Звуков диапазон. Честотен диапазон на човешкия глас в музикалната терминология. Особености на човешкото възприятие. Слух

"Обхватът на акустичните вибрации, способни да създадат усещане за звук, когато са изложени на органа на слуха, е ограничен по честота. За повечето хора на възраст от 18 до 25 години с нормален слух, честотната лента на вибрациите, възприемани като звук, е с някои отклонения, в диапазона между трептения с честота от 20 Hz (най-ниска гранична честота) и 20 000 Hz (най-висока гранична честота). Тази честотна лента обикновено се нарича аудио диапазон, а честотите, които се намират в неговите граници, се наричат аудио честоти.

Трептенията с честоти под 20 Hz се наричат инфразвукови, а вибрациите с честоти над 20 000 Hz се наричат ултразвукови: Слухът ни не възприема тези честоти, но е известно, че „инфразвукът“ има известен ефект върху емоционално състояниеслушател. За съжаление, инфразвукови честоти, които са показани съвременни изследвания, които присъстват във вибрациите на музиката и речта, не могат да бъдат възпроизведени от магнетофонни записи по технически причини.

Това не е единственото и може би не най-важното, но все пак препятствие, което не позволява да се постигне същото емоционално въздействие при слушане на музика, предавана чрез електроакустична система, каквото изпитва слушателят в концертна зала.

Честотата на звуковите вибрации определя височината (тона) на звука: най-бавните вибрации се възприемат като ниски, басови нотки; най-бързите са високите звуци, напомнящи например писък на комар. Трябва да се отбележи, че хората не чуват еднакво добре всички честоти от звуковия диапазон. Така с възрастта горната граница на звуковите честоти намалява значително. Аудиочестотният обхват определя границите на човешкия слух, установени чрез многобройни проучвания и осредняване на резултатите от много експерименти, проведени със слушатели различни възрастии с различно обучение." - пише Б. Я. Меерзон - "Акустични основи на звуковото инженерство." Академично издателство GITR

„Еквалайзер- устройство за коригиране на тембъра на сигнала, което променя амплитудите на неговите честотни компоненти. Първоначално еквалайзерите се използват чисто технически, за коригиране на амплитудно-честотните характеристики на неидеален аудио път. Въпреки това, те скоро започнаха да се използват творчески - за създаване на желаните тембри или внимателно комбиниране на инструменти във фонограма.

Основният параметър на еквалайзера е амплитудно-честотна характеристика(честотна характеристика, честотна характеристика, честотна характеристика). Той показва доколко еквалайзерът усилва или отслабва определени честоти на входния сигнал.

Най-често срещаните видове честотни характеристики на еквалайзерите са „камбана“, „рафт“, нискочестотни и високочестотни филтри (нискочестотен, високочестотен), показани на фиг. (В руската литература нискочестотен филтър е филтър, който пропуска ниски честоти и потиска високите честоти (нискочестотен). По същия начин с високочестотен филтър (високочестотен).)

Въз основа на вида на управлението на честотната характеристика еквалайзерите се разделят на параметрични и графични.

В параметричните еквалайзери потребителят може да избере една от наличните форми на честотната характеристика и да зададе нейните параметри: централна честота, усилване и качествен фактор.

Централната честота е честотата на центъра на "камбаната" или честотата, при която честотната характеристика се огъва (за "рафтови" и прекъсващи филтри това обикновено е точката на ниво -3 dB).

Усилването за "камбаната" задава усилването на централната честота, а за "рафта" - в лентата за усилване/отрязване.

Коефициентът на качество за еквалайзер тип камбана определя ширината на честотната лента, която трябва да бъде усилена или потисната, и се определя като съотношението на централната честота към ширината на тази лента, която е в рамките на 3 dB от усилването на централната честота. Коефициентът на качество обикновено се обозначава с буквата Q. Подобна стойност за „рафтове“ и филтри за прекъсване се нарича „наклон на честотната характеристика“ и се измерва в децибели на октава. Чрез увеличаване на коефициента на качество можете да превърнете филтъра на камбаната в т.нар. прорезен филтър или филтър за прорези, който потиска определена честота или много тясна лента от честоти. Чрез комбиниране на няколко еквалайзера можете да получите по-сложни форми на честотната характеристика.

В графичните еквалайзери потребителят „чертае“ желаната честотна характеристика директно на дисплея или използвайки набор от контроли за усилване на различни честоти.

Параграфни еквалайзери е хибрид от параметрични и графични еквалайзери. Те обикновено ви позволяват да контролирате печалбите с помощта на плъзгачи (или графично на дисплея), но също така имат Q и настройки на централната честота за всяка лента.

Повечето аналогови еквалайзери въвеждат честотно-зависимо времево изместване в сигналите. С други думи, различните честотни компоненти на сигнала се забавят за различно време. По правило това е нежелан ефект, тъй като... Ако на входа се получи импулсен сигнал (остър удар или щракване), тогава е желателно да се получи импулс на изхода, който не е разпръснат във времето.

Фазова честотна характеристика (PFC, фазова характеристика, фазова характеристика) показва колко се променя фазата на сигнала при преминаване през еквалайзера.

За повечето аналогови еквалайзери е възможно да се конструира фазова характеристика на базата на известна честотна характеристика. В този случай най-големите промени във фазовата характеристика възникват на места, където честотната характеристика се променя бързо. Това означава, че колкото по-силни са смущенията в честотния диапазон, толкова по-силно ще се появи фазовото изкривяване - в общия език често се казва, че еквалайзерът „усуква“ фазата.

Честотните компенсатори се използват не само за речеви фонограми. Те се използват и за коригиране на шума, а в някои случаи и на музиката.

Наличието на филтри в конзолите за дублиране, които рязко прекъсват ниските и високите честоти, позволява да се коригират такива дефекти като нискочестотни смущения, понякога високочестотен шум и др.

Включването на филтър в говорния канал, който рязко прекъсва ниските честоти (високочестотен филтър), в някои случаи улеснява изглаждането на „несъответствието“ на говорната фонограма в нискочестотната област.

Комбинацията от високочестотен филтър с филтър, който потиска тясна лента около 200 Hz ви позволява да се отървете от неприятния за ухото тъп барел звук, типичен за малките студия за дублаж на реч.

Включването на филтъра за присъствие, който повишава честотите в областта от 2000-4000 Hz, придава на гласовете вид облекчение, което ги отличава от другите звуци. Очевидно ефективността на формантите е засегната: укрепването на тези обертонове придава на гласа сребрист оттенък, сила и звучност. Слухът е най-чувствителен към честоти в областта от 2000-4000 Hz и ако гласът на изпълнителя има повече форманти, лежащи в тази лента, тогава със същата акустична енергия ще се възползва от звучност и обем.

Понякога прекомерното изобилие от свирки в първичния запис на речта може да бъде коригирано с филтър, който потиска тясна честотна лента в областта от 3000 Hz. В същото време има случаи, когато очевидното изобилие от свистящи звуци, парадоксално, е елиминирано именно чрез повишаване на честотната характеристика на високата му страна.

По един или друг начин, без значение какви комбинации от филтри се използват, е необходимо речта да звучи „остро“, зъбните или съскащите звуци да са ясни и дори леко подчертани; Без това речта във филма може да е неразбираема.

Notch филтривъзможно е да се изреже (потисне) много тесен участък на различни места в честотната лента и, без да се влошава общото качество на предаване на звука, като по този начин се коригират някои технически дефекти във фонограмите.

Пример за използване. Само силата на звука не може да прецени разстоянието до източника на звук. Така гласът на открито и в тихи помещения достига до слушателите със загуба на ниски честоти. Следователно, чрез намаляване на ниските честоти с филтри, понякога е възможно да се постигне ефектът на далечен звук, ако речта звучи близо в основната фонограма. Освен това простото регулиране на силата на звука не дава пълното впечатление за приближаване или отдалечаване на оркестъра. При естествени условия се променя не само интензивността на звука, но и цветът и съотношението на директните и отразените звуци. Нека си припомним ефекта от приближаването на духов оркестър на улицата, когато отначало се чуват само басови звуци (туба, бас барабан) и само отблизо се забелязват инструментите от високи регистри.

Разнообразието от цифрови еквалайзери, както хардуерни, така и софтуерни, показа, че параметричните и графичните еквалайзери нямат значително предимство един пред друг в качеството на звука - има успешни и неуспешни модели и в двата лагера. Определящият компонент на качеството на еквалайзера е неговата управляемост, характеристиките на алгоритмите и възможността за управление на параметрите на устройството: честотна характеристика, фазова характеристика, импулсна характеристика." - пише А. Лукин. "Цифрови еквалайзери." "Звуков инженер"

). Музикалните звуци съдържат не един, а няколко тона, а понякога и шумови компоненти в широк диапазон от честоти.

