в децибелах отношение мощностей 100 Вт и 10 Вт:

дБ = 10 x log(P1/P0) = 10 x log(100/10) = 10 x log 10 = 10 x 1 = 10

Увеличение или уменьшение мощности в 10 раз соответствует 10 дБ.

Оратите внимание, что шкала дБ - относительная.

Громкость — это уровень мощности, которая пропорциональна амплитуде звукового сигнала. Громкость определяют в дБm — относительно стандартного значения 1 мВт. Тогда шкала приобртает абсолютное значение.

Субъектино ухо воспринимает не мощность, а звуковое давление на барабанную перепонку. Чем же отличается уровень звука от мощности? Мощность звука — это совокупная звуковая энергия, которую излучает источник звука, например громкоговоритель. Звуковое давление — это звуковая энергия, которая попадает на единицу площади, удаленную от источника звука на расстояние 1м.

Для характеристики уровней звукового давления используется уравнение

дБ SPL = 20 x log(P1/P0)

где P0 и P1 звуковое давление.

Двухкратное увеличение звукового давления соответствует 6 дБ, а десятикратное 20 дБ.

Звуки, которые различаются на 3 дБ, ухом воспринимаются одинаковыми по громкости!

Звук, давление которого на 10 дБ выше, для уха будут звучать в два раза громче.

Следует отметить, что громкость — субъективная характеристика, которая зависит от частоты. Лучше всего ухо воспринимает звук в диапазоне от 1 до 4 кГц. За 0 дБ принят уровень звукового давления, соответствующий порогу слышимости здорового молодого человека в этом диапазоне частот.

Уровни звукового давления, характерные для различных источников

Пистолетный выстрел на расстоянии нескольких шагов - 140 дБ.

  • Болевой порог  - 130 дБ.
  • Реактивный двигатель (в салоне самолета)  - 80 дБ.
  • Негромкий разговор  - 70 дБ.
  • Шорох в тихой комнате  - 40 дБ.
  • Шумы в студии звукозаписи  - 30 дБ.
  • Порог слышимости  - 0 дБ.

Отметим, что ухо человека воспринимает одинаковую громкость на разных частотах, как звуки разной громкости.

Звуки одинаковой мощности, на разных частот:

Увеличить слай в новом окне>>>

Для компенсации этого явления используют зазличные фильтры (тонкомпенсация), которые уменшают амплитуду средних частот и повышают амплитуду крайних частот.