|
| |
|
Главная Журналы 140 - - . -1000 " -500 120- -100 -50 90 80 - - -10 ~--5 20 - - -0,1 50-Ц о,05 -2000 -200 --0,5 -0,2 -0,02 о лютпого значения звукового давления, а его относительное изменение. Иными словами, мы чувствуем, не на сколько изменилось давление, а во сколько раз оно стало болыне или меныие. Например, если давление повысилось с 0,1 до 0,2 бар, то мы заметим определенное повышение громкости. Точно такое же изменение громкости мы заметим, если давление увеличится от 1 до 2 бар. Одинаковый слышимый эффект роста громкости получится и при росте давления от 10 до 20 бар и от 100 до 200 бар. В первом примере давление увеличилось только на 0,1 бар, в последующих на 1, 10 и 100 бар. Как видно, абсолютные значения давления изменялись существенно, а с.чышимый эффект увеличения громкости был одинаков. Дело в том, что в приведенных примерах давление увеличивалось каждый раз точно вдвое, т. е. на 100%, и так как относительные изменения были одинаковы, то и слышимый эффект изменения громкости также был одинаков. Ухо человека способно четко отличить различие громкости только тогда, когда изменение давления равно примерно 12%. При изменении давления в меньшей степени (до 12%) нам кажется, что громкость практически не меняется. Следовательно, мелкие градации изменения давления нас не интересуют. Можно построить шкалу, деления на которой будут соответствовать изменению давления звука не на определенное число единиц, а в определенное число раз. Но так как шкала градуируется в единицах относительного изменения давления, то требуется какое-то исходное давление, от которого следует начинать отсчет. За такую исходную величину условно принято пороговое давление, равное 0.0002 бар. И если от этого давления наносить отметки через 12% прироста, то окажется, что нужно всего 120 делений от порога слышимости до самого громкого звука. Такая шкала охватывает весь динамический диапазон слухового восприятия (рис. 1-9). 0,01 -f-0,005 0,001 -1-0,0005 -0.0002 Рис. 1-9, Шкала децибел Т I llllliv I iii::;ssssEuni  6001000 BOOO 10000 ГЦ Рис, ЫО, Кривые равной громкости За единицу относительного изменения звукового давления принят децибел (дб), соответствующий из.менению на 12,2Чо. Одному децибелу соответствует такое изменение звукового давления, которое заметно на слух. Изменение давления менее чем на один децибел нами практически не ощущается. Весь диапазон восприятия ухом человека составляет приблизительно 120 дб. Линейная шкала децибелов, соответствующая логарифмической шкале звуковых давлений, близко совпадает с логарифмическим характером восприятия звука. Поэтому децибелами пользуются очень широко. Поскольку децибел - относительная единица, то при увеличении звукового давления по отношению к числу децибел принято добавлять знак плюс, а при уменьшении звукового давления - знак минус. Если мы отсчитываем давление от исходного (0,0002 бар), принятого условно за нуль децибелов, то вся шкала децибелов имееп знак плюс и это можно не оговаривать. Если же мы отсчитываем количество децибел не от условного нуля, что допускается, а от какого-то большего давления в сторону уменьшения, то прибавление знака минус обязательно. Децибелы можно отсчитывать и не от условного нуля. Сравнивая два сильных звуковых давления, одно из которых больше другого, мы можем большее давление принять за пуль и сказать, что меньшее давление относительно большего имеет величину минус столько-то децибел. Только при этом обязательно надо указать, что децибелы отсчитаны от такого-то давления, иначе может возникнуть недоразумение. Так как интенсивность звука в подавляющем большинстве случаев оценивается относительно интенсивности на пороге слышимости, то в этих случаях применяют термин «уровень звука» (уровень речи, уровень музыки, уровень шума). На рис. 1-10 показаны кривые равной громкости с итергалом в 10 96 с указанием на каждой из них уровня громкости в децибелах. Чувствительность к изменению частоты называется тонкостью слуха, В децибелах можно выразить отношение двух любых величин. Математически отношение двух величин выражается форл1улой: N = 10 Ig дб, где 1 ъ 1о - сила звука. Так как сила звука / связана со звуковым давлением р отношением: где р - плотность среды; с - скорость звука в ней, то отношение давлений будет таким: =101g = 101g4- = 201g- дб. J-Z 2 Pi Точно так же подсчитываются отношения в децибелах для электрических величин (рис. 1-11), Отношение напряжений подсчитывают по формуле: iV = 201g дб, а отношение .мощностей - по формуле: iV = 101g! дб, так как мощность w = -, где Я - электрическое сопротивление. Слуховой аппарат человека позволяет не только улав-.ливать звуки, но и определять направление, откуда они приходят. Это явление называется бинауральным эффектом и получается из-за того, что звуки достигают правого и левого ушей не одновременно, а с некоторым запаздыванием относительно друг друга. В современных звуковоспроизводящих установках с пространственной передачей звука благодаря бинаураль-ному эффекту удается определить место, которое как бы является источником звука. Стереофонический эффект также создает иллюзию пространственного воспроизведения звука и отчасти объясняется бинауральным эффектом.