Понятие за звук

Звуковите вълни във въздуха са редуващи се области на компресия и разреждане.

Звуковите вълни могат да служат като пример за колебателен процес. Всяко колебание е свързано с нарушаване на равновесното състояние на системата и се изразява в отклонението на нейните характеристики от равновесните стойности с последващо връщане към първоначалната стойност. За звуковите вибрации тази характеристика е налягането в точка на средата, а нейното отклонение е звуковото налягане.

Ако направите рязко изместване на частици от еластична среда на едно място, например с помощта на бутало, тогава налягането на това място ще се увеличи. Благодарение на еластичните връзки на частиците, налягането се предава на съседните частици, които от своя страна действат върху следващите и площта високо кръвно наляганесякаш се движат в еластична среда. Зоната на високо налягане е последвана от зона ниско кръвно наляганеи по този начин се образуват серия от редуващи се области на компресия и разреждане, разпространяващи се в средата под формата на вълна. Всяка частица от еластичната среда в този случай ще извършва осцилаторни движения.

В течни и газообразни среди, където няма значителни колебания в плътността, акустични вълниимат надлъжен характер, тоест посоката на вибрациите на частиците съвпада с посоката на движение на вълната. В твърдите тела, в допълнение към надлъжните деформации, възникват и еластични деформации на срязване, предизвикващи възбуждане на напречни (срязващи) вълни; в този случай частиците осцилират перпендикулярно на посоката на разпространение на вълната. Скоростта на разпространение на надлъжните вълни е много по-голяма от скоростта на разпространение на срязващите вълни.

Във философията, психологията и екологията на комуникациите звукът се изучава във връзка с неговото въздействие върху възприятието и мисленето (говорим например за акустичното пространство като пространство, създадено от влиянието на електронните комуникации).

Физически параметри на звука

Скоростта на звука във въздуха зависи от температурата и при нормални условия е приблизително 340 m/s.

Скоростта на звука във всяка среда се изчислява по формулата:

c = 1 β ρ (\displaystyle c=(\sqrt (\frac (1)(\beta \rho )))),

Където β (\displaystyle \beta )- адиабатна свиваемост на средата; ρ (\displaystyle \rho )- плътност.

Сила на звука

Сила на звука- субективно възприемане на силата на звука (абсолютна стойност на слуховото усещане). Силата на звука зависи главно от звуковото налягане, амплитудата и честотата на звуковите вибрации. Също така силата на звука се влияе от неговия спектрален състав, локализация в пространството, тембър, продължителност на излагане на звукови вибрации, индивидуална чувствителност слухов анализаторчовешки и други фактори.

Генериране на звук

Обикновено за генериране на звук се използват трептящи тела от различно естество, предизвикващи вибрации в околния въздух. Пример за такова генериране е използването на гласни струни, високоговорители или камертон. Повечето музикални инструменти се основават на същия принцип. Изключение правят духовите инструменти, при които звукът се генерира от взаимодействието на въздушния поток с нееднородностите в инструмента. За създаване на кохерентен звук се използват така наречените звукови или фононни лазери.

Ултразвукова диагностика

Ултразвук- еластични звукови вибрации с висока честота. Човешкото ухо възприема еластични вълни, разпространяващи се в средата с честота приблизително до 16 Hz-20 kHz; Вибрациите с по-висока честота са ултразвук (извън границата на чуваемост).

Разпространение на ултразвук

Разпространението на ултразвук е процесът на движение в пространството и времето на смущенията, възникващи в звукова вълна.

Звуковата вълна се разпространява в вещество в газообразно, течно или твърдо състояние в същата посока, в която се изместват частиците на това вещество, т.е. причинява деформация на средата. Деформацията се състои в това, че се получава последователно разреждане и компресиране на определени обеми от средата, като разстоянието между две съседни зони съответства на дължината на ултразвуковата вълна. Колкото по-голямо е специфичното акустично съпротивление на средата, толкова по-голяма е степента на компресия и разреждане на средата при дадена амплитуда на вибрациите.

Частиците на средата, участващи в преноса на вълновата енергия, осцилират около своето равновесно положение. Скоростта, с която частиците осцилират около средното равновесно положение, се нарича осцилаторна скорост. Вибрационната скорост на частиците се променя според уравнението:

V = U sin ⁡ (2 π f t + G) (\displaystyle V=U\sin(2\pi ft+G)),

където V е големината на скоростта на колебание;

U е амплитудата на трептящата скорост;
f - ултразвукова честота;
t - време;
G е фазовата разлика между вибрационната скорост на частиците и променливото акустично налягане.

Амплитудата на колебателната скорост характеризира максималната скорост, с която частиците на средата се движат по време на процеса на колебание, и се определя от честотата на колебанията и амплитудата на изместване на частиците на средата.

U = 2 π f A (\displaystyle U=2\pi fA),

Дифракция, интерференция

Когато се разпределят ултразвукови вълниВъзможни са явления на дифракция, интерференция и отражение.

Дифракция (вълни, огъващи се около препятствия) възниква, когато дължината на ултразвуковата вълна е сравнима (или по-голяма) с размера на препятствието по пътя. Ако препятствието е голямо в сравнение с дължината на акустичната вълна, тогава няма феномен на дифракция.

Когато няколко ултразвукови вълни се движат едновременно в среда, се получава суперпозиция (припокриване) на тези вълни във всяка конкретна точка в средата. Наслагването на вълни с еднаква честота една върху друга се нарича интерференция. Ако ултразвуковите вълни се пресичат, докато преминават през обект, тогава в определени точки на средата се наблюдава увеличаване или намаляване на вибрациите. В този случай състоянието на точката в средата, където възниква взаимодействието, зависи от съотношението на фазите на ултразвуковите вибрации в тази точка. Ако ултразвуковите вълни достигнат определена област от средата в същите фази (във фаза), тогава преместванията на частиците имат същите знаци и намесата при такива условия води до увеличаване на амплитудата на трептенията. Ако вълните пристигнат в точка от средата в противофаза, тогава изместването на частиците ще бъде в различни посоки, което води до намаляване на амплитудата на трептенията.

Абсорбция на ултразвукови вълни

Тъй като средата, в която се разпространява ултразвукът, има вискозитет, топлопроводимост и други причини за вътрешно триене, поглъщането възниква, когато вълната се разпространява, т.е. когато се отдалечава от източника, амплитудата и енергията на ултразвуковите вибрации стават по-малки. Средата, в която се разпространява ултразвукът, взаимодейства с преминаващата през нея енергия и поглъща част от нея. Преобладаващата част от погълнатата енергия се превръща в топлина, по-малката част предизвиква необратими структурни изменения в предаващото вещество. Абсорбцията е резултат от триенето на частиците една срещу друга, тя е различна в различните среди. Абсорбцията също зависи от честотата на ултразвуковите вибрации. Теоретично абсорбцията е пропорционална на квадрата на честотата.

Степента на абсорбция може да се характеризира с коефициента на абсорбция, който показва как се променя интензитетът на ултразвука в облъчената среда. Увеличава се с нарастваща честота. Интензитетът на ултразвуковите вибрации в средата намалява експоненциално. Този процес се дължи на вътрешното триене, топлопроводимостта на абсорбиращата среда и нейната структура. Грубо се характеризира с размера на полупоглъщащия слой, който показва на каква дълбочина интензитетът на вибрациите намалява наполовина (по-точно 2,718 пъти или с 63%). Според Pahlman, при честота от 0,8 MHz, средните стойности на полу-абсорбиращия слой за някои тъкани са както следва: мастна тъкан- 6,8 см; мускулест - 3,6 см; мастна и мускулна тъкан заедно - 4,9 см. С увеличаване на ултразвуковата честота размерът на полуабсорбиращия слой намалява. По този начин, при честота от 2,4 MHz, интензитетът на ултразвука, преминаващ през мастната и мускулна тъкан, намалява наполовина на дълбочина 1,5 cm.

Освен това е възможно ненормално поглъщане на енергията на ултразвуковите вибрации в някои честотни диапазони - това зависи от характеристиките на молекулярната структура на дадена тъкан. Известно е, че 2/3 от ултразвуковата енергия се отслабва на молекулярно ниво и 1/3 на ниво микроскопични тъканни структури.

Дълбочина на проникване на ултразвукови вълни

Дълбочината на проникване на ултразвук се отнася до дълбочината, при която интензитетът е наполовина. Тази стойност е обратно пропорционална на абсорбцията: колкото по-силно средата абсорбира ултразвук, толкова по-късо е разстоянието, на което ултразвуковият интензитет намалява наполовина.

