Партнерский материал

Введение

Одно из пяти чувств, доступных человеку, – слух. С помощью него мы слышим окружающий мир.

У большинства из нас есть звуки, которые мы помним из детства. У кого-то это голоса родных и близких, или скрип деревянных половиц в бабушкином доме, или, может быть, это стук колес поезда по железной дороге, которая была рядом. У каждого они будут своими.

Что вы ощущаете, когда слышите или вспоминаете звуки, знакомые из детства? Радость, ностальгию, грусть, тепло? Звук способен передавать эмоции, настроение, побуждать к действию или, наоборот, успокаивать и расслаблять.

Кроме этого, звук используется в самых разных сферах человеческой жизни – в медицине, в обработке материалов, в исследованиях морских глубин и многих, многих других.

При этом, с точки зрения физики, это всего лишь природное явление – колебания упругой среды, а значит, как и у любого природного явления, у звука есть характеристики, некоторые из которых можно измерить, другие – же только услышать.

Выбирая музыкальную аппаратуру, читая обзоры и описания, мы часто сталкиваемся с большим количеством этих самых характеристик и терминов, которые авторы используют без соответствующих уточнений и пояснений. И если некоторые из них понятны и очевидны каждому, то другие для неподготовленного человека не несут в себе никакого смысла. Поэтому мы решили простым языком рассказать вам про эти непонятные и сложные, на первый взгляд, слова.

Если вспомнить своё знакомство с портативным звуком, то началось оно довольно давно, и был это вот такой кассетный плеер, подаренный мне родителями на Новый год.

Он иногда жевал пленку, и тогда приходилось распутывать ее скрепками и крепким словом. Он поглощал батарейки с аппетитом, которому позавидовал бы Робин Бобин Барабек (который скушал сорок человек), а значит, и мои, на тот момент весьма скудные сбережения обычного школьника. Но все неудобства меркли по сравнению с главным плюсом - плеер давал непередаваемое ощущение свободы и радости! Так я «заболел» звуком, который можно взять с собой.

Однако я погрешу против истины, если скажу, что с того времени всегда был неразлучен с музыкой. Были периоды, когда было не до музыки, когда в приоритете было совсем другое. Однако все это время я старался быть в курсе происходящего в мире портативного аудио, и, так сказать, держать руку на пульсе.

Когда появились смартфоны, оказалось, что эти мультимедийные комбайны умеют не только звонить и обрабатывать огромные объемы данных, но, что было намного важней для меня, хранить и воспроизводить огромное количество музыки.

Первый раз я «подсел» на «телефонный» звук, когда послушал, как звучит один из музыкальных смартфонов, в котором были использованы самые передовые на тот момент компоненты обработки звука (до этого, признаюсь, не воспринимал всерьез смартфон в качестве устройства для прослушивания музыки). Я очень хотел себе этот телефон, но не мог себе его позволить. При этом я начал следить за модельным рядом этой компании, зарекомендовавшей себя в моих глазах как производитель качественного звука, однако получалось так, что наши с ней пути постоянно расходились. С того времени я владел различной музыкальной техникой, но не перестаю искать для себя по-настоящему музыкальный смартфон, который бы мог по праву носить такое имя.

Характеристики

Среди всех характеристик звука профессионал с ходу может огорошить вас десятком определений и параметров, на которые, по его мнению, вы обязательно, ну вот прям непременно должны обратить внимание и, не дай бог, какой-то параметр не будет учтен – беда…

Скажу сразу, я не сторонник подобного подхода. Ведь обычно мы выбираем оборудование не для «международного конкурса аудиофилов», а всё же для себя любимых, для души.

Все мы разные, и все мы ценим в звуке что-то свое. Кому-то нравится звук «побасовее», кому-то, наоборот, чистый и прозрачный, для кого-то окажутся важными определенные параметры, а для кого-то – совершенно другие. Все ли параметры одинаково важны и какими они бывают? Давайте разбираться.

Случалось ли вам сталкиваться с тем, что одни наушники играют на вашем телефоне так, что приходится делать тише, а другие, наоборот, заставляют выкручивать громкость на полную и всё равно не хватает?

В портативной технике немаловажную роль в этом играет сопротивление. Зачастую именно по значению этого параметра можно понять, будет ли вам хватать громкости.

Сопротивление

Измеряется в Омах (Ом).

Георг Симон Ом - немецкий физик, вывел и подтвердил на опыте закон, выражающий связь между силой тока в цепи, напряжением и сопротивлением (известен как закон Ома ).

Данный параметр еще называют импеданс.

Значение почти всегда бывает указано на коробке либо в инструкции к аппаратуре.

Бытует мнение, что высокоомные наушники играют тихо, а низкоомные наушники - громко, и для высокоомных наушников нужен источник звука помощнее, а низкоомным хватит и смартфона. Также часто можно услышать выражение – не всякий плеер сможет «раскачать» эти наушники.

Запомните, на одном и том же источнике низкоомные наушники будут звучать громче. Несмотря на то, что с точки зрения физики это не совсем верно и есть нюансы, фактически это самый простой способ описать значение этого параметра.

Для портативной техники (портативные плееры, смартфоны) чаще всего выпускаются наушники с сопротивлением 32 Ом и ниже, однако следует иметь в виду, что для различного типа наушников низким будет считаться разное сопротивление. Так, для полноразмерных наушников импеданс до 100 Ом считается низкоомным, выше 100 Ом – высокоомным. Для наушников же внутриканального типа («затычки» или вкладыши) показатель сопротивления до 32 Ом считается низкоомным, выше 32 ОМ – высокоомным. Поэтому, выбирая наушники, обращайте внимание не только на само значение сопротивления, но и на тип наушников.

Важно : чем выше сопротивление наушников, тем чище будет звук и тем дольше будет работать плеер или смартфон в режиме воспроизведения, т.к. высокоомные наушники потребляют меньше тока, а это, в свою очередь, означает меньше искажений сигнала.

АЧХ (амплитудно-частотная характеристика)

Часто в обсуждении того или иного устройства, будь то наушники, колонки или автомобильный сабвуфер, можно услышать характеристику - «качает/не качает». Узнать, будет ли устройство, например, «качать» либо больше подойдет для любителей вокала, можно и не слушая его.

Для этого достаточно найти в описании устройства его АЧХ.

График позволяет понять, как устройство воспроизводит и другие частоты. При этом чем меньше перепадов, тем точнее аппаратура может передать исходный звук, а значит, тем ближе звук получится к оригиналу.

Если в первой трети нет ярко выраженных «горбов», то значит наушники не сильно «басовитые», а если наоборот, то они будут «качать», то же относится и к другим участкам АЧХ.

Таким образом, глядя на АЧХ, мы можем понять, какой у аппаратуры тембральный/тональный баланс. С одной стороны, можно подумать, что идеальным балансом будет считаться прямая линия, но так ли это?

Давайте попробуем разобраться подробнее. Так уж получилось, что человек для общения использует в основном средние частоты (СЧ) и, соответственно, лучше всего способен различать именно эту полосу частот. Если сделать устройство с «идеальным» балансом в виде прямой линии, боюсь, что прослушивание музыки на таком оборудовании вам не очень понравится, так как скорее всего высокие и низкие частоты будут звучать не так хорошо, как средние. Выход – искать свой баланс с учетом физиологических особенностей слуха и назначения оборудования. Для голоса один баланс, для классической музыки – другой, для танцевальной – третий.

По графику выше видно, какой баланс у данных наушников. Низкие и высокие частоты выражены больше, в отличие от средних, которых меньше, что характерно для большинства продуктов. Однако наличие «горба» на низких частотах не обязательно означает качество этих самых низких частот, так как они могут оказаться хоть и в большом количестве, но плохого качества – бубнящие, гудящие.

На итоговый результат будет влиять множество параметров, начиная от того, насколько грамотно была рассчитана геометрия корпуса, и заканчивая тем, из каких материалов сделаны элементы конструкции, и узнать это зачастую можно, только послушав наушники.

Чтобы до прослушивания примерно представлять, насколько качественным будет наш звук, после АЧХ следует обратить внимание на такой параметр, как коэффициент гармонических искажений.

Коэффициент гармонических искажений

По сути, это основной параметр, определяющий качество звучания. Вопрос только в том, что для вас качество. Например, всем известные наушники Beats by Dr. Dre на частоте 1кГц имеют коэффициент гармонических искажений почти 1,5% (выше 1.0% считается довольно посредственным результатом). При этом, как ни странно, указанные наушники популярны у потребителей.

Этот параметр желательно знать для каждой конкретной группы частот, потому что для разных частот допустимые значения разнятся. Например, для низких частот допустимым значением можно считать и 10%, а вот для высоких уже не более того самого 1%.

Не все производители любят указывать этот параметр на своих продуктах, т.к., в отличие от той же громкости, его довольно непросто соблюсти. Поэтому, если на устройстве, которое вы выбираете, есть подобный график и в нем вы видите величину не более 0,5%, следует присмотреться к этому устройству повнимательнее – это очень хороший показатель.

Мы уже знаем, как выбрать наушники/колонки, которые будут играть громче на вашем устройстве. Но как понять, насколько громко они будут играть?

Для этого существует параметр, о котором вы скорее всего не раз слышали. Его очень любят использовать ночные клубы в своих рекламных материалах, чтобы показать, насколько громко будет на вечеринке. Этот параметр измеряется в децибелах.

Чувствительность (громкость, уровень шума)

Децибел (дБ), единица измерения интенсивности звука – названа так в честь Александра Грэма Бэлла.

Александр Грэм Белл - учёный, изобретатель и бизнесмен шотландского происхождения, один из основоположников телефонии, основатель компании Bell Labs (бывш. Bell Telephone Company), определившей всё дальнейшее развитие телекоммуникационной отрасли в США.

Данный параметр неразрывно связан с сопротивлением. Достаточным принято считать уровень в 95-100 дБ (на самом деле это очень много).

Например, рекорд громкости был установлен группой Kiss 15 июля 2009 года на концерте в Оттаве. Громкость звука составила 136 дБ. По этому параметру группа Kiss обошла целый ряд знаменитых конкурентов, среди которых такие группы, как The Who, Metallica и Manowar.

При этом неофициальный рекорд принадлежит американской команде The Swans. По неподтверждённым сведениям, на нескольких концертах этой группы звук достигал громкости в 140 дБ.

Если захотите повторить или превзойти этот рекорд, помните, что громкий звук может быть расценен как нарушение общественного порядка – для Москвы, например, нормы предусматривают уровень звука, эквивалентный ночью 30 дБА, днем – 40 дБА, максимальный - 45 дБА ночью, 55 дБА днем.

И если с громкостью более-менее понятно, то вот следующий параметр понять и отследить не так-то просто, как предыдущие. Речь идет о динамическом диапазоне.

Динамический диапазон

По сути, это разница между самым громкими и тихими звуками без отсечения частот (перегрузки).

Каждый, кто хоть раз бывал в современном кинотеатре, испытывал на себе, что такое широкий динамический диапазон. Это тот самый параметр, благодаря которому вы слышите и, например, звук выстрела во всей его красе, и шорох ботинок крадущегося по крыше снайпера, который этот выстрел произвел.

Больший диапазон у вашей аппаратуры означает большее количество звуков, которое без потерь сможет передать ваше устройство.

При этом оказывается, что недостаточно передать максимально широкий динамический диапазон, нужно умудриться сделать это так, чтобы каждую частоту было не просто слышно, а слышно качественно. За это отвечает один из тех параметров, который без труда сможет оценить практически каждый при прослушивании высококачественной записи на интересующей его аппаратуре. Речь идет о детализации.

Детализация

Это умение аппаратуры разделять звук по частотам – низкие, средние, высокие (НЧ, СЧ, ВЧ).

Именно от этого параметра зависит то, насколько отчетливо будет слышно отдельные инструменты, то, насколько детальной будет музыка, не превратится ли она в просто в мешанину звуков.

Однако даже при самой лучшей детализации различная аппаратура может давать совершенно разные впечатления от прослушивания.

Это зависит от умения аппаратуры локализовать источники звука .

В обзорах музыкальной техники данный параметр нередко делят на две составляющих – стереопанорама и глубина.

Стереопанорама

В обзорах этот параметр обычно описывают как широкий или узкий. Давайте разберемся, что это такое.

Из названия понятно, что речь идет про ширину чего-либо, но чего?

