Виртуальные устройства на базе звуковой системы компьютера. Как измерить частоту звука
его скорость, смертельный уровень, частота
В статье вы узнаете, что такое звук, каков его смертельный уровень громкости, а также скорость в воздухе и других средах. Также поговорим про частоту, кодирование и качество звука.
Еще рассмотрим дискретизацию, форматы и мощность звука. Но сначала дадим определение музыки, как упорядоченному звуку — противоположность неупорядоченному хаотическому, который мы воспринимаем, как шум.
Что такое звук
Звук — это звуковые волны, которые образуются в результате колебаний и изменения атмосферы, а также объектов вокруг нас.
Даже при разговоре вы слышите своего собеседника потому, что он воздействует на воздух. Также, когда вы играете на музыкальном инструменте, бьете ли вы по барабану или дергаете струну, вы производите этим колебания определенной частоты, которой в окружающем воздухе производит звуковые волны.
Звуковые волны бывают упорядоченные и хаотические. Когда они упорядоченные и периодические (повторяются через какой-то промежуток времени), мы слышим определенную частоту или высоту звука.
То есть мы можем определить частоту, как количество повторения события в заданный промежуток времени. Таким образом, когда звуковые волны хаотичны, мы воспринимаем их как шум.
Но когда волны упорядочены и периодически повторяются, то мы можем измерить их количеством повторяющихся циклов в секунду.
Частота дискретизации звука
Частота дискретизации звука — это количество измерений уровня сигнала за 1 секунду. Герц (Гц) или Hertz (Hz) — это научная единица измерения, определяющая количество повторений какого-то события в секунду. Эту единицу мы будем использовать!
Наверное, вы очень часто видели такую аббревиатуру — Гц или Hz. Например, в плагинах эквалайзеров. В них единицами измерения являются герцы и килогерцы (то есть 1000 Гц).
Обычно человек слышит звуковые волны от 20 Гц до 20 000 Гц (или 20 кГц). Все, что меньше 20 Гц — это инфразвук. Все, что больше 20 кГц — это ультразвук.
Давайте я открою плагин эквалайзера и покажу вам как это выглядит. Вам, наверное, знакомы эти цифры.
Частоты звукаС помощью эквалайзера вы можете ослаблять или усиливать определенные частоты в пределах слышимого человеком диапазона.
Небольшой пример!
Здесь у меня запись звуковой волны, которая была сгенерирована на частоте 1000 Гц (или 1 кГц). Если увеличить масштаб и посмотреть на ее форму, то мы увидим, что она правильная и повторяющиеся (периодическая).
Повторяющиеся (периодическая) звуковая волнаВ одной секунде здесь происходит тысяча повторяющихся циклов. Для сравнения, давайте посмотрим на звуковую волну, которую мы воспринимаем как шум.
Неупорядоченный звукТут нет какой-то конкретной повторяющейся частоты. Также нет определенного тона или высоты. Звуковая волна не упорядочена. Если мы взглянем на форму этой волны, то увидим, что в ней нет ничего повторяющегося или периодического.
Давайте перейдем в более насыщенную часть волны. Мы увеличиваем масштаб и видим, что она не постоянная.
Из-за отсутствия цикличности мы не в состоянии услышать какую-то определенную частоту в этой волне. Поэтому мы воспринимаем ее как шум.
Смертельный уровень звука
Хочу немного упомянуть про смертельный уровень звука для человека. Он берет свое начало от 180 дБ и выше.
Стоит сразу сказать, что по нормативным нормам, безопасным уровнем громкости шума считается не более 55 дБ (децибел) днем и 40 дБ ночью. Даже при длительном воздействии на слух, этот уровень не нанесет вреда.
| 0 | Совсем не лышно | |
| 5 | Почти не слышно | |
| 10 | Почти не слышно | Тихий шелест листьев |
| 15 | Еле слышно | Шелест листвы |
| 20 — 25 | Едва слышно | Шепот человека на расстоянии 1 метр |
| 30 | Тихо | Тиканье настенных часов (допустимый максимум по нормам для жилых помещений ночью с 23 до 7 часов) |
| 35 | Довольно слышно | Приглушенный разговор |
| 40 | Довольно слышно | Обычная речь (норма для жилых помещений днем с 7 до 23 часов) |
| 45 | Довольно слышно | Разговор |
| 50 | Отчетливо слышно | Пишущая машинка |
| 55 | Отчетливо слышно | Разговор (европейская норма для офисных помещений класса А) |
| 60 | Шумно | (норма для контор) |
| 65 | Шумно | Громкий разговор (1м) |
| 70 | Шумно | Громкие разговоры (1м) |
| 75 | Шумно | Крик и смех (1м) |
| 80 | Очень шумно | Крик, мотоцикл с глушителем |
| 85 | Очень шумно | Громкий крик, мотоцикл с глушителем |
| 90 | Очень шумно | Громкие крики, грузовой железнодорожный вагон (7м) |
| 95 | Очень шумно | Вагон метро (в 7 метрах снаружи или внутри вагона) |
| 100 | Крайне шумно | Оркестр, гром (по европейским нормам, это максимально допустимое звуковое давление для наушников) |
| 105 | Крайне шумно | В старых самолетах |
| 110 | Крайне шумно | Вертолет |
| 115 | Крайне шумно | Пескоструйный аппарат (1м) |
| 120-125 | Почти невыносимо | Отбойный молоток |
| 130 | Болевой порог | Самолет на старте |
| 135 — 140 | Контузия | Взлетающий реактивный самолет |
| 145 | Контузия | Старт ракеты |
| 150 — 155 | Контузия, травмы | |
| 160 | Шок, травма | Ударная волна от сверхзвукового самолета |
| 165+ | Разрыв барабанных перепонок и легких | |
| 180+ | Смерть |
Скорость звука в км в час и метры в секунду
Скорость звука — это скорость распространения волн в среде. Ниже даю таблицу скоростей распространения в различных средах.