Разсейване на ултразвукови вълни

Ако има нехомогенности в средата, тогава възниква разсейване на звука, което може значително да промени простия модел на разпространение на ултразвука и в крайна сметка също да доведе до отслабване на вълната в първоначалната посока на разпространение.

Пречупване на ултразвукови вълни

Тъй като акустичното съпротивление на човешките меки тъкани не се различава много от съпротивлението на водата, може да се предположи, че пречупването на ултразвуковите вълни ще се наблюдава на границата между медиите (епидермис - дерма - фасция - мускул).

Отражение на ултразвукови вълни

Ултразвуковата диагностика се основава на феномена на отражението. Отражението възниква в граничните зони на кожата и мазнините, мазнините и мускулите, мускулите и костите. Ако ултразвукът, докато се разпространява, срещне препятствие, тогава възниква отражение; ако препятствието е малко, тогава ултразвукът изглежда обтича около него. Хетерогенностите на тялото не причиняват значителни отклонения, тъй като в сравнение с дължината на вълната (2 mm) техните размери (0,1-0,2 mm) могат да бъдат пренебрегнати. Ако ултразвукът по пътя си срещне органи, чиито размери са по-големи от дължината на вълната, тогава възниква пречупване и отразяване на ултразвука. Най-силно отражение се наблюдава на границите кост - околна тъкан и тъкан - въздух. Въздухът има ниска плътност и се наблюдава почти пълно отразяване на ултразвука. Отражението на ултразвуковите вълни се наблюдава на границата мускул - надкостница - кост, на повърхността на кухите органи.

Пътуващи и стоящи ултразвукови вълни

Ако, когато ултразвуковите вълни се разпространяват в среда, те не се отразяват, се образуват пътуващи вълни. В резултат на загубите на енергия осцилаторните движения на частиците на средата постепенно отслабват и колкото по-далеч са разположени частиците от излъчващата повърхност, толкова по-малка е амплитудата на техните трептения. Ако по пътя на разпространение на ултразвукови вълни има тъкани с различни специфични акустични съпротивления, тогава в една или друга степен ултразвуковите вълни се отразяват от граничната повърхност. Суперпозицията на падащи и отразени ултразвукови вълни може да доведе до стоящи вълни. За да възникнат стоящи вълни, разстоянието от повърхността на емитера до отразяващата повърхност трябва да бъде кратно на половината от дължината на вълната.

Относно секцията

Този раздел съдържа статии, посветени на явления или версии, които по един или друг начин могат да бъдат интересни или полезни за изследователите на необяснимото.
Статиите са разделени на категории:
Информационен.Съдържа полезна информация за изследователите от различни областизнания.
Аналитичен.Те включват анализ на натрупаната информация за версии или явления, както и описания на резултатите от проведени експерименти.
Технически.Те натрупват информация за технически решения, които могат да бъдат използвани в областта на изучаването на необясними факти.
Техники.Съдържа описание на методите, използвани от членовете на групата при изследване на факти и изучаване на явления.
Медия.Съдържа информация за отразяването на явления в развлекателната индустрия: филми, анимационни филми, игри и др.
Известни погрешни схващания.Разкрития на известни необясними факти, събрани включително от източници на трети страни.

Тип артикул:

Информация

Особености на човешкото възприятие. Слух

Звукът е вибрации, т.е. периодични механични смущения в еластични среди - газообразни, течни и твърди. Такова възмущение, което представлява някои физическа промянав среда (например промяна в плътността или налягането, изместване на частици), се разпространява в нея под формата на звукова вълна. Звук може да не се чува, ако неговата честота е извън чувствителността на човешкото ухо или ако преминава през среда, като например твърдо вещество, което не може да има пряк контакт с ухото, или ако енергията му бързо се разсейва в средата. По този начин процесът на възприемане на звука, който е обичаен за нас, е само едната страна на акустиката.

Звукови вълни

Звукова вълна

Помислете за дълга тръба, пълна с въздух. В него в левия край се вкарва бутало, което приляга плътно към стените. Ако буталото се премести рязко надясно и спре, въздухът в непосредствена близост до него ще се компресира за момент. Тогава сгъстен въздухще се разшири, изтласквайки въздуха в съседство с него надясно, и областта на компресия, първоначално създадена близо до буталото, ще се движи по тръбата с постоянна скорост. Тази компресионна вълна е звуковата вълна в газа.
Тоест, рязкото изместване на частици от еластична среда на едно място ще увеличи налягането на това място. Благодарение на еластичните връзки на частиците, налягането се предава на съседните частици, които от своя страна влияят на следващите, а зоната на повишено налягане изглежда се движи в еластична среда. Област на високо налягане е последвана от област на ниско налягане и по този начин се образуват серия от редуващи се области на компресия и разреждане, разпространяващи се в средата под формата на вълна. Всяка частица от еластичната среда в този случай ще извършва осцилаторни движения.

Звуковата вълна в газ се характеризира със свръхналягане, свръхплътност, изместване на частиците и тяхната скорост. За звуковите вълни тези отклонения от равновесните стойности винаги са малки. По този начин свръхналягането, свързано с вълната, е много по-малко от статичното налягане на газа. В противен случай имаме работа с друго явление - ударна вълна. В звукова вълна, съответстваща на нормална реч, свръхналягането е само около една милионна от атмосферното налягане.

Важното е, че веществото не се отнася от звуковата вълна. Вълната е само временно смущение, преминаващо през въздуха, след което въздухът се връща в равновесно състояние.
Вълновото движение, разбира се, не е уникално за звука: светлината и радиосигналите се разпространяват под формата на вълни и всеки е запознат с вълните на повърхността на водата.

По този начин звукът в широк смисъл е еластични вълни, които се разпространяват в някаква еластична среда и създават механични вибрации в нея; в тесен смисъл, субективното възприемане на тези вибрации от специалните сетивни органи на животни или хора.
Както всяка вълна, звукът се характеризира с амплитуда и честотен спектър. Обикновено човек чува звуци, предавани по въздуха в честотния диапазон от 16-20 Hz до 15-20 kHz. Звук под обхвата на човешката чуваемост се нарича инфразвук; по-високи: до 1 GHz, - ултразвук, от 1 GHz - хиперзвук. Сред звуковите звуци, фонетични, речеви звуции фонеми (които съставят говоримия език) и музикални звуци (които съставят музиката).

Надлъжните и напречните звукови вълни се различават в зависимост от съотношението на посоката на разпространение на вълната и посоката на механичните вибрации на частиците на средата за разпространение.
В течни и газообразни среди, където няма значителни колебания в плътността, акустичните вълни са надлъжни по природа, т.е. посоката на вибрациите на частиците съвпада с посоката на движение на вълната. В твърдите тела, в допълнение към надлъжните деформации, възникват и еластични деформации на срязване, предизвикващи възбуждане на напречни (срязващи) вълни; в този случай частиците осцилират перпендикулярно на посоката на разпространение на вълната. Скоростта на разпространение на надлъжните вълни е много по-голяма от скоростта на разпространение на срязващите вълни.

Въздухът не е еднакъв за звук навсякъде. Известно е, че въздухът е постоянно в движение. Скоростта на движението му в различните слоеве не е еднаква. В слоеве близо до земята въздухът влиза в контакт с нейната повърхност, сгради, гори и следователно скоростта му тук е по-малка, отколкото на върха. Поради това звуковата вълна не се движи еднакво бързо отгоре и отдолу. Ако движението на въздуха, т.е. вятърът, е спътник на звука, тогава горни слоевевъздух, вятърът ще управлява звуковата вълна по-силно, отколкото в по-ниските. Когато има насрещен вятър, звукът отгоре се разпространява по-бавно, отколкото отдолу. Тази разлика в скоростта влияе върху формата на звуковата вълна. В резултат на изкривяването на вълната звукът не се разпространява право. При попътен вятър линията на разпространение на звуковата вълна се огъва надолу, а при попътен вятър се извива нагоре.

Друга причина за неравномерното разпространение на звука във въздуха. Това е различната температура на отделните му слоеве.

Неравномерно нагрятите слоеве въздух, подобно на вятъра, променят посоката на звука. През деня звуковата вълна се извива нагоре, защото скоростта на звука в долните, по-горещи слоеве е по-голяма, отколкото в горните слоеве. Вечер, когато земята, а с нея и близките слоеве въздух, бързо се охлаждат, горните слоеве стават по-топли от долните, скоростта на звука в тях е по-голяма и линията на разпространение на звуковите вълни се огъва надолу. Ето защо, вечер, неочаквано, можете да чуете по-добре.

