18 februarie 2016

Lumea divertismentului acasă este destul de variată și poate include: vizionarea de filme pe un sistem home theater bun; fascinant și incitant procesul de joc sau ascultând muzică. De regulă, fiecare găsește ceva propriu în acest domeniu sau combină totul deodată. Dar oricare ar fi obiectivele unei persoane pentru a-și organiza timpul liber și indiferent de extremă, toate aceste legături sunt strâns legate printr-un singur cuvânt simplu și ușor de înțeles - „sunet”. Într-adevăr, în toate cazurile de mai sus, vom fi conduși de mână de sunet. Dar această întrebare nu este atât de simplă și trivială, mai ales în cazurile în care există dorința de a obține un sunet de înaltă calitate într-o cameră sau în orice alte condiții. Pentru a face acest lucru, nu este întotdeauna necesar să cumpărați componente hi-fi sau hi-end scumpe (deși va fi foarte util), dar o bună cunoaștere a teoriei fizice este suficientă, ceea ce poate elimina majoritatea problemelor care apar oricui. care își propune să obțină actorie vocală de înaltă calitate.

În continuare, teoria sunetului și acustica va fi luată în considerare din punct de vedere al fizicii. În acest caz, voi încerca să fac acest lucru cât mai accesibil pentru înțelegerea oricărei persoane care, poate, este departe de a cunoaște legile sau formulele fizice, dar totuși visează cu pasiune să realizeze visul de a crea un sistem acustic perfect. Nu mă presupun să spun că pentru a obține rezultate bune în acest domeniu acasă (sau într-o mașină, de exemplu), trebuie să cunoașteți temeinic aceste teorii, dar înțelegerea elementelor de bază vă va permite să evitați multe greșeli stupide și absurde. , și vă va permite, de asemenea, să obțineți efectul sonor maxim de la sistem la orice nivel.

Teoria generală a sunetului și terminologia muzicală

Ce este sunet? Aceasta este senzația pe care o percepe organul auditiv "ureche"(fenomenul în sine există fără participarea „urechii” la proces, dar acest lucru este mai ușor de înțeles), care apare atunci când timpanul este excitat de o undă sonoră. În acest caz, urechea acționează ca un „receptor” al undelor sonore de diferite frecvențe.
Unda de sunet este în esență o serie secvențială de compactări și evacuări ale mediului (cel mai adesea mediul aerian în condiții normale) de diferite frecvențe. Natura undelor sonore este oscilativă, cauzată și produsă de vibrația oricărui corp. Apariția și propagarea unei unde sonore clasice este posibilă în trei medii elastice: gazos, lichid și solid. Atunci când o undă sonoră apare într-unul dintre aceste tipuri de spațiu, unele schimbări apar inevitabil în mediul însuși, de exemplu, o schimbare a densității sau presiunii aerului, mișcarea particulelor de masă de aer etc.

Deoarece o undă sonoră are o natură oscilativă, are o caracteristică precum frecvența. Frecvență măsurată în herți (în onoarea fizicianului german Heinrich Rudolf Hertz) și denotă numărul de oscilații pe o perioadă de timp egală cu o secundă. Acestea. de exemplu, o frecvență de 20 Hz indică un ciclu de 20 de oscilații într-o secundă. Conceptul subiectiv al înălțimii sale depinde și de frecvența sunetului. Cu cât apar mai multe vibrații sonore pe secundă, cu atât sunetul apare mai „mai înalt”. O undă sonoră are și o altă caracteristică importantă, care are un nume - lungimea de undă. Lungime de undă Se obișnuiește să se ia în considerare distanța pe care o parcurge un sunet de o anumită frecvență într-o perioadă egală cu o secundă. De exemplu, lungimea de undă a celui mai mic sunet din domeniul audibil uman la 20 Hz este de 16,5 metri, iar lungimea de undă a celui mai înalt sunet la 20.000 Hz este de 1,7 centimetri.

Urechea umană este concepută astfel încât să fie capabilă să perceapă undele doar într-un interval limitat, aproximativ 20 Hz - 20.000 Hz (în funcție de caracteristicile unei anumite persoane, unii sunt capabili să audă puțin mai mult, alții mai puțin) . Astfel, asta nu înseamnă că sunetele sub sau deasupra acestor frecvențe nu există, pur și simplu nu sunt percepute de urechea umană, trecând dincolo de intervalul audibil. Sunetul peste intervalul audibil este numit ecografie, se apelează sunetul sub intervalul audibil infrasunete. Unele animale sunt capabile să perceapă sunete ultra și infra, unele chiar folosesc acest interval pentru orientarea în spațiu (lilieci, delfini). Dacă sunetul trece printr-un mediu care nu este în contact direct cu organul auditiv uman, atunci este posibil ca un astfel de sunet să nu fie auzit sau să fie foarte slăbit ulterior.

În terminologia muzicală a sunetului, există denumiri atât de importante precum octava, tonul și tonul sunetului. Octavăînseamnă un interval în care raportul de frecvență dintre sunete este de 1 la 2. O octavă este de obicei foarte distinsă după ureche, în timp ce sunetele din acest interval pot fi foarte asemănătoare între ele. O octavă poate fi numită și un sunet care vibrează de două ori mai mult decât un alt sunet în aceeași perioadă de timp. De exemplu, frecvența de 800 Hz nu este altceva decât o octavă mai mare de 400 Hz, iar frecvența de 400 Hz este, la rândul său, următoarea octavă de sunet cu o frecvență de 200 Hz. Octava, la rândul său, este formată din tonuri și tonuri. Vibrațiile variabile într-o undă sonoră armonică de aceeași frecvență sunt percepute de urechea umană ca ton muzical. Oscilații frecventa inalta pot fi interpretate ca sunete înalte, vibrațiile de joasă frecvență ca sunete joase. Urechea umană este capabilă să distingă clar sunetele cu o diferență de un ton (în intervalul de până la 4000 Hz). În ciuda acestui fapt, muzica folosește un număr extrem de mic de tonuri. Acest lucru este explicat din considerente ale principiului consonanței armonice, totul se bazează pe principiul octavelor.