При звукопередаче стереофонический эффект удается получить раздельной передачей естественного звукового поля по нескольким раздельным каналам звукопередачи. Остановимся еще на одном свойстве уха - его инерционности. Если какой-либо источник звука выключить да 0,04-0,05 сек, а затем снова включить, то ухо не обнаружит паузы и будет все время ощущать звук. Это свойство уха как бы увеличивать протяженность звука на 0,04-0,05 сев играет важную роль в оценке акустических свойств помещений. Речь, музыка и шумы. Речь. Звуки человеческого голоса и.меют разнообразную и сложную структуру и в целом не представляют собой строго периодического колебательного процесса. Речь человека состоит из сочетания гласных и согласных звуков. Особое значение для разборчивости речи имеют гласные звуки. Они занимают диапазон от 300 до 3000 гц и имеют наибо.льшую мощность. Плохая передача согласных звуков (например, вследствие маскировки их шумом) также приводит к ухудшению разборчивости речи. Сочетание согласных и гласных звуков образует слоги. Речь человека состоит из отдельных слогов, которые составляют слова. Слова и слога отделяются друг от друга паузами. Нормальная скорость речи составляет несколько слогов в секунду. Средняя мощность человеческого голоса (речи) имеет значение порядка 10 мквт, а тихого шепота - п5)имерно 0,01 мквт. Мощность голоса у людей различна: встречаются голоса в 20 раз более слабые и в 8 раз более сильные, чем средние. Качество передачи речи (ее разборчивость) тесно связано с тембром. Поэтому, чтобы речь была понятной, необходимо передавать (записывать и воспроизводить) более широкую полосу частот (80-8000 гц), т. е, не только о 10 20 30 40 50 60 70 80 дб Рис. I-U. Номограмма для пересчета отношений величин в децибелах основные частоты, но и их гармоники. В этом случае мы получим хорошую разборчивость и естественную передачу тембра речи. Л1узыка. Музыкальные звуки простираются в более широкой области, чем речь, и содержат большое количество гармоник. Качество передачи музыки зависит от передачи всех гармоник, составляющих музыкальные звуки. По частоте музыкальные звуки занимают полосу от 30 до 16 ООО гц. Различные музыкальные инструменты имеют свои диапазоны частот. Опыт показал, что даже для высококачественной передачи звучаний музыки вообще и каждого музыкального инструмента в отдельности допустимо сокращать частотный диапазон. Для передачи музыки достаточен диапазон 50-8000 гц. Средняя мощность симфонического оркестра составляет примерно 0,1 вт, а пиковая - около 70 вт. По сравнению с мощностью человеческого голоса мощность оркестра примерно в 10 ООО раз больше. Минимальную мощность развивает скрипка - порядка 4 мквт. Следовательно, пиковая мощность большого оркестра (75 исполнителей) на 72 дб превышает минимальную мощность скрипки, или, иначе говоря, динамический диапазон больвюго симфонического оркестра имеет значение 70-75 дб. Шумы характеризуются длительными непериодическими процессами и по своей структуре представляют собой сплошной спектр. Многие шумы являются специфическими и характеризуют определенный источник их возникновения. Таково, например, хлопанье в ладоши, шум шагов, звон ключей, гул мотора и т. п. Характерные и своеобразные шумы присущи работающим станкам, транснорту и т. д. Шумы занимают почти весь частотный диапазон. К шумам относятся также многообразные свисты. Свисты характеризуются высокими частотами большой силы. По уровню громкости шумы весьма разнообразны и занимают весь динамический диапазон. Уровни громкости некоторых шумов по отношению к порогу слытлимости приведены в табл. 1. Музыкальные определения. В музыке, в отличие от акустики, пользуются несколько иными определениями, характеризующими звуки: высотой тона, громкостью, тембром и долготой. Таблица 1 Наименование псгочнпка шума Уо! мепь шума, об Шу.м в ателье для записи музыки.......... Шу.м в зрительио.м зале во вречя демонстрирования кинофильмов, иа паузе.............. Очень тихая улица ................. Ожпиленное уличное движение............ Разговор на расстоянип 1-2 м........... Работа стационарного кинопроектора......... Работа кинопередвижки КН-13............ Работа вентилятора ................. Большой состав симфонпческого оркестра...... 30-3 85 80-90 /. Высота тона. Между частотой звуковой волны и ощущением высоты тона существует определенное логарифмическое соотношение при основании логарифма 2. Это отношение называют музыкальным интервалом. Можно сказать, что постоянное отношение частот соответствует постоянному музыкальному интервалу. Октава является иитервалом между двумя тонами с частотным отношением 2:1. Кроме октавы наиболее широко используются в музыке следующие интервалы: прима октава киинта кварта болыпая терция 1 ; 1 2 : 1 3:2 4:3 5:4 малая терция 6 : 5 большая секста 5 ; 3 малая секста 8 : 5 большая септима 15:8 малая септима 9 ; 1 В результате выбора октавы как основного музыкального интервала и деления его на семь неодинаковых ступеней получен основной звукоряд классической музыкальной системы. Каждая ступень основного звукоряда имеет свое название (итальянское): «до», «ре», «ми», «фа», «соль», «ля», «си». Высота тона зависит от частоты колебаний звучащего тона. Чем частота колебаний выше, тем выше высота звука. Мерилом (эталоном) высоты тона служит камертон. В СССР за основной тон, обязательный для настройки музыкальных инструментов, принят топ «ля», соответствующий 440 гц при температуре 20° С (ГОСТ-7710). 2. Громкость. В музыке пользуются шкалой громкости, состоящей из семи ступеней, различающихся между 0 1 2 [ 3 ] 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 |