Гледайки облаци, често можете да забележите как на различни височини те се движат не само с различни скорости, но понякога и в различни посоки. Това означава, че вятърът на различни височини от земята може да има различни скорости и посоки. Формата на звуковата вълна в такива слоеве също ще варира от слой на слой. Нека например звукът идва срещу вятъра. В този случай линията на разпространение на звука трябва да се огъне и да върви нагоре. Но ако слой бавно движещ се въздух попадне на пътя му, той отново ще промени посоката си и може отново да се върне на земята. Тогава в пространството от мястото, където вълната се издига във височина до мястото, където се връща към земята, се появява „зона на тишина“.

Органи на звуково възприятие

Слухът е способността на биологичните организми да възприемат звуци със слуховите си органи; специална функция на слуховия апарат, възбуждана от звукови вибрации заобикаляща среда, например въздух или вода. Едно от петте биологични сетива, наричано още акустично възприятие.

Човешкото ухо възприема звукови вълни с дължина приблизително от 20 m до 1,6 cm, което съответства на 16 - 20 000 Hz (колебания в секунда), когато вибрациите се предават във въздуха, и до 220 kHz, когато звукът се предава през костите на черепа. Тези вълни имат важно значение биологично значениеНапример звуковите вълни в диапазона 300-4000 Hz съответстват на човешкия глас. Звуци над 20 000 Hz са от малко практическо значение, тъй като се забавят бързо; вибрации под 60 Hz се възприемат чрез усещането за вибрации. Диапазонът от честоти, които човек може да чуе, се нарича слухов или звуков диапазон; по-високите честоти се наричат ултразвук, а по-ниските честоти се наричат инфразвук.
Способността за разграничаване на звуковите честоти зависи до голяма степен от индивида: неговата възраст, пол, предразположеност към слухови заболявания, обучение и слухова умора. Индивидите са способни да възприемат звук до 22 kHz и вероятно по-високи.
Човек може да различи няколко звука едновременно поради факта, че в кохлеята може да има няколко стоящи вълни едновременно.

Ухото е сложен вестибуларно-слухов орган, който изпълнява две функции: възприема звуковите импулси и отговаря за положението на тялото в пространството и способността за поддържане на равновесие. Това чифтен орган, който се намира в темпоралните кости на черепа, ограничен отвън от ушните миди.

Органът на слуха и равновесието е представен от три части: външно, средно и вътрешно ухо, всяка от които изпълнява свои специфични функции.

Външното ухо се състои от ушна мида и външен слухов канал. Ушната мида е еластичен хрущял със сложна форма, покрит с кожа, неговата Долна част, наречен лоб, е кожна гънка, която се състои от кожа и мастна тъкан.
Ушната мида в живите организми работи като приемник на звукови вълни, които след това се предават във вътрешността на слуховия апарат. Стойността на ушната мида при хората е много по-малка, отколкото при животните, така че при хората тя е практически неподвижна. Но много животни, като движат ушите си, са в състояние да определят местоположението на източника на звук много по-точно от хората.

Гънките на човешката ушна мида допринасят за входящите Ушния каналзвук - леки честотни изкривявания, в зависимост от хоризонталната и вертикалната локализация на звука. Така мозъкът получава допълнителна информация, за да изясни местоположението на източника на звук. Този ефект понякога се използва в акустиката, включително за създаване на усещане за съраунд звук при използване на слушалки или слухови апарати.
Функцията на ушната мида е да улавя звуци; неговото продължение е хрущялът на външния слухов канал, чиято дължина е средно 25-30 mm. Хрущялната част на слуховия канал преминава в костта, а целият външен слухов канал е покрит с кожа, съдържаща мастни и серни жлези, които са модифицирани потни жлези. Този проход завършва сляпо: той е отделен от средното ухо от тъпанчето. Хванат ушна мидаударени звукови вълни тъпанчеи го кара да се колебае.

От своя страна вибрациите от тъпанчето се предават към средното ухо.

Средно ухо
Основната част на средното ухо е тъпанчевата кухина - малко пространство с обем около 1 cm³, разположено в темпорална кост. Слуховите костици са три: чука, накрайник и стреме - те предават звуковите вибрации от външното към вътрешното ухо, като едновременно с това ги усилват.

Слуховите костици, като най-малките фрагменти от човешкия скелет, представляват верига, която предава вибрации. Дръжката на чука е плътно слята с тъпанчето, главата на чука е свързана с инкуса, а той от своя страна с дългия си израстък е свързан със стремето. Основата на стремето затваря прозореца на вестибюла, като по този начин се свързва с вътрешното ухо.
Кухината на средното ухо е свързана с назофаринкса чрез евстахиевата тръба, чрез която се изравнява средното налягане на въздуха вътре и извън тъпанчето. Когато външното налягане се промени, ушите понякога се запушват, което обикновено се разрешава чрез рефлексивно прозяване. Опитът показва, че задръстванията на ушите се решават още по-ефективно чрез преглъщане или издухване в стиснат нос в този момент.

Вътрешно ухо
От трите отдела на органа на слуха и равновесието най-сложният е вътрешно ухо, който поради сложната си форма се нарича лабиринт. Костният лабиринт се състои от преддверие, кохлея и полукръгли канали, но само кохлеята, пълна с лимфна течност, е пряко свързана със слуха. Вътре в кохлеята има мембранен канал, също пълен с течност, на долната стена на който има рецепторен апарат на слуховия анализатор, покрит с космени клетки. Космените клетки отчитат вибрациите на течността, изпълваща канала. Всяка космена клетка е настроена на определена звукова честота, като клетките са настроени на ниски честоти, разположени в горната част на кохлеята, и високи честоти, настроени на клетки в долната част на кохлеята. Когато космените клетки умират от възрастта или по други причини, човек губи способността да възприема звуци със съответните честоти.

Граници на възприятието

Човешкото ухо номинално чува звуци в диапазона от 16 до 20 000 Hz. Горната граница има тенденция да намалява с възрастта. Повечето възрастни не могат да чуят звуци над 16 kHz. Самото ухо не реагира на честоти под 20 Hz, но те могат да бъдат усетени чрез сетивата за допир.

Обхватът на силата на възприеманите звуци е огромен. Но тъпанчето в ухото е чувствително само към промени в налягането. Нивото на звуково налягане обикновено се измерва в децибели (dB). Долният праг на чуваемост се определя като 0 dB (20 микропаскала), а определението за горна граница на чуваемост се отнася по-скоро до прага на дискомфорт и след това до увреждане на слуха, сътресение и т.н. Тази граница зависи от това колко дълго слушаме звукът. Ухото може да понесе краткотрайни увеличения на звука до 120 dB без последствия, но дългосрочното излагане на звуци над 80 dB може да причини загуба на слуха.

По-задълбочено изследване долна границаизследванията на слуха показват, че минималният праг, при който звукът остава чуваем, зависи от честотата. Тази графика се нарича абсолютен праг на слуха. Средно той има област на най-голяма чувствителност в диапазона от 1 kHz до 5 kHz, въпреки че чувствителността намалява с възрастта в диапазона над 2 kHz.
Съществува и начин за възприемане на звук без участието на тъпанчето - така нареченият микровълнов слухов ефект, когато модулирано излъчване в микровълновия диапазон (от 1 до 300 GHz) засяга тъканта около кохлеята, карайки човек да възприема различни звуци.
Понякога човек може да чуе звуци в нискочестотната област, въпреки че в действителност не е имало звуци с тази честота. Това се случва, защото вибрациите на базиларната мембрана в ухото не са линейни и в нея могат да възникнат вибрации с разлика в честотата между две по-високи честоти.

Синестезия

Едно от най-необичайните психоневрологични явления, при което видът на стимула и видът на усещанията, които човек изпитва, не съвпадат. Синестетическото възприятие се изразява във факта, че в допълнение към обикновените качества могат да възникнат допълнителни, по-прости усещания или устойчиви „елементарни“ впечатления - например цвят, мирис, звуци, вкусове, качества на текстурирана повърхност, прозрачност, обем и форма, място в пространството и други качества, които не се приемат чрез сетивата, а съществуват само под формата на реакции. Такива допълнителни качества могат или да възникнат като изолирани сетивни впечатления, или дори да се проявят физически.

Има например слухова синестезия. Това е способността на някои хора да "чуват" звуци, когато наблюдават движещи се обекти или светкавици, дори и да не са придружени от действителни звукови явления.
Трябва да се има предвид, че синестезията е по-скоро психоневрологична особеност на човек и не е психично разстройство. Това възприемане на околния свят може да се почувства обикновен човекчрез употребата на определени лекарства.