| Воздух | 331 | 1191.6 |
| Водород | 1284 | 4622.4 |
| Азот | 334 | 1202.4 |
| Аммиак | 415 | 1494.0 |
| Ацетилен | 327 | 1177.2 |
| Гелий | 965 | 3474.0 |
| Железо | 5950 | 21420.0 |
| Золото | 3240 | 11664.0 |
| Кислород | 316 | 1137.6 |
| Литий | 6000 | 21600.0 |
| Метан | 430 | 1548.0 |
| Угарный газ | 338 | 1216.8 |
| Неон | 435 | 1566.0 |
| Ртуть | 1383 | 4978.0 |
| Стекло | 4800 | 17280.0 |
| Углекислый газ | 259 | 932.4 |
| Хлор | 206 | 741.6 |
Скорость звука в воздухе намного меньше чем в твердых средах. А скорость звука в воде намного выше, чем в воздухе. Составляет она 1430 м/с. В итоге, распространение идет быстрее и слышимость намного дальше.
Мощность звука
Мощность звука — это энергия, которая передается звуковой волной через рассматриваемую поверхность за единицу времени. Измеряется в (Вт). Бывает мгновенное значение и среднее (за период времени).
Давайте продолжим работать с определениями из раздела теория музыки!
Высота и нота
Высота — это музыкальный термин, который обозначает почти тоже самое, что и частота. Исключение составляет то, что она не имеет единицы измерения. Вместо того чтобы определять звук количеством циклов в секунду в диапазоне 20 — 20 000 Гц, мы обозначаем определенные значения частот латинскими буквами.
Музыкальные инструменты производят периодические звуковые волны правильной формы, которые мы называем тонами или нотами.
То есть другими словами, нота — это своего рода моментальный снимок периодической звуковой волны определенной частоты. Высота этой ноты говорит нам о том, насколько нота высока или низка по своему звучанию. При этом более низкие ноты имеют более длинные волны. А высокие, более короткие.
Давайте посмотрим на звуковую волну в 1 кГц. Сейчас я увеличу масштаб, и вы увидите каково расстояние между циклами.
Звуковая волна в 1 кГцТеперь давайте взглянем на волну в 500 Гц. Тут частота в 2 раза меньше и расстояние между циклами больше.
Звуковая волна в 500 ГцТеперь возьмем волну в 80 Гц. Тут будет еще шире и высота намного ниже.
Звук в 80 ГцМы видим взаимосвязь между высотой звука и формой его волны.
Каждая музыкальная нота основана на одной основополагающей частоте (основном тоне). Но помимо тона в музыке состоит и из дополнительных резонансных частот или обертонов.
Давайте я покажу вам еще один пример!
Ниже волна в 440 Гц. Это стандарт в мире музыке для настройки инструментов. Соответствует он ноте ля.
Чистая звуковая волна в 440 ГцМы слышим только основной тон (чистую звуковую волну). Если увеличить масштаб, то увидим, что она периодическая.
А теперь давайте посмотрим на волну той же частоты, но сыгранную на пианино.
Периодический звук пианиноПосмотрите, она тоже периодическая. Но в ней есть небольшие дополнения и нюансы. Все они в совокупности и дают нам понятие о том, как звучит пианино. Но помимо этого, обертона обуславливают и тот факт, что одни ноты будут иметь большее сродство к данной ноте чем другие.
Для примера можно сыграть туже ноту, но на октаву выше. По звучанию будет совсем иначе. Однако она будет родственной предыдущей ноте. То есть это та же нота, только сыгранная на октаву выше.
Такая родственная связь двух нот в разных октавах обусловлена наличием обертонов. Они постоянно присутствуют и определяют насколько близко или отдаленно определенные ноты связаны друг с другом.
Традиционной нотации высота ноты обуславливает ее расположение на нотном стане или на нотоносце.
Традиционной нотации высота ноты обуславливает ее расположение на нотном стане или на нотоносце. ТвитнутьСейчас я покажу вам с помощью нотного редактора. Здесь мы видим, как записывается нота ля.
Чем выше нота располагается на нотном стане, тем выше ее высота. Чем ниже расположена нота, тем ниже высота ее звука.
Помимо традиционного представления нот на нотном стане, в современных музыкальных редакторах вы можете встретить другую систему записи и редактирования нот. Чаще всего она представляет собой пианинную сетку или таблицу.