Să luăm în considerare teoria tonurilor muzicale folosind exemplul unei coarde întinse într-un anumit mod. Un astfel de șir, în funcție de forța de tensiune, va fi „acordat” la o anumită frecvență. Când acest șir este expus la ceva cu o forță specifică, care îl face să vibreze, un anumit ton de sunet va fi observat în mod constant și vom auzi frecvența de acordare dorită. Acest sunet se numește tonul fundamental. Frecvența notei „A” a primei octave este acceptată oficial ca ton fundamental în domeniul muzical, egală cu 440 Hz. Cu toate acestea, majoritatea instrumentelor muzicale nu reproduc niciodată tonuri fundamentale pure, ele sunt inevitabil însoțite de tonuri numite acorduri. Aici este oportun să amintim o definiție importantă a acusticii muzicale, conceptul de timbru sonor. Timbru- aceasta este o caracteristică a sunetelor muzicale care conferă instrumentelor muzicale și vocilor specificitatea lor unică și recunoscută a sunetului, chiar și atunci când se compară sunete de aceeași înălțime și volum. Timbrul fiecărui instrument muzical depinde de distribuția energiei sonore între tonuri în momentul în care sunetul apare.

Hartonurile formează o colorare specifică a tonului fundamental, prin care putem identifica și recunoaște cu ușurință un anumit instrument, precum și să distingem clar sunetul acestuia de un alt instrument. Există două tipuri de tonuri: armonice și non-armonice. Tonuri armonice prin definiţie sunt multipli ai frecvenţei fundamentale. Dimpotrivă, dacă tonurile nu sunt multiple și se abat semnificativ de la valori, atunci ele se numesc nearmonici. În muzică, operarea cu mai multe tonuri este practic exclusă, astfel încât termenul este redus la conceptul de „harmonic”, adică armonic. Pentru unele instrumente, cum ar fi pianul, tonul fundamental nici măcar nu are timp să se formeze într-o perioadă scurtă de timp, energia sonoră a tonurilor crește și apoi scade la fel de rapid; Multe instrumente creează ceea ce se numește efect de „ton de tranziție”, unde energia anumitor tonuri este cea mai mare la un anumit moment în timp, de obicei chiar la început, dar apoi se schimbă brusc și trece la alte tonuri. Gama de frecvență a fiecărui instrument poate fi luată în considerare separat și este de obicei limitată la frecvențele fundamentale pe care instrumentul respectiv este capabil să le producă.

În teoria sunetului există și un astfel de concept precum ZGOMOT. Zgomot- acesta este orice sunet care este creat de o combinație de surse care sunt inconsecvente între ele. Toată lumea este familiarizată cu sunetul frunzelor copacilor care se leagănă de vânt etc.

Ce determină volumul sunetului? Evident, un astfel de fenomen depinde direct de cantitatea de energie transferată de unda sonoră. Pentru a determina indicatorii cantitativi ai zgomotului, există un concept - intensitatea sunetului. Intensitatea sunetului este definit ca fluxul de energie care trece printr-o zonă a spațiului (de exemplu, cm2) pe unitatea de timp (de exemplu, pe secundă). În timpul conversației normale, intensitatea este de aproximativ 9 sau 10 W/cm2. Urechea umană este capabilă să perceapă sunete într-o gamă destul de largă de sensibilitate, în timp ce sensibilitatea frecvențelor este eterogenă în spectrul sonor. În acest fel, intervalul de frecvență 1000 Hz - 4000 Hz, care acoperă cel mai larg vorbirea umană, este cel mai bine perceput.

Deoarece sunetele variază atât de mult ca intensitate, este mai convenabil să ne gândim la o cantitate logaritmică și să o măsuram în decibeli (după omul de știință scoțian Alexander Graham Bell). Pragul inferior al sensibilității auditive a urechii umane este de 0 dB, cel superior este de 120 dB, numit și „pragul durerii”. Limita superioară a sensibilității este, de asemenea, percepută de urechea umană nu în același mod, dar depinde de frecvența specifică. Sunetele de joasă frecvență trebuie să aibă o intensitate mult mai mare decât sunetele de înaltă frecvență pentru a declanșa pragul durerii. De exemplu, pragul durerii la o frecvență joasă de 31,5 Hz apare la un nivel de intensitate a sunetului de 135 dB, când la o frecvență de 2000 Hz senzația de durere va apărea la 112 dB. Există și conceptul de presiune sonoră, care extinde de fapt explicația obișnuită a propagării unei unde sonore în aer. Presiunea sonoră- este un exces de presiune variabil care apare într-un mediu elastic ca urmare a trecerii unei unde sonore prin acesta.

Natura ondulatorie a sunetului

Pentru a înțelege mai bine sistemul de generare a undelor sonore, imaginați-vă un difuzor clasic situat într-o conductă plină cu aer. Dacă difuzorul face o mișcare bruscă înainte, aerul din imediata apropiere a difuzorului este momentan comprimat. Aerul se va extinde apoi, împingând astfel regiunea de aer comprimat de-a lungul țevii.
Această mișcare de undă va deveni ulterior sunet când ajunge la organul auditiv și „excita” timpanul. Când apare o undă sonoră într-un gaz, se creează o presiune în exces și o densitate în exces, iar particulele se mișcă cu o viteză constantă. Despre undele sonore, este important să ne amintim faptul că substanța nu se mișcă odată cu unda sonoră, ci are loc doar o perturbare temporară a maselor de aer.

Dacă ne imaginăm un piston suspendat în spațiu liber pe un arc și făcând mișcări repetate „înainte și înapoi”, atunci astfel de oscilații vor fi numite armonice sau sinusoidale (dacă ne imaginăm unda ca un grafic, atunci în acest caz vom obține un pur sinusoid cu scăderi și creșteri repetate). Dacă ne imaginăm un difuzor într-o țeavă (ca în exemplul descris mai sus) care efectuează oscilații armonice, atunci în momentul în care difuzorul se mișcă „înainte” se obține binecunoscutul efect de compresie a aerului, iar atunci când difuzorul se mișcă „înapoi” apare efectul opus al rarefării. În acest caz, un val de compresie și rarefacție alternativă se va propaga prin conductă. Se va numi distanța de-a lungul conductei dintre maximele sau minimele (fazele) adiacente lungime de undă. Dacă particulele oscilează paralel cu direcția de propagare a undei, atunci unda se numește longitudinal. Dacă ele oscilează perpendicular pe direcția de propagare, atunci se numește unda transversal. De obicei, undele sonore în gaze și lichide sunt longitudinale, dar în solide pot apărea unde de ambele tipuri. Undele transversale în solide apar datorită rezistenței la schimbarea formei. Principala diferență dintre aceste două tipuri de unde este că o undă transversală are proprietatea de polarizare (oscilațiile au loc într-un anumit plan), în timp ce o undă longitudinală nu o are.