Все още няма обща теория за синестезията (научно доказана, универсална идея за нея). В момента има много хипотези и се провеждат много изследвания в тази област. Вече се появиха оригинални класификации и сравнения и се появиха определени строги модели. Например, ние, учените, вече сме открили, че синестетите имат специален характер на внимание - сякаш „предсъзнателно“ - към онези явления, които причиняват синестезия в тях. Синестетите имат малко по-различна мозъчна анатомия и радикално различно активиране на мозъка към синестетични „стимули“. И изследователи от Оксфордския университет (Великобритания) проведоха серия от експерименти, по време на които установиха, че причината за синестезията може да са свръхвъзбудими неврони. Единственото нещо, което може да се каже със сигурност е, че такова възприятие се получава на ниво мозъчна функция, а не на ниво първично възприемане на информация.

Заключение

Преминаващи вълни под налягане външно ухо, тъпанчето и костите на средното ухо, достигат до изпълнените с течност вътрешно уховъв формата на охлюв. Течността, осцилираща, удря мембрана, покрита с малки косми, реснички. Синусоидалните компоненти на сложен звук причиняват вибрации в различни части на мембраната. Ресничките, вибриращи заедно с мембраната, възбуждат свързаните с тях нервни влакна; в тях се появява поредица от импулси, в които честотата и амплитудата на всеки компонент на сложна вълна са „кодирани“; тези данни се предават електрохимично на мозъка.

От целия спектър от звуци основно се отличава звуковият диапазон: от 20 до 20 000 херца, инфразвук (до 20 херца) и ултразвук - от 20 000 херца и повече. Човек не може да чуе инфразвуците и ултразвуците, но това не означава, че те не му влияят. Известно е, че инфразвуците, особено под 10 херца, могат да повлияят на човешката психика и да причинят депресивни състояния. Ултразвуците могат да причинят астено-вегетативни синдроми и др.
Чуваемата част от звуковия диапазон се разделя на нискочестотни звуци - до 500 херца, средночестотни - 500-10 000 херца и високочестотни - над 10 000 херца.

Това разделение е много важно, тъй като човешкото ухо не е еднакво чувствително към различните звуци. Ухото е най-чувствително към сравнително тесен диапазон от звуци със средна честота от 1000 до 5000 херца. За звуци с по-ниска и по-висока честота чувствителността пада рязко. Това води до факта, че човек е в състояние да чува звуци с енергия около 0 децибела в средночестотния диапазон и да не чува нискочестотни звуци от 20-40-60 децибела. Тоест звуци с еднаква енергия в средночестотния диапазон могат да се възприемат като силни, но в нискочестотния диапазон като тихи или изобщо да не се чуват.

Тази особеност на звука не е формирана от природата случайно. Звуците, необходими за неговото съществуване: реч, звуци от природата, са предимно в средночестотния диапазон.
Възприемането на звуци е значително нарушено, ако в същото време се чуват други звуци, шумове, подобни по честота или хармоничен състав. Това означава, от една страна, че човешкото ухо не възприема добре нискочестотните звуци, а от друга страна, ако в стаята има външен шум, тогава възприемането на такива звуци може да бъде допълнително нарушено и изкривено.

Човекът наистина е най-интелигентното от животните, обитаващи планетата. Умът ни обаче често ни лишава от превъзходни способности като възприемане на заобикалящата ни среда чрез обоняние, слух и други сетивни усещания. Така че повечето животни са много по-напред от нас ние говорим заотносно слуховия диапазон. Обхватът на човешкия слух е диапазонът от честоти, които могат да бъдат възприети човешко ухо. Нека се опитаме да разберем как човешкото ухо работи по отношение на звуковото възприятие.

Обхват на човешкия слух при нормални условия

Средно човешкото ухо може да открие и различи звукови вълни в диапазона от 20 Hz до 20 kHz (20 000 Hz). Въпреки това, с напредване на възрастта, слуховият диапазон на човек намалява, по-специално, горната му граница намалява. При по-възрастните хора той обикновено е много по-нисък, отколкото при младите хора, като бебетата и децата имат най-високи слухови способности. Слуховото възприятие на високите честоти започва да се влошава от осемгодишна възраст.

Човешки слух при идеални условия

В лабораторията обхватът на слуха на човек се определя с помощта на аудиометър, който излъчва звукови вълни различни честотии съответно конфигурирани слушалки. При такива идеални условия човешкото ухо може да разпознае честоти в диапазона от 12 Hz до 20 kHz.

Диапазон на слуха при мъже и жени

Има значителна разлика между обхвата на слуха на мъжете и жените. Установено е, че жените са по-чувствителни към високите честоти в сравнение с мъжете. Възприемането на ниските честоти е горе-долу на едно и също ниво при мъжете и жените.

Различни скали за указване на обхвата на слуха

Въпреки че честотната скала е най-разпространената скала за измерване на обхвата на човешкия слух, тя също често се измерва в паскали (Pa) и децибели (dB). Измерването в паскали обаче се счита за неудобно, тъй като тази единица включва работа с много големи числа. Един микропаскал е разстоянието, изминато от звукова вълна по време на вибрация, което е равно на една десета от диаметъра на водороден атом. Звуковите вълни преминават на много по-голямо разстояние в човешкото ухо, което затруднява определянето на обхвата на човешкия слух в паскали.

Най-тихият звук, който може да се долови от човешкото ухо, е приблизително 20 µPa. Децибелната скала е по-лесна за използване, тъй като е логаритмична скала, която директно препраща към скалата Pa. Приема 0 dB (20 µPa) като референтна точка и след това продължава да компресира тази скала на налягане. Така 20 милиона μPa се равняват само на 120 dB. Оказва се, че обхватът на човешкото ухо е 0-120 dB.

Обхватът на слуха варира значително от човек на човек. Следователно, за да се открие загуба на слуха, най-добре е да се измери обхватът на чуваемите звуци по отношение на референтна скала, а не по отношение на конвенционална стандартизирана скала. Тестовете могат да се извършват с помощта на сложни инструменти за диагностика на слуха, които могат точно да определят степента и да диагностицират причините за загубата на слуха.

Психоакустиката, научна област, граничеща между физиката и психологията, изучава данни за слуховото усещане на човек, когато физически стимул - звук - се приложи към ухото. Натрупано е голямо количество данни за човешките реакции към слухови стимули. Без тези данни е трудно да се получи правилно разбиране за работата на системите за аудио предаване. Нека разгледаме най важни характеристикичовешкото възприемане на звука.
Човек усеща промени в звуковото налягане, възникващи при честота 20-20 000 Hz. Звуци с честоти под 40 Hz са относително редки в музиката и не съществуват в говоримия език. Много високи честотимузикалното възприятие изчезва и възниква известно неясно звуково усещане, в зависимост от индивидуалността на слушателя и неговата възраст. С напредването на възрастта слуховата чувствителност на човек намалява, предимно в горните честоти на звуковия диапазон.
Но би било погрешно да се заключи на тази основа, че предаването на широка честотна лента от звуковъзпроизвеждаща инсталация не е важно за възрастните хора. Експериментите показват, че хората, дори ако едва възприемат сигнали над 12 kHz, много лесно разпознават липсата на високи честоти в музикално предаване.

Честотни характеристики на слуховите усещания

Обхватът на звуците, чуваеми от хората в диапазона 20-20000 Hz, е ограничен по интензитет от прагове: по-долу - чуваемост и над - болка.
Прагът на слуха се определя от минималното налягане или по-точно минималното увеличение на налягането спрямо границата е чувствително към честоти от 1000-5000 Hz - тук прагът на слуха е най-нисък (звуково налягане около 2-10 Pa). Към по-ниското и по-високото аудио честотичувствителността на слуха пада рязко.
Прагът на болката се определя от горен лимитвъзприемане на звукова енергия и съответства приблизително на интензитет на звука от 10 W/m или 130 dB (за еталонен сигнал с честота 1000 Hz).
С увеличаването на звуковото налягане интензитетът на звука също се увеличава и слуховото усещане се увеличава на скокове, наречено праг на разграничаване на интензитета. Броят на тези скокове при средни честоти е приблизително 250, при ниски и високи честоти той намалява и средно в честотния диапазон е около 150.