Слева мы видим клавиатуру пианино. А справа, соответствующие каждой ноте, прямоугольники.
В принципе, такая система не отличается от классической выше. Просто способ представления высоты нот реализован по-другому. Точно также, когда мы говорим 440 Гц или ля, мы имеем одну и ту же высоту или частоту звука.
Свойства и качество звука
Свойства звука — это его физические особенности, которые можно измерить. Сюда входит частота колебаний, их продолжительность и амплитуда. Еще относится и состав колебаний. То есть сочетание простейших колебаний в сложное.
А вот отражение физических свойств в наших ощущениях (то, что мы чувствуем) называется качеством звука. Сюда относится высота и длительность звука. А также громкость и тембр.
Высота звука зависит от частоты колебаний. Чем чаще колебания, тем выше звук. Чем реже колебания, тем ниже звук.
Длительность зависит от продолжительности колебаний.
Громкость зависит от амплитуды колебаний. Например, после удара по гитарной струне, можно увидеть, что она начнет колебаться в разные стороны. Чем шире эти колебания, тем громче звук. Ширина этого размаха называется амплитудой колебаний.
Если сильно ударим по струне, то амплитуда будет большой. Соответственно, мы услышим громкий звук. Если легонько тронем пальцем струну, то амплитуда будет маленькой. В таком случае, звук будет тихим.
Тембр — это обертоновая окраска звука. Она позволяет нам различать звуки одной высоты, но исполненные разными инструментами или голосами.
Кодирование звука
Кодирование звука — это процесс преобразования колебаний воздуха в колебания электрического тока с последующей дискретизацией аналогового сигнала. То есть такое кодирование необходимо нам для дальнейшей работы со звуком уже на компьютере.
А поскольку мы на ПК не можем работать с аналоговым сигналом, в таком случае мы должны преобразовать его в цифровой. Так мы можем к примеру, с помощью специальных компьютерных программ для создания звука работать с самим сигналом.
Для преобразования сигнала используются специальные аналого-цифровые преобразователи (АЦП). В компьютере это обычно звуковые карты.
Форматы звука
Форматы звука предназначены для представления аудио данных с последующим хранением на электронных носителях. Есть три основные группы:
- формат звука со сжатием и потерями качества (MP3, Ogg)
- со сжатием без потерь (APE, Flac)
- без сжатия (WAW, AIFF)
На этом все!
Теперь вы знаете, что такое звук и каковы его характеристики. Также мы дополнительно рассмотрели такие понятия, как частота, высота и нота. А также как они соотносятся друг с другом.
Сказать спасибо кнопками ниже:
muzrock.com
Как определить частоту звука
Звук представляет собой колебания той или иной среды. Такой средой может быть воздух, вода или другое вещество, способное передавать продольные волны. Звуку той или иной высоты соответствует определенное количество колебаний. Измерениями параметров звука занимается акустика. Необходимость измерить частоту колебаний нередко возникает и в быту при настройке различных устройств, от музыкальных инструментов до двигателей внутреннего сгорания.Вам понадобится
- - чувствительные микрофон;
- - частотомер;
- - осциллограф;
- - камертон:
- - отградуированный звуковой генератор;
- - усилитель низкой частоты.
Инструкция
- Самый доступный метод - замерить частоту по частотомеру. Подключите к нему микрофон и поднесите к источнику звука. По шкале частотомера посмотрите, звук какой частоты вы получили. Если уровень сигнала недостаточен для измерения, усильте его с помощью электронного усилителя звуковой частоты.
- Если частотомера под рукой не окажется, замерьте частоту колебаний с помощью осциллографа и звукового генератора. При этом цепь микрофона и усилителя звуковой частоты подключите к одной из пар пластин осциллографа (например, Y), а выход звукового генератора - к другой паре пластин, то есть Х.
- Включите собранную цепь приборов и определите частоту звукового сигнала по фигурам Лиссажу на экране осциллографа. При этом можно использовать имеющиеся в осциллографе настройки усиления и, если таковые есть, делители и умножители частоты.
- Все изложенные методы основаны на преобразовании звукового сигнала в электрический. Но существует и более старый проверенный метод определения звуковой частоты с помощью камертона. Если звук достаточно громкий, то ножку камертона просто жестко закрепите к источнику звука. Движущуюся перемычку сместите по делениям так, чтобы возникла максимальная вибрация усиков прибора. Частоту определите по делениям шкалы, нанесенной на один из усов. Для такого опыта необходим старинный классический камертон с движущейся перекладиной. Приборы, предназначенные для настройки на определенные ноты, для измерения неизвестных звуковых частот непригодны.
- Для измерения камертонным методом частоты более слабых звуков прибор оснащают специальными резонаторами в виде раструбов, коробов и т.д. Их делают из дерева или металла. Такие же резонаторы применяются для измерения звуков от отдаленных источников.
