Узнай о звуке больше
Одно из пяти чувств, доступных человеку, – слух. С помощью него мы слышим окружающий мир.
У большинства из нас есть звуки, которые мы помним из детства. У кого-то это голоса родных и близких, или скрип деревянных половиц в бабушкином доме, или, может быть, это стук колес поезда по железной дороге, которая была рядом. У каждого они будут своими.
Что вы ощущаете, когда слышите или вспоминаете звуки, знакомые из детства? Радость, ностальгию, грусть, тепло? Звук способен передавать эмоции, настроение, побуждать к действию или, наоборот, успокаивать и расслаблять.
Кроме этого, звук используется в самых разных сферах человеческой жизни – в медицине, в обработке материалов, в исследованиях морских глубин и многих, многих других.
При этом, с точки зрения физики, это всего лишь природное явление – колебания упругой среды, а значит, как и у любого природного явления, у звука есть характеристики, некоторые из которых можно измерить, другие – же только услышать.
Выбирая музыкальную аппаратуру, читая обзоры и описания, мы часто сталкиваемся с большим количеством этих самых характеристик и терминов, которые авторы используют без соответствующих уточнений и пояснений. И если некоторые из них понятны и очевидны каждому, то другие для неподготовленного человека не несут в себе никакого смысла. Поэтому мы решили простым языком рассказать вам про эти непонятные и сложные, на первый взгляд, слова.
Если вспомнить своё знакомство с портативным звуком, то началось оно довольно давно, и был это вот такой кассетный плеер, подаренный мне родителями на Новый год.
Он иногда жевал пленку, и тогда приходилось распутывать ее скрепками и крепким словом. Он поглощал батарейки с аппетитом, которому позавидовал бы Робин Бобин Барабек (который скушал сорок человек), а значит, и мои, на тот момент весьма скудные сбережения обычного школьника. Но все неудобства меркли по сравнению с главным плюсом — плеер давал непередаваемое ощущение свободы и радости! Так я «заболел» звуком, который можно взять с собой.
Однако я погрешу против истины, если скажу, что с того времени всегда был неразлучен с музыкой. Были периоды, когда было не до музыки, когда в приоритете было совсем другое. Однако все это время я старался быть в курсе происходящего в мире портативного аудио, и, так сказать, держать руку на пульсе.
Когда появились смартфоны, оказалось, что эти мультимедийные комбайны умеют не только звонить и обрабатывать огромные объемы данных, но, что было намного важней для меня, хранить и воспроизводить огромное количество музыки.
Первый раз я «подсел» на «телефонный» звук, когда послушал, как звучит один из музыкальных смартфонов, в котором были использованы самые передовые на тот момент компоненты обработки звука (до этого, признаюсь, не воспринимал всерьез смартфон в качестве устройства для прослушивания музыки). Я очень хотел себе этот телефон, но не мог себе его позволить. При этом я начал следить за модельным рядом этой компании, зарекомендовавшей себя в моих глазах как производитель качественного звука, однако получалось так, что наши с ней пути постоянно расходились. С того времени я владел различной музыкальной техникой, но не перестаю искать для себя по-настоящему музыкальный смартфон, который бы мог по праву носить такое имя.
Росли мои знания о портативном звуке, а вместе со знаниями росло и понимание того, на что в первую очередь обращать внимание, а чем можно пожертвовать. Этими знаниями хотелось бы поделиться с вами, уважаемые читатели.
Характеристики
Среди всех характеристик звука профессионал с ходу может огорошить вас десятком определений и параметров, на которые, по его мнению, вы обязательно, ну вот прям непременно должны обратить внимание и, не дай бог, какой-то параметр не будет учтен – беда…
Скажу сразу, я не сторонник подобного подхода. Ведь обычно мы выбираем оборудование не для «международного конкурса аудиофилов», а всё же для себя любимых, для души.
Все мы разные, и все мы ценим в звуке что-то свое. Кому-то нравится звук «побасовее», кому-то, наоборот, чистый и прозрачный, для кого-то окажутся важными определенные параметры, а для кого-то – совершенно другие. Все ли параметры одинаково важны и какими они бывают? Давайте разбираться.
Случалось ли вам сталкиваться с тем, что одни наушники играют на вашем телефоне так, что приходится делать тише, а другие, наоборот, заставляют выкручивать громкость на полную и всё равно не хватает?