Тъй като обхватът на промените в интензитета е 130 dB, елементарният скок в усещанията средно в амплитудния диапазон е 0,8 dB, което съответства на промяна в интензитета на звука с 1,2 пъти. При ниски ниваслуха тези скокове достигат 2-3 dB, при високи нива намаляват до 0,5 dB (1,1 пъти). Увеличаването на мощността на пътя на усилване с по-малко от 1,44 пъти практически не се открива от човешкото ухо. При по-ниско звуково налягане, развивано от високоговорителя, дори удвояването на мощността на изходното стъпало може да не доведе до забележим резултат.

Субективни звукови характеристики

Качеството на предаване на звука се оценява въз основа на слухово възприятие. Следователно е възможно правилно да се определят техническите изисквания за пътя на предаване на звука или неговите отделни връзки само чрез изучаване на моделите, свързващи субективно възприеманото усещане за звук и обективните характеристики на звука са височина, обем и тембър.
Концепцията за височина предполага субективна оценка на възприемането на звука в целия честотен диапазон. Звукът обикновено се характеризира не с честота, а с височина.
Тонът е сигнал с определена височина, който има дискретен спектър (музикални звуци, гласни звуци на речта). Сигнал, който има широк непрекъснат спектър, всички честотни компоненти на който имат еднаква средна мощност, се нарича бял шум.

Постепенно увеличаванезвуковите честоти от 20 до 20 000 Hz се възприемат като постепенна промяна на тона от най-ниския (бас) към най-високия.
Степента на точност, с която човек определя височината на звука чрез ухо, зависи от остротата, музикалността и подготовката на ухото му. Трябва да се отбележи, че височината на звука зависи до известна степен от интензитета на звука (при високи нива звуците с по-голям интензитет изглеждат по-ниски от по-слабите.
Човешкото ухо може ясно да различи два близки по височина тона. Например, в честотния диапазон от приблизително 2000 Hz, човек може да различи два тона, които се различават един от друг по честота с 3-6 Hz.
Субективната скала на звуковото възприятие по честота е близка до логаритмичния закон. Следователно удвояването на честотата на вибрациите (независимо от първоначалната честота) винаги се възприема като същата промяна на височината. Интервалът на височината, съответстващ на 2-кратна промяна на честотата, се нарича октава. Обхватът на възприеманите от хората честоти е 20-20 000 Hz, което обхваща приблизително десет октави.
Октава е достатъчна голям интервалпромени в височината на тона; човек различава значително по-малки интервали. Така в десет октави, възприети от ухото, могат да се разграничат повече от хиляда градации на височината. Музиката използва по-малки интервали, наречени полутонове, които съответстват на промяна в честотата от приблизително 1,054 пъти.
Една октава е разделена на половин октава и една трета от октава. За последното е стандартизиран следният диапазон от честоти: 1; 1,25; 1.6; 2; 2,5; 3; 3,15; 4; 5; 6,3:8; 10, които са границите на една трета октави. Ако тези честоти са поставени на равни разстояния по честотната ос, получавате логаритмична скала. Въз основа на това всички честотни характеристики на устройствата за предаване на звук се изобразяват в логаритмична скала.
Силата на предаване зависи не само от интензивността на звука, но и от спектралния състав, условията на възприятие и продължителността на експозицията. Така два звучащи тона със средна и ниска честота, имащи еднакъв интензитет (или еднакво звуково налягане), не се възприемат от човек като еднакво силни. Поради това беше въведена концепцията за ниво на сила на звука във фонове, за да обозначи звуци с еднаква сила на звука. Нивото на силата на звука във фоновете се приема за нивото на звуково налягане в децибели на същия обем на чист тон с честота 1000 Hz, т.е. за честота от 1000 Hz нивата на звука във фоновете и децибелите са еднакви. При други честоти звуците може да изглеждат по-силни или по-тихи при същото звуково налягане.
Опитът на звуковите инженери при записване и редактиране на музикални произведения показва, че за по-добро откриване на звукови дефекти, които могат да възникнат по време на работа, нивото на звука по време на контролно слушане трябва да се поддържа високо, приблизително съответстващо на нивото на звука в залата.
При продължително излагане на интензивен звук, слуховата чувствителност постепенно намалява и колкото повече, толкова по-висока е силата на звука. Установеното намаляване на чувствителността е свързано с реакцията на слуха към претоварване, т.е. с естествената си адаптация.След известно прекъсване на слушането чувствителността на слуха се възстановява. Към това трябва да се добави, че слуховият апарат, когато възприема сигнали от високо ниво, въвежда свои собствени, така наречените субективни изкривявания (което показва нелинейността на слуха). Така при ниво на сигнала от 100 dB първият и вторият субективен хармоник достигат нива от 85 и 70 dB.
Значителното ниво на обем и продължителността на експозицията му причиняват необратими явления в слухов орган. Беше отбелязано, че прагът на слуха на младите хора рязко се е увеличил през последните години. Причината за това беше страстта към поп музиката, която е различна високи нивасила на звука.
Нивото на звука се измерва с електроакустичен уред - шумомер. Звукът, който се измерва, първо се преобразува в електрически вибрации от микрофона. След усилване от специален усилвател на напрежението, тези трептения се измерват със стрелка, настроена в децибели. За да може показанията на устройството да съответстват възможно най-точно на субективното възприемане на силата на звука, устройството е оборудвано със специални филтри, които променят чувствителността му към възприемане на звук с различни честоти в съответствие с характеристиките на слуховата чувствителност.
Важна характеристика на звука е тембърът. Способността на слуха да го различава ви позволява да възприемате сигнали с голямо разнообразие от нюанси. Звукът на всеки от инструментите и гласовете, благодарение на техните характерни нюанси, става многоцветен и добре разпознаваем.
Тембърът, като субективно отражение на сложността на възприемания звук, няма количествена оценка и се характеризира с качествени термини (красив, мек, сочен и др.). При предаване на сигнал по електроакустичен път, получените изкривявания засягат предимно тембъра на възпроизвеждания звук. Условието за правилно предаване на тембъра на музикалните звуци е неизкривеното предаване на спектъра на сигнала. Спектърът на сигнала е колекция от синусоидални компоненти на сложен звук.
Най-простият спектър е така нареченият чист тон, той съдържа само една честота. Звукът на музикалния инструмент е по-интересен: неговият спектър се състои от честотата на основния тон и няколко „примесни” честоти, наречени обертонове (по-високи тонове).Обертоновете са кратни на честотата на основния тон и обикновено са с по-малка амплитуда .
Тембърът на звука зависи от разпределението на интензитета върху обертонове. Звуците на различните музикални инструменти се различават по тембър.
По-сложен е спектърът от комбинации от музикални звуци, наречен акорд. В такъв спектър има няколко основни честоти заедно със съответните обертонове
Разликите в тембъра се дължат главно на ниско-средночестотните компоненти на сигнала, следователно голямо разнообразие от тембри се свързва със сигнали, разположени в долната част на честотния диапазон. Сигналите, принадлежащи към горната му част, с нарастването си все повече губят оцветяването на тембъра, което се дължи на постепенното излизане на техните хармонични компоненти извън границите на звуковите честоти. Това може да се обясни с факта, че до 20 или повече хармоници участват активно във формирането на тембъра на ниски звуци, средни 8 - 10, високи 2 - 3, тъй като останалите са или слаби, или попадат извън обхвата на чуваемото честоти. Следователно високите звуци, като правило, са по-бедни в тембър.
Почти всички естествени звукови източници, включително източници на музикални звуци, имат специфична зависимост на тембъра от силата на звука. Слухът също е приспособен към тази зависимост - за него е естествено да определя интензивността на източника по цвета на звука. По-силните звуци обикновено са по-резки.

Източници на музикален звук

Голямо влияниеКачеството на звука на електроакустичните системи се влияе от редица фактори, характеризиращи първичните източници на звук.
Акустичните параметри на музикалните източници зависят от състава на изпълнителите (оркестър, ансамбъл, група, солист и вид музика: симфонична, народна, естрадна и др.).