Viteza sunetului

Viteza sunetului depinde direct de caracteristicile mediului în care se propagă. Este determinată (dependentă) de două proprietăți ale mediului: elasticitatea și densitatea materialului. Viteza sunetului în solide depinde direct de tipul de material și de proprietățile acestuia. Viteza în mediile gazoase depinde doar de un singur tip de deformare a mediului: compresie-rarefacție. Modificarea presiunii într-o undă sonoră are loc fără schimb de căldură cu particulele din jur și se numește adiabatică.
Viteza sunetului într-un gaz depinde în principal de temperatură - crește odată cu creșterea temperaturii și scade odată cu scăderea temperaturii. De asemenea, viteza sunetului într-un mediu gazos depinde de dimensiunea și masa moleculelor de gaz în sine - cu cât masa și dimensiunea particulelor sunt mai mici, cu atât „conductivitatea” undei este mai mare și, în consecință, cu atât viteza este mai mare.

În mediile lichide și solide, principiul de propagare și viteza sunetului sunt similare cu modul în care o undă se propagă în aer: prin compresie-descărcare. Dar în aceste medii, pe lângă aceeași dependență de temperatură, densitatea mediului și compoziția/structura acestuia sunt destul de importante. Cu cât densitatea substanței este mai mică, cu atât viteza sunetului este mai mare și invers. Dependența de compoziția mediului este mai complexă și este determinată în fiecare caz specific, ținând cont de localizarea și interacțiunea moleculelor/atomilor.

Viteza sunetului în aer la t, °C 20: 343 m/s
Viteza sunetului în apa distilată la t, °C 20: 1481 m/s
Viteza sunetului în oțel la t, °C 20: 5000 m/s

Unde stătătoare și interferențe

Când un difuzor creează unde sonore într-un spațiu restrâns, are loc inevitabil efectul undelor reflectate de la granițe. Ca urmare, acest lucru se întâmplă cel mai adesea efect de interferență- când două sau mai multe unde sonore se suprapun. Cazuri speciale de fenomene de interferență sunt formarea: 1) undelor bătăioase sau 2) undelor staţionare. Bataile valurilor- este cazul când are loc adăugarea undelor cu frecvențe și amplitudini similare. Imaginea apariției bătăilor: când două valuri de frecvențe similare se suprapun. La un moment dat, cu o astfel de suprapunere, vârfurile de amplitudine pot coincide „în fază”, iar scăderile pot coincide și în „antifază”. Exact așa sunt caracterizate bătăile sonore. Este important de reținut că, spre deosebire de undele staționare, coincidențele de fază ale vârfurilor nu apar în mod constant, ci la anumite intervale de timp. Pentru ureche, acest model de bătăi se distinge destul de clar și este auzit ca o creștere periodică și, respectiv, o scădere a volumului. Mecanismul prin care apare acest efect este extrem de simplu: atunci când vârfurile coincid, volumul crește, iar când văile coincid, volumul scade.

Valuri stătătoare apar în cazul suprapunerii a două unde de aceeași amplitudine, fază și frecvență, atunci când astfel de unde „se întâlnesc” una se mișcă în direcția înainte și cealaltă în direcția opusă. În zona spațiului (unde s-a format unda staționară), apare o imagine a suprapunerii a două amplitudini de frecvență, cu maxime alternând (așa-numitele antinoduri) și minime (așa-numitele noduri). Când apare acest fenomen, frecvența, faza și coeficientul de atenuare al undei la locul de reflexie sunt extrem de importante. Spre deosebire de undele care călătoresc, nu există transfer de energie într-o undă staționară datorită faptului că undele înainte și înapoi care formează această undă transferă energie în cantități egale atât în ​​direcția înainte, cât și în direcția opusă. Pentru a înțelege clar apariția unui val staționar, să ne imaginăm un exemplu din acustica casei. Să presupunem că avem sisteme de difuzoare pe podea într-un spațiu limitat (cameră). Făcându-i să cânte ceva cu mult bas, să încercăm să schimbăm locația ascultătorului în cameră. Astfel, un ascultător care se află în zona de minim (scădere) a unui val staționar va simți efectul că există foarte puțin bas, iar dacă ascultătorul se află într-o zonă de maxim (adăugare) frecvențe, atunci invers. se obține efectul unei creșteri semnificative a regiunii basului. În acest caz, efectul este observat în toate octavele frecvenței de bază. De exemplu, dacă frecvența de bază este de 440 Hz, atunci fenomenul de „adunare” sau „scădere” va fi observat și la frecvențe de 880 Hz, 1760 Hz, 3520 Hz etc.

Fenomen de rezonanță

Majoritatea solidelor au o frecvență de rezonanță naturală. Este destul de ușor de înțeles acest efect folosind exemplul unei țevi obișnuite, deschisă la un singur capăt. Să ne imaginăm o situație în care un difuzor este conectat la celălalt capăt al conductei, care poate reda o frecvență constantă, care poate fi, de asemenea, schimbată ulterior. Deci, țeava are o frecvență de rezonanță naturală, spunând într-un limbaj simplu este frecvența la care țeava „rezonează” sau își produce propriul sunet. Dacă frecvența difuzorului (ca urmare a ajustării) coincide cu frecvența de rezonanță a conductei, atunci va avea loc efectul de creștere a volumului de mai multe ori. Acest lucru se întâmplă deoarece difuzorul excită vibrațiile coloanei de aer din conductă cu o amplitudine semnificativă până la aceeași „ frecvența de rezonanță” iar efectul de adăugare va apărea. Fenomenul rezultat poate fi descris după cum urmează: conducta din acest exemplu „ajută” difuzorul rezonând la o anumită frecvență, eforturile acestora se adună și „rezultă” într-un efect sonor puternic. Folosind exemplul instrumentelor muzicale, acest fenomen poate fi observat cu ușurință, deoarece designul majorității instrumentelor conține elemente numite rezonatoare. Nu este greu de ghicit ce servește scopului de a îmbunătăți o anumită frecvență sau ton muzical. De exemplu: un corp de chitară cu un rezonator sub forma unei găuri care se potrivesc cu volumul; Designul tubului flaut (și a tuturor țevilor în general); Forma cilindrică a corpului tamburului, care în sine este un rezonator cu o anumită frecvență.

