Влияние акустических факторов

На АЧХ звуковой системы оказывает влияние среда, в которой она работает. Если они используются на открытом пространстве, то важными факторами являются ветер, температура и поглощение звуков воздухом. Ветер может отклонять распространяющуюся звуковую волну, а порывистый ветер -- модулировать звук. Под действием перепада температур звук также может отклоняться, причем в большей степени, чем при ветре. Воздух поглощает в основном волны с высокими частотами, так как мощность высокочастотных волн рассеивается быстрее, чем низкочастотных. Вот почему удаленные звуки мы воспринимаем приглушенными. Степень поглощения высокочастотной части спектра звуковой волны в воздухе зависит от относительной влажности воздуха.

Основными факторами, которые влияют на АЧХ системы, работающей внутри помещения, являются отражения от стен, потолка и пола, а также резонанс комнаты. Отражения не только вызывают реверберацию, но могут приводить к подавлению определенных частот (на АЧХ это проявляется в виде уменьшения уровня сигнала). Все эти эффекты придают звуку определенную окраску.

Влияние среды на звуковые системы подробно будет рассмотрено в главах 5 и 6.

 

 

Гари Дэвис, Ральф Джонс

Звук: теория, устройства, практические рекомендации

Мы продолжаем публикацию большого курса, в котором последовательно будут рассмотрены наиболее важные теоретические вопросы, возможности и особенности различной аудиотехники, а также современные устройства для работы со звуком. Третья глава курса посвящена единицам измерения, которые называются "децибелы" и используются для оценки уровня и мощности звуковых сигналов.

(продолжение, начало см. в “ЦВ” #4’2002, август, #5’2002, октябрь.)

Глава 3

Что такое децибел?

Одна из самых распространенных единиц измерения, применяемая в аудиотехнике называется "децибел" и обозначается "дБ". В децибелах выражают уровень и мощность звуковых сигналов.

Приставка "деци" применяется для обозначения дольных единиц, равных 1/10 от исходных. Соответственно, децибел -- это 1/10 Бела (единица измерения, названная в честь Александра Грэма Белла). Белл определяется, как логарифм отношения электрических, акустических или других мощностей:

Бел = log (P1/P0),
дБ = 10log (P1/P0).

Чувствительность слуха человека к громкости звуковых сигналов носит логарифмической характер, поэтому их мощность, выраженная в децибелах, точнее отражает наше восприятие звуков.

Пример. Чему равно в децибелах отношение мощностей 2 Вт и 1 Вт?
дБ = 10 log (P1/P0) = 10log (2/1) = 10 log 2 = 3,01 = 3.

Пример. Чему равно в децибелах отношение мощностей 100 Вт и 10 Вт?
дБ = 10 log (P1/P0) =10 log (100/10) = 10 log 10 = 10 · 1 = 10.

Таким образом, двухкратное увеличение или уменьшение мощности всегда соответствует 3 дБ, а десятикратное увеличение или уменьшение мощности -- 10 дБ.

Децибеллы используются и для характеристики отношений напряжений. Мощность пропорциональна квадрату напряжения, поэтому:
дБV = 20 log (E1/E0),
где E0 и E1 -- значения напряжения.

Если при двухкратном увеличении мощности всегда происходит ее возрастание на 3 дБ, то двухкратное увеличение напряжения всегда соответствует его возрастанию на 6 дБ.

Десятикратное увеличение мощности соответствует 10 дБ, а десятикратное возрастание напряжение -- 20 дБ.

Почему же десятикратное увеличение мощности соответствует 10 дБ, а десятикратное увеличение напряжения -- 20 дБ? Давайте рассчитаем реальную мощность, которая рассеивается на нагрузке 8 Ом при подаче на нее напряжения 100 V.

Уравнение для мощности имеет вид: P= E2/R,
т. е. мощность пропорциональна квадрату напряжения, поэтому при удвоении напряжения, мощность будет увеличиваться в четыре раза. Подставим в это уравнение два значения напряжения -- 10 и 100 V.

P1= 102/8 = 100/8 = 12,5 Вт.
P2 = 1002/8 = 10000/8 = 1250 Вт.

При увеличении напряжения в 10 раз мощность возрастет в 100 раз. Теперь определим отношение P1/P2 в децибелах:
дБ (Вт) = 10 log (P1/P2) = 10 log (1250/12,5) = 10 log (100) = 10 · 2 = 20 дБ.

Как видите, несмотря на то, что 100 V в 10 раз превышает 10 V, когда мы возвращаемся к значениям мощности, из которых получено отношение в дБ, оказывается, что оно равно 20 дБ. Поэтому и множитель, который стоит перед логарифмом в уравнении для определения относительного напряжения в децибелах, в два раза больше. В уравнении для нахождения относительной силы тока в дБ также стоит множитель 20.

Если принять, что P0 равно 1 Вт, то из уравнения дБ = 10 log (P1/P0) можно получить значения, приведенные в табл. 3.1.

Таблица 3.1. Значение больших мощностей в Вт и в дБ

Мощность P1, Вт	дБ
1	0
10	10
100	20
200	23
400	26
800	29
1000	30
2000	33
4000	36
8000	39
10000	40
20000	43
40000	46
80000	49
100000	50

Данные этой таблицы наглядно иллюстрируют то, насколько удобно использовать дБ для выражения относительных уровней мощности: величина, равная всего 50 дБ, позволяет заменить отношение 100 000:1. Значения малых мощностей в Вт и в дБ приведены в табл. 3.2.

Таблица 3.2. Значения малых мощностей в Вт и в дБ

Мощность P1, Вт	дБ
1	0
1,25	1
1,6	2
2	3
2,5	4
3,15	5
4	6
5	7
6,3	8
8	9
10	10

В децибелах всегда выражается только относительная мощность. Использование этих единиц для описания абсолютных величин не имеет смысла. Но, если указано, что опорный уровень сигнала равен 0 дБ, то для характеристики устройства достаточно привести только значение мощности в дБ (оно может быть положительное или отрицательное). Чтобы проиллюстрировать сказанное, приведем несколько примеров записи спецификации.

Пример А. "Максимальный уровень сигнала на выходе микшерного пульта составляет +20 дБ".
Такая формулировка лишена смысла, так как в ней не указано нулевое опорное значение.

Пример Б. "Максимальный уровень сигнала на выходе микшерного пульта составляет 20 дБ выше 1 мВт".

Здесь сообщается о том, что микшерный пульт может выдавать на некоторую нагрузку сигнал мощностью 100 мВт (0,1 Вт). Это следует из приведенного значения максимального уровня сигнала 20 дБ: 10 дБ из них соответствуют десятикратному увеличению мощности от 1 мВт до 10 мВт, а еще 10 дБ -- десятикратному увеличению мощности от 10 мВт до 100 мВт.