Произходът и формирането на звука на всеки музикален инструмент има своя специфика, свързана с акустичните характеристики на звукопроизводството на даден музикален инструмент.
Важен елемент от музикалния звук е атаката. Това е специфичен преходен процес, по време на който се установяват стабилни звукови характеристики: обем, тембър, височина. Всеки музикален звук преминава през три етапа - начало, среда и край, като както началният, така и крайният етап имат определена продължителност. начална фазанаречена атака. Продължителността му е различна: за щипкови инструменти, ударни и някои духови инструменти е с продължителност 0-20 ms, за фагот е с продължителност 20-60 ms. Атаката не е просто увеличаване на силата на звука от нула до някаква постоянна стойност; тя може да бъде придружена от същата промяна в височината на звука и неговия тембър. Освен това атакуващите характеристики на инструмента не са еднакви в различните части на неговия диапазон с различни стилове на свирене: цигулката е най-съвършеният инструмент по отношение на богатството от възможни изразителни методи за атака.
Една от характеристиките на всеки музикален инструмент е неговият честотен диапазон. В допълнение към основните честоти, всеки инструмент се характеризира с допълнителни висококачествени компоненти - обертонове (или, както е прието в електроакустиката, висши хармоници), които определят специфичния му тембър.
Известно е, че звуковата енергия е неравномерно разпределена в целия спектър от звукови честоти, излъчвани от източника.
Повечето инструменти се характеризират с усилване на основни честоти, както и на отделни обертонове, в определени (една или повече) относително тесни честотни ленти (форманти), различни за всеки инструмент. Резонансните честоти (в херци) на формантната област са: за тромпет 100-200, валдхорна 200-400, тромбон 300-900, тромпет 800-1750, саксофон 350-900, обой 800-1500, фагот 300-900, кларинет 250 -600 .
Друго характерно свойство на музикалните инструменти е силата на техния звук, която се определя от по-голямата или по-малка амплитуда (размах) на звучащото им тяло или въздушен стълб (по-голямата амплитуда съответства на по-силен звук и обратно). Пиковите стойности на акустичната мощност (във ватове) са: за голям оркестър 70, бас барабан 25, тимпани 20, малък барабан 12, тромбон 6, пиано 0,4, тромпет и саксофон 0,3, тромпет 0,2, контрабас 0. ( 6, малка флейта 0,08, кларинет, валдхорна и триъгълник 0,05.
Съотношението на звуковата мощност, извлечена от инструмент, когато се свири „фортисимо“, към силата на звука, когато се свири „пианисимо“, обикновено се нарича динамичен диапазон на звука на музикални инструменти.
Динамичният обхват на източника на музикален звук зависи от вида на изпълняващата група и естеството на изпълнението.
Нека разгледаме динамичния диапазон на отделните източници на звук. Динамичният диапазон на отделните музикални инструменти и ансамбли (оркестри и хорове с различни състави), както и гласове, се разбира като съотношение на максималното звуково налягане, създадено от даден източник, към минималното, изразено в децибели.
На практика, когато се определя динамичният обхват на източник на звук, обикновено се работи само с нивата на звуково налягане, като се изчислява или измерва съответната им разлика. Например, ако максималното ниво на звука на оркестър е 90, а минималното е 50 dB, тогава се казва, че динамичният диапазон е 90 - 50 = 40 dB. В този случай 90 и 50 dB са нива на звуково налягане спрямо нулево акустично ниво.
Динамичен диапазон за този източникзвукът е променлива величина. Това зависи от естеството на извършваната работа и от акустичните условия на помещението, в което се извършва изпълнението. Реверберацията разширява динамичния диапазон, който обикновено достига своя максимум в помещения с големи обеми и минимално звукопоглъщане. Почти всички инструменти и човешки гласове имат неравномерен динамичен диапазон в звуковите регистри. Например нивото на силата на звука на най-ниския звук на форте за вокалист е равно на нивото на най-високия звук на пиано.

Динамичният диапазон на определена музикална програма се изразява по същия начин, както при отделните звукови източници, но максималното звуково налягане се отбелязва с динамичен тон ff (фортисимо), а минималното с pp (пианисимо).

Най-високата сила на звука, посочена в нотите fff (форте, фортисимо), съответства на ниво на акустично звуково налягане от приблизително 110 dB, а най-ниската сила на звука, посочена в нотите ppr (пиано-пианисимо), приблизително 40 dB.
Трябва да се отбележи, че динамичните нюанси на изпълнение в музиката са относителни и връзката им със съответните нива на звуково налягане е до известна степен условна. Динамичният диапазон на определена музикална програма зависи от естеството на композицията. Така динамичният обхват на класическите произведения на Хайдн, Моцарт, Вивалди рядко надвишава 30-35 dB. Динамичният диапазон на поп музиката обикновено не надвишава 40 dB, докато този на денс и джаз музиката е само около 20 dB. Повечето произведения за оркестър на руски народни инструменти също имат малък динамичен диапазон (25-30 dB). Това важи и за духовия оркестър. Въпреки това, максималното ниво на звука на духовия оркестър в помещението може да достигне доста високо ниво (до 110 dB).

Маскиращ ефект

Субективната оценка на силата на звука зависи от условията, при които звукът се възприема от слушателя. В реални условия акустичен сигнал не съществува при абсолютна тишина. В същото време външният шум засяга слуха, усложнява възприятието на звука, маскирайки до известна степен основния сигнал. Ефектът от маскирането на чиста синусоида от външен шум се измерва чрез показваната стойност. с колко децибела се повишава прагът на чуваемост на маскирания сигнал над прага на възприемането му в тишина.
Експериментите за определяне на степента на маскиране на един звуков сигнал от друг показват, че тон с всякаква честота се маскира от по-ниски тонове много по-ефективно, отколкото от по-високи. Например, ако два камертона (1200 и 440 Hz) издават звуци с еднакъв интензитет, тогава спираме да чуваме първия тон, той се маскира от втория (като изгасим вибрацията на втория камертон, ще чуем първия отново).
Ако два сложни звукови сигнала, състоящи се от определени звукови честотни спектри, съществуват едновременно, тогава възниква ефект на взаимно маскиране. Освен това, ако основната енергия и на двата сигнала е в една и съща област на звуковия честотен диапазон, тогава ефектът на маскиране ще бъде най-силен.По този начин, когато предавате оркестрова пиеса, поради маскиране от акомпанимента, партията на солиста може да стане лоша разбираеми и нечуваеми.
Постигането на яснота или, както се казва, „прозрачност“ на звука при звукопредаване на оркестри или поп ансамбли става много трудно, ако инструмент или отделни групи оркестрови инструменти свирят в един или подобни регистри едновременно.
Директорът, когато записва оркестър, трябва да вземе предвид характеристиките на камуфлажа. На репетициите с помощта на диригента той установява баланс между силата на звука на инструментите от една група, както и между групите на целия оркестър. Яснотата на основните мелодични линии и отделните музикални части се постига в тези случаи чрез близкото разполагане на микрофоните до изпълнителите, съзнателния избор от звуковия инженер на най-важните инструменти в дадено място на произведението и друг специален звук. инженерни техники.
На явлението маскиране се противопоставя психофизиологичната способност на слуховите органи да отделят от общата маса звуци един или повече, които носят най-много важна информация. Например, когато свири оркестър, диригентът забелязва и най-малките неточности в изпълнението на дадена партия на който и да е инструмент.
Маскирането може значително да повлияе на качеството на предаване на сигнала. Ясното възприемане на получения звук е възможно, ако неговият интензитет значително надвишава нивото на компонентите на смущението, разположени в същата лента като приемания звук. При равномерни смущения превишението на сигнала трябва да бъде 10-15 dB. Тази особеност на слуховото възприятие е практическа употреба, например при оценка на електроакустичните характеристики на медиите. Така че, ако съотношението сигнал / шум на аналогов запис е 60 dB, тогава динамичният обхват на записаната програма може да бъде не повече от 45-48 dB.

Времеви характеристики на слуховото възприятие

Слухов апарат, като всяка друга осцилаторна система, е инерционна. Когато звукът изчезне слухово усещанене изчезва веднага, а постепенно, като намалява до нула. Времето, през което нивото на шума намалява с 8-10 фона, се нарича времеконстанта на слуха. Тази константа зависи от редица обстоятелства, както и от параметрите на възприемания звук. Ако до слушателя пристигнат два къси звукови импулса, еднакви по честотен състав и ниво, но единият от тях е забавен, тогава те ще бъдат възприети заедно със закъснение, не по-голямо от 50 ms. При големи интервали на забавяне и двата импулса се възприемат отделно и се получава ехо.
Тази характеристика на слуха се взема предвид при проектирането на някои устройства за обработка на сигнали, например електронни линии за забавяне, реверберации и др.
Трябва да се отбележи, че поради специалното свойство на слуха, усещането за силата на звука на краткотраен звуков импулс зависи не само от нивото му, но и от продължителността на въздействието на импулса върху ухото. Така краткотраен звук с продължителност само 10-12 ms се възприема от ухото по-тихо от звук със същото ниво, но засягащ слуха за например 150-400 ms. Следователно, когато слушате предаване, силата на звука е резултат от осредняване на енергията на звуковата вълна за определен интервал. В допълнение, човешкият слух има инерция, по-специално, когато възприема нелинейни изкривявания, той не ги усеща, ако продължителността на звуковия импулс е по-малка от 10-20 ms. Ето защо в индикаторите за ниво на звукозаписно битово радиоелектронно оборудване моментните стойности на сигнала се осредняват за период, избран в съответствие с времевите характеристики на слуховите органи.