Spectrul de frecvență al sunetului și răspunsul în frecvență

Deoarece în practică nu există practic unde de aceeași frecvență, devine necesară descompunerea întregului spectru sonor al gamei audibile în tonuri sau armonice. În aceste scopuri, există grafice care arată dependența energiei relative a vibrațiilor sonore de frecvență. Acest grafic se numește grafic cu spectru de frecvență a sunetului. Spectrul de frecvențe sunet Există două tipuri: discrete și continue. Un grafic de spectru discret afișează frecvențele individuale separate prin spații goale. Spectrul continuu conține toate frecvențele sonore simultan.
În cazul muzicii sau acusticii, cel mai des este folosit graficul obișnuit Caracteristici amplitudine-frecvență(abreviat ca „AFC”). Acest grafic arată dependența amplitudinii vibrațiilor sonore de frecvență pe întregul spectru de frecvență (20 Hz - 20 kHz). Privind la un astfel de grafic, este ușor de înțeles, de exemplu, punctele forte sau punctele slabe ale unui anumit difuzor sau ale unui sistem acustic în ansamblu, cele mai puternice zone de ieșire de energie, scăderi și creșteri de frecvență, atenuare și, de asemenea, să urmăriți abruptul. a declinului.

Propagarea undelor sonore, fază și antifază

Procesul de propagare a undelor sonore are loc în toate direcțiile de la sursă. Cel mai simplu exemplu pentru a înțelege acest fenomen este o pietricică aruncată în apă.
Din locul unde a căzut piatra, valurile încep să se răspândească pe suprafața apei în toate direcțiile. Cu toate acestea, să ne imaginăm o situație folosind un difuzor la un anumit volum, să zicem o cutie închisă, care este conectată la un amplificator și redă un fel de semnal muzical. Este ușor de observat (mai ales dacă aplicați un semnal puternic de joasă frecvență, de exemplu o tobă) că difuzorul face o mișcare rapidă „înainte”, și apoi aceeași mișcare rapidă „înapoi”. Ceea ce rămâne de înțeles este că atunci când difuzorul se mișcă înainte, emite o undă sonoră pe care o auzim mai târziu. Dar ce se întâmplă când difuzorul se mișcă înapoi? Și în mod paradoxal, se întâmplă același lucru, difuzorul scoate același sunet, doar că în exemplul nostru se propagă în întregime în volumul cutiei, fără a depăși limitele acesteia (cutia este închisă). În general, în exemplul de mai sus se pot observa destul de multe fenomene fizice interesante, dintre care cel mai semnificativ este conceptul de fază.

Unda sonoră pe care difuzorul, fiind în volum, o emite în direcția ascultătorului este „în fază”. Unda inversă, care intră în volumul cutiei, va fi în mod corespunzător antifază. Rămâne doar să înțelegem ce înseamnă aceste concepte? Faza semnalului– acesta este nivelul presiunii acustice la momentul actual în timp într-un anumit punct din spațiu. Cel mai simplu mod de a înțelege faza este prin exemplul de reproducere a materialului muzical printr-o pereche convențională de difuzoare stereo pe podea. Să ne imaginăm că două astfel de difuzoare pe podea sunt instalate într-o anumită cameră și se joacă. În acest caz, ambele sisteme acustice reproduc un semnal sincron de presiune sonoră variabilă, iar presiunea sonoră a unui difuzor se adaugă la presiunea sonoră a celuilalt difuzor. Un efect similar apare datorită sincronicității reproducerii semnalului de la difuzoarele din stânga și din dreapta, respectiv, cu alte cuvinte, vârfurile și dedesubturile undelor emise de difuzoarele din stânga și din dreapta coincid.

Acum să ne imaginăm că presiunile sonore încă se schimbă în același mod (nu au suferit modificări), dar abia acum sunt opuse una față de cealaltă. Acest lucru se poate întâmpla dacă conectați un sistem de difuzoare din două în polaritate inversă cablu ("+" de la amplificator la terminalul "-" al sistemului de difuzoare și cablul "-" de la amplificator la terminalul "+" al sistem de boxe). În acest caz, semnalul opus în direcție va provoca o diferență de presiune, care poate fi reprezentată în cifre după cum urmează: stânga sistem acustic va crea o presiune de „1 Pa”, iar sistemul de difuzoare din dreapta va crea o presiune de „minus 1 Pa”. Ca rezultat, volumul total al sunetului la locația ascultătorului va fi zero. Acest fenomen se numește antifază. Dacă ne uităm la exemplu mai detaliat pentru înțelegere, se dovedește că două difuzoare care joacă „în fază” creează zone identice de compactare și rarefacție a aerului, ajutându-se astfel reciproc. În cazul unei antifaze idealizate, zona de spațiu de aer comprimat creat de un difuzor va fi însoțită de o zonă de spațiu de aer rarefiat creat de al doilea difuzor. Acesta arată aproximativ ca fenomenul de anulare reciprocă sincronă a undelor. Adevărat, în practică volumul nu scade la zero și vom auzi un sunet foarte distorsionat și slăbit.

Cel mai accesibil mod de a descrie acest fenomen este următorul: două semnale cu aceleași oscilații (frecvență), dar deplasate în timp. Având în vedere acest lucru, este mai convenabil să ne imaginăm aceste fenomene de deplasare folosind exemplul unui ceas rotund obișnuit. Să ne imaginăm că există mai multe ceasuri rotunde identice atârnate pe perete. Când secundele acestui ceas rulează sincron, pe un ceas 30 de secunde și pe celălalt 30 de secunde, atunci acesta este un exemplu de semnal care este în fază. Dacă mâinile secundelor se mișcă cu o schimbare, dar viteza este în continuare aceeași, de exemplu, pe un ceas este de 30 de secunde, iar pe altul este de 24 de secunde, atunci acesta este un exemplu clasic de schimbare de fază. În același mod, faza este măsurată în grade, în cadrul unui cerc virtual. În acest caz, atunci când semnalele sunt deplasate unul față de celălalt cu 180 de grade (jumătate de perioadă), se obține antifaza clasică. Adesea, în practică, apar schimbări minore de fază, care pot fi, de asemenea, determinate în grade și eliminate cu succes.