Представьте, что вы сидите (стоите) на концерте вашей любимой группы или исполнителя. И перед вами на сцене в определенном порядке расставлены инструменты. Одни ближе к центру, другие дальше.

Представили? Пусть они начнут играть.

А теперь закройте глаза и попробуйте отличить, где находится тот или иной инструмент. Думаю, у вас без труда это получится.

А если инструменты поставить перед вами в одну линию друг за другом?

Доведем ситуацию до абсурда и сдвинем инструменты вплотную друг к другу. И… посадим трубача на рояль.

Как думаете, понравится вам такое звучание? Получится разобрать, где какой инструмент?

Последние два варианта чаще всего можно слышать в некачественной аппаратуре, производителю которой неважно, какой звук выдает его продукт (как показывает практика, цена при этом совсем не показатель).

Качественные наушники, колонки, музыкальные системы должны уметь выстраивать правильную стереопанораму в вашей голове. Благодаря этому, слушая музыку через хорошую аппаратуру, можно услышать, где расположен каждый инструмент.

Однако даже при умении аппаратуры создавать великолепную стереопанораму такое звучание все равно будет ощущаться неестественным, плоским из-за того, что в жизни мы воспринимаем звук не только в горизонтальной плоскости. Поэтому не менее важным оказывается такой параметр, как глубина звука.

Глубина звука

Вернемся на наш вымышленный концерт. Пианиста и скрипача отодвинем немного вглубь нашей сцены, а гитариста и саксофониста поставим чуть вперед. Вокалист же займет по праву принадлежащее ему место перед всеми инструментами.

На своей музыкальной аппаратуре вы это услышали?

Поздравляем, ваше устройство умеет создавать эффект пространственного звучания через синтез панорамы мнимых источников звука. А если проще, то у вашей аппаратуры хорошая локализация звука.

Если речь идет не о наушниках, то данный вопрос решается достаточно просто – используются несколько излучателей, расставленных вокруг, позволяющих разделить источники звука. Если же речь идет о ваших наушниках и в них это слышно, поздравляем вас второй раз, у вас весьма неплохие наушники по данному параметру.

Ваша аппаратура имеет широкий динамический диапазон, отлично сбалансирована и удачно локализует звук, но готова ли она к резким перепадам звука и стремительному нарастанию и спаду импульсов?

Как у нее с атакой?

Атака

Из названия, по идее, понятно, что это что-то стремительное и неотвратимое, как удар батареи «Катюш».

А если серьезно, вот что нам говорит об этом Википедия : Атака звука - первоначальный импульс звукоизвлечения, необходимый для образования звуков при игре на каком-либо музыкальном инструменте или при пении вокальных партий; некоторые нюансировочные характеристики различных способов звукоизвлечения, исполнительских штрихов, артикуляции и фразировки.

Если попытаться перевести это на понятный язык, то это скорость нарастания амплитуды звука до достижения заданного значения. А если еще понятней - если у вашей аппаратуры плохо с атакой, то яркие композиции с гитарами, живыми ударными и быстрыми перепадами звука будут звучать ватно и глухо, а значит, прощай хороший hard rock и иже с ним…

Кроме всего прочего, в статьях часто можно встретить такой термин, как сибилянты.

Сибилянты

Дословно – свистящие звуки. Согласные звуки, при произношении которых поток воздуха стремительно проходит между зубами.

Помните этого товарища из диснеевского мультфильма про Робина Гуда?

Вот в его речи очень, очень много сибилянтов. И если ваша аппаратура так же свистит и шипит, то увы, это не очень хороший звук.

Ремарка: кстати, сам Робин Гуд из этого мультфильма подозрительно похож на Лиса из не так давно вышедшего на экраны диснеевского же мультфильма «Зверополис». Дисней, ты повторяешься:)

Песок

Еще один субъективный параметр, который невозможно измерить. А можно только услышать.

По своей сути близок к сибилянтам, выражается в том, что на большой громкости, при перегрузке, высокие частоты начинают распадаться на части и появляется эффект сыплющегося песка, а иногда и высокочастотное дребезжание. Звук становится каким-то шершавым и при этом рыхлым. Чем раньше это происходит, тем хуже, и наоборот.

Попробуйте дома, с высоты в несколько сантиметров, медленно высыпать горсть сахарного песка на металлическую крышку от кастрюли. Услышали? Вот, это оно.

Ищите звук, в котором нет песка.

Частотный диапазон

Одним из последних непосредственных параметров звука, который хотелось бы рассмотреть, является частотный диапазон.

Измеряется в герцах (Гц).

Генрих Рудольф Герц, основное достижение - экспериментальное подтверждение электромагнитной теории света Джеймса Максвелла. Герц доказал существование электромагнитных волн. Именем Герца с 1933 года называется единица измерения частоты, которая входит в международную метрическую систему единиц СИ.

Это тот параметр, который вы с вероятностью в 99% найдете в описании практически любой музыкальной техники. Почему же я оставил его на потом?

Начать следует с того, что человек слышит звуки, находящиеся в определенном частотном диапазоне, а именно от 20 Гц до 20000 Гц. Всё, что выше этого значения, – ультразвук. Все, что ниже, – инфразвук. Они недоступны человеческому слуху, зато доступны братьям нашим меньшим. Это знакомо нам из школьных курсов физики и биологии.

На деле же у большинства людей реальный слышимый диапазон куда скромнее, причем, у женщин слышимый диапазон сдвинут вверх относительно мужского, поэтому мужчины лучше различают низкие, а женщины высокие частоты.

Зачем же тогда производители на своих продуктах указывают диапазон, выходящий за рамки нашего восприятия? Может быть, это только маркетинг?

И да, и нет. Человек не только слышит, но и чувствует, ощущает звук.

Доводилось ли вам стоять вблизи играющей большой колонки или сабвуфера? Вспомните свои ощущения. Звук не только слышен, он еще и ощущается всем телом, имеет давление, силу. Поэтому чем больший диапазон указан на вашей аппаратуре, тем лучше.

Однако всё же не стоит придавать этому показателю слишком большое значение - редко встретишь аппаратуру, частотный диапазон которой уже границ человеческого восприятия.

Дополнительные характеристики

Все вышеперечисленные характеристики напрямую относятся к качеству воспроизводимого звука. Однако на итоговый результат, а значит, и на удовольствие от просмотра/прослушивания, влияет и то, какого качества у вас исходный файл и какой источник звука вы используете.

Форматы

Эта информация у всех на слуху, и большинство и так об этом знает, но на всякий случай напомним.

Всего выделяют три основных группы звуковых форматов файлов:

• аудиоформаты без сжатия, такие как WAV, AIFF
• аудиоформаты со сжатием без потерь (APE, FLAC)
• аудиоформаты со сжатием с потерями (MP3, Ogg)

Более подробно об этом рекомендуем прочесть, обратившись к Википедии .

Мы же для себя отметим, что использовать форматы APE, FLAC имеет смысл, если у вас аппаратура профессионального либо полупрофессионального уровня. В остальных же случаях обычно хватает возможностей формата MP3, пережатого из качественного источника с битрейтом от 256 кбит/сек (чем выше битрейт, тем меньше было потерь при сжатии звука). Однако это скорее дело вкуса, слуха и индивидуальных предпочтений.

Источник

Не менее важным является и качество источника звука.

Раз уж речь изначально шла про музыку на смартфонах, давайте рассмотрим именно этот вариант.

Еще не так давно звук был аналоговым. Помните бобины, кассеты? Это аналоговый звук.

И в ваших наушниках вы слышите аналоговый звук, который прошел две стадии преобразования. Сначала его из аналогового преобразовали в цифровой, а затем перед подачей на наушник/колонку обратно преобразовали в аналоговый. И от того, какого качества было это преобразование, в итоге будет зависеть результат – качество звучания.

В смартфоне за этот процесс отвечает ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь.

Чем качественнее ЦАП, тем качественнее будет звук, который вы услышите. И наоборот. Если ЦАП в устройстве посредственный, то какими бы ни были ваши колонки или наушники, о высоком качестве звука можно забыть.

Все смартфоны можно разделить на две основных категории:

1. Смартфоны с выделенным ЦАП
2. Смартфоны со встроенным ЦАП

На данный момент производством ЦАП для смартфонов занимается большое количество производителей. Что выбрать, вы можете решить, воспользовавшись поиском и прочитав описание того или иного устройства. Однако не забывайте, что и среди смартфонов со встроенным ЦАП, и среди смартфонов с выделенным ЦАП есть образцы с очень хорошим звуком и не очень, потому как немаловажную роль играют оптимизация операционной системы, версия прошивки и то приложение, через которое вы слушаете музыку. Кроме этого, существуют программные аудиомоды ядра, позволяющие улучшить итоговое качество звучания. И если инженеры и программисты в компании делают одно дело и делают его грамотно, то результат оказывается заслуживающим внимания.

При этом важно знать, что при прямом сравнении двух устройств, одно из которых оснащено качественным встроенным ЦАП, а другое – хорошим выделенным ЦАП, выигрыш неизменно будет за последним.

Заключение

Звук – неисчерпаемая тема.

Надеюсь, что благодаря этому материалу многое в музыкальных обзорах и текстах стало для вас понятнее и проще, а незнакомая ранее терминология обрела дополнительный смысл и значение, ведь всё легко, когда знаешь.

Обе части нашего ликбеза про звук написаны при поддержке компании Meizu. Вместо обычного расхваливания аппаратов мы решили сделать для вас полезные и интересные статьи и обратить внимание на важность источника воспроизведения при получении качественного звука.

Зачем это нужно для Meizu? На днях начался предзаказ нового музыкального флагмана Meizu Pro 6 Plus , поэтому компании важно, чтобы обычный пользователь знал о нюансах качественного звука и ключевой роли источника воспроизведения. Кстати, оформив оплаченный предзаказ до конца года, вы получите в подарок к смартфону гарнитуру Meizu HD50.

А еще мы подготовили для вас музыкальную викторину с развернутыми комментариями по каждому вопросу, рекомендуем попробовать свои силы:

Февраль 18, 2016

Мир домашних развлечений довольно разнообразен и может включать в себя: просмотр кино на хорошей домашней кинотеатральной системе; увлекательный и захватывающий игровой процесс или прослушивание музыкальных композиций. Как правило, каждый находит что-то своё в этой области, или сочетает всё сразу. Но какими бы не были цели человека по организации своего досуга и в какую бы крайность не ударялись - все эти звенья прочно связаны одним простым и понятным словом - "звук". Действительно, во всех перечисленных случаях нас будет вести за ручку звуковое сопровождение. Но вопрос этот не так прост и тривиален, особенно в тех случаях, когда появляется желание добиться качественного звучания в помещении или любых других условиях. Для этого не всегда обязательно покупать дорогостоящие hi-fi или hi-end компоненты (хотя будет весьма кстати), а бывает достаточным хорошее знание физической теории, которая способна устранить большинство проблем, возникающих у всех, кто задался целью получить озвучку высокого качества.

Далее будет рассмотрена теория звука и акустики с точки зрения физики. В данном случае я постараюсь сделать это максимально доступно для понимания любого человека, который, возможно, далёк от знания физических законов или формул, но тем не менее страстно грезит воплощением мечты создания совершенной акустической системы. Я не берусь утверждать, что для достижения хороших результатов в этой области в домашних условиях (или в автомобиле, например) необходимо знать эти теории досканально, однако понимание основ позволит избежать множество глупых и абсурдных ошибок, а так же позволит достичь максимального эффекта звучания от системы любого уровня.

Общая теория звука и музыкальная терминология

Что же такое звук ? Это ощущение, которое воспринимает слуховой орган "ухо" (само по себе явление существует и без участия «уха» в процессе, но так проще для понимания), возникающее при возбуждении барабанной перепонки звуковой волной. Ухо в данном случае выступает в роли "приёмника" звуковых волн различной частоты.
Звуковая волна же представляет собой по сути последовательный ряд уплотнений и разряжений среды (чаще всего воздушной среды в обычных условиях) различной частоты. Природа звуковых волн колебательная, вызываемая и производимая вибрацией любых тел. Возникновение и распространение классической звуковой волны возможно в трёх упругих средах: газообразных, жидких и твёрдых. При возникновении звуковой волны в одном из этих типов пространства неизбежно возникают некоторые изменения в самой среде, например, изменение плотности или давления воздуха, перемещение частиц воздушных масс и т.д.