Пространствено представяне на звука

Една от важните човешки способности е способността да определя посоката на източника на звук. Тази способност се нарича бинаурален ефект и се обяснява с факта, че човек има две уши. Експерименталните данни показват откъде идва звукът: един за високочестотни тонове, един за нискочестотни тонове.

Звукът преминава по-късо разстояние до ухото, обърнато към източника, отколкото до другото ухо. В резултат на това налягането на звуковите вълни в ушните канали варира във фаза и амплитуда. Разликите в амплитудата са значителни само при високи честоти, когато дължината на звуковата вълна стане сравнима с размера на главата. Когато разликата в амплитудата надвишава прагова стойност от 1 dB, източникът на звук изглежда от страната, където амплитудата е по-голяма. Ъгълът на отклонение на източника на звук от централната линия (линията на симетрия) е приблизително пропорционален на логаритъма на отношението на амплитудата.
За да се определи посоката на източник на звук с честоти под 1500-2000 Hz, фазовите разлики са значителни. На човек му се струва, че звукът идва от страната, от която вълната, която е напред по фаза, достига до ухото. Ъгълът на отклонение на звука от средната линия е пропорционален на разликата във времето на достигане на звуковите вълни до двете уши. Обучен човек може да забележи фазова разлика с времева разлика от 100 ms.
Способността за определяне на посоката на звука във вертикалната равнина е много по-слабо развита (около 10 пъти). Тази физиологична особеност е свързана с ориентацията на слуховите органи в хоризонталната равнина.
Специфична особеност на пространственото възприятие на звука от човек се проявява във факта, че слуховите органи са в състояние да усетят цялостната интегрална локализация, създадена с помощта на изкуствени средства за въздействие. Например, в една стая два високоговорителя са монтирани отпред на разстояние 2-3 м един от друг. Слушателят се намира на същото разстояние от оста на свързващата система, строго в центъра. В една стая през високоговорителите се излъчват два звука с еднаква фаза, честота и интензитет. В резултат на идентичността на звуците, преминаващи в органа на слуха, човек не може да ги раздели, неговите усещания дават идеи за един, привиден (виртуален) източник на звук, който се намира строго в центъра на оста на симетрия.
Ако сега намалим силата на звука на един високоговорител, видимият източник ще се премести към по-силния високоговорител. Илюзията за движещ се източник на звук може да се получи не само чрез промяна на нивото на сигнала, но и чрез изкуствено забавяне на един звук спрямо друг; в този случай видимият източник ще се измести към високоговорителя, излъчващ сигнала предварително.
За да илюстрираме интегралната локализация, даваме пример. Разстоянието между високоговорителите е 2 м, разстоянието от предната линия до слушателя е 2 м; за да може източникът да се премести на 40 cm наляво или надясно, е необходимо да се подадат два сигнала с разлика в нивото на интензитет от 5 dB или с времезакъснение от 0,3 ms. При разлика в нивото от 10 dB или времезакъснение от 0,6 ms, източникът ще се „премести“ на 70 cm от центъра.
По този начин, ако промените звуковото налягане, създадено от високоговорителя, възниква илюзията за преместване на източника на звук. Това явление се нарича обобщена локализация. За създаване на обобщена локализация се използва двуканална стереофонична система за предаване на звук.
В основната стая са монтирани два микрофона, всеки от които работи на свой канал. Вторият има два високоговорителя. Микрофоните са разположени на определено разстояние един от друг по линия, успоредна на разположението на звуковия излъчвател. При преместване на звуковия излъчвател, различно звуково налягане ще действа върху микрофона и времето на пристигане на звуковата вълна ще бъде различно поради неравномерното разстояние между звуковия излъчвател и микрофоните. Тази разлика създава общ ефект на локализация във вторичната стая, в резултат на което видимият източник се локализира в определена точка в пространството, разположена между два високоговорителя.
Трябва да се каже за бинауралната система за предаване на звук. С тази система, наречена система с изкуствена глава, два отделни микрофона се поставят в основната стая, разположени на разстояние един от друг, равно на разстоянието между ушите на човек. Всеки от микрофоните има самостоятелен канал за предаване на звук, чийто изход във второто помещение включва телефони за ляво и дясно ухо. Ако каналите за предаване на звука са идентични, такава система точно предава бинауралния ефект, създаден близо до ушите на „изкуствената глава“ в основната стая. Да имаш слушалки и да ги използваш дълго време е недостатък.
Органът на слуха определя последователно разстоянието до източника на звук косвени признации с някои грешки. В зависимост от това дали разстоянието до източника на сигнала е малко или голямо, субективната му оценка се променя под въздействието различни фактори. Установено е, че ако определените разстояния са малки (до 3 m), то субективната им оценка е почти линейно свързана с изменението на силата на звука на движещия се по дълбочина източник на звук. Допълнителен фактор за сложен сигнал е неговият тембър, който става все по-„тежък" с приближаването на източника към слушателя. Това се дължи на нарастващото усилване на ниските обертонове в сравнение с високите обертонове, причинено от произтичащото увеличаване на нивото на звука.
За средни разстояния от 3-10 m, преместването на източника от слушателя ще бъде придружено от пропорционално намаляване на силата на звука и тази промяна ще се прилага еднакво за основната честота и хармоничните компоненти. В резултат на това има относително засилване на високочестотната част на спектъра и тембърът става по-ярък.
С увеличаване на разстоянието загубите на енергия във въздуха ще се увеличат пропорционално на квадрата на честотата. Повишената загуба на обертонове от висок регистър ще доведе до намалена тембрална яркост. По този начин субективната оценка на разстоянията е свързана с промени в неговия обем и тембър.
В затворено помещение сигналите на първите отражения, закъснели спрямо директното отражение с 20-40 ms, се възприемат от органа на слуха като идващи от различни посоки. В същото време нарастващото им забавяне създава впечатлението за значително разстояние от точките, от които възникват тези отражения. Така по времето на забавяне може да се прецени относителното разстояние на вторичните източници или, което е същото, размерът на помещението.

Някои особености на субективното възприемане на стереофонични предавания.

Стереофоничната система за предаване на звук има редица важни характеристики в сравнение с конвенционалната монофонична.
Качеството, което отличава стереофоничния звук, силата на звука, т.е. естествената акустична перспектива може да бъде оценена с помощта на някои допълнителни индикатори, които нямат смисъл при техника за монофонично предаване на звук. Такива допълнителни показатели включват: ъгъл на слуха, т.е. ъгълът, под който слушателят възприема стереофоничната звукова картина; стерео резолюция, т.е. субективно обусловена локализация на отделни елементи от звуковия образ в определени точки от пространството в рамките на ъгъла на чуваемост; акустична атмосфера, т.е. ефектът да се даде на слушателя усещане за присъствие в основната стая, където се случва предаваното звуково събитие.

За ролята на акустиката на помещението

Цветен звук се постига не само с помощта на оборудване за възпроизвеждане на звук. Дори при сравнително добро оборудване качеството на звука може да е лошо, ако стаята за слушане няма определени свойства. Известно е, че в затворена стая възниква феномен на носов звук, наречен реверберация. Като засяга органите на слуха, реверберацията (в зависимост от нейната продължителност) може да подобри или влоши качеството на звука.

Човек в стая възприема не само директни звукови вълни, създадени директно от източника на звук, но и вълни, отразени от тавана и стените на стаята. Отразените вълни се чуват известно време след като източникът на звук е спрял.
Понякога се смята, че отразените сигнали играят само отрицателна роля, пречейки на възприемането на основния сигнал. Тази идея обаче е неправилна. Определена част от енергията на първоначално отразените ехо сигнали, достигайки до ушите на човека с кратки закъснения, усилва основния сигнал и обогатява звука му. За разлика от това, по-късно отразено ехо. чието време на забавяне надвишава определена критична стойност, образуват звуков фон, който затруднява възприемането на основния сигнал.
Стаята за слушане не трябва да има многореверберация. Всекидневните, като правило, имат малко реверберация поради ограничения си размер и наличието на звукопоглъщащи повърхности, мека мебел, килими, завеси и др.
Препятствията с различно естество и свойства се характеризират с коефициент на звукопоглъщане, който е отношението на погълнатата енергия към обща енергияпадаща звукова вълна.

За да увеличите звукопоглъщащите свойства на килима (и да намалите шума в хола), препоръчително е да окачите килима не близо до стената, а с разстояние от 30-50 mm).