- По тому же принципу, что и камертон, работает струнный измеритель частоты звука. У него есть второе название - монохорд. В этом случае перемычка с указателем частоты движется вдоль натянутой струны, а шкала нанесена на станину прибора. Монохорд дает большую точность, нежели камертон. Но он требует обязательной настройки и поверки непосредственно перед измерением.
completerepair.ru
Виртуальные устройства на базе звуковой системы компьютера
На базе аудио устройств компьютера, создаются виртуальные измерительные устройства. Такие как виртуальный частотомер, вирутальный осциллограф, виртуальный спектрометр. Устройства подключаются к микрофонному или линейному входу звуковой карты, измерение сигнала осуществляется микросхемой АЦП. Частота (ширина) сигнала зависит от частоты дискретизации аудиокарты, чаще всего 22кГц. Было рассмотрено нескольких программ инструментов Frequency Counter 1.01, Simple Audio Spectrum Analyzer, Music Tuner v1.2 и OSZI v1.0
Рис. 1. Микрофон с поддержкой High Definition Audio
В настройках после "включения" устанавливаются для микрофонного или линейного входа уровни усиления входного сигнала: сначала минимальные значения, далее увеличивая уровни добиваться оптимальных значении. Сильное усиление сигнала вызывает искажения и перегрузку. Разрядность и частоты дискретизации необходимо выбрать максимально возможные. В моем случае разрядность 16 бит, частота дискретизации 96000Гц рис. 1 т.е. на канал приходится максимальная частота 48кГц. Для согласования уровней входного сигнала нужен небольшой адаптер на рис. 2. Адаптер фильтрует и сглаживает принимаемый сигнал. На аудио джек 3,5мм контакт 1, подается измеряемый сигнал. Необходимо контролировать напряжение входного сигнала - безопасным для данного адаптера входное напряжение до 9В, оптимальный диапазон от 1 до 2.5В. Для высокого напряжения требуется разработка иной схемы адаптера, "трансформаторные" варианты. Схема гальванически не развязана, поэтому соблюдайте полярность, минус к минусу, плюс к стороне с конденсатором.
Рис. 2. Схема адаптера для вирутального: частотомера; осциллографа; спектрометра
Виртуальные устройства
Frequency Counter 1.01 100кб. Программа для измерения частоты рис. 3.Работает сразу, позволяет призводить измерение без настроек. Отображается частота максимального по амплитуде сигнала. Слабые сигналы не учитываются.
Рис. 3. Вирутальный частотомер Frequency Counter 1.01
Самой удобной программой имхо является Simple Audio Spectrum Analyzer 150кб - спектральный анализатор.Диапазон измеряемого спектра от 0 до 22кГц. Измерение осуществляется после включения кнопки "Start". Градурированая шкала спектра (частота и амплитуда сигнала) регулируемая.
Рис. 4. Виртуальный спектрометр Simple Audio Spectrum Analyzer
Можно подробно рассмотреть кол-во сигналов. К примеру произведено измерение генератора на микросхеме К155ЛА3. Видна основная частота, а также её гармоники. Легко определимы количество, частота всех сигналов и их амплитуда рис. 5.
Рис. 5. Спектр сигнала
Music Tuner v1.2 144кб- анализатор аудиосигнала рис. 6. Не указал при измерении точных данных по частоте, но осциллограф отобразил график сигнала.
Рис. 6. виртуальный частотомер и осциллограф Music Tuner v1.2
OSZI v1.0 780кб - виртуальный осциллограф. Довольно шустрая программа, но часто зависает на ОС Windows VISTA.
Рис. 7. Виртуальный осциллограф OSZI v1.0
Есть возможность выбора входного устройства - либо микрофон, либо линейный вход. Осциллограф двухканальный. Настройки каждого канала индивидуальные. Частоту сигнала можно определить с помощью мышки установив контрольные точки на пики 2-х соседних сигналов.
Рис. 8. График измерения сигнала OSZI v1.0
Есть также множество других программ. Например генераторы сигналов Discrete Acoustics Lab 392кб.
В целом на базе ПК любой сможет создать свои виртуальные инструменты. Единственное ограничение таких устройств - низкая частота дискретизации звуковой карты, из-за которых цифровые измерения заканчиваются на частотах 48кГц. Имхо для любого радиолюбителя в простых задачах пригодятся такие виртуальные помощники.
2009. Art!P
nice.artip.ru
как измерить частоту
VC99 ИЗМЕРЯЕТ ЧАСТОТУ!!!
Измерение частоты мультиметром UNI-T 70A в импульсном блоке питания на 2153. Мультиметр Uni-t 70A http://ali.pub/x06j7 Клеммн...
Любой товар из Китая "Aliexpress.com" http://ali.pub/uo612 Любой товар из Китая "Gearbest.com" https://goo.gl/ocEr2Q Экономь на покупках ePN...
Очень часто при расчетах акустического оформления динамика, требуется знать параметры Тиля-Смолла , в част...
Моя партнерская программа http://join.air.io/radio Жми и подключайся. Минимальный порог выплат меньше 1$Каждый месяц.
Самый простой способ измерения резонансной частоты катушки Мишина.Не требующий вмешательства в конструкц...
Подписывайтесь на нашу группу Вконтакте — http://vk.com/chipidip, и Facebook — https://www.facebook.com/chipidip * Для измерения часто...
Проверьте свой слух. Эта синусоида простирается от 20 Гц до 20000 Гц — полный спектр идеального, неповрежденно...