Поскольку звуковая волна имеет колебательную природу, то у неё имеется такая характеристика, как частота. Частота измеряется в герцах (в честь немецкого физика Генриха Рудольфа Герца), и обозначает количество колебаний за период времени, равный одной секунде. Т.е. например, частота 20 Гц обозначает цикл в 20 колебаний за одну секунду. От частоты звука зависит и субъективное понятие его высоты. Чем больше звуковых колебаний совершается за секунду, тем «выше» кажется звучание. У звуковой волны так же имеется ещё одна важнейшая характеристика, имеющая название - длина волны. Длиной волны принято считать расстояние, которое проходит звук определённой частоты за период, равный одной секунде. Для примера, длина волны самого низкого звука в слышимом диапазоне для человека частотой 20 Гц составляет 16,5 метров, а длина волны самого высокого звука 20000 Гц составляет 1,7 сантиметра.

Человеческое ухо устроено таким образом, что способно воспринимать волны только в ограниченном диапазоне, примерно 20 Гц - 20000 Гц (зависит от особенностей конкретного человека, кто-то способен слышать чуть больше, кто-то меньше). Таким образом, это не означает, что звуков ниже или выше этих частот не существует, просто человеческим ухом они не воспринимаются, выходя за границу слышимого диапазона. Звук выше слышимого диапазона называется ультразвуком , звук ниже слышимого диапазона называется инфразвуком . Некоторые животные способны воспринимать ультра и инфра звуки, некоторые даже используют этот диапазон для ориентирования в пространстве (летучие мыши, дельфины). В случае, если звук проходит через среду, которая напрямую не соприкасается с органом слуха человека, то такой звук может быть не слышим или сильно ослабленным в последствии.

В музыкальной терминологии звука существуют такие важные обозначения, как октава, тон и обертон звука. Октава означает интервал, в котором соотношение частот между звуками составляет 1 к 2. Октава обычно очень хорошо различима на слух, в то время как звуки в пределах этого интервала могут быть очень похожими друг на друга. Октавой также можно назвать звук, который делает вдвое больше колебаний, чем другой звук, в одинаковый временной период. Например, частота 800 Гц, есть ни что иное, как более высокая октава 400 Гц, а частота 400 Гц в свою очередь является следующей октавой звука частотой 200 Гц. Октава в свою очередь состоит из тонов и обертонов. Переменные колебания в гармонической звуковой волне одной частоты воспринимаются человеческим ухом как музыкальный тон . Колебания высокой частоты можно интерпретировать как звуки высокого тона, колебания низкой частоты – как звуки низкого тона. Человеческое ухо способно чётко отличать звуки с разницей в один тон (в диапазоне до 4000 Гц). Несмотря на это, в музыке используется крайне малое число тонов. Объясняется это из соображений принципа гармонической созвучности, всё основано на принципе октав.

Рассмотрим теорию музыкальных тонов на примере струны, натянутой определённым образом. Такая струна, в зависимости от силы натяжения, будет иметь "настройку" на какую-то одну конкретную частоту. При воздействии на эту струну чем-либо с одной определённой силой, что вызовет её колебания, стабильно будет наблюдаться какой-то один определенный тон звука, мы услышим искомую частоту настройки. Этот звук называется основным тоном. За основной тон в музыкальной сфере официально принята частота ноты "ля" первой октавы, равная 440 Гц. Однако, большинство музыкальных инструментов никогда не воспроизводят одни чистые основные тона, их неизбежно сопровождают призвуки, именуемые обертонами . Тут уместно вспомнить важное определение музыкальной акустики, понятие тембра звука. Тембр - это особенность музыкальных звуков, которые придают музыкальным инструментам и голосам их неповторимую узнаваемую специфику звучания, даже если сравнивать звуки одинаковой высоты и громкости. Тембр каждого музыкального инструмента зависит от распределения звуковой энергии по обертонам в момент появления звука.

Обертоны формируют специфическую окраску основного тона, по которой мы легко можем определить и узнать конкретный инструмент, а так же чётко отличить его звучание от другого инструмента. Обертоны бывают двух типов: гармонические и негармонические. Гармонические обертоны по определению кратны частоте основного тона. Напротив, если обертоны не кратны и заметно отклоняются от величин, то они называются негармоническими . В музыке практически исключается оперирование некратными обертонами, поэтому термин сводится к понятию "обертон", подразумевая под собой гармонический. У некоторых инструментов, например фортепиано, основной тон даже не успевает сформироваться, за короткий промежуток происходит нарастание звуковой энергии обертонов, а затем так же стремительно происходит спад. Многие инструменты создают так называемый эффект "переходного тона", когда энергия определённых обертонов максимальна в определённый момент времени, обычно в самом начале, но потом резко меняется и переходит к другим обертонам. Частотный диапазон каждого инструмента можно рассмотреть отдельно и он обычно ограничивается частотами основных тонов, который способен воспроизводить данный конкретный инструмент.

В теории звука также присутствует такое понятие как ШУМ. Шум - это любой звук, которой создаётся совокупностью несогласованных между собой источников. Всем хорошо знаком шум листвы деревьев, колышимой ветром и т.д.

От чего зависит громкость звука? Очевидно, что подобное явление напрямую зависит от количества энергии, переносимой звуковой волной. Для определения количественных показателей громкости, существует понятие - интенсивность звука. Интенсивность звука определяется как поток энергии, прошедший через какую-то площадь пространства (например, см2) за единицу времени (например, за секунду). При обычном разговоре интенсивность составляет примерно 9 или 10 Вт/см2. Человеческое ухо способно воспринимать звуки достаточно широкого диапазона чувствительности, при этом восприимчивость частот неоднородна в пределах звукового спектра. Так наилучшим образом воспринимается диапазон частот 1000 Гц - 4000 Гц, который наиболее широко охватывает человеческую речь.

Поскольку звуки столь сильно различаются по интенсивности, удобнее рассматривать её как логарифмическую величину и измерять в децибелах (в честь шотландского учёного Александра Грэма Белла). Нижний порог слуховой чувствительности человеческого уха составляет 0 Дб, верхний 120 Дб, он же ещё называется "болевой порог". Верхняя граница чувствительности так же воспринимается человеческим ухом не одинаково, а зависит от конкретной частоты. Звуки низких частот должны обладать гораздо бОльшей интенсивностью, чем высокие, чтобы вызвать болевой порог. Например, болевой порог на низкой частоте 31,5 Гц наступает при уровне силы звука 135 дБ, когда на частоте 2000 Гц ощущение боли появится при уже при 112 дБ. Имеется также понятие звукового давления, которое фактически расширяет привычное объяснение распространение звуковой волны в воздухе. Звуковое давление - это переменное избыточное давление, возникающее в упругой среде в результате прохождения через неё звуковой волны.

Волновая природа звука

Чтобы лучше понять систему возникновения звуковой волны, представим классический динамик, находящийся в трубе, наполненной воздухом. Если динамик совершит резкое движение вперёд, то воздух, находящийся в непосредственной близости диффузора на мгновение сжимается. После этого воздух расширится, толкая тем самым сжатую воздушную область вдоль по трубе.
Вот это волновое движение и будет впоследствии звуком, когда достигнет слухового органа и "возбудит" барабанную перепонку. При возникновении звуковой волны в газе создаётся избыточное давление, избыточная плотность и происходит перемещение частиц с постоянной скоростью. Про звуковые волны важно помнить то обстоятельство, что вещество не перемещается вместе со звуковой волной, а возникает лишь временное возмущение воздушных масс.

Если представить поршень, подвешенный в свободном пространстве на пружине и совершающий повторяющиеся движения "вперёд-назад", то такие колебания будут называться гармоническими или синусоидальными (если представить волну в виде графика, то получим в этом случае чистейшую синусойду с повторяющимися спадами и подъёмами). Если представить динамик в трубе (как и в примере, описанном выше), совершающий гармонические колебания, то в момент движения динамика "вперёд" получается известный уже эффект сжатия воздуха, а при движении динамика "назад" обратный эффект разряжения. В этом случае по трубе будет распространяться волна чередующихся сжатий и разрежений. Расстояние вдоль трубы между соседними максимумами или минимумами (фазами) будет называться длиной волны . Если частицы колеблются параллельно направлению распространения волны, то волна называется продольной . Если же они колеблются перпендикулярно направлению распространения, то волна называется поперечной . Обычно звуковые волны в газах и жидкостях – продольные, в твердых же телах возможно возникновение волн обоих типов. Поперечные волны в твердых телах возникают благодаря сопротивлению к изменению формы. Основная разница между этими двумя типами волн заключается в том, что поперечная волна обладает свойством поляризации (колебания происходят в определенной плоскости), а продольная – нет.

Скорость звука

Скорость звука напрямую зависит от характеристик среды, в которой он распространяется. Она определяется (зависима) двумя свойствами среды: упругостью и плотностью материала. Скорость звука в твёрдых телах соответственно напрямую зависит от типа материала и его свойств. Скорость в газовых средах зависит только от одного типа деформации среды: сжатие-разрежение. Изменение давления в звуковой волне происходит без теплообмена с окружающими частицами и носит название адиабатическое.
Скорость звука в газе зависит в основном от температуры - возрастает при повышении температуры и падает при понижении. Так же скорость звука в газообразной среде зависит от размеров и массы самих молекул газа, - чем масса и размер частиц меньше, тем "проводимость" волны больше и больше соответственно скорость.

В жидкой и твёрдой средах принцип распространения и скорость звука аналогичны тому, как волна распространяется в воздухе: путём сжатия-разряжения. Но в данных средах, помимо той же зависимости от температуры, достаточно важное значение имеет плотность среды и её состав/структура. Чем меньше плотность вещества, тем скорость звука выше и наоборот. Зависимость же от состава среды сложнее и определяется в каждом конкретном случае с учётом расположения и взаимодействия молекул/атомов.

Скорость звука в воздухе при t, °C 20: 343 м/с
Скорость звука в дистиллированной воде при t, °C 20: 1481 м/с
Скорость звука в стали при t, °C 20: 5000 м/с

Стоячие волны и интерференция

Когда динамик создаёт звуковые волны в ограниченном пространстве неизбежно возникает эффект отражения волн от границ. В результате этого чаще всего возникает эффект интерференции - когда две или более звуковых волн накладываются друг на друга. Особыми случаями явления интерференции являются образование: 1) Биений волн или 2) Стоячих волн. Биения волн - это случай, когда происходит сложение волн с близкими частотами и амплитудой. Картина возникновения биений: когда две похожие по частоте волны накладываются друг на друга. В какой-то момент времени при таком наложении, амплитудные пики могут совпадать "по фазе", а также могут совпадать и спады по "противофазе". Именно так и характеризуются биения звука. Важно помнить, что в отличие от стоячих волн, фазовые совпадения пиков происходят не постоянно, а через какие-то временные промежутки. На слух такая картина биений различается достаточно чётко, и слышится как периодическое нарастание и убывание громкости соответственно. Механизм возникновения этого эффекта предельно прост: в момент совпадения пиков громкость нарастает, в момент совпадения спадов громкость уменьшается.

Стоячие волны возникают в случае наложения двух волн одинаковой амлитуды, фазы и частоты, когда при "встрече" таких волн одна движется в прямом, а другая – в обратном направлении. В участке пространства (где образовалась стоячая волна) возникает картина наложения двух частотных амплитуд, с чередованием максимумов (т.н. пучностей) и минимумов (т.н. узлов). При возникновении этого явления крайне важное значение имеет частота, фаза и коэффициент затухания волны в месте отражения. В отличие от бегущих волн, в стоячей волне отсутствует перенос энергии вследствие того, что образующие эту волну прямая и обратная волны переносят энергию в равных количествах и в прямом и в противоположном направлениях. Для наглядного понимания возникновения стоячей волны, представим пример из домашней акустики. Допустим, у нас есть напольные акустические системы в некотором ограниченном пространстве (комнате). Заставив их играть какую-нибудь композицию с большим количеством баса, попробуем изменить местоположение слушателя в помещении. Таким образом слушатель, попав в зону минимума (вычитания) стоячей волны ощутит эффект того, что баса стало очень мало, а если слушатель попадает в зону максимума (сложения) частот, то получается обратный эффект существенного увеличения басовой области. При этом эффект наблюдается во всех октавах базовой частоты. Например, если базовая частота составляет 440 Гц, то явление "сложения" или "вычитания" будет наблюдаться также на частотах 880 Гц, 1760 Гц, 3520 Гц и т.д.