В портативной технике немаловажную роль в этом играет сопротивление. Зачастую именно по значению этого параметра можно понять, будет ли вам хватать громкости.
Сопротивление
Измеряется в Омах (Ом).
Георг Симон Ом — немецкий физик, вывел и подтвердил на опыте закон, выражающий связь между силой тока в цепи, напряжением и сопротивлением (известен как закон Ома).
Данный параметр еще называют импеданс.
Значение почти всегда бывает указано на коробке либо в инструкции к аппаратуре.
Бытует мнение, что высокоомные наушники играют тихо, а низкоомные наушники — громко, и для высокоомных наушников нужен источник звука помощнее, а низкоомным хватит и смартфона. Также часто можно услышать выражение – не всякий плеер сможет «раскачать» эти наушники.
Запомните, на одном и том же источнике низкоомные наушники будут звучать громче. Несмотря на то, что с точки зрения физики это не совсем верно и есть нюансы, фактически это самый простой способ описать значение этого параметра.
Для портативной техники (портативные плееры, смартфоны) чаще всего выпускаются наушники с сопротивлением 32 Ом и ниже, однако следует иметь в виду, что для различного типа наушников низким будет считаться разное сопротивление. Так, для полноразмерных наушников импеданс до 100 Ом считается низкоомным, выше 100 Ом – высокоомным. Для наушников же внутриканального типа («затычки» или вкладыши) показатель сопротивления до 32 Ом считается низкоомным, выше 32 ОМ – высокоомным. Поэтому, выбирая наушники, обращайте внимание не только на само значение сопротивления, но и на тип наушников.
Важно: чем выше сопротивление наушников, тем чище будет звук и тем дольше будет работать плеер или смартфон в режиме воспроизведения, т.к. высокоомные наушники потребляют меньше тока, а это, в свою очередь, означает меньше искажений сигнала.
АЧХ (амплитудно-частотная характеристика)
Часто в обсуждении того или иного устройства, будь то наушники, колонки или автомобильный сабвуфер, можно услышать характеристику — «качает/не качает». Узнать, будет ли устройство, например, «качать» либо больше подойдет для любителей вокала, можно и не слушая его.
Для этого достаточно найти в описании устройства его АЧХ.
Как читать такой график?
График позволяет понять, как устройство воспроизводит и другие частоты. При этом чем меньше перепадов, тем точнее аппаратура может передать исходный звук, а значит, тем ближе звук получится к оригиналу.
Если в первой трети нет ярко выраженных «горбов», то значит наушники не сильно «басовитые», а если наоборот, то они будут «качать», то же относится и к другим участкам АЧХ.
Таким образом, глядя на АЧХ, мы можем понять, какой у аппаратуры тембральный/тональный баланс. С одной стороны, можно подумать, что идеальным балансом будет считаться прямая линия, но так ли это?
Давайте попробуем разобраться подробнее. Так уж получилось, что человек для общения использует в основном средние частоты (СЧ) и, соответственно, лучше всего способен различать именно эту полосу частот. Если сделать устройство с «идеальным» балансом в виде прямой линии, боюсь, что прослушивание музыки на таком оборудовании вам не очень понравится, так как скорее всего высокие и низкие частоты будут звучать не так хорошо, как средние. Выход – искать свой баланс с учетом физиологических особенностей слуха и назначения оборудования. Для голоса один баланс, для классической музыки – другой, для танцевальной – третий.
По графику выше видно, какой баланс у данных наушников. Низкие и высокие частоты выражены больше, в отличие от средних, которых меньше, что характерно для большинства продуктов. Однако наличие «горба» на низких частотах не обязательно означает качество этих самых низких частот, так как они могут оказаться хоть и в большом количестве, но плохого качества – бубнящие, гудящие.
На итоговый результат будет влиять множество параметров, начиная от того, насколько грамотно была рассчитана геометрия корпуса, и заканчивая тем, из каких материалов сделаны элементы конструкции, и узнать это зачастую можно, только послушав наушники.
Чтобы до прослушивания примерно представлять, насколько качественным будет наш звук, после АЧХ следует обратить внимание на такой параметр, как коэффициент гармонических искажений.