Amplitude, period, frequency and wavelength of periodic waves.
На видео показана работа измерителя частоты звукового сигнала на базе контроллера stm32l1.
С помощью данной программы Frequency Counter 1.01 (цифровой частотомер на ПК) можно узнать на какой частоте работает...
С помощью данной программы Frequency Counter 1.01 (цифровой частотомер на ПК) можно узнать на какой частоте работает...
Замер стартовых импульсов , поступающих с ШИМа , на затворе снятого силового ключа блока питания мультиметр...
Рассматриваем способы измерения частоты и длительности входного сигнала.
Как то раз мне нужно было измерить частоту вращения моторчика на холостом ходу. Посидев немного в месте...
Это обзор генератора сигналов на основе микросхемы Si5351(с генератором опорной частоты 25 МГц). Для измерения...
Фрагмент семинара "Знаки силы и выбор пути". Полные версии семинаров и генераторы Евгения Аверьянова можно...
Checker Frequency Counter TX Zone измеряет частоту ключа. Приобрести чекер, а также чехол на ключ можно здесь: http://eobd.ru/checker-f...
Измерение резонансной частоты динамика Fs, для дальнейшего расчёта для них корпуса TQWP -труба Войта.
Наглядно, с разъяснениями, проанализированы основные ошибки при проведении электрических измерений. Больш...
Показано, как с помощью магнита и обмотки, подключённой к компьютеру или мультиметру, можно измерить количе...
https://youtu.be/7TYkPFtzJ24 https://youtu.be/Rt3EAPDn-Ug.
Help!) Нужен совет, как правильно измерить частоту качера Бровина!
Ссылка на прибор: http://radio-market.com.ua/catalog/?SECTION_ID=1429&ELEMENT_ID=31972&sphrase_id=93819 Всем привет! По просьбе нашего ...
Не сложная приставка к осциллографу / частотометру для замера резонансной частоты динамической головки.
Наблюдение вращающихся тел и измерение частоты вращения с помощью стробоскопа.
Методика измерения резонансной частоты спиральной антенны - полотна или катушки Тесла.Три резонанса спира...
Сопротивление индуктивности переменному току.
Определение частоты вращения производится косвенно по известным формулам.
Медитативная Музыка Частоты Вознесения 963 Гц | Портал в Высшее Измерение | Музыка Перехода Если Вы в восторг...
Специалист независимой экологической экспертизы "Экология жизненного пространства" Бурый Антон Сергеевич...
В данном видеоролике рассказывается как работать с обычным аналоговым осциллографом. В радиотехнике и...
Цифровой оптический тахометр - измерение частоты вращения DT-2234C. Дисплей 5 цифр Пределы измерений от 2.5 до...
В этом опасном выпуске будем измерять силу тока в розетке 220 Вольт! Прошаренные сразу поймут, что будет коро...
В этом видео я покажу как пользоваться мультиметром. как правильно проверять детали мультиметром, как...
crack the sims 3 1.67 bluestacks inicializando pop 110i consumo kit do corinthians dream league soccer selo redondo png baixar pou infinito atualizado skins gratis lol codigos 2015 nebulizador g tech nao sai fumaca atualizar gbwhatsapp the walking dead 6 temporada capitulo 3 dublado
debojj.net
Экзамен / Ответы на вопросы / 31.Звуковые измерения (аудиометрия). Физические и психофизические характеристики звука. Уровень
Вопрос №31
Звуковые измерения (аудиометрия).
По определению, звуком называются упругие колебания, воспринимаемые ухом. Отсюда ясно, что и принципиально, и практически никакие измерения звука невозможны без учёта особенностей органа слуха. Самый простой пример: колебания с частотой 30 кГц могут быть очень громкими для летучей мыши, в то время как для человека их громкость равна нулю.
Физические и психофизические характеристики звука.
Поэтому, говоря о параметрах звука, приходится различать два ряда величин:
А. Физические характеристики звука, не зависящие от органа слуха
Б. Психофизические (субъективные) характеристики, учитывающие свойства органа слуха.
Набор этих величин и связь между ними удобно представить в виде такой таблицы:
Физические характеристики Психофизические характеристики
1. Частота колебаний [Гц] 1. Высота тона
2. Гармонический спектр 2. Тембр звука
3. Интенсивность звука I [Вт.м-2] 3. Громкость звука [сон]
Уровень интенсивности L [дБ] Уровень громкости [фон]
Первые две позиции не нуждаются в особых пояснениях. Надо только заметить, что высота тона связана с частотой тоже логарифмическим соотношением; по-другому можно выразиться так: при росте частоты в геометрической прогрессии высота тона увеличивается в арифметической прогрессии.
Для сложных звуков высота звука определяется, в основном, частотой первой гармоники. В этом случае субъективное ощущение высоты звука может зависеть и от соотношения интенсивностей разных гармоник
По спектру все звуки разделяются на тоны и шумы. Тонами называют звуки, имеющие линейчатый спектр, то есть достаточно строго периодические. Звуки со сплошным спектром, не имеющие определённого периода, называют шумами. К тонам, в частности, относятся гласные звуки речи и звуки музыкальных инструментов; к шумам – согласные и звуки ударных инструментов.