Явление резонанса

У большинства твёрдых тел имеется собственная частота резонанса. Понять этот эффект достаточно просто на примере обычной трубы, открытой только с одного конца. Представим ситуацию, что с другого конца трубы подсоединяется динамик, который может играть какую-то одну постоянную частоту, её также впоследствии можно менять. Так вот, у трубы имеется собственная частота резонанса, говоря простым языком - это частота, на которой труба "резонирует" или издаёт свой собственный звук. Если частота динамика (в результате регулировки) совпадёт с частотой резонанса трубы, то возникнет эффект увеличения громкости в несколько раз. Это происходит потому, что громкоговоритель возбуждает колебания воздушного столба в трубе со значительной амплитудой до тех пор, пока не найдётся та самая «резонансная частота» и произойдёт эффект сложения. Возникшее явление можно описать следующим образом: труба в этом примере "помогает" динамику, резонируя на конкретной частоте, их усилия складываются и "выливаются" в слышимый громкий эффект. На примере музыкальных инструментов легко прослеживается это явление, поскольку в конструкции большинства присутствуют элементы, называемые резонаторами. Нетрудно догадаться, что служит цели усилить определённую частоту или музыкальный тон. Для примера: корпус гитары с резонатором ввиде отверстия, сопрягаемого с объёмом; Конструкция трубки у флейты (и все трубы вообще); Циллиндрическая форма корпуса барабана, который сам по себе является резонатором определённой частоты.

Частотный спектр звука и АЧХ

Поскольку на практике практически не встречаются волны одной частоты, то возникает необходимость разложения всего звукового спектра слышимого диапазона на обертоны или гармоники. Для этих целей существуют графики, которые отображают зависимость относительной энергии звуковых колебаний от частоты. Такой график называется графиком частотного спектра звука. Частотный спектр звука бывает двух типов: дискретный и непрерывный. Дискретный график спектра отображает частоты по отдельности, разделённые пустыми промежутками. В непрерывном спектре присутствуют сразу все звуковые частоты.
В случае с музыкой или акустикой чаще всего используется обычный график Амплитудно-Частотой Характеристики (сокращённо "АЧХ"). На таком графике представлена зависимость амплитуды звуковых колебаний от частоты на протяжении всего спектра частот (20 Гц - 20 кГц). Глядя на такой график легко понять, например, сильные или слабые стороны конкретного динамика или акустической системы в целом, наиболее сильные участки энергетической отдачи, частотные спады и подъёмы, затухания, а так же проследить крутизну спада.

Распространение звуковых волн, фаза и противофаза

Процесс распространения звуковых волн происходит во всех направлениях от источника. Простейший пример для понимания этого явления: камешек, брошенный в воду.
От места, куда упал камень, начинают расходиться волны по поверхности воды во всех направлениях. Однако, представим ситуацию с использованием динамика в неком объёме, допустим закрытом ящике, который подключён к усилителю и воспроизводит какой-то музыкальный сигнал. Несложно заметить (особенно при условии, если подать мощный НЧ сигнал, например бас-бочку), что динамик совершает стремительное движение "вперёд", а потом такое же стремительное движение "назад". Остаётся понять, что когда динамик совершает движение вперёд, он излучает звуковую волну, которую мы слышим впоследствии. А вот что происходит, когда динамик совершает движение назад? А происходит парадоксально тоже самое, динамик совершает тот же звук, только распространяется он в нашем примере всецело в пределах объёма ящика, не выходя за его пределы (ящик закрыт). В целом, на приведённом выше примере можно наблюдать достаточно много интересных физических явлений, наиболее значимым из которых является понятие фазы.

Звуковая волна, которую динамик, находясь в объёме, излучает в направлении слушателя - находится "в фазе". Обратная же волна, которая уходит в объём ящика, будет соответственно противофазной. Остаётся только понять, что подразумевают эти понятия? Фаза сигнала – это уровень звукового давления в текущий момент времени в какой-то точке пространства. Фазу проще всего понять на примере воспроизведения музыкального материала обычной напольной стерео-парой домашних акустических систем. Представим, что две такие напольные колонки установлены в неком помещении и играют. Обе акустические системы в этом случае воспроизводят синхронный сигнал переменного звукового давления, притом звуковое давление одной колонки складывается со звуковым давлением другой колонки. Происходит подобный эффект за счёт синхронности воспроизведения сигнала левой и правой АС соответственно, другими словами, пики и спады волн, излучаемых левыми и правыми динамиками совпадают.

А теперь представим, что давления звука по-прежнему меняются одинаковым образом (не претерпели изменений), но только теперь противоположно друг другу. Подобное может произойти, если подключить одну акустическую систему из двух в обратной полярности ("+" кабель от усилителя к "-" клемме акустической системе, и "-" кабель от усилителя к "+" клемме акустической системы). В этом случае противоположный по направлению сигнал вызовет разницу давлений, которую можно представить в виде чисел следующим образом: левая акустическая система будет создавать давление "1 Па", а правая акустическая система будет создавать давление "минус 1 Па". В результате, суммарная громкость звука в точке размещения слушателя будет равна нулю. Это явление называется противофазой. Если рассматривать пример более детально для понимания, то получается, что два динамика, играющие "в фазе" - создают одинаковые области уплотнения и разряжения воздуха, чем фактически помогают друг другу. В случае же с идеализированной противофазой, область уплотнения воздушного пространства, созданная одним динамиком, будет сопровождаться областью разряжения воздушного пространства, созданной вторым динамиком. Выглядит это примерно, как явление взаимного синхронного гашения волн. Правда, на практике падения громкости до нуля не происходит, и мы услышим сильно искажённый и ослабленный звук.

Самым доступным образом можно описать это явление так: два сигнала с одинаковыми колебаниями (частотой), но сдвинутые по времени. Ввиду этого, удобнее представить эти явления смещения на примере обычных круглых стрелочных часов. Представим, что на стене висит несколько одинаковых круглых часов. Когда секундные стрелки этих часов бегут синхронно, на одних часах 30 секунд и на других 30, то это пример сигнала, который находится в фазе. Если же секундные стрелки бегут со смещением, но скорость по-прежнему одинакова, например, на одних часах 30 секунд, а на других 24 секунды, то это и есть классический пример смещения (сдвига) по фазе. Таким же образом фаза измеряется в градусах, в пределах виртуальной окружности. В этом случае, при смещении сигналов относительно друг друга на 180 градусов (половина периода), и получается классическая противофаза. Нередко на практике возникают незначительные смещения по фазе, которые так же можно определить в градусах и успешно устранить.

Волны бывают плоские и сферические. Плоский волновой фронт распространяется только в одном направлении и редко встречается на практике. Сферический волновой фронт представляет собой волны простого типа, которые исходят из одной точки и распространяется во всех направлениях. Звуковые волны обладают свойством дифракции , т.е. способностью огибать препятствия и объекты. Степень огибания зависит от отношения длины звуковой волны к размерам препятствия или отверстия. Дифракция возникает и в случае, когда на пути звука оказывается какое-либо препятствие. В этом случае возможны два варианта развития событий: 1) Если размеры препятствия намного больше длины волны, то звук отражается или поглощается (в зависимости от степени поглощения материала, толщины препятствия и т.д.), а позади препятствия формируется зона "акустической тени". 2) Если же размеры препятствия сравнимы с длиной волны или даже меньше её, тогда звук дифрагирует в какой-то мере во всех направлениях. Если звуковая волна при движении в одной среде попадает на границу раздела с другой средой (например воздушная среда с твёрдой средой), то может возникнуть три варианта развития событий: 1) волна отразится от поверхности раздела 2) волна может пройти в другую среду без изменения направления 3) волна может пройти в другую среду с изменением направления на границе, это называется "преломление волны".

Отношением избыточного давления звуковой волны к колебательной объёмной скорости называется волновое сопротивление. Говоря простыми словами, волновым сопротивлением среды можно назвать способность поглощать звуковые волны или "сопротивляться" им. Коэффициенты отражения и прохождения напрямую зависят от соотношения волновых сопротивлений двух сред. Волновое сопротивление в газовой среде гораздо ниже, чем в воде или твёрдых телах. Поэтому если звуковая волна в воздухе падает на твердый объект или на поверхность глубокой воды, то звук либо отражается от поверхности, либо поглощается в значительной мере. Зависит это от толщины поверхности (воды или твёрдого тела), на которую падает искомая звуковая волна. При низкой толщине твёрдой или жидкой среды, звуковые волны практически полностью "проходят", и наоборот, при большой толщине среды волны чаще отражается. В случае отражения звуковых волн, происходит этот процесс по хорошо известному физическому закону: "Угол падения равен углу отражения". В этом случае, когда волна из среды с меньшей плотностью попадает на границу со средой большей плотности - происходит явление рефракции . Оно заключается в изгибе (преломлении) звуковой волны после "встречи" с препятствием, и обязательно сопровождается изменением скорости. Рефракция зависит также от температуры среды, в которой происходит отражение.

В процессе распространения звуковых волн в пространстве неизбежно происходит снижение их интенсивности, можно сказать затухание волн и ослабление звука. На практике столкнуться с подобным эффектом достаточно просто: например, если два человека встанут в поле на некотором близком расстоянии (метр и ближе) и начнут что-то говорить друг другу. Если впоследствии увеличивать расстояние между людьми (если они начнут отдаляться друг от друга), тот же самый уровень разговорной громкости будет становиться всё менее и менее слышимым. Подобный пример наглядно демонстрирует явление снижения интенсивности звуковых волн. Почему это происходит? Причиной тому различные процессы теплообмена, молекулярного взаимодействия и внутреннего трения звуковых волн. Наиболее часто на практике происходит превращение звуковой энергии в тепловую. Подобные процессы неизбежно возникают в любой из 3-ёх сред распространения звука и их можно охарактеризовать как поглощение звуковых волн .

Интенсивность и степень поглощения звуковых волн зависит от многих факторов, таких как: давление и температура среды. Также поглощение зависит от конкретной частоты звука. При распространении звуковой волны в жидкостях или газах возникает эффект трения между разными частицами, которое называется вязкостью. В результате этого трения на молекулярном уровне и происходит процесс превращения волны из звуковой в тепловую. Другими словами, чем выше теплопроводность среды, тем меньше степень поглощения волн. Поглощение звука в газовых средах зависит ещё и от давления (атмосферное давление меняется с повышением высоты относительно уровня моря). Что касательно зависимости степени поглощения от частоты звука, то принимая во внимание вышеназванные зависимости вязкости и теплопроводности, поглощение звука тем выше, чем выше его частота. Для примера, при нормальной температуре и давлении, в воздухе поглощение волны частотой 5000 Гц составляет 3 Дб/км, а поглощение волны частотой 50000 Гц составит уже 300 Дб/м.

В твёрдых средах сохраняются все вышеназванные зависимости (теплопроводность и вязкость), однако к этому добавляется ещё несколько условий. Они связаны с молекулярной структурой твёрдых материалов, которая может быть разной, со своими неоднородностями. В зависимости от этого внутреннего твёрдого молекулярного строения, поглощение звуковых волн в данном случае может быть различным, и зависит от типа конкретного материала. При прохождении звука через твёрдое тело, волна претерпевает ряд преобразований и искажений, что чаще всего приводит к рассеиванию и поглощению звуковой энергии. На молекулярном уровне может возникнуть эффект дислокаций, когда звуковая волна вызывает смещение атомных плоскостей, которые затем возвращаются в исходное положение. Либо же, движение дислокаций приводит к столкновению с перпендикулярными им дислокациями или дефектами кристаллического строения, что вызывает их торможение и как следствие некоторое поглощение звуковой волны. Однако, звуковая волна может и резонировать с данными дефектами, что приведет к искажению исходной волны. Энергия звуковой волны в момент взаимодействия с элементами молекулярной структуры материала рассеивается в результате процессов внутреннего трения.

В я постараюсь разобрать особенности слухового восприятия человека и некоторые тонкости и особенности распространения звука.

> Характеристика звука

Изучите характеристику и свойства звуков как волны: движение звука по синусоидальным волнам, частота, тон и амплитуда, звуковое восприятие, скорость звука.

Звук – продольная волна давления, проходящая сквозь пространство в жидком, твердом, газообразном состояниях или плазме.