Undele sunt plane și sferice. Un front de undă plan se propagă într-o singură direcție și este rar întâlnit în practică. Un front de undă sferic este un tip simplu de undă care provine dintr-un singur punct și călătorește în toate direcțiile. Undele sonore au proprietatea difracţie, adică capacitatea de a ocoli obstacole și obiecte. Gradul de îndoire depinde de raportul dintre lungimea de undă a sunetului și dimensiunea obstacolului sau găurii. Difracția apare și atunci când există un obstacol în calea sunetului. În acest caz, sunt posibile două scenarii: 1) Dacă dimensiunea obstacolului este mult mai mare decât lungimea de undă, atunci sunetul este reflectat sau absorbit (în funcție de gradul de absorbție a materialului, grosimea obstacolului etc. ), iar în spatele obstacolului se formează o zonă de „umbră acustică”. 2) Dacă dimensiunea obstacolului este comparabilă cu lungimea de undă sau chiar mai mică decât aceasta, atunci sunetul difractează într-o oarecare măsură în toate direcțiile. Dacă o undă sonoră, în timp ce se deplasează într-un mediu, lovește interfața cu un alt mediu (de exemplu, un mediu aerian cu un mediu solid), atunci pot apărea trei scenarii: 1) unda va fi reflectată de la interfață 2) unda poate trece într-un alt mediu fără a schimba direcția 3) o undă poate trece într-un alt mediu cu o schimbare de direcție la limită, aceasta se numește „refracția undei”.

Raportul dintre presiunea în exces a unei unde sonore și viteza volumetrică oscilativă se numește rezistență a undei. Vorbitor în cuvinte simple, impedanța de undă a mediului poate fi numită capacitatea de a absorbi undele sonore sau de a le „rezist”. Coeficienții de reflexie și transmisie depind direct de raportul impedanțelor de undă ale celor două medii. Rezistența undelor într-un mediu gazos este mult mai mică decât în ​​apă sau solide. Prin urmare, dacă o undă sonoră în aer lovește un obiect solid sau suprafața apei adânci, sunetul este fie reflectat de la suprafață, fie absorbit în mare măsură. Aceasta depinde de grosimea suprafeței (apă sau solid) pe care cade unda sonoră dorită. Când grosimea unui mediu solid sau lichid este mică, undele sonore „trec aproape complet” și invers, când grosimea mediului este mare, undele sunt mai des reflectate. În cazul reflectării undelor sonore, acest proces are loc conform unei legi fizice binecunoscute: „Unghiul de incidență este egal cu unghiul de reflexie”. În acest caz, când o undă dintr-un mediu cu o densitate mai mică lovește limita cu un mediu cu densitate mai mare, fenomenul are loc refracţie. Constă în îndoirea (refracția) unei unde sonore după „întâlnirea” unui obstacol și este în mod necesar însoțită de o schimbare a vitezei. Refracția depinde și de temperatura mediului în care are loc reflexia.

În procesul de propagare a undelor sonore în spațiu, intensitatea acestora scade inevitabil, putem spune că undele se atenuează și sunetul se slăbește. În practică, întâlnirea unui efect similar este destul de simplă: de exemplu, dacă doi oameni stau într-un câmp la o distanță apropiată (un metru sau mai aproape) și încep să-și spună ceva unul altuia. Dacă ulterior măriți distanța dintre oameni (dacă încep să se îndepărteze unul de celălalt), același nivel de volum al conversației va deveni din ce în ce mai puțin audibil. Acest exemplu demonstrează clar fenomenul de scădere a intensității undelor sonore. De ce se întâmplă asta? Motivul pentru aceasta este diferitele procese de schimb de căldură, interacțiune moleculară și frecare internă a undelor sonore. Cel mai adesea, în practică, energia sonoră este transformată în energie termică. Astfel de procese apar inevitabil în oricare dintre cele 3 medii de propagare a sunetului și pot fi caracterizate ca absorbția undelor sonore.

Intensitatea și gradul de absorbție a undelor sonore depind de mulți factori, cum ar fi presiunea și temperatura mediului. Absorbția depinde și de frecvența specifică a sunetului. Când o undă sonoră se propagă prin lichide sau gaze, are loc un efect de frecare între diferitele particule, care se numește vâscozitate. Ca urmare a acestei frecări la nivel molecular are loc procesul de conversie a undei din sunet în căldură. Cu alte cuvinte, cu cât conductivitatea termică a mediului este mai mare, cu atât gradul de absorbție a undelor este mai scăzut. Absorbția sunetului în mediile gazoase depinde și de presiune (presiunea atmosferică se modifică odată cu creșterea altitudinii în raport cu nivelul mării). În ceea ce privește dependența gradului de absorbție de frecvența sunetului, ținând cont de dependențele de vâscozitate și conductivitate termică menționate mai sus, cu cât frecvența sunetului este mai mare, cu atât absorbția sunetului este mai mare. De exemplu, la temperatura și presiunea normală în aer, absorbția unei unde cu o frecvență de 5000 Hz este de 3 dB/km, iar absorbția unei unde cu o frecvență de 50.000 Hz va fi de 300 dB/m.

În mediile solide, toate dependențele de mai sus (conductivitatea termică și vâscozitatea) sunt păstrate, dar la aceasta se adaugă mai multe condiții. Ele sunt asociate cu structura moleculară a materialelor solide, care pot fi diferite, cu propriile neomogenități. În funcție de această structură moleculară solidă internă, absorbția undelor sonore în acest caz poate fi diferită și depinde de tipul de material specific. Când sunetul trece printr-un corp solid, unda suferă o serie de transformări și distorsiuni, ceea ce duce cel mai adesea la dispersia și absorbția energiei sonore. La nivel molecular, un efect de dislocare poate apărea atunci când o undă sonoră determină o deplasare a planurilor atomice, care apoi revin la poziția inițială. Or, mișcarea luxațiilor duce la o coliziune cu luxații perpendiculare pe acestea sau cu defecte ale structurii cristaline, ceea ce determină inhibarea acestora și, drept consecință, o oarecare absorbție a undei sonore. Cu toate acestea, unda sonoră poate rezona și cu aceste defecte, ceea ce va duce la distorsiunea undei originale. Energia undei sonore în momentul interacțiunii cu elementele structurii moleculare a materialului este disipată ca urmare a proceselor de frecare internă.