Уровень интенсивности и громкости.
Интенсивности звука в субъективном восприятии соответствует громкость. Однако, непосредственно установить соотношение между интенсивностью и громкостью не удаётся; приходится вводить вспомогательные величины – уровень интенсивности и уровень громкости, как показано в таблице.
Понятие уровня интенсивности учитывает сформулированный выше закон Вебера-Фехнера о логарифмической зависимости между частотой нервной импульсации и интенсивностью звука. Уровнем интенсивности называется величина L, определяемая по формуле
где I – интенсивность данного звука, Iо – пороговая интенсивность. На самом деле I0 у разных людей имеет различное значение, но при вычислениях по этой формуле пользуются так называемым абсолютным или средним порогом I0 = 10–12 Вт.м-2. Единицей уровня интенсивности является децибел [дБ]; (приставка “деци” напоминает о значении коэффициента, то есть 10).
Например, интенсивность шума на улице с оживлённым движением составляет примерно 10–5 Вт.м-2. Этому соответствует уровень интенсивности:
Уровень интенсивности можно выразить и через звуковое давление, учитывая, что интенсивность пропорциональна квадрату давления:
где Δр0 – пороговое звуковое давление, равное (в среднем) 2.10 – 5 Па. Например, если звуковое давление для какого-то звука равно 1 Па, то
L = 20.lg= 20·lg (5.104 )= 20.4,7 = 94 дБ
Это очень громкий звук!
В определении понятия уровня интенсивности в какой-то мере отражены биофизические закономерности. Однако сам по себе уровень интенсивности ещё не соответствует тому субъективному ощущению, которое вызывает тот или иной звук, так как это ощущение в значительной мере зависит и от частоты звука. Например, для большинства людей одинаково громкими будут ощущаться тоны с частотой 30 Гц и интенсивностью 65 дБ и 1000 Гц, 20 дБ, несмотря на то, что уровни интенсивности у них резко различны. Поэтому было введено второе понятие - уровень громкости, единицей которого является фон (фоны иногда называют децибелами громкости). При определении этого понятия исходят именно из субъективного восприятия звука. При этом измеряемый звук сравнивают со «стандартным» звуком с частотой 1000 Гц (её называют «стандартной частотой»).
Практически это делается таким образом. Надо иметь генератор звука с частотой 1000 Гц; уровень интенсивности этого звука можно менять. Чтобы определить уровень громкости измеряемого звука, сравнивают этот звук со звуком генератора. Изменяя уровень интенсивности «стандартного» звука, добиваются, чтобы оба звука «на слух» ощущались одинаково громкими. Пусть, например, это имеет место при уровне интенсивности «стандартного» звука 55 дБ. Тогда можно сказать, что уровень громкости измеряемого звука равен 55 фон.
Исходя из описанной процедуры, можно дать такое определение: уровнем громкости некоторого звука (в фонах) называется величина, равная уровню интенсивности такого звука со «стандартной» частотой 1000 Гц, который воспринимается одинаково громким с данным звуком.
Из этого определения видно, что уровень громкости – субъективная величина, то есть одному и тому же звуку разные люди могут приписать разные значения уровня громкости, поскольку нет двух людей с абсолютно одинаковым слухом.
Кривые равной громкости.
Чтобы уменьшить степень субъективности и облегчить расчёты, были определены так называемые кривые равной громкости (изофоны). Для этого большой группе людей предъявляли звуки разной частоты и интенсивности, и полученные значения уровня громкости усреднялись по всем испытуемым. В результате был построен график, пользуясь которым по заданному уровню интенсивности в дБ можно определить уровень громкости звука. Кривые равной громкости приведены на таблице.
Чаще всего для оценки звука пользуются именно понятием уровня громкости. Однако, иногда предпочитают использовать другую величину – громкость, измеренную в единицах, называемых “сон”. Принято, что уровню громкости 40 фон соответствует громкость 1 сон. При изменении уровня громкости на 10 фон громкость изменяется в 2 раза:
Уровень громкости, фон 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Громкость, сон 1/8 ¼ ½ 1 2 4 8 16 32 64
Приведём для примера значения громкости и уровня громкости некоторых звуков:
| Вид звука | Уровень громкости, фон | Громкость, сон |
| Тихий шепот | 10 | 1/8 |
| Обычная речь | 40 | 1 |
| Громкая речь | 60 | 4 |
| Уличный шум | 70-80 | 8 – 16 |
| Шум в танке, в моторном отсеке подлодки | 90-100 | 30 – 60 |
| Шум поблизости от реактивного самолёта | 120 | 250 |
| Шум при запуске баллистической ракеты | >130 | >600 |
Разумеется, все эти числа имеют грубо ориентировочный характер.
Длительное воздействие шума с уровнем громкости выше 70 фон может вызвать нарушения как в органе слуха, так и во всём организме (в первую очередь – в нервной системе). При уровнях громкости выше 120 фон вредным оказывается даже кратковременное воздействие.