Задача обучения

• Понять, как люди характеризуют звук.

Основные пункты

Термины

• Медиа – общее понятие для разнообразных типов материалов.
• Герц – измерение звуковой частоты.
• Частота – соотношение количества раз (n) периодического события за время (t): f = n/t.

Давайте познакомимся с основами звука. Речь идет о продольной волне давления, проходящей сквозь сжимаемые пространства. В условиях вакуума (свободное от частиц и материи) звук невозможен. Вакуум не обладает средой, поэтому звук просто не способен перемещаться.

Характеристики звука:

• Транспортируется по продольным волнам. При графическом изображении их показывают в виде синусоидальных.
• Обладают частотой (высота поднимается и опускается).
• Амплитуда описывает громкость.
• Тон – показатель качества звуковой волны.
• Транспортируется быстрее в горячем пространстве, чем в твердом теле. По скорости выше на уровне моря (где давление воздуха выше).
• Интенсивность – передаваемая в конкретной области энергия. Это также мера звуковой частоты.
• В ультразвуке применяют волны с высокими частотами, чтобы обнаружить то, что обычно скрыто (опухоли). Летучие мыши и дельфины также пользуются ультразвуком в качестве навигации и поиска объектов. На кораблях применяют ту же схему.

Звуковое восприятие

У каждой звуковой волны есть свойства, среди которых длина, интенсивность и амплитуда. Кроме того, у них есть диапазон, то есть уровень звукового восприятие. Например:

• Люди: 20 – 20 000 Гц.
• Собаки: 50 – 45 000 Гц.
• Летучие мыши: 20 – 120 000 Гц.

Видно, что среди трех представителей, у людей наименьший показатель.

Скорость звука

Скорость транспортировки основывается на среде. Она повышается в твердом состоянии и падает в жидкости и газе. Формула:

(K – коэффициент жесткости материала, а p – плотность).

Если говорится «быстрее звуковой скорости», то это сравнение с показателем в 344 м/с. Общий замер берется на уровне моря с температурной отметкой в 21°C и в нормальных атмосферных условиях.

Здесь показана плоскость, перемещающаяся быстрее звуковой скорости

Основные характеристики звука. Передача звука на большое расстояние.

Основные характеристики звука:

1. Тон звука (количество колебаний в секунду). Звуки низкого тона (например, звук, создаваемый большим барабаном) и высокого тона (например, свист). Ухо легко различает эти звуки. Простые измерения (развёртка колебаний) показывают, что звуки низких тонов – колебания малой частоты в звуковой волне. Звуку высокого тона соответствует большая частота колебаний. Частота колебаний в звуковой волне определяет тон звука.

2. Громкость звука (амплитуда). Громкость звука, определяемая его действием на ухо, является оценкой субъективной. Чем больше поток энергии, притекающей к уху, тем больше громкость. Удобной для измерения является интенсивность звука – энергия, переносимая волной за единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную к направлению распространения волны. Интенсивность звука возрастает при увеличении амплитуды колебаний и площади тела, совершающего колебания. Также для измерения громкости пользуются децибелами (дБ). Например, громкость звука хороша листьев оценивается в 10 дБ, шёпота – 20 дБ, уличного шума - 70 дБ, болевой порог – 120 дБ, а смертельный уровень – 180 дБ.

3. Тембр звука . Вторая субъективная оценка. Тембр звука определяется совокупностью обертонов. Разное количество обертонов, присущих тому или иному звуку, придаёт ему особую окраску – тембр. Отличие одного тембра от другого обусловлено не только числом, но и интенсивностью обертонов, сопровождающих звучание основного тона. По тембру легко можно различать звуки различных музыкальных инструментов, голоса людей.

Звуковые колебания с частотой менее 20 Гц человеческое ухо не воспринимает.

Звуковой диапазон уха – 20 Гц – 20 тыс. Гц.

Передача звука на большое расстояние.

Проблема передачи звука на расстояние была успешно решена посредством создания телефона и радио. С помощью микрофона, имитирующего человеческое ухо, акустические колебания воздуха (звук) в определённой точке преобразуют в синхронные изменения амплитуды электрического тока (электрический сигнал), который по проводам или с помощью электромагнитных волн (радиоволн), доставляют в нужное место и преобразуют в акустические колебания, подобные исходным.

Схема передачи звука на расстояние

1. Преобразователь «звук - электрический сигнал» (микрофон)

2. Усилитель электрического сигнала и электрическая линия связи (провода или радиоволны)

3. Преобразователь «электрический сигнал – звук» (громкоговоритель)

Объёмные акустические колебания воспринимаются человеком в одной точке и могут быть представлены в виде точечного источника сигнала Сигнал имеет два параметра, связанных функцией времени: частоту колебания (тон) и амплитуду колебания (громкость). Необходимо пропорционально преобразовать амплитуду акустического сигнала в амплитуду электрического тока, сохраняя частоту колебания.

Источники звука - любые явления, вызывающие местное изменение давления или механическое напряжение. Широко распространены источники Звука в виде колеблющихся твёрдых тел. Источниками Звука могут служить и колебания ограниченных объёмов самой среды (например, в органных трубах, духовых музыкальных инструментах, свистках и т.п.). Сложной колебательной системой является голосовой аппарат человека и животных. Обширный класс источников Звук -электроакустические преобразователи, в которых механические колебания создаются путём преобразования колебаний электрического тока той же частоты. В природе Звук возбуждается при обтекании твёрдых тел потоком воздуха за счёт образования и отрыва вихрей, например при обдувании ветром проводов, труб, гребней морских волн. Звук низких и инфранизких частот возникает при взрывах, обвалах. Многообразны источники акустических шумов, к которым относятся применяемые в технике машины и механизмы, газовые и водяные струи. Исследованию источников промышленных, транспортных шумов и шумов аэродинамического происхождения уделяется большое внимание ввиду их вредного действия на человеческий организм и техническое оборудование.

Приёмники звука служат для восприятия звуковой энергии и преобразования её в др. формы. К приёмникам Звука относится, в частности, слуховой аппарат человека и животных. В технике для приёма Звука применяется главным образом электроакустические преобразователи, например, микрофон.
Распространение звуковых волн характеризуется в первую очередь скоростью звука. В ряде случаев наблюдается дисперсия звука, т. е. зависимость скорости распространения от частоты. Дисперсия Звука приводит к изменению формы сложных акустических сигналов, включающих ряд гармонических составляющих, в частности - к искажению звуковых импульсов. При распространении звуковых волн имеют место обычные для всех типов волн явления интерференции и дифракции. В случае, когда размер препятствий и неоднородностей в среде велик по сравнению с длиной волны, распространение звука подчиняется обычным законам отражения и преломления волн и может рассматриваться с позиций геометрической акустики.

При распространении звуковой волны в заданном направлении происходит постепенное её затухание, т. е. уменьшение интенсивности и амплитуды. Знание законов затухания практически важно для определения предельной дальности распространения звукового сигнала.

Способы коммуникации:

· Изображения

Система кодирования должна быть понятна адресату.

Звуковые коммуникации появились первыми.

Звук (носитель – воздух)

Звуковая волна – перепады давления воздуха

Кодируемая информация – барабанные перепонки

Чувствительность слуха

Децибел – относительная логарифмическая единица

Свойства звука:

Громкость (Дб)

Тональность

0 Дб = 2*10(-5) Па

Порог слышимости – болевой порог

Динамические диапазон – отношение самого громкого звука к самому маленькому

Порог = 120 Дб

Частота (Гц)

Параметры и спектр звукового сигнала: речь, музыка. Реверберация.

Звук – колебание, имеющее свою частоту и амплитуду

Чувствительность нашего уха к разным частотам – разная

Гц – 1 к\с

От 20 Гц до 20 000 Гц – звуковой диапазон

Инфрозвуки – звуки менее 20 Гц

Звуки свыше 20 тыс. Гц и менее 20 Гц не воспринимаются

Промежуточная система кодирования и декодирования

Любой процесс может быть описан набором гармонических колебаний

Спектр звукового сигнала – совокупность гармонических колебаний соответствующих частот и амплитуд

Амплитуда меняется

Частота постоянна

Звуковое колебание – изменение амплитуды во времени

Зависимость взаимных амплитуд

Амплитудно-частотная характеристика – зависимость амплитуды от частоты

У нашего уха есть амплитудно-частотная характеристика

Устройство не идеально, у него есть АЧХ

АЧХ – у всего, что связано с преобразованием и передачей звука

Эквалайзер регулирует АЧХ

340 м\с – скорость звука в воздухе

Реверберация – размывание звука

Время реверберации – время, за которое сигнал уменьшится на 60 Дб

Компрессирование – прием обработки звука, когда громкие звуки снижены, а тихие звучат громче

Реверберация – характеристика помещения, в котором распространяется звук

Частота дискретизации – количество отсчетов в секунду

Фонетическое кодирование

Фрагменты информационного образа – кодирование – фонетический аппарат – человеческий слух

Волны не могут распространяться далеко

Можно увеличить мощность звучания

Электрический ток

Длина волны – расстояние

Звук=функция A(t)

Преобразовать А звуковых колебаний в А электрического тока = вторичное кодирование

Фаза – задержка в угловых измерениях одного колебания относительно другого во времени

Амплитудная модуляция – информация содержится в изменении амплитуды

Частотная модуляция – в частоте

Фазовая модуляции – в фазе

Электромагнитное колебание – распространяется без поводов

Окружность 40 тыс.км.

Радиус 6,4 тыс. км

Мгновенно!

Частотные, или линейные искажения возникают на каждом этапе передачи информации

Коэфициент передачи амплитуды

Линейные – будут передаваться сигналы с потерей информации

Можно скомпенсировать

Нелинейные – нельзя предотвратить, связаны с невосстановимым искажением амплитуды

1895 г. Эрстед Максвел обнаружил энергию – электромагнитные колебания могут распространяться

Попов изобрел радио

1896 г зарубежом Маркони купил патент, право на использование трудов Тесла

Реальное применение в начале ХХ века

Колебание электрического тока не сложно накладывать на электромагнитные колебания

Частота должна быть выше частоты информации

В начале 20-х годов

Передача сигнала методом амплитудной модуляции радиоволн

Диапазон до 7 000 Гц

AM Радиовещание длинноволновое

Длинные волны, имеющие частоты выше 26 мГц

Средние волны от 2,5 мГц до 26 мГц

Нет границ распространения

Ультракороткие волны (частотная модуляция), стереовещание (2 канала)

FM – частотная

Фазовая не используется

Несущая частота радио

Диапазон радиовещания

Несущая частота

Зона уверенного приема – та территория, на которой радио-волны распространяются с энергией, достаточной для качественного приема информации

Dкм=3,57(^H+^h)

Н – высота передающей антенны (м)

h – высота приемной (м)

от высоты антенны при условии достаточной мощности

Радио-передатчик – несущая частота, мощность и высота расположения передающей антенны

Лицензируемый

Для распространения радио-волн требуется лицензия

Сеть радиовещания:

Источник звук содержания (контента)

Соединительные линии связи

Передатчики (Луначарского, возле цирка, азбест)

Радиоприемник

Резервирование энергопитания

Радиопрограмма – совокупность звуковых сообщений

Радиостанция – источник вещания радиопрограммы

· Традиционные: Радиоредакция (творческий коллектив), Радиодом (совокупность технических и технологических средств)

Радиодом

Радиостудия – помещение, обладающее подходящими акустическими параметрами, звукоизолированное

Дискретизация по чистоте

Аналоговый сигнал во времени разбивается на интервалы. Измеряется в Герцах. Количество интервалов нужно чтоб замерить амплитуду на каждом отрезке

Разрядность квантования. Частота дискретизации – разбиение сигнала во времени на равные отрезки в соответствии с теоремой Котельникова

Для неискаженной передачи непрерывного сигнала, занимающего определенную полосу частот, необходимо, чтобы частота дискретизации была как минимум вдвое выше верхней частоты воспроизводимого диапазона частот

От 30 до 15 кГц

CD 44-100 кГц

Цифровое сжатие информации

- или компрессия – конечная цель – исключение из цифрового потока избыточной информации.