Коэффициент гармонических искажений
По сути, это основной параметр, определяющий качество звучания. Вопрос только в том, что для вас качество. Например, всем известные наушники Beats by Dr. Dre на частоте 1кГц имеют коэффициент гармонических искажений почти 1,5% (выше 1.0% считается довольно посредственным результатом). При этом, как ни странно, указанные наушники популярны у потребителей.
Этот параметр желательно знать для каждой конкретной группы частот, потому что для разных частот допустимые значения разнятся. Например, для низких частот допустимым значением можно считать и 10%, а вот для высоких уже не более того самого 1%.
Не все производители любят указывать этот параметр на своих продуктах, т.к., в отличие от той же громкости, его довольно непросто соблюсти. Поэтому, если на устройстве, которое вы выбираете, есть подобный график и в нем вы видите величину не более 0,5%, следует присмотреться к этому устройству повнимательнее – это очень хороший показатель.
Мы уже знаем, как выбрать наушники/колонки, которые будут играть громче на вашем устройстве. Но как понять, насколько громко они будут играть?
Для этого существует параметр, о котором вы скорее всего не раз слышали. Его очень любят использовать ночные клубы в своих рекламных материалах, чтобы показать, насколько громко будет на вечеринке. Этот параметр измеряется в децибелах.
Чувствительность (громкость, уровень шума)
Децибел (дБ), единица измерения интенсивности звука – названа так в честь Александра Грэма Бэлла.
Александр Грэм Белл — учёный, изобретатель и бизнесмен шотландского происхождения, один из основоположников телефонии, основатель компании Bell Labs (бывш. Bell Telephone Company), определившей всё дальнейшее развитие телекоммуникационной отрасли в США.
Данный параметр неразрывно связан с сопротивлением. Достаточным принято считать уровень в 95-100 дБ (на самом деле это очень много).
Например, рекорд громкости был установлен группой Kiss 15 июля 2009 года на концерте в Оттаве. Громкость звука составила 136 дБ. По этому параметру группа Kiss обошла целый ряд знаменитых конкурентов, среди которых такие группы, как The Who, Metallica и Manowar.
При этом неофициальный рекорд принадлежит американской команде The Swans. По неподтверждённым сведениям, на нескольких концертах этой группы звук достигал громкости в 140 дБ.
Если захотите повторить или превзойти этот рекорд, помните, что громкий звук может быть расценен как нарушение общественного порядка – для Москвы, например, нормы предусматривают уровень звука, эквивалентный ночью 30 дБА, днем – 40 дБА, максимальный — 45 дБА ночью, 55 дБА днем.
И если с громкостью более-менее понятно, то вот следующий параметр понять и отследить не так-то просто, как предыдущие. Речь идет о динамическом диапазоне.
Динамический диапазон
По сути, это разница между самым громкими и тихими звуками без отсечения частот (перегрузки).
Каждый, кто хоть раз бывал в современном кинотеатре, испытывал на себе, что такое широкий динамический диапазон. Это тот самый параметр, благодаря которому вы слышите и, например, звук выстрела во всей его красе, и шорох ботинок крадущегося по крыше снайпера, который этот выстрел произвел.
Больший диапазон у вашей аппаратуры означает большее количество звуков, которое без потерь сможет передать ваше устройство.
При этом оказывается, что недостаточно передать максимально широкий динамический диапазон, нужно умудриться сделать это так, чтобы каждую частоту было не просто слышно, а слышно качественно. За это отвечает один из тех параметров, который без труда сможет оценить практически каждый при прослушивании высококачественной записи на интересующей его аппаратуре. Речь идет о детализации.
Детализация
Это умение аппаратуры разделять звук по частотам – низкие, средние, высокие (НЧ, СЧ, ВЧ).
Именно от этого параметра зависит то, насколько отчетливо будет слышно отдельные инструменты, то, насколько детальной будет музыка, не превратится ли она в просто в мешанину звуков.
Однако даже при самой лучшей детализации различная аппаратура может давать совершенно разные впечатления от прослушивания.
Это зависит от умения аппаратуры локализовать источники звука.
В обзорах музыкальной техники данный параметр нередко делят на две составляющих – стереопанорама и глубина.
Стереопанорама
В обзорах этот параметр обычно описывают как широкий или узкий. Давайте разберемся, что это такое.
Из названия понятно, что речь идет про ширину чего-либо, но чего?