Для диагностики состояния органа слуха используют специальный прибор - аудиометр. С помощью этого прибора фактически определяют кривые равной громкости в соответствии с процедурой, рассмотренной выше. Однако, большинство аудиометров устроены таким образом, что они показывают не саму величину уровня громкости подаваемого звука у данного пациента, а отклонение этой величины от «стандартного» значения (то есть от соответствующего значения по кривым равной громкости для здоровых людей). Поэтому для человека с «абсолютно нормальным» слухом кривая, полученная на аудиометре, (аудиограмма) будет прямой линией. Практически абсолютно нормального слуха не бывает; у всех людей наблюдаются те или иные отклонения. Если эти отклонения не превышают 10-15 фон (децибел громкости), их обычно считают несущественными. Более значительные отклонения могут указывать на заболевание органа слуха. Важно выявить, на каких частотах наблюдаются эти отклонения. При одних заболеваниях понижается слух (повышается порог слухового восприятия) на всех частотах, при других – преимущественно на низких, при третьих – на высоких. Эти данные имеют большое диагностическое значение.
studfiles.net
Единицы измерения высоты звука | Digital Music Academy
Как уже упоминалось, поскольку высота звука является репрезентацией частоты звуковых колебаний, как правило, используются единицы измерения частоты — Герцы (Hz), где количество Герц, это количество колебаний в секунду:
1 Гц = 1/С
Однако, используются и альтернативные системы измерения высоты звука, основанные на физиологическом (Барки) и психофизиологическом (Мелы) механизме его восприятия.
«Критические полосы» и Барки
Критическая полоса (ее также называют полосой равной разборчивости) — это минимальная полоса частот, которая возбуждает одну и ту же часть базилярной мембраны. В частотном промежутке от 0 до 16 кГц опытным путем были определены 24 критические полосы:
0-100 Гц,100-200 Гц,200-300 Гц,300- 400 Гц,400-510 Гц,510-630 Гц,630-770 Гц,770-920 Гц,920-1080 Гц,1080- 1270 Гц,1270-1480 Гц,1480-1720 Гц,1720-2000 Гц,2000-2320 Гц,2320- 2700 Гц,2700-3150 Гц,3150-3700 Гц,3700-4400 Гц,4400-5300 Гц,5300- 6400 Гц,6400-7700 Гц,7700-9500 Гц,9500-12 000 Гц12 000-15 500 Гц
Звуковой сигнал в пределах одной и той же критической полосы как бы обобщается мозгом, создавая близкие слуховые ощущения. Если же звуковой сигнал переходит из одной критической полосы в другую, то слуховые ощущения в момент перехода заметно изменяются, потому что мозг анализирует информацию, полученную из разных критических полос, раздельно. Это не значит, что два тона, попавшие в одну критическую полосу, не различимы на слух, однако, слуховые ощущения внутри одной полосы очень близки, а в разных полосах — отличаются существенно. Участки базилярной мембраны, соответствующие критическим полосам, имеют приблизительно равную длину, которая составляет 1,2 мм на полосу.
Для удобства работы с критическими полосами существует специальная единица измерения частоты — Барк . В таблице приведены критические полосы и соответствующие им параметры:
| Барк, № полосы | Критическая полоса (диапаз.), Гц | Ширина критической полосы, Гц | Центральная частота критической полосы, Гц |
| 0 | 0-00 | 100 | 50 |
| 1 | 100-200 | 100 | 150 |
| 2 | 200 - 300 | 100 | 250 |
| 3 | 300 - 400 | 100 | 350 |
| 4 | 400-510 | 110 | 450 |
| 5 | 510-630 | 120 | 570 |
| 6 | 630 - 770 | 140 | 700 |
| 7 | 770 - 920 | 150 | 840 |
| 8 | 920 - 1080 | 160 | 1000 |
| 9 | 1080-1270 | 190 | 1170 |
| 10 | 1270-1480 | 210 | 1370 |
| 11 | 1480-1720 | 240 | 1600 |
| 12 | 1720 - 2000 | 280 | 1850 |
| 13 | 2000-2310 | 320 | 2150 |
| 14 | 2320 - 2700 | 380 | 2500 |
| 15 | 2700-3150 | 450 | 2900 |
| 16 | 3150-3700 | 550 | 3400 |
| 17 | 3700-4400 | 700 | 4000 |
| 18 | 4400 - 5300 | 900 | 4800 |
| 19 | 5300 - 6400 | 1100 | 5800 |
| 20 | 6400 - 7700 | 1300 | 7000 |
| 21 | 7700 - 9500 | 1800 | 8500 |
| 22 | 9500-12 000 | 2500 | 10500 |
| 23 | 12 000-15 500 | 3500 | 13500 |
Измерение субъективного ощущения высоты и Мелы
На этой шкале равное изменение частоты в Мелах соответствует равному изменению ощущения высоты тона. Уже привычная нам шкала частот с единицей измерения “герц” такого свойства не имеет. Например, изменения частоты от 500 до 1000 Гц и от 1000 до 2000 Гц воспринимаются на слух слушателем, как неравные. В то же самое время звуковой сигнал с частотой 1000 мел кажется слушателю ровно в два раза “выше”, чем сигнал с частотой 500 мел, и в два раза “ниже”, чем сигнал с частотой 2000 мел. (Закон Вебера-Фехнера):
Итак, частотные параметры звука могут измеряться в Герцах, Мелах и Барках.