Звуковой сигнал – случайный процесс. Уровни связаны в течение времени корреляции

Корреляционные – связи, описывающие события во временных отрезках: предыдущего, настоящего и будущего

Длительные – весна, лето, осень

Кратковременные

Метод экстраполяции. Из цифрового в синусойду

Передают только разницу следующего сигнала и предыдущего

Психофизические свойства звука – позволяет уху отбирать сигналы

Удельный вес в объеме сигнала

Реальные\импульсивные

Система помехоусточива, от формы импульса ничего не зависит. Импульс легко восстановить

АЧХ – зависимость амплитуды от частоты

АЧХ регулирует тембр звучания

Эквалайзер – корректор АЧХ

Низкие, средние, высокие частоты

Басы, средние, верха

Эквалайзер 10, 20, 40, 256 полосные

Анализатор спектра – удалить, распознать голос

Психоакустические устройства

Силы – процесс

Частотное устройство обработки – плагины – модули, которые при открытом коде программы дорабатывают, посылают

Динамическая обработка сигнала

Приложения – устройства, которые регулируют динамические устройства

Громкость – уровень сигнала

Регуляторы уровня

Фейдеры \ микшеры

Фейд in \ Фейд out

Уменьшение шума

Пикосрезатель

Компрессор

Шумоподавитель

Цветовое зрение

В глазу человека содержатся два типа светочувствительных клеток (фоторецепторов): высоко чувствительные палочки, отвечающие за ночное зрение, и менее чувствительные колбочки, отвечающие за цветное зрение.

В сетчатке глаза человека есть три вида колбочек, максимумы чувствительности которых приходятся на красный, зелёный и синий участки спектра.

Бинокулярное

Зрительный анализатор человека в нормальных условиях обеспечивает бинокулярное зрение, то есть зрение двумя глазами с единым зрительным восприятием.

Частотные диапазоны радиовещания АМ (ДВ, СВ, КВ) и ЧМ (УКВ и FM).

Радио - разновидность беспроводной связи, при которой в качестве носителя сигнала используются радиоволны, свободно распространяемые в пространстве.

Передача происходит следующим образом: на передающей стороне формируется сигнал с требуемыми характеристиками (частота и амплитуда сигнала). Далее передаваемый сигнал модулирует более высокочастотное колебание (несущее). Полученный модулированный сигнал излучается антенной в пространство. На приёмной стороне радиоволны наводят модулированный сигнал в антенне, после чего он демодулируется (детектируется) и фильтруется ФНЧ (избавляясь тем самым от высокочастотной составляющей - несущей). Таким образом, происходит извлечение полезного сигнала. Получаемый сигнал может несколько отличаться от передаваемого передатчиком (искажения вследствие помех и наводок).

В практике радиовещания и телевидения используется упрощённая классификация радиодиапазонов:

Сверхдлинные волны (СДВ) - мириаметровые волны

Длинные волны (ДВ) - километровые волны

Средние волны (СВ) - гектометровые волны

Короткие волны (КВ ) - декаметровые волны

Ультракороткие волны (УКВ) - высокочастотные волны, длина волны которых меньше 10 м.

В зависимости от диапазона радиоволны имеют свои особенности и законы распространения:

ДВ сильно поглощаются ионосферой, основное значение имеют приземные волны, которые распространяются, огибая землю. Их интенсивность по мере удаления от передатчика уменьшается сравнительно быстро.

СВ сильно поглощаются ионосферой днём, и район действия определяется приземной волной, вечером хорошо отражаются от ионосферы и район действия определяется отражённой волной.

КВ распространяются исключительно посредством отражения ионосферой, поэтому вокруг передатчика существует т. н. зона радиомолчания. Днём лучше распространяются более короткие волны (30 МГц), ночью - более длинные (3 МГц). Короткие волны могут распространяться на больши́е расстояния при малой мощности передатчика.

УКВ распространяются прямолинейно и, как правило, не отражаются ионосферой, однако при определённых условиях способны огибать земной шар из-за разности плотностей воздуха в разных слоях атмосферы. Легко огибают препятствия и имеют высокую проникающую способность.

Радиоволны распространяются в пустоте и в атмосфере; земная твердь и вода для них непрозрачны. Однако, благодаря эффектам дифракции и отражения, возможна связь между точками земной поверхности, не имеющими прямой видимости (в частности, находящимися на большом расстоянии).

Новые диапазоны ТВ вещания

· MMDS диапазон 2500-2700 ГГЦ 24 канала для аналогового ТВ вещания. Использовалось в системе кабельного телевидения

· LMDS: 27,5-29,5 ГГЦ. 124 ТВ аналоговых канала. С цифровой революции. Осваивается операторами сотовой связи

· MWS – MWDS: 40,5-42,4 ГГЦ. Система сотового телевещания. Высокие 5 км частоты быстрое поглощаются

2. Изображение на пиксели разложить

256 уровней

Опорный кадр, затем его изменения

Аналогово-цифровой преобразователь

На входе – аналог, на выходе – цифровой поток. Форматы цифрового сжатия

Некопменсированное видео – три цвета в пикселях 25 к\с, 256 мегабит\с

dvd, avi – имеет поток 25 мб\с

mpeg2 – дополнительная компрессия от 3-4 раз в спутнике

Цифровое ТВ

1. Упрощаем, уменьшаем количество точек

2. Упрощаем выбор цвета

3. Применяем компрессии

256 уровней – динамический диапазон яркости

Цифровое в 4 раза больше по горизонтали и вертикали

Недостатки

· Резко ограниченная территория покрытия сигнала, внутри которой приём возможен. Но эта территория при равной мощности передатчика больше, чем у аналоговой системы.

· Замирания и рассыпания картинки на «квадратики» при недостаточном уровне принимаемого сигнала.

· Оба «недостатка» являются следствием преимуществ передачи цифровых данных: данные либо принимаются качественно на 100 % или восстанавливаются, либо принимаются плохо с невозможностью восстановления.

Цифровое радио - технология беспроводной передачи цифрового сигнала посредством электромагнитных волн радиодиапазона.

Преимущества:

· Более высокое качество звука по сравнению с FM-радиовещанием. В настоящее время не реализовано из-за низкой скорости потока (типично 96 кбит/c).

· Помимо звука могут передаваться тексты, картинки и другие данные. (Больше, чем в RDS)

· Слабые радиопомехи никак не изменяют звук.

· Более экономичное использование частотного пространства посредством передачи сигналов.

· Мощность передатчика может быть сокращена в 10 - 100 раз.

Недостатки :

· В случае недостаточной мощности сигнала в аналоговом вещании появляются помехи, в цифровом - трансляция пропадает вовсе.

· Задержка звука из-за времени, необходимого на обработку цифрового сигнала.

· В настоящий момент во многих странах мира проводятся «полевые испытания».

· Сейчас в мире постепенно начинается переход к "цифре", но он гораздо медленнее, чем у телевидения из-за недостатков. Пока массовых отключений радиостанций в аналоговом режиме нет, хотя сокращается их количество в AM-диапазоне из-за более эффективного FM.

В 2012 году ГКРЧ подписан протокол, согласно которому выделяется полоса радиочастот 148,5-283,5 кГц для создания на территории Российской Федерации сетей цифрового радиовещания стандарта DRM. Также с соответствии с пунктом 5.2 протокола заседания ГКРЧ от 20 января 2009 г. № 09-01 проведена научно-исследовательская работа «Исследование возможности и условий использования цифрового радиовещания стандарта DRM в Российской Федерации в полосе частот 0,1485-0,2835 МГц (длинные волны)».

Таким образом, на неопределённое время вещание в FM-диапазоне будет осуществляться в аналоговом формате.

В России в первом мультиплексе цифрового эфирного телевидения DVB-T2 транслируются федеральные радиостанции Радио России, Маяк и Вести ФМ.

Интернет-радио или веб-радио - группа технологий передачи потоковых аудиоданных через сеть Интернет. Также в качестве термина интернет-радио или веб-радио может пониматься радиостанция, использующая для вещания технологию потокового вещания в Интернет.

В технологической основе системы лежит три элемента:

Станция - генерирует аудиопоток (либо из списка звуковых файлов, либо прямой оцифровкой с аудио карты, либо копируя существующий в сети поток) и направляет его серверу. (Станция потребляет минимум трафика, потому что создаёт один поток)

Сервер (повторитель потока) - принимает аудиопоток от станции и перенаправляет его копии всем подключённым к серверу клиентам, по сути является репликатором данных. (Трафик сервера пропорционален количеству слушателей + 1)

Клиент - принимает аудиопоток от сервера и преобразует его в аудиосигнал, который и слышит слушатель интернет-радиостанции. Можно организовывать каскадные системы радиовещания, используя в качестве клиента повторитель потока. (Клиент, как и станция, потребляет минимум трафика. Трафик клиента-сервера каскадной системы зависит от количества слушателей такого клиента.)

Кроме потока звуковых данных обычно передаются также текстовые данные, чтобы в плеере отображалась информация о станции и о текущей композиции.

В качестве станции могут выступать обычная программа-аудиоплеер со специальным плагином-кодеком или специализированная программа (например - ICes, EzStream, SAM Broadcaster), а также аппаратное устройство, преобразующее аналоговый аудиопоток в цифровой.

В качестве клиента можно использовать любой медиаплеер, поддерживающий потоковое аудио и способный декодировать формат, в котором вещает радио.

Следует заметить, что интернет-радио к эфирному радиовещанию, как правило, никакого отношения не имеет. Но возможны и редкие исключения, которые, на территории СНГ не распространены.

Телевидение межсетевого протокола (интернет-телевидение или on-line TV) - система, основанная на двусторонней цифровой передаче телевизионного сигнала через интернет-соединения посредством широкополосного подключения.

Система интернет-телевидения позволяет реализовать:

· Управление пакетом подписки каждого пользователя

· Трансляцию каналов в формате MPEG-2, MPEG-4

· Представление телевизионных программ

· Функцию регистрации телевизионных передач

· Поиск прошлых телевизионных передач для просмотра

· Функцию паузы для телеканала в режиме реального времени

· Индивидуальный пакет телеканалов для каждого пользователя

Новые СМИ или новые медиа - термин, который в конце XX века стали применять для интерактивных электронных изданий и новых форм коммуникации производителей контента с потребителями для обозначения отличий от традиционных медиа, таких как газеты, то есть этим термином обозначают процесс развития цифровых, сетевых технологий и коммуникаций. Конвергенция и мультимедийные редакции стали обыденными элементами сегодняшней журналистики.

Речь прежде всего о цифровых технологиях и эти тенденции связаны с компьютеризацией общества, поскольку до 80-х медиа полагались на аналоговые носители.

Следует отметить, что согласно закону Рипля более высокоразвитые средства массовой информации не являются заменой предыдущих, поэтому задача новых медиа это и вербовка своего потребителя, поиск иных областей применения, «онлайн-версия печатного издания вряд ли способна заменить само печатное издание».

Следует различать понятия «новые медиа» и «цифровые медиа». Хотя и там, и здесь практикуются цифровые средства кодировки информации.

Любой человек может стать издателем «нового СМИ» с точки зрения технологии процесса. Вин Кросби, который описывает «масс-медиа» как инструмент вещания «одного многим», рассматривает новые медиа как коммуникацию «многих со многими».

Цифровая эра формирует иную медиа-среду. Репортёры привыкают к работе в киберпространстве. Как отмечается, ранее «освещение международных событий было делом нехитрым»

Говоря о взаимоотношениях информационного общества и новых СМИ, Ясен Засурский акцентирует внимание именно на трёх аспектах, выделяя новые медиа именно как аспект:

· Возможности СМИ на современном этапе развития информационно-коммуникационных технологий и интернета.

· Традиционные СМИ в условиях «интернетизации»

· Новые средства массовой информации.

Радиостудия. Структура.

Как организовать факультетское радио?

Контент

Что иметь и уметь? Зоны вещания, состав оборудования, кол-во человек

Лицензия не обязательна

(Территориальный орган «Роскомнадзор», регистр. сбор, обеспечить периодичность, минимум – 1 раз в год, свидетельство юридическому лицу, регистрируется радиопрограмма)

Творческий коллектив

Главные редактор и юридическое лицо

Менее 10 человек – договор, больше 10 – устав

Технической базой производства радиопродукции является комплекс оборудования, на котором осуществляется запись радиопрограмм, обработка и последующая трансляция. Основной технической задачей радиостанций является обеспечение четкой, бесперебойной и высококачественной работы технологического оборудования радиовещания и звукозаписи.