În acest articol voi încerca să analizez caracteristicile percepției auditive umane și unele dintre subtilitățile și caracteristicile propagării sunetului.

O undă sonoră reprezintă zone de presiune ridicată și scăzută care sunt percepute de organele noastre auditive. Aceste valuri pot călători prin medii solide, lichide și gazoase. Aceasta înseamnă că trec cu ușurință prin corpul uman. Teoretic, dacă presiunea undei sonore este prea mare, ar putea ucide o persoană.

Orice undă sonoră are propria sa frecvență specifică. Urechea umană este capabilă să audă unde sonore cu frecvențe cuprinse între 20 și 20.000 Hz. Nivelul intensității sunetului poate fi exprimat în dB (decibeli). De exemplu, nivelul de intensitate al sunetului unui ciocan perforator este de 120 dB - o persoană care stă lângă tine nu va primi cea mai plăcută senzație de la un vuiet teribil în urechi. Dar dacă stăm în fața unui difuzor care rulează la o frecvență de 19 Hz și setăm intensitatea sunetului la 120 dB, nu vom auzi nimic. Dar undele sonore și vibrațiile ne vor afecta toate. Și după un timp vei începe să experimentezi diverse viziuni și să vezi fantome. Chestia este că 19 Hz este frecvența de rezonanță pentru globul ocular.

Acesta este interesant: Oamenii de știință au aflat că 19 Hz este frecvența de rezonanță pentru globul nostru ocular în circumstanțe destul de interesante. Astronauții americani, când urcau pe orbită, s-au plâns de viziuni periodice. Studii detaliate ale fenomenului au arătat că frecvența de funcționare a motoarelor din prima etapă a rachetei coincide cu frecvența de funcționare a globului ocular uman. La intensitatea necesară a sunetului, apar viziuni ciudate.

Sunetul cu o frecvență sub 20 Hz se numește infrasunet. Infrasunetele pot fi extrem de periculoase pentru ființele vii, deoarece organele din corpul uman și animal funcționează la frecvențe infrasunete. Suprapunerea anumitor frecvențe infrasunete una peste alta cu intensitatea sonoră necesară va provoca perturbări în funcționarea inimii, vederii, sistemului nervos sau creierului. De exemplu, atunci când șobolanii sunt expuși la infrasunete de 8 Hz, 120 dB provoacă leziuni ale creierului. [wiki]. Când intensitatea crește la 180 dB și frecvența rămâne la 8 Hz, persoana nu se va simți cel mai bine - respirația va încetini și va deveni intermitentă. Expunerea prelungită la astfel de unde sonore va cauza moartea.

Acesta este interesant: Recordul pentru cel mai tare sistem audio auto aparține a doi ingineri din Brazilia - Richard Clarke și David Navone, care au reușit să instaleze un subwoofer în mașină cu un volum teoretic de sunet de 180 dB. Inutil să spun că acest sistem nu ar trebui să fie folosit la întregul său potențial?

În timpul testării, subwoofer-ul, acționat de motoare electrice și de un arbore cotit, a atins o intensitate a sunetului de 168 dB și s-a stricat. După acest incident, au decis să nu repare sistemul.

Dacă vorbim despre parametrii obiectivi care pot caracteriza calitatea, atunci bineînțeles că nu. Înregistrarea pe vinil sau casetă implică întotdeauna introducerea de distorsiuni și zgomot suplimentare. Dar adevărul este că astfel de distorsiuni și zgomot nu strica în mod subiectiv impresia muzicii și, adesea, chiar opusul. Sistemul nostru de analiză a auzului și a sunetului funcționează destul de complex, ceea ce este important pentru percepția noastră și ceea ce poate fi evaluat ca calitate din punct de vedere tehnic sunt lucruri ușor diferite.

MP3 este o problemă complet separată, este o deteriorare clară a calității pentru a reduce dimensiunea fișierului. Codificarea MP3 presupune eliminarea armonicilor mai silențioase și estomparea fronturilor, ceea ce înseamnă o pierdere a detaliilor și „cețoșarea” sunetului.

Opțiunea ideală în ceea ce privește calitatea și transmiterea corectă a tot ceea ce se întâmplă este înregistrarea digitală fără compresie, iar calitatea CD-ului este de 16 biți, 44100 Hz - aceasta nu mai este limita, puteți crește atât rata de biți - 24, 32 de biți, iar frecvența - 48000, 82200, 96000, 192000 Hz. Adâncimea de biți afectează interval dinamic, iar frecvența de eșantionare - la frecvență. Având în vedere că urechea umană aude, în cel mai bun caz, până la 20.000 Hz și conform teoremei Nyquist, o frecvență de eșantionare de 44.100 Hz ar trebui să fie suficientă, dar în realitate, pentru o transmitere destul de precisă a sunete scurte complexe, cum ar fi sunetele de tobe, este mai bine să aveți o frecvență mai mare. De asemenea, este mai bine să aveți o gamă mai dinamică, astfel încât sunetele mai silentioase să poată fi înregistrate fără distorsiuni. Deși în realitate, cu cât acești doi parametri cresc mai mult, cu atât se pot observa mai puține modificări.

În același timp, puteți aprecia toate deliciile sunetului digital de înaltă calitate dacă aveți un bun placa de sunet. Ceea ce este încorporat în majoritatea PC-urilor este în general groaznic. Mac-urile cu carduri încorporate sunt mai bune, dar este mai bine să ai ceva extern. Ei bine, întrebarea, desigur, este de unde veți obține aceste înregistrări digitale cu o calitate mai mare decât CD-ul :) Deși cel mai prost MP3 va suna vizibil mai bine pe o placă de sunet bună.

