Звук и его характеристики

Для передачи и приема информации человек, используют волны. Глаз воспринимает световые волны, ухо - звуковые. При всей несхожести природы этих двух видов волн, у них все же много общего. Волна - это распространение колебательного движения. Если изобразить ее на бумаге, то в самом простом случае получится хорошо известная синусоида.

Но такая волна еще не информация, она только носитель информации. Собственно информацией являются искажения правильной синусоидальной волны. В результате правильная, но «безжизненная» синусоида становится неправильной кривой, которая зато наполнена содержанием — сообщением, информацией. В приемнике эта информация снимается со своего носителя; сам носитель отбрасывается, а информация выделяется и прочитывается.

Источниками звука обычно являются колеблющиеся тела, например ножки камертона, голосовые связки, струны гитары.

Важнейшими характеристиками волны являются амплитуда колебаний и длина волны. Приемники звука обычно реагируют на интенсивность звука — величину, пропорциональную квадрату амплитуды смещения. Восприятие звука органом слуха характеризуется высотой звука и его громкостью. Высота звука зависит от частоты колебаний ν, которая связана с длиной волны λ соотношением

где с — скорость звука.

Таким образом, вокруг любого звучащего тела образуются звуковые волны, которые распространяются по воздуху. Как только звуковые волны достигнут нашего уха барабанная перепонка начинает колебаться и посредством мелких косточек молоточек -наковаленка -стремечко звук попадает во внутреннее ухо. Следовательно, для того, чтобы был звук, необходимо наличие звучащего тела, среды для рас­пространения звука и слухового органа.

Для оценки частоты колебаний принята единица, носящая название Герц (Гц). 1 Гц равен одному колеба­нию в секунду.

Скорость звука в воздухе зависит от температуры. При комнатной температуре она составляет около 340 м/с. В воде при той же температуре скорость звука составляет около 1500 м/с, а в твердых телах в зависимости от их упругих свойств скорость звука достигает 3000—6000 м/с.

Чем выше частота, тем выше тон. Например, толстая струна гитары совершает 165 колебаний в секунду, а тонкая - 659 колебаний в секунду.

Самый низкий тон, который может воспринять человеческое ухо, имеет час­тоту 16 Гц, а самый высокий — 20 000 Гц.

Звуки, кроме частоты, различаются и по силе. Если мы находимся близко к гитаре звук сильнее, а когда удалимся на некоторое расстояние, сила звука уменьшается. Причиной является то, что звуковые волны при движении в воздушной среде теряют силу. Это значит, что частицы воздуха все слабее и слабее отклоняются от своего среднего положения, т. е. уменьшается их амплитуда. Следовательно, сила звука зависит от амплитуды колебаний. В технике для измерения силы, с которой мы слышим звуки, используется единица децибел (дБ), самый слабый звук, который может уловить наше ухо, соответствует 0 дБ.

Децибел очень удобная единица для измерения интенсивности звука больших мощностей и диапазонов. Так, если за 1 дБ принять самый низкий порог слышимости, то все остальные более сильные звуки будут характеризоваться тем, во сколько раз они превышают этот условный уровень.

Разница в интенсивности звука на 3 дБ уже вполне четко отмечается слухом, а увеличение на 10 дБ воспринимается примерно как удвоение. Уровень среднего разговорного голоса равен примерно 70 дБ. Как видим, децибелы не имеют размерности, т.е. они, как и все относительные единицы, показывают, не сколько, а во сколько раз. В децибелах проградуированы приборы на целом ряде электроакустических устройств, и в частности на пульте звукорежиссера.

Психофизическим эквивалентом интенсивности звука является его громкость. Более интенсивные звуки воспринимаются как более громкие. Однако между громкостью и интенсивностью нет прямого соответствия. В дальнейшем для простоты будет использоваться термин «громкость звука».

Важной для электронных систем звуковоспроизведения является следующая характеристика звука — его динамический диапазон, который в упрощенном виде определяется как разность между максимальным и минимальным уровнями интенсивности воспроизводимого звука. Динамический диапазон измеряется в дБ.

(Текст составлен на основе кн: 1. Литвак И.И., Ломов Б.Ф., Соловейчик И.Е. Основы построения аппаратуры отображе­ния в автоматизированных системах. Под ред. А. Я. Брейтбарта. -М., «Сов. радио», 1975. 2. Кондюрин В.И., Тютюник Е.Г. Технические средства пропаганды в армии и на флоте. - М.: Воениздат, 1987. 3. Орехов В. П. Колебания и волны в курсе физики средней школы. Пособие для учителей. -М., «Просвещение», 1977.).

Приложение № 3