Радиодома и телевизионные центры являются организационной формой тракта формирования программ. Сотрудники радио и телецентров подразделяются на специалистов творческих (журналисты, звуко- и видеорежиссеры, работники отделов выпуска, отделов координации и т.д.) и технических специальностей - аппаратно-студийный комплекс (работники студий, аппаратных и некоторых вспомогательных служб).

Аппаратно-студийный комплекс - это взаимосвязанные блоки и службы, объединенные техническими средствами, с помощью которых ведется процесс формирования и выпуска программ аудио- и телевещания. В состав аппаратно-студийного комплекса входят аппаратно-студийный блок (для создания частей программ), аппаратная вещания (для РВ) и аппаратно-программный блок (для ТВ). В свою очередь, аппаратно-студийный блок состоит из студий и технических и режиссерских аппаратных, что обусловлено различной технологией непосредственного вещания и записи.

Радиостудии - это специальные помещения для проведения радиопередач, отвечающие ряду требований акустической обработки, чтобы поддерживать низкий уровень шумов от внешних источников звука, создавать равномерное в объеме помещения звуковое поле. С появлением электронных устройств для регулирования фазовых и временных характеристик все большее применение находят небольшие полностью «заглушенные» студии.

В зависимости от назначения, студии делятся на малые (эфирные) (8-25 кв. м), студии средней величины (60-120 кв. м), большие студии (200-300 кв.м).

В соответствии с замыслом звукорежиссера в студии устанавливаются микрофоны, подбираются их оптимальные характеристики (тип, диаграмма направленности, выходной уровень сигналов).

Монтажные аппаратные предназначены для подготовки частей будущих программ от несложного монтажа музыкальных и речевых фонограмм после первичной записи до сведения многоканального звучания к моно- или стереозвучанию. Далее в аппаратной подготовки программ формируются части будущей передачи из оригиналов отдельных произведений. Таким образом, формируется фонд готовых фонограмм. Из отдельных передач формируется вся программа, поступающая в центральную аппаратную. Отделы выпуска и координации осуществляют согласование действий редакций. В крупных радиодомах и телецентрах, чтобы обеспечить соответствие старых записей современным техническим требованиям вещания, существуют аппаратные реставрации фонограмм, где редактируется уровень шумов и различных искажений.

После полного формирования программы электрические сигналы поступают в трансляционную аппаратную.

Аппаратно-студийный блок комплектуется режиссерским пультом, контрольно-громкоговорящим агрегатом, магнитофонами и устройствами звуковых эффектов. Перед входом в студию устанавливают светящиеся надписи: «Репетиция», «Приготовиться», «Микрофон включен». Студии оборудованы микрофонами и пультом диктора с кнопками включения микрофонов, сигнальными лампами, телефонными аппаратами со световым вызывным сигналом. Дикторы могут связаться с аппаратной, отделом выпуска, редакцией, некоторыми другими службами.

Главным устройством режиссерской аппаратной является пульт звукорежиссера, с помощью которого решаются одновременно и технические, и творческие задачи: монтажи преобразование сигнала.

В аппаратной вещания радиодома из различных передач формируется программа. Части программы, прошедшие звукорежиссерскую обработку и монтаж, не требуют дополнительного технического контроля, но нуждаются в совмещении различных сигналов (речь, музыкальное сопровождение, звуковые заставки и т.д.). Кроме того, в современных аппаратных вещания устанавливается оборудование для автоматизированного выпуска программ.

Конечный контроль программ осуществляется в центральной аппаратной, где на звукорежиссерском пульте происходит дополнительное регулирование электрических сигналов и их распределение по потребителям. Здесь производится частотная обработка сигнала, его усиление до требуемого уровня, сжатие или экспандирование, введение позывных программы и сигналов точного времени.

Состав аппаратного комплекса радиостанции.

Основные выразительные средства радиовещания - музыка, речь и служебные сигналы. Для сведения воедино в правильном балансе (микширования) всех звуковых сигналов служит основной элемент аппаратного комплекса радиовещания - микшерный пульт (mixing console). Сформированный на пульте сигнал с выхода пульта проходит через ряд специальных устройств обработки сигнала (компрессор, модулятор и т.п.) и подается (через линию связи или непосредственно) на передатчик. На входы пульта подаются сигналы всех источников: микрофонов, передающих речь ведущих и гостей эфира; устройств звуковоспроизведения; устройств воспроизведения сигналов. В современной радиостудии количество микрофонов может быть различным - от 1 до 6 и даже больше. Впрочем, для большинства случаев достаточно 2-3. Используются микрофоны самых разных типов.
До подачи на вход пульта сигнал микрофона может подвергаться различной обработке (компрессирование, частотная коррекция, в некоторых специальных случаях - реверберация, тональный сдвиг и т.п.) с целью повышения разборчивости речи, выравнивания уровня сигнала и т.д.
Устройства звуковоспроизведения на большинстве станций представлены CD-плейерами и магнитофонами. Спектр используемых магнитофонов зависит от специфики станции: это могут быть цифровые (DAT - цифровой кассетный магнитофон; MD - устройство записи и воспроизведения на цифровой минидиск) и аналоговые устройства (бобинные студийные магнитофоны, а также профессиональные кассетные деки). На некоторых станциях применяется и воспроизведение с виниловых дисков; для этого используются либо профессиональные "грамстолы", либо - чаще - просто высококачественные проигрыватели, а иногда и специальные "диджейские" вертушки, аналогичные используемым в практике дискотек.
На некоторых станциях, где широко применяется принцип ротации песен, используется воспроизведение музыки непосредственно с жесткого диска компьютера, куда определенный набор ротируемых на этой неделе песен записывается предварительно в виде волновых файлов (как правило, в формате WAV). Устройства воспроизведения служебных сигналов применяются самых разных типов. Как и в зарубежном радиовещании, довольно широко используются аналоговые кассетные устройства (джингловоды), носителем звука в которых служит особая кассета с лентой. На каждой кассете, как правило, записывается один сигнал (заставка, джингл, отбивка, подложка и т.п.); лента в кассетах джингловода закольцована, следовательно, сразу после использования она снова готова к воспроизведению. На многих радиостанциях, где используется традиционный тип организациях вещания, сигналы воспроизводятся с бобинных магнитофонов. Цифровые устройства представляют собой либо устройства, где носителем каждого отдельного сигнала являются флоппи-диски или специальные картриджи, либо устройства, где сигналы воспроизводятся непосредственно с жесткого диска компьютера.
В аппаратном комплексе радиовещания используются также различные устройства записи: это могут быть как аналоговые, так и цифровые магнитофоны. Эти устройства применяются как для записи отдельных фрагментов эфира в архив радиостанции или с целью последующего повтора, так и для сплошной контрольной записи всего эфира (так называемый police tape). Кроме того, в аппаратный комплекс радиовещания входят мониторные акустические системы как для прослушивания программного сигнала (микса на выходе с пульта), так и для предварительного прослушивания ("подслушки") сигнала с различных носителей перед выводом этого сигнала в эфир, а также головные телефоны (наушники), в которые подается программный сигнал, и т.п. Частью аппаратного комплекса может являться также устройство RDS (Radio Data System) - система, позволяющая слушателю, обладающему специальным приемным устройством, принимать не только звуковой сигнал, но и текстовый (название радиостанции, иногда - название и исполнитель звучащего произведения, другая инофрмация), отображаемый на специальном дисплее.

Классификация

По чувствительности

· Высокочувствительные

· Среднечувствительные

· Низкочувствительные (контактные)

По динамическому диапазону

· Речевого

· Служебной связи

По направленности

У каждого микрофона есть АЧХ

· Не направленные

· Односторонне направленные

Стационарные

Пятничный

Телестудия

· Специальный свет – освещение в студии

· Звукопоглощающее покрытие под ногами

· Декорации

· Средства связи

· Звукоизолированное помещение для звукорежиссера

· Режиссер

· Видеомониторы

· Контроль звука 1 моно 2 стерео

· Технический персонал

Передвижная ТВ-станция

Передвижная репортажная станция

Видеозаписывающее устройство

Тракт звука

Видео-камера

Тайм-код ТС

Цвет – яркость трех точек красного, зеленого, синего цвета

Четкость, или разрешающая способность

Битрейт – цифровой поток

· Дискретизация 2200 линий

· Квантование

TVL (Ти Ви Лайн)

Вещательная (broadcast)

Линия – единица измерения разрешающей способности

Аналогово-цифровой преобразователь – цифровой

VHS до 300 TVL

Broadcast более 400 TVL

DPI – количество точек на дюйм

Глянец=600 DPI

Фото, портреты=1200 DPI

TV-изображение=72 DPI

Разрешающая способность камеры

Объектив – мегапиксели – качество электр. блока

720 на 568 гб\с

Digital video DV

HD High Definition 1920\1080 – 25мб\с

Цель работы

Изучить основы теории записи-воспроизведения звука, основные характеристики звука, способы преобразования звука, устройство и особенности применения аппаратуры для преобразования и усиления звука, получить навыки их практического применения.

Теоретическая справка

Звуком называется колебательное движение частиц упругой среды, распространяющееся в виде волн в газообразной, жидкой или твердой среде, которые, воздействуя на слуховой анализатор человека, вызывают слуховые ощущения. Источником звука является колеблющееся тело, например: колебания струны, вибрация камертона, движение диффузора громкоговорителя и др.

Звуковой волной называется процесс направленного распространения колебаний упругой среды от источника звука. Область пространства, в которой распространяется звуковая волна, называется звуковым полем. Звуковая волна представляет собой чередование сжатий и разряжений воздуха. В области сжатия давление воздуха превышает атмосферное, в области разряжения – меньше его. Переменная часть атмосферного давления называется звуковым давлением Р . Единица измерения звукового давления – Паскаль (Па ) (Па=Н/м 2) . Колебания, имеющие синусоидальную форму (рис. 1), называются гармоническими. Если излучающее звук тело колеблется по синусоидальному закону, то звуковое давление также изменяется по синусоидальному закону. Известно, что любое сложное колебание можно представить как сумму простых гармонических колебаний. Совокупности значений амплитуд и частот этих гармонических колебаний называются соответственно спектром амплитуд и спектром частот .

Колебательное движение частиц воздуха в звуковой волне характеризуется рядом параметров:

Период колебания (Т), наименьший промежуток времени, по истечении которого повторяются значения всех физических величин, характеризующих колебательное движение, за это время совершается одно полное колебание. Период колебания измеряется в секундах (с ).

Частота колебаний (f), число полных колебаний в единицу времени.

где: f – частота колебаний; Т – период колебаний.

Единица измерения частоты – герц (Гц ) – одно полное колебание в секунду (1 кГц = 1000 Гц ).

Рис. 1. Простое гармоническое колебание:
А – амплитуда колебания, Т – период колебания

Длина волны (λ ), расстояние, на котором укладывается один период колебания. Длина волны измеряется в метрах (м ). Длина волны и частота колебания связаны соотношением:

где с – скорость распространения звука.

Амплитуда колебаний (А) , наибольшее отклонение колеблющейся величины от состояния покоя.

Фаза колебания.

Представим себе окружность, длина которой равна расстоянию между точками А и Ε (рис. 2), или длине волны на определенной частоте. По мере «вращения» этой окружности ее радиальная линия в каждом отдельно взятом месте синусоиды будет находиться на определенном угловом расстоянии от начальной точки, что и будет значением фазы в каждой такой точке. Фазу измеряют в градусах.

Звуковая волна при столкновении с поверхностью частично отражается под тем же углом, под которым падает на эту поверхность, ее фаза при этом не изменяется. На рис. 3 проиллюстрирован фазовая зависимость отраженных волн.

Рис. 2. Синусоидальная волна: амплитуда и фаза.
Если длина окружности равна длине волны на определенной частоте (расстояние от А до Е), то по мере вращения, радиальная линия этой окружности, будет показывать угол, соответствующий значению фазы синусоиды в конкретной точке

Рис. 3. Фазовая зависимость отраженных волн.
Звуковые волны разных частот, излучаемые источником звука с одной и той же фазой, после прохождения одинакового расстояния достигают поверхности с разной фазой

Звуковая волна способна огибать препятствия, если ее длина больше размеров препятствия. Это явление называется дифракцией . Дифракция особенно заметна на низкочастотных колебаниях, имеющих значительную длину волны.