Revenind la lucrurile analogice - aici putem spune că oamenii continuă să le folosească nu pentru că sunt cu adevărat mai bune și mai precise, ci pentru că înregistrarea de înaltă calitate și precisă, fără distorsiuni, nu este de obicei rezultatul dorit. Distorsiunile digitale, care pot apărea din algoritmi slabi de procesare audio, rate scăzute de biți sau rate de eșantionare, clipping digital - cu siguranță sună mult mai urât decât cele analogice, dar pot fi evitate. Și se dovedește că o înregistrare digitală cu adevărat de înaltă calitate și precisă sună prea steril și nu are bogăție. Și dacă, de exemplu, înregistrați tobe pe bandă, această saturație apare și se păstrează, chiar dacă această înregistrare este ulterior digitalizată. Și vinilul sună mai rece, chiar dacă melodiile realizate în întregime pe computer au fost înregistrate pe el. Și, desigur, toate acestea includ atribute și asocieri externe, cum arată totul, emoțiile oamenilor care o fac. Este destul de de înțeles să vrei să ții o înregistrare în mâini, să asculți o casetă pe un magnetofon vechi mai degrabă decât o înregistrare de pe un computer sau să-i înțelegi pe cei care acum folosesc casetofone cu mai multe piste în studiouri, deși acest lucru este mult mai dificil. si costisitoare. Dar aceasta are propria sa distracție.

Sunetele aparțin secțiunii de fonetică. Studiul sunetelor este inclus în orice programa școlară în limba rusă. Familiarizarea cu sunetele și caracteristicile lor de bază are loc în clasele inferioare. Un studiu mai detaliat al sunetelor cu exemple și nuanțe complexe are loc la gimnaziu și liceu. Această pagină oferă numai cunoștințe de bază după sunetele limbii ruse într-o formă comprimată. Dacă trebuie să studiați structura aparatului de vorbire, tonalitatea sunetelor, articulația, componentele acustice și alte aspecte care depășesc domeniul de aplicare al curriculum-ului școlar modern, consultați manualele de specialitate și manualele de fonetică.

Ce este sunetul?

Sunetul, ca și cuvintele și propozițiile, este unitatea de bază a limbajului. Cu toate acestea, sunetul nu exprimă niciun sens, ci reflectă sunetul cuvântului. Datorită acestui fapt, distingem cuvintele unul de celălalt. Cuvintele diferă prin numărul de sunete (port - sport, corb - pâlnie), un set de sunete (lămâie - estuar, pisică - șoarece), o succesiune de sunete (nas - somn, tufiș - bat) până la nepotrivirea completă a sunetelor (barca - barca cu motor, padure - parc).

Ce sunete sunt acolo?

În rusă, sunetele sunt împărțite în vocale și consoane. Limba rusă are 33 de litere și 42 de sunete: 6 vocale, 36 consoane, 2 litere (ь, ъ) nu indică un sunet. Discrepanța în numărul de litere și sunete (fără numărarea b și b) este cauzată de faptul că pentru 10 litere vocale sunt 6 sunete, pentru 21 de litere consoane sunt 36 de sunete (dacă luăm în considerare toate combinațiile de sunete consoane). : surd/vocat, moale/dur). Pe literă, sunetul este indicat între paranteze drepte.
Nu există sunete: [e], [e], [yu], [ya], [b], [b], [zh'], [sh'], [ts'], [th], [h ] , [sch].

Schema 1. Litere și sunete ale limbii ruse.

Cum se pronunță sunetele?

Pronunțăm sunete atunci când expirăm (numai în cazul interjecției „a-a-a”, care exprimă frica, sunetul se pronunță la inspirație.). Împărțirea sunetelor în vocale și consoane este legată de modul în care o persoană le pronunță. Sunetele vocale sunt pronunțate de voce datorită aerului expirat care trece prin corzile vocale tensionate și iese liber prin gură. Sunetele consoane constau din zgomot sau o combinație de voce și zgomot datorită faptului că aerul expirat întâlnește un obstacol în calea sa sub forma unui arc sau dinți. Sunetele vocale sunt pronunțate tare, sunetele consoane sunt pronunțate înfundate. O persoană este capabilă să cânte sunete vocale cu vocea sa (aerul expirat), ridicând sau coborând timbrul. Sunetele consoane nu pot fi cântate; Semnele dure și moi nu reprezintă sunete. Ele nu pot fi pronunțate ca un sunet independent. Când pronunță un cuvânt, ei influențează consoana din fața lor, făcându-l moale sau dur.

Transcrierea cuvântului

Transcrierea unui cuvânt este o înregistrare a sunetelor dintr-un cuvânt, adică, de fapt, o înregistrare a modului în care cuvântul este pronunțat corect. Sunetele sunt cuprinse între paranteze drepte. Comparați: a - litera, [a] - sunet. Moliciunea consoanelor este indicată printr-un apostrof: p - litera, [p] - sunet dur, [p’] - sunet moale. Consoanele vocale și fără voce nu sunt indicate în scris în niciun fel. Transcrierea cuvântului este scrisă între paranteze drepte. Exemple: ușă → [dv’er’], spin → [kal’uch’ka]. Uneori, transcripția indică stres - un apostrof înaintea vocalei accentuate.

Nu există o comparație clară între litere și sunete. În limba rusă există multe cazuri de înlocuire a sunetelor vocale în funcție de locul de accent al cuvântului, înlocuirea consoanelor sau pierderea sunetelor consoane în anumite combinații. La compilarea unei transcriere a unui cuvânt, se iau în considerare regulile fonetice.

Schema de culori

În analiza fonetică, cuvintele sunt uneori desenate cu scheme de culori: literele sunt pictate în culori diferite, în funcție de ce sunet reprezintă. Culorile reflectă caracteristicile fonetice ale sunetelor și vă ajută să vizualizați cum este pronunțat un cuvânt și din ce sunete constă.

Toate vocalele (accentuate și neaccentuate) sunt marcate cu un fundal roșu. Vocalele iotate sunt marcate cu verde-roșu: verde înseamnă sunetul blând al consoanelor [й‘], roșu înseamnă vocala care îl urmează. Consoanele cu sunete dure sunt colorate în albastru. Consoanele cu sunete blânde sunt colorate în verde. Semnele moi și dure sunt vopsite cu gri sau nu sunt pictate deloc.

Denumiri:
- vocală, - iotat, - consoană tare, - consoană moale, - consoană moale sau tare.

Notă. Culoarea albastru-verde nu este folosită în diagramele de analiză fonetică, deoarece un sunet de consoană nu poate fi moale și dur în același timp. Culoarea albastru-verde din tabelul de mai sus este folosită doar pentru a demonstra că sunetul poate fi moale sau dur.

Să ne dăm seama dacă merită să cumpărăm plăci de sunet discrete sau externe. Pentru platformele Mac și Win.

