Общая информация о звуке
| ИНФРАЗВУК | СЛЫШИМЫЙ ЗВУК | УЛЬТРАЗВУК | ГИПЕРЗВУК | ||||
| 16 Гц | 20 000 Гц | 109 Гц | 1013 Гц | ||||
 |
 |
||||||
| 18,75*106 м | 15*103 м | 0,3 м | 3*10-5 м | ||||
Кратковременные звуки - Звуки, слышимые в течение ограниченного промежутка времени, например, звуки пролетающего самолета.
| Материал | фут/c | м/с |
| Сталь | 16 500 | 5 029 |
| Алюминий | 16 000 | 4 877 |
| Кирпич | 13 700 | 4 178 |
| Твердая древесина | 13 000 | 3 962 |
| Стекло | 13 000 | 3 962 |
| Бетон | 10 600 | 3 231 |
| Вода | 4 700 | 1 433 |
| Свинец | 3 800 | 1 158 |
| Воздух | 1 129 | 344 |
| Резина | 130..490 | 40..149 |
Упругая волна
Упругая волна - волна, образованная колебанием частиц среды.
В жидкостях и газах образовываются только продольные упругие волн, при которых среда испытывает только деформацию сжатия/растяжения, и частицы среды колеблются вдоль направления распространения волны.
В твердых телах возникают продольные и поперечные ударные волны
Звук
Слышимый звук - упругие волны с частотой в пределах от 16 до 20 000 Гц, субъективно воспринимаемые человеком на психофизиологическом уровне.
Приводя в пример фортепиано и грамзапись, мы имели дели со свойствами слышимого звука.
Частота
Звуковые волны могут иметь практически любую частоту, однако наши органы слуха воспринимают звук только в узком диапазоне. Верхний предел этого диапазона для людей молодого возраста принимается обычно равным 20 кГц. Наряду с этим имеются индивидуальные различия, а с возрастом предел снижается, но в качестве опорного значения эта величина - хороший компромисс. Если звукоизлучающая система способна воспроизводить звуки до 20 кГц, то только очень небольшая часть аудитории не сможет услышать некоторые составляющие.
Что касается нижнего диапазона, то здесь достаточно трудно определить границу, когда звук, слышимый ухом, переходит в вибрацию, воспринимаемую непосредственно телом. В аудиотехнологиях, нижняя граница определяется как 20 Гц. Мы можем слышать или чувствовать и частоты ниже 20 Гц, но они считаются уже несущественными.
ПРИРОДА ЗВУКА
Что такое звук?
Любой звук начинается с вибрирующего источника. Обычно это голосовые связки, музыкальные инструменты и мембраны динамиков. Взглянем на последние. Совершая вибрирующие движения вперед и назад, мембрана толкает молекулы воздуха. При толчке вперед молекулы воздуха сближаются, т.е. происходит сжатие воздуха, и создается зона высокого давления. При движении назад, молекулы отходят друг от друга, в результате чего создается разрежение с образованием зоны низкого давления.
Зоны сжатия и разрежения передвигаются в направлении от диафрагмы в форме волнового движения. Движения волн окружают нас повсюду - от волн на поверхности моря (лучше всего наблюдать их с плывущего корабля, поскольку прибой у берега нарушает истинную волновую картину явления) до всех форм электромагнитного излучения, таких как рентгеновские лучи, видимый свет, микроволновое излучение и радиоволны. Детская игрушка, длинная спиральная пружина, позволяет продемонстрировать волны, очень похожие на звуковые.
Звуковые волны являются продольными. Волны на воде, наоборот, являются волнами поперечными - сами волны двигаются параллельно водной поверхности, однако молекулы воды колеблются вверх-вниз (у продольной волны направление движения параллельно направлению движения среды (такое движение называется еще "движением частиц"). Электромагнитные волны также являются поперечными. Один из лучших способов наблюдения за волнами на воде - это сидеть в лодке и смотреть на какой-нибудь мелкий качающийся на волнах предмет: хотя волны двигаются вдоль поверхности, предмет будет просто качаться вверх-вниз. Если бы не ветер или течение, которые воздейстуют непосредственно на предмет, то последний так и качался бы неограниченно долго, никуда не передвигаясь. То же относится и к звуку. Звуковая волна покидает корпус звуковой колонки, но это не значит, что сам воздух двигается в целом в направлении от колонки. Молекулы воздуха просто колеблются вперед и назад, никуда в итоге не передвигаясь (когда молекулы воздуха перемещаются из одной точки в другую на техническом языке это называется течением).
Хотя волны в детской игрушке-спирали похожи на звуковые, но разница все-таки есть. Эти волны ограничены пределами самой спирали, в то время как звуковые волны распространяются во всех направлениях. Можно рассматривать любую молекулу воздуха, колеблющуюся под действием звука, также в качестве источника звуковой волны. Звук стремится распространяться вдоль прямых линий, но с готовностью начинает отходить в сторону, образуя расширяющийся луч, особенно на низких частотах.
Частота связана с длиной волны по формуле v = f * λ (скорость равна произведению частоты на длину волны). Эта формула применима для любых волн и не только для звуковых. Скорость звука в воздухе немного меньше 340 м/с. Эта величина может меняться в зависимости от температуры, влажности и высоты, но 340 - это хорошее округленное значение, которым мы и будем пользоваться. Приложив совсем немного математических знаний, вы определите, что волны с частотой 20 Гц имеют длину всего 17 м. Чрезвычайно большие размеры волн низких звуковых частот вызывают, как мы увидим, огромные проблемы. На другом конце шкалы звук с частотой 20 кГц имеет длину волны всего 17 мм. Любопытно, что чем больше частота процессов, тем труднее иметь с ними дело в случае работы с сигналами в электрической, магнитной и других формах, однако, мы можем достаточно легко управляться с такими частотами в случае с реальным звуком, распространяющимся в воздухе.
Децибелы
Можно только удивляться тому, как аудио- и видеоинженеры обходились без такого понятия, как децибелы до его "изобретения". Децибелы - это условное обозначение, позволяющее сравнивать и количественно оценивать уровни сигналов, относящиеся к процессам в различных средах. В терминах акустики децибелы могут использоваться для любой среды или носителя, которые могут служить для хранения и распространения звука или звуковых сигналов:
- реальный звук в воздухе;
- электрические сигналы;
- магнитные сигналы;
- цифровые сигналы;
- оптические сигналы на звуковой дорожке кинофильма;
- механические сигналы при записи на виниловую пластинку.
Такой подход полезен, иногда нам необходимо бывает увеличить уровень, например, на 6 дБ, но при этом мы не можем оценить - насколько же громок звук, поскольку дБ - это не абсолютные единицы. Для ответа на этот вопрос необходимо использовать в качестве нуля какой-то опорный уровень. За этот уровень принимается величина звукового давления 20mН/кв.м., которая, согласно экспериментальным данным, соответствует самому тихому звуку, который может услышать среднестатистический индивидуум. Этот уровень называется "порогом слышимости", и его можно сравнить с шорохом падающего листа с дерева в осенний день на расстоянии 10-ти шагов. Порог слышимости обозначается как 0 дБ SPL (0 дБ звукового давления - sound pressure level). Теперь мы можем сравнивать с этим уровнем самые разные звуки. Громкой музыке соответствует примерно 100 дБ SPL, а слишком "жаловаться" на громкость ухо начинает при приближении к 120 дБ SPL. G