Представьте, что вы сидите (стоите) на концерте вашей любимой группы или исполнителя. И перед вами на сцене в определенном порядке расставлены инструменты. Одни ближе к центру, другие дальше.
Представили? Пусть они начнут играть.
А теперь закройте глаза и попробуйте отличить, где находится тот или иной инструмент. Думаю, у вас без труда это получится.
А если инструменты поставить перед вами в одну линию друг за другом?
Доведем ситуацию до абсурда и сдвинем инструменты вплотную друг к другу. И… посадим трубача на рояль.
Как думаете, понравится вам такое звучание? Получится разобрать, где какой инструмент?
Последние два варианта чаще всего можно слышать в некачественной аппаратуре, производителю которой неважно, какой звук выдает его продукт (как показывает практика, цена при этом совсем не показатель).
Качественные наушники, колонки, музыкальные системы должны уметь выстраивать правильную стереопанораму в вашей голове. Благодаря этому, слушая музыку через хорошую аппаратуру, можно услышать, где расположен каждый инструмент.
Однако даже при умении аппаратуры создавать великолепную стереопанораму такое звучание все равно будет ощущаться неестественным, плоским из-за того, что в жизни мы воспринимаем звук не только в горизонтальной плоскости. Поэтому не менее важным оказывается такой параметр, как глубина звука.
Глубина звука
Вернемся на наш вымышленный концерт. Пианиста и скрипача отодвинем немного вглубь нашей сцены, а гитариста и саксофониста поставим чуть вперед. Вокалист же займет по праву принадлежащее ему место перед всеми инструментами.
На своей музыкальной аппаратуре вы это услышали?
Поздравляем, ваше устройство умеет создавать эффект пространственного звучания через синтез панорамы мнимых источников звука. А если проще, то у вашей аппаратуры хорошая локализация звука.
Если речь идет не о наушниках, то данный вопрос решается достаточно просто – используются несколько излучателей, расставленных вокруг, позволяющих разделить источники звука. Если же речь идет о ваших наушниках и в них это слышно, поздравляем вас второй раз, у вас весьма неплохие наушники по данному параметру.
Ваша аппаратура имеет широкий динамический диапазон, отлично сбалансирована и удачно локализует звук, но готова ли она к резким перепадам звука и стремительному нарастанию и спаду импульсов?
Как у нее с атакой?
Атака
Из названия, по идее, понятно, что это что-то стремительное и неотвратимое, как удар батареи «Катюш».
А если серьезно, вот что нам говорит об этом Википедия: Атака звука — первоначальный импульс звукоизвлечения, необходимый для образования звуков при игре на каком-либо музыкальном инструменте или при пении вокальных партий; некоторые нюансировочные характеристики различных способов звукоизвлечения, исполнительских штрихов, артикуляции и фразировки.
Если попытаться перевести это на понятный язык, то это скорость нарастания амплитуды звука до достижения заданного значения. А если еще понятней — если у вашей аппаратуры плохо с атакой, то яркие композиции с гитарами, живыми ударными и быстрыми перепадами звука будут звучать ватно и глухо, а значит, прощай хороший hard rock и иже с ним…
Кроме всего прочего, в статьях часто можно встретить такой термин, как сибилянты.
Сибилянты
Дословно – свистящие звуки. Согласные звуки, при произношении которых поток воздуха стремительно проходит между зубами.
Помните этого товарища из диснеевского мультфильма про Робина Гуда?
Вот в его речи очень, очень много сибилянтов. И если ваша аппаратура так же свистит и шипит, то увы, это не очень хороший звук.
Ремарка: кстати, сам Робин Гуд из этого мультфильма подозрительно похож на Лиса из не так давно вышедшего на экраны диснеевского же мультфильма «Зверополис». Дисней, ты повторяешься 🙂
Песок
Что значит, когда автор пишет, что в высоких частотах, на большой громкости слышно «песок»?
Еще один субъективный параметр, который невозможно измерить. А можно только услышать.
По своей сути близок к сибилянтам, выражается в том, что на большой громкости, при перегрузке, высокие частоты начинают распадаться на части и появляется эффект сыплющегося песка, а иногда и высокочастотное дребезжание. Звук становится каким-то шершавым и при этом рыхлым. Чем раньше это происходит, тем хуже, и наоборот.