Герц — это единица измерения, которой удобно пользоваться при проведении спектрального анализа.
Мел и Барк — это психофизиологические акустические единицы измерения высоты тона, используемые в психоакустике при оценке субъективной высотой тона.
Как видно из графика, шкалы барков и мелов приблизительно совпадают, хотя некоторые расхождения наблюдаются в области средних частот:
***
В музыке используются другие шкалы для оценки высоты тона - музыкальные: полутоны, тоны, октавы и другие музыкальные интервалы. Следует отметить, что связь с психофизической шкалой высоты тона, построенной для чистых тонов, неоднозначна. До частоты примерно 5000 Гц увеличение высоты тона на октаву связано с удвоением частоты. Например, переход от ноты ля первой октавы к ноте ля второй октавы соответствует увеличению частоты от 440 до 880 Гц. Но выше частоты 5000 Гц это соответствие нарушается - чтобы получить ощущение увеличения высоты на октаву, надо увеличить соотношение частот почти в 10 раз, что следует иметь в виду при создании компьютерных композиций. Это дало основание некоторым ученым предложить две размерности высоты тона: психофизическую в мелах, пропорциональную в некоторых пределах логарифму частоты, установленную для чистых тонов (pitch height) и музыкальную, соответствующую названию нот (pitch chroma), которая может быть определена примерно до 5000 Гц. Следует отметить, что даже музыканты с абсолютным музыкальным слухом затрудняются в определении нот для звуков с частотой выше 5000 Гц. Это говорит о том, что механизмы восприятия высоты тона до 5000 Гц и выше - различны. (И. Алдошина)
digitalmusicacademy.ru
Измерение - звуковая частота - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Измерение - звуковая частота
Cтраница 1
Измерение звуковых частот с высокой точностью более затруднительно, чем измерение высоких частот с той же точностью. Если, например, нужно измерить частоту в 100 гц с точностью 10 - б, то ошибка измерения не должна превышать 1 / 10 000 гц. При измерении с той же точностью частоты в 10 мггц ошибка измерения не должна превышать 10 гц. Однако обычно требования в отношении точности измерения звуковых частот ниже, чем в отношении высоких частот. [2]
Измерение звуковых частот производится: а) методами сравнения; б) мостовыми методами и в) счетными схемами. [3]
Измерение звуковых частот при помощи электронно - лучевой трубки. Сравнение звуковых частот при помощи электронно-лучевой трубки осуществляется двумя методами: методом фигур Лиссажу и методом круговой развертки. [4]
Измерение звуковых частот с высокой точностью более затруднительно, чем измерение высоких частот с той же точностью. Если, например, нужно измерить частоту в 100 гц с точностью Ю-6, то ошибка измерения не должна превышать 1 / 10 000 гц. При измерении с той же точностью частоты в ГО мггц ошибка измерения не должна превышать 10 гц. Однако обычно требования в отношении точности измерения звуковых частот ниже, чем в отношении высоких частот. [5]
Пассивный метод измерения звуковых частот заключается в применении мостовых схем, называемых мостовыми частотомерами. [7]
Основные методы измерения звуковых частот сводятся к следующим: сравнение измеряемой частоты с образцовой с помощью электронного осциллографа, мостовые измерения частоты и измерение частоты электронным частотомером. [8]
Мостовые методы используются для измерения звуковых частот, так как при измерении более высоких частот на настройку моста сильно влияют паразитные индуктивности и емкости схемы. [10]
Ввиду относительной сложности и дороговизны аппаратуры для измерения звуковых частот с точностью порядка ( 0 01 - 0 05) % использование для этой цели широко распространенного радиочастотного прибора - гетеродинного частотомера - представляет известный практический интерес. [11]
В соответствии с этим методы измерения частоты подразделяются на методы измерения звуковых частот и методы измерения радиочастот. [12]
Частотный диапазон, в котором выполняется измерение какой-либо величины, влияет на выбор метода измерения. Например, если при измерении высоких и сверхвысоких частот используют резонансный метод, то при измерении звуковых частот от этого метода отказываются и применяют метод заряда и разряда конденсатора или же осциллографический метод измерения с помощью фигур Лиссажу. [13]
К резонансным методам относятся также методы измерения частоты с помощью мостовых схем. В мостовых схемах используются резонансные свойства колебательного контура, благодаря чему мост может быть сбалансирован при заданных значениях параметров только на одной частоте. Из-за больших паразитных связей мостовые схемы могут применяться только для измерения низких звуковых частот. [14]
Измерение звуковых частот с высокой точностью более затруднительно, чем измерение высоких частот с той же точностью. Если, например, нужно измерить частоту в 100 гц с точностью Ю-6, то ошибка измерения не должна превышать 1 / 10 000 гц. При измерении с той же точностью частоты в ГО мггц ошибка измерения не должна превышать 10 гц. Однако обычно требования в отношении точности измерения звуковых частот ниже, чем в отношении высоких частот. [15]
Страницы: 1 2
www.ngpedia.ru