Scriem adesea despre sunet de calitate. Într-un ambalaj portabil, dar evităm interfețele desktop. De ce?

Acustica staționară a locuinței - subiect holivaruri înfiorătoare. Mai ales atunci când utilizați computerele ca sursă de sunet.

Majoritatea utilizatorilor oricărui PC consideră o placă audio discretă sau externă cheia sunetului de înaltă calitate. Totul e vina „conștiinciozilor” marketing, convingându-ne constant de necesitatea achiziționării unui dispozitiv suplimentar.

Ce este folosit într-un PC pentru a scoate un flux audio?

Sunet modern încorporat plăci de bază iar laptopurile depășesc semnificativ capacitățile de analiză auditivă ale ascultătorului mediu sănătos din punct de vedere mintal și alfabetizat din punct de vedere tehnic. Platforma nu contează.

Unele plăci de bază au destule sunet integrat de înaltă calitate. Mai mult, ele se bazează pe aceleași instrumente ca și în consiliile bugetare. Îmbunătățirea se realizează prin separarea părții sunetului de alte elemente și folosind o bază de elemente de calitate superioară.


Și totuși, majoritatea plăcilor folosesc același codec de la Realtek. Computerele desktop Apple nu fac excepție. Cel puțin o parte decentă dintre ele sunt echipate Realtek A8xx.

Acest codec (un set de logică închis într-un cip) și modificările sale sunt tipice pentru aproape toate plăcile de bază concepute pentru procesoare Intel. Marketerii o numesc Intel HD Audio.

Măsurători de calitate audio Realtek

Implementarea interfețelor audio depinde în mare măsură de producătorul plăcii de bază. Exemplarele de înaltă calitate prezintă cifre foarte bune. De exemplu, testul RMAA pentru calea audio Gigabyte G33M-DS2R:

Neuniformitatea răspunsului în frecvență (de la 40 Hz la 15 kHz), dB: +0,01, -0,09
Nivel de zgomot, dB (A): -92,5
Interval dinamic, dB (A): 91,8
Distorsiune armonică, %: 0,0022
Distorsiunea intermodulației + zgomot, %: 0,012
Interpenetrarea canalelor, dB: -91,9
Intermodulație la 10 kHz, %: 0,0075

Toate cifrele obținute merită evaluări „Foarte bine” și „Excelent”. Nu fiecare card extern poate arăta astfel de rezultate.

Rezultatele testelor de comparație

Din păcate, timpul și echipamentul nu ne permit să efectuăm propriile noastre teste comparative ale diverselor soluții încorporate și externe.

Prin urmare, să luăm ceea ce a fost deja făcut pentru noi. Pe Internet, de exemplu, puteți găsi date despre reeșantionarea internă dublă a celor mai populare carduri discrete din serie X-Fi creativ. Deoarece se referă la circuite, vă vom lăsa verificarea pe umerii dumneavoastră.

Iată materialele publicate un proiect hardware mare ne permite să înțelegem multe lucruri. La testarea mai multor sisteme din codecul încorporat pentru 2 dolariînainte de decizia audiofilă pentru anul 2000 s-au obţinut rezultate foarte interesante.

S-a dovedit ca Realtek ALC889 nu arată cel mai bun răspuns în frecvență și oferă o diferență de ton decentă - 1,4 dB la 100 Hz. Adevărat, în realitate această cifră nu este critică.


Și în unele implementări (adică modele de plăci de bază) este complet absent - vezi figura de mai sus. Poate fi observat doar atunci când ascultați o frecvență. Într-o compoziție muzicală, după setări corecte egalizator, chiar și un audiofil pasionat nu va putea face diferența dintre un card discret și o soluție integrată.

Opinia expertului

În toate testele noastre oarbe, nu am putut detecta nicio diferență între înregistrările de 44,1 și 176,4 kHz sau pe 16 și 24 de biți. Pe baza experienței noastre, raportul de 16 biți/44,1 kHz oferă cea mai bună calitate a sunetului pe care o puteți experimenta. Formatele de mai sus pierd pur și simplu spațiu și bani.

Reeșantionarea unei piese de la 176,4 kHz la 44,1 kHz folosind un reeșantionare de înaltă calitate previne pierderea detaliilor. Dacă puneți mâna pe o astfel de înregistrare, schimbați frecvența la 44,1 kHz și bucurați-vă.

Principalul avantaj al 24-bit față de 16-bit este o gamă dinamică mai mare (144 dB față de 98), dar acest lucru este practic nesemnificativ. Multe piese moderne se află într-o luptă pentru volum, în care intervalul dinamic este redus artificial în etapa de producție la 8-10 biți.

Cardul meu nu sună bine. Ce să fac?

Toate acestea sunt foarte convingătoare. În timpul când am lucrat cu hardware, am reușit să testez o mulțime de dispozitive - desktop și portabile. În ciuda acestui fapt, folosesc un computer cu cip încorporat Realtek.

Ce se întâmplă dacă sunetul are artefacte și probleme? Urmează instrucțiunile:

1) Dezactivați toate efectele din panoul de control, puneți pe gaura verde „ ieșire de linie” în modul „2 canale (stereo)”.

2) În mixerul OS, dezactivați toate intrările inutile și setați glisoarele de volum la maxim. Ajustările trebuie făcute numai folosind regulatorul de pe difuzor/amplificator.

3) Instalați playerul corect. Pentru Windows - foobar2000.

4) În ea setăm „Kernel Streaming Output” (trebuie să descărcați un plugin suplimentar), 24 de biți, reeșantionarea software (prin PPHS sau SSRC) la 48 kHz. Pentru ieșire folosim WASAPI Output. Opriți controlul volumului.

Orice altceva este opera sistemului dvs. audio (difuzoare sau căști). La urma urmei, o placă de sunet este, în primul rând, un DAC.

Care este rezultatul?

Realitatea este că, în general, un card discret nu oferă un câștig semnificativ în calitatea redării muzicii (acesta este la minimum). Avantajele sale constau doar în comoditate, funcționalitate și, poate, stabilitate.

De ce toate publicațiile mai recomandă soluții scumpe? Psihologie simplă - oamenii cred că pentru a schimba calitatea muncii sistem informatic trebuie sa cumperi ceva avansat, scump. De fapt, trebuie să pui capul la toate. Iar rezultatul poate fi surprinzător.