Попробуйте дома, с высоты в несколько сантиметров, медленно высыпать горсть сахарного песка на металлическую крышку от кастрюли. Услышали? Вот, это оно.
Ищите звук, в котором нет песка.
Частотный диапазон
Одним из последних непосредственных параметров звука, который хотелось бы рассмотреть, является частотный диапазон.
Измеряется в герцах (Гц).
Генрих Рудольф Герц, основное достижение — экспериментальное подтверждение электромагнитной теории света Джеймса Максвелла. Герц доказал существование электромагнитных волн. Именем Герца с 1933 года называется единица измерения частоты, которая входит в международную метрическую систему единиц СИ.
Это тот параметр, который вы с вероятностью в 99% найдете в описании практически любой музыкальной техники. Почему же я оставил его на потом?
Начать следует с того, что человек слышит звуки, находящиеся в определенном частотном диапазоне, а именно от 20 Гц до 20000 Гц. Всё, что выше этого значения, – ультразвук. Все, что ниже, – инфразвук. Они недоступны человеческому слуху, зато доступны братьям нашим меньшим. Это знакомо нам из школьных курсов физики и биологии.
На деле же у большинства людей реальный слышимый диапазон куда скромнее, причем, у женщин слышимый диапазон сдвинут вверх относительно мужского, поэтому мужчины лучше различают низкие, а женщины высокие частоты.
Зачем же тогда производители на своих продуктах указывают диапазон, выходящий за рамки нашего восприятия? Может быть, это только маркетинг?
И да, и нет. Человек не только слышит, но и чувствует, ощущает звук.
Доводилось ли вам стоять вблизи играющей большой колонки или сабвуфера? Вспомните свои ощущения. Звук не только слышен, он еще и ощущается всем телом, имеет давление, силу. Поэтому чем больший диапазон указан на вашей аппаратуре, тем лучше.
Однако всё же не стоит придавать этому показателю слишком большое значение — редко встретишь аппаратуру, частотный диапазон которой уже границ человеческого восприятия.
Дополнительные характеристики
Все вышеперечисленные характеристики напрямую относятся к качеству воспроизводимого звука. Однако на итоговый результат, а значит, и на удовольствие от просмотра/прослушивания, влияет и то, какого качества у вас исходный файл и какой источник звука вы используете.
Форматы
Эта информация у всех на слуху, и большинство и так об этом знает, но на всякий случай напомним.
Всего выделяют три основных группы звуковых форматов файлов:
- аудиоформаты без сжатия, такие как WAV, AIFF
- аудиоформаты со сжатием без потерь (APE, FLAC)
- аудиоформаты со сжатием с потерями (MP3, Ogg)
Более подробно об этом рекомендуем прочесть, обратившись к Википедии.
Мы же для себя отметим, что использовать форматы APE, FLAC имеет смысл, если у вас аппаратура профессионального либо полупрофессионального уровня. В остальных же случаях обычно хватает возможностей формата MP3, пережатого из качественного источника с битрейтом от 256 кбит/сек (чем выше битрейт, тем меньше было потерь при сжатии звука). Однако это скорее дело вкуса, слуха и индивидуальных предпочтений.
Источник
Не менее важным является и качество источника звука.
Раз уж речь изначально шла про музыку на смартфонах, давайте рассмотрим именно этот вариант.
Еще не так давно звук был аналоговым. Помните бобины, кассеты? Это аналоговый звук.
И в ваших наушниках вы слышите аналоговый звук, который прошел две стадии преобразования. Сначала его из аналогового преобразовали в цифровой, а затем перед подачей на наушник/колонку обратно преобразовали в аналоговый. И от того, какого качества было это преобразование, в итоге будет зависеть результат – качество звучания.
В смартфоне за этот процесс отвечает ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь.
Чем качественнее ЦАП, тем качественнее будет звук, который вы услышите. И наоборот. Если ЦАП в устройстве посредственный, то какими бы ни были ваши колонки или наушники, о высоком качестве звука можно забыть.