Если две звуковых волны имеют одинаковую частоту, то они взаимодействуют между собой. Процесс взаимодействия называется интерференцией. При взаимодействии синфазных (совпадающих по фазе) колебаний происходит усиление звуковой волны. В случае взаимодействия противофазных колебаний результирующая звуковая волна слабеет (рис. 4). Звуковые волны, частоты которых значительно отличаются друг от друга, не взаимодействуют между собой.

Рис. 4. Взаимодействие колебаний, находящихся в фазе (а) и в противофазе (б):
1, 2 – взаимодействующие колебания, 3 – результирующие колебания

Звуковые колебания могут быть затухающими и незатухающими. Амплитуда затухающих колебаний постепенно уменьшается. Примером затухающих колебаний может служить звук, возникающий при однократном возбуждении струны или ударе гонга. Причиной затухания колебаний струны является трение струны о воздух, а также трение между частицами колеблющейся струны. Незатухающие колебания могут существовать, если потери на трение компенсируются притоком энергии извне. Примером незатухающих колебаний являются колебания чашечки школьного звонка. Пока нажата кнопка включения, в звонке существуют незатухающие колебания. После прекращения подвода энергии к звонку колебания затухают.

Распространяясь в помещении от своего источника, звуковая волна переносит энергию, расширяется до тех пор, пока не достигнет граничных поверхностей этого помещения: стен, пола, потолка и т.д. Распространение звуковых волн сопровождается уменьшением их интенсивности. Это происходит из-за потерь звуковой энергии на преодоление трения между частицами воздуха. Кроме того, распространяясь во все стороны от источника, волна охватывает все большую область пространства, что приводит к уменьшению количества звуковой энергии на единицу площади, с каждым удвоением расстояния от сферического источника сила колебаний частиц воздуха падает на 6 дБ (в четыре раза по мощности) (рис. 5).

Рис. 5. Энергия сферической звуковой волны распределяется на все возрастающую площадь волнового фронта, благодаря чему звуковое давление теряет 6 дБ с каждым удвоением расстояния от источника

Встречая на своем пути препятствие, часть энергии звуковой волны проходит сквозь стены, часть поглощается внутри стен, а часть отражается обратно внутрь помещения. Энергия отраженной и поглощенной звуковой волны в сумме равна энергии падающей звуковой волны. В разной степени все три вида распределения звуковой энергии присутствуют практически во всех случаях
(рис. 6).

Рис. 6. Отражение и поглощение звуковой энергии

Отраженная звуковая волна, потеряв часть энергии, изменит направление и будет распространяться до тех пор, пока не достигнет других поверхностей помещения, от которых она снова отразится, потеряв при этом еще часть энергии, и т.д. Так будет продолжаться до тех пор, пока энергия звуковой волны окончательно не угаснет.

Отражение звуковой волны происходит по законам геометрической оптики. Хорошо отражают звук вещества большой плотности (бетон, металл и др.). Поглощение звуковой волны объясняется несколькими причинами. Звуковая волна расходует свою энергию на колебания самого препятствия и на колебания воздуха в порах поверхностного слоя препятствия. Отсюда следует, что пористые материалы (войлок, поролон и др.) сильно поглощают звук. В помещении, заполненном зрителями, звукопоглощение больше, чем в пустом. Степень отражения и поглощения звука веществом характеризуется коэффициентами отражения и поглощения. Эти коэффициенты могут иметь величину от нуля до единицы. Коэффициент, равный единице, указывает на идеальное отражение или поглощение звука.

Если источник звука находится в помещении, то к слушателю поступает не только прямая, но и отраженная от различных поверхностей звуковая энергия. Громкость звука в помещении зависит от мощности источника звука и количества звукопоглощающего материала. Чем больше звукопоглощающего материала размещено в помещении, тем меньше громкость звука.

После выключения источника звука за счет отражений звуковой энергии от различных поверхностей в течение некоторого времени существует звуковое поле. Процесс постепенного затухания звука в закрытых помещениях после выключения его источника называется реверберацией. Длительность реверберации характеризуется т.н. временем реверберации , т.е. временем, в течение которого интенсивность звука уменьшается в 10 6 раз, а его уровень на 60 дБ. Например, если звучание оркестра в концертном зале достигает уровня в 100 дБ при уровне фонового шума около 40 дБ, то финальные аккорды оркестра при затухании растворятся в шуме при падении их уровня примерно на 60 дБ. Время реверберации – важнейший фактор, определяющий акустическое качество помещения. Оно тем больше, чем больше объем помещения и чем меньше поглощение на ограничивающих поверхностях.

Величина времени реверберации влияет на степень разборчивости речи и качество звучания музыки. Если время реверберации излишне велико, то речь становится неразборчивой. При слишком малом времени реверберации речь разборчива, но звучание музыки становится неестественным. Оптимальное время реверберации в зависимости от объема помещения составляет около 1–2 с.

Основные характеристики звука.

Скорость звука в воздухе равняется 332,5 м/с при 0°С. При комнатной температуре (20°С) скорость звука составляет около 340 м/с. Скорость звука обозначается символом «с ».

Частота. Звуки, воспринимаемые слуховым анализатором человека, образуют диапазон звуковых частот. Принято считать, что этот диапазон ограничен частотами от 16 до 20000 Гц. Эти границы весьма условны, что связано с индивидуальными особенностями слуха людей, возрастными изменениями чувствительности слухового анализатора и методом регистрации слуховых ощущений. Человек может различить изменение частоты на 0,3% на частоте порядка 1 кГц.

Физическое понятие звука охватывает как слышимые, так и неслышимые частоты колебаний. Звуковые волны с частотой ниже 16 Гц условно называют инфразвуком, выше 20 кГц – ультразвуком. Область инфразвуковых частот снизу практически не ограничена – в природе встречаются инфразвуковые колебания с частотой в десятые и сотые доли Гц.

Звуковой диапазон условно разделен на несколько более узких диапазонов (табл. 1).

Таблица 1

Диапазон звуковых частот условно разбит на поддиапазоны

Интенсивность звука (Вт/м 2) определяется количеством энергии, переносимой волной за единицу времени через единицу площади поверхности, перпендикулярной к направлению распространения волны. Ухо человека воспринимает звук в весьма широком интервале интенсивности: от самых слабых слышимых звуков до самых громких, например создаваемых двигателем реактивного самолета.

Минимальная интенсивность звука, при которой возникает слуховое ощущение, называется порогом слухового восприятия. Он зависит от частоты звука (рис. 7). Наибольшей чувствительностью к звуку человеческое ухо обладает в диапазоне частот от 1 до 5 кГц, соответственно и порог слухового восприятия здесь имеет наименьшее значение 10 -12 Вт/м 2 . Эта величина принята за нулевой уровень слышимости. При действии шумов и др. звуковых раздражений порог слышимости для данного звука повышается (Маскировка звука – физиологический феномен, заключающийся в том, что при одновременном восприятии двух или нескольких звуков разной громкости более тихие звуки перестают быть слышимыми), причем повышенное значение сохраняется некоторое время после прекращения действия мешающего фактора, а затем постепенно возвращается к исходному уровню. У разных людей и у одних и тех же лиц в разное время порог слышимости может различаться в зависимости от возраста, физиологического состояния, тренированности.

Рис. 7. Частотная зависимость стандартного порога слышимости
синусоидального сигнала

Звуки высокой интенсивности вызывают ощущение давящей боли в ушах. Минимальная интенсивность звука, при которой возникает ощущение давящей боли в ушах (~10 Вт/м 2), называется порогом болевого ощущения. Так же как и порог слухового восприятия, порог болевого ощущения зависит от частоты звуковых колебаний. Звуки, интенсивность которых приближается к болевому порогу, оказывают вредное воздействие на слух.

Нормальное ощущение звука возможно, если интенсивность звука находится между порогом слышимости и болевым порогом.

Оценку звука удобно проводить по уровню (L ) интенсивности (звукового давления), рассчитываемому по формуле:

где J 0 – порог слухового восприятия, J – интенсивность звука (табл. 2).

Таблица 2

Характеристика звука по интенсивности и его оценка по уровню интенсивности относительно порога слухового восприятия

Характеристика звука	Интенсивность (Вт/м 2)	Уровень интенсивности относительно порога слухового восприятия (дБ)
Порог слухового восприятия	10 -12
Тоны сердца, генерируемые через стетоскоп	10 -11
Шепот	10 -10 –10 -9	20–30
Речевые звуки при спокойной беседе	10 -7 –10 -6	50–60
Шум, связанный с интенсивным движением транспорта	10 -5 –10 -4	70–80
Шум, создаваемый концертом рок-музыки	10 -3 –10 -2	90–100
Шум вблизи работающего двигателя самолета	0,1–1,0	110–120
Порог болевого ощущения

Наш слуховой аппарат способен к восприятию огромного динамического диапазона. Изменения в давлении воздуха, вызываемые самыми тихими из воспринимаемых на слух звуков, составляют порядка 2×10 -5 Па. В то же время звуковое давление с уровнем, приближающимся к порогу болевых ощущений для наших ушей, составляет порядка 20 Па. В итоге, соотношение между самыми тихими и самыми громкими звуками, которые может воспринимать наш слуховой аппарат, 1:1000000. Измерять такие разные по уровню сигналы в линейной шкале достаточно неудобно.

С целью сжатия такого широкого динамического диапазона было введено понятие «бел». Бел – это простой логарифм отношения двух степеней; а децибел равен одной десятой бела.

Чтобы выразить акустическое давление в децибелах, необходимо возвести давление (в Паскалях) в квадрат и разделить его на квадрат эталонного давления. Для удобства возведение в квадрат двух давлений выполняется вне логарифма (что является свойством логарифмов).

Для преобразования акустического давления в децибелы применяется формула:

где: P – интересующее нас акустическое давление; P 0 – исходное давление.

Когда в качестве эталонного давления берется 2×10 -5 Па, то звуковое давление, выраженное в децибелах, называется уровнем звукового давления (SPL – от англ. sound pressure level). Таким образом, звуковое давление, равное 3 Па , эквивалентно уровню звукового давления 103,5 дБ, следовательно:

Вышеупомянутый акустический динамический диапазон можно выразить в децибелах в виде следующих уровней звукового давления: от 0 дБ – для самых тихих звуков, 120 дБ – для звуков на уровне болевого порога, до 180 дБ – для самых громких звуков. При 140 дБ ощущается сильная боль, при 150 дБ наступает повреждение ушей.

Громкость звука, величина, характеризующая слуховое ощущение для данного звука. Громкость звука сложным образом зависит от звукового давления (или интенсивности звука ), частоты и формы колебаний. При неизменной частоте и форме колебаний громкость звука растет с увеличением звукового давления (рис. 8.). Громкость звука данной частоты оценивают, сравнивая её с громкостью простого тона частотой 1000 Гц. Уровень звукового давления (в дБ) чистого тона с частотой 1000 Гц, столь же громкого (сравнением на слух), как и измеряемый звук, называется уровнем громкости данного звука (в фонах ) (рис. 8).

Рис. 8. Кривые равной громкости – зависимость уровня звукового давления (в дБ) от частоты при заданной громкости (в фонах).

Спектр звука.

Характер восприятия звука органами слуха зависит от его спектра частот.

Шумы обладают сплошным спектром, т.е. частоты содержащихся в них простых синусоидальных колебаний образуют непрерывный ряд значений, целиком заполняющих некоторый интервал.

Музыкальные (тональные) звуки обладают линейчатым спектром частот. Частоты входящих в их состав простых гармонических колебаний образуют ряд дискретных значений.

Каждое гармоническое колебание называется тоном (простым тоном). Высота тона зависит от частоты: чем больше частота, тем выше тон. Ощущение высоты звука определяется его частотой. Плавное изменение частоты звуковых колебаний от 16 до 20000 Гц воспринимается вначале как низкочастотное гудение, затем как свист, постепенно переходящий в писк.

Основным тоном сложного музыкального звука называется тон, соответствующий наименьшей частоте в его спектре. Тоны, соответствующие остальным частотам спектра, называются обертонами. Если частоты обертонов кратны частоте f о основного тона, то обертоны называются гармоническими, причем основной тон с частотой f о называется первой гармоникой, обертон со следующей по величине частотой 2f о – второй гармоникой и т.д.

Музыкальные звуки с одним и тем же основным тоном могут различаться тембром. Тембр определяется составом обертонов – их частотами и амплитудами, а также характером нарастания амплитуд в начале звучания и их спада в конце звучания.

Похожая информация.