Все смартфоны можно разделить на две основных категории:
- Смартфоны с выделенным ЦАП
- Смартфоны со встроенным ЦАП
На данный момент производством ЦАП для смартфонов занимается большое количество производителей. Что выбрать, вы можете решить, воспользовавшись поиском и прочитав описание того или иного устройства. Однако не забывайте, что и среди смартфонов со встроенным ЦАП, и среди смартфонов с выделенным ЦАП есть образцы с очень хорошим звуком и не очень, потому как немаловажную роль играют оптимизация операционной системы, версия прошивки и то приложение, через которое вы слушаете музыку. Кроме этого, существуют программные аудиомоды ядра, позволяющие улучшить итоговое качество звучания. И если инженеры и программисты в компании делают одно дело и делают его грамотно, то результат оказывается заслуживающим внимания.
При этом важно знать, что при прямом сравнении двух устройств, одно из которых оснащено качественным встроенным ЦАП, а другое – хорошим выделенным ЦАП, выигрыш неизменно будет за последним.
Заключение
Звук – неисчерпаемая тема.
Надеюсь, что благодаря этому материалу многое в музыкальных обзорах и текстах стало для вас понятнее и проще, а незнакомая ранее терминология обрела дополнительный смысл и значение, ведь всё легко, когда знаешь.
Обе части нашего ликбеза про звук написаны при поддержке компании Meizu. Вместо обычного расхваливания аппаратов мы решили сделать для вас полезные и интересные статьи и обратить внимание на важность источника воспроизведения при получении качественного звука.
Зачем это нужно для Meizu? На днях начался предзаказ нового музыкального флагмана Meizu Pro 6 Plus, поэтому компании важно, чтобы обычный пользователь знал о нюансах качественного звука и ключевой роли источника воспроизведения. Кстати, оформив оплаченный предзаказ до конца года, вы получите в подарок к смартфону гарнитуру Meizu HD50.
А еще мы подготовили для вас музыкальную викторину с развернутыми комментариями по каждому вопросу, рекомендуем попробовать свои силы:
Звук в цифрах
При покупке звукового оборудования, будь то наушники, микрофон, звуковая карта и т.д., вы выбираете его по тем или иным характеристикам, а кто-то просто по отзывам и совету продавца, потому что не особо разбирается в тех цифрах, что представлены в описании товара. Давайте же станем покупателями, которые делают свой выбор осознанно, покупая товар за его характеристики, а не репутацию. Поэтому данная статья будет посвящена звуку и тем его характеристикам, которые можно измерить и выразить в цифрах, на примерах устройств звукоусиления (наушников и акустических систем).
Вспомним школьный курс физики, который учил нас, что звук — это механическая волна, т.е. колебания, распространяющиеся в среде, и курс биологии, рассказывающий, что эти колебания воспринимаются нашим ухом и преобразуются в нервные импульсы, посылаемые в мозг и воспринимаемые как конкретные звуки. Звуковые волны – это волны сжатия и разряжения воздушной среды, в которой звук распространяется. Основными характеристиками звука являются его высота, определяемая частотой, и громкость, определяемая амплитудой. Если говорить о музыкальном звуке, то стоит добавить две характеристики: длительность и тембр.
Высота
Высота звука, как было сказано выше, определяется частотой колебаний. Причем зависимость эта не линейная, а представляет собой геометрическую прогрессию. Если говорить об инструменте, то частота зависит от толщины, длины и упругости струны, например.
Человеческое ухо способно воспринимать звуки в частотном диапазоне 16 — 20000 Гц, хотя верхняя граница незначительно изменяется с возрастом. Низкие звуки хорошо воспринимаются в любом возрасте. В музыке используется диапазон наиболее четкого восприятия звука: 16 – 4500 Гц.
Если говорить о наушниках, то чаще всего в их характеристиках можно встретить следующие цифры: 20 – 20000 Гц, которые и означают диапазон воспроизводимых частот. Эти цифры не несут практически никакой информации о звуке наушников и не позволяет сравнивать разные модели. Строго говоря, нет никаких стандартов по поводу измерения и указания частотного диапазона наушников, поэтому производитель может и не указывать этот параметр. Но некоторые покупатели являются жертвами маркетинга, и, когда видят, что указан расширенный диапазон, например, 15-21000 Гц, бегут приобретать модель с уникальными характеристиками. Хотя нижние и верхние границы они просто не услышат… Хотя границы частотного диапазона говорят о том, что окончательные спады АЧХ начинаются только у этих дальних границ, а не раньше. Поэтому заниженная нижняя граница позволяет надеяться, что нижний бас в данной модели хотя бы присутствует.
Громкость
Громкость звука – это отражение в восприятии силы звука. Громкость определяет уровень мощности, которая зависит от амплитуды звукового сигнала. Ухо воспринимает не мощность, а звуковое давление на барабанную перепонку, то есть звуковую энергию, приходящуюся на единицу площади, получаемую от источника, находящегося на расстоянии 1 метр.
Громкость выражается в децибелах (дБ). Минимальная громкость, которую слышит человек, называется порог слышимости. Громкость, при которой человек испытывает боль, называется болевым порогом. Интервал между порогом слышимости и болевым порогом Александр Бел поделили на 13 ступеней, создав, таким образом, шкалу звуковой мощности.
Т.е. увеличение на сколько-то дБ приводит к увеличению восприятия громкости в несколько раз. Попробуем объяснить на конкретных цифрах:
Добавить 10 дБ = увеличить громкость в 2 раза.
Добавить 20 дБ = увеличить громкость в 4 раза.
Добавить 40 дБ = увеличить громкость в 16 раз.
Добавить 60 дБ = увеличить громкость в 1 000 000 раз и так далее
Еще немного цифр.
Увеличиваем расстояние до источника звука в 2 раза = минус 6 дБ.
Увеличиваем расстояние до источника звука в 10 раз = минус 20 дБ.
Вы можете подумать, что это какая-то странная и непонятная зависимость. И будете правы, ибо она не линейная, а логарифмическая, то есть добавление единицы в несколько раз увеличивает результат.
Следует также отметить, что громкость — это характеристика субъективная, зависящая от частоты. Что интересно, человек воспринимает одинаковую громкость на разных частотах как звуки разной громкости.
Чувствительность
Чувствительность – параметр, который часто указывается производителями акустических систем. Для АС чувствительность – это интенсивность звукового давления, измеренная на расстоянии 1 м от источника звука частотой 1000 Гц и мощностью 1 Вт. Чувствительность — величина относительная и измеряется в децибелах относительно порога слышимости. Можно встретить такое обозначение — уровень характеристической чувствительности или SPL, указываемый в дБ/Вт*м.
Для характеристики наушников чувствительность указывается по отношению к мощности (дБ/мВт), что не совсем удобно. Гораздо удобнее выражать чувствительность относительно напряжения (дБ/В), тогда её можно брать прямо из АЧХ на частоте 1 кГц.
Если представлять чувствительность относительно напряжения, то можно оценить зависимость громкости звука от подаваемого напряжения (а изменение громкости источника – это и есть изменение напряжения). Сочетание высокой чувствительности и низкого сопротивления обеспечивают более высокую громкость, но, при этом вероятно появление лишних шумов в наушниках, которые будут слышны только тогда, когда не играет музыка, а некоторых это раздражает.
Мощность
Если снова обратиться к курсу физики, то мощность – это энергия, выделяемая в единицу времени. Поэтому более мощный звук не означает более громкий. Мощность – это скорее про механическую надежность акустической системы, а не про ее громкость. Поясним: мощность, указываемая производителем в паспорте динамика или системы, гарантирует, что при подаче сигнала данной мощности динамическая головка не выйдет из строя. То есть мощность – это не параметр звука, а технический параметр, который влияет на громкость.
Мощность акустической системы можно измерит разными способами и в разных условиях. Но наиболее важной характеристикой, указываемой производителем в описании акустических систем является значение мощности, указанной в Вт (RMS). Но стоит помнить о том, что громкость звука характеризуется всё же уровнем звукового давления, поэтому судить о громкости системы по показателю мощности не стоит.
Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ )
Что такое АЧХ? Это график, который показывает зависимость разницы амплитуд колебаний выходного и входного сигналов (вертикальная ось) от частоты (ось горизонтальная). За 0 дБ принимают амплитуду колебаний на частоте 1 кГц. Идеальная АЧХ – это прямая линия, которую встретить нереально, к сожалению. Поэтому чем более неравномерна кривая, тем больше искажений частот стоит ожидать от звука.
Что же означают цифры в описании неравномерности АЧХ устройства? Давайте разберем на примере. Если указано, например, 50 Гц — 16 кГц (±3 дБ), то это следует читать так: акустическая система на данном диапазоне имеет достоверное звучание, а на частотах, не попадающих в указанный диапазон, неравномерность резко увеличивается и АЧХ имеет «завал» (резкий спад характеристики).
Неравномерность АЧХ может выражаться в подъемах и спадах кривой. Так вот уменьшение уровня низких частот ведет к потере насыщенного звучания басов, а подъем вызывает гул. Если говорить о высоких частотах, при их завалах звук получается невнятным, а на подъемах будет раздражать свистом и шипящими звуками.
По отношению к наушникам, АЧХ показывает их тональный баланс. Именно по АЧХ и стоит выбирать наушники для определенных целей (басы, вокал, классика и т.д.). Вид АЧХ наушников зависит от их импеданса и полного сопротивления усилителя.
Нелинейные искажения
Так как акустические системы представляют собой сложное устройство, в котором происходят усиления сигнала, то на выходе звук обязательно имеет нелинейные искажения, одними из которых являются искажения гармонические, придающие звучанию новый тембр и ведущие к звуковым потерям.
Измеряют гармонические искажения с помощью коэффициента гармоник (КГ), который измеряется в процентах или в децибелах. Соответственно чем выше коэффициент гармоник, тем хуже звучание. Числовое значение КГ акустической системы зависит от мощности входящего сигнала.
Итак, рассмотрев основные характеристики звука, можно сказать, что правило «Чем больше цифры — тем лучше», работает далеко не всегда. Поэтому либо осваивайте теорию и вперед со знанием дела выбирать нужное вам устройство, либо не вникайте и продолжайте доверять советам опытных продавцов-консультантов. Что же касается основных звуковых характеристик микрофона, то этот вопрос следует разобрать более подробно и посвятить отдельную статью, что и будет сделано в скором времени.
Звук. Основные характеристики
Звук – это физическое явление, которое можно описать как распространение в виде волн механических колебаний в определенной среде. Среда распространения может быть твердой, жидкой или газообразной. Скорость распространения зависит от плотности среды и может сильно отличаться в различных средах. Звуки, которые слышит человек, распространяются в воздухе, а скорость их распространения зависит от температуры, влажности, ветра и других факторов. Однако приблизительная скорость распространения звука в воздухе составляет 340 метров в секунду.
Представьте волны, которые появляются на поверхности воды, если в воду бросить камень. Отличие распространения звуковых волн состоит в том, что на воде мы видим распространение волн в двухмерной среде, а звук распространяется в трехмерной среде.
Основные характеристики звука
Теперь посмотрим на упрощенное графическое отображение звуковой волны (отображение двухмерное, но мы помним, что говорим о трехмерном явлении).
Ось X – это время.
Ось Y – амплитуда колебания волны. От амплитуды зависит громкость звука. Громкость не может быть отрицательной. Соответственно, волна ниже оси X не имеет отрицательную громкость. Самый тихий звук находится не в самой нижней точке, а на уровне оси Х.
Период T – время, которое необходимо на 1 полный цикл колебания. Период можно разделить на 2 половины – в одной положительная амплитуда, в другой — отрицательная.
Пиковое значение – максимальная точка положительной амплитуды колебания звуковой волны (также есть и отрицательное пиковое значение).
Среднее значение (mean value) – это среднее значение положительной амплитуды колебания волны (полпути до пикового значения).
Эффективная величина или RMS (Root Mean Square) – это среднеквадратическое значение амплитуды. Очень важное значение, поскольку человеческое ухо не слышит пикового значения. Громкость звука, которое воспринимает человеческое ухо, приблизительно равна RMS.
Частота
Частота (frequency) показывает количество периодов колебания звуковой волны за одну секунду и измеряется в Герцах (Hz). Чем выше частота, тем больше периодов колебания делает волна. Соответственно, чем выше звук, тем больше колебаний.
Человек слышит звуки в диапазоне от 20Hz до 20 000 Hz (20kHz). Звуки выше и ниже этого диапазона, конечно, существуют, просто человек их не слышит.
Звук может быть простым, то есть состоящим из одного сигнала.
Или сложным, то есть состоящим из нескольких простых сигналов, звучащих с разными амплитудами и частотами.
Замечательно, мы разобрались с таким понятием как звук и его основными характеристиками. Далее возникает вопрос, каким образом можно записать и воспроизводить звук на акустических системах? Об аналоговом звуке и принципах работы аналоговых устройств пойдет речь в следующей статье.
Какой параметр звукового образа соответствует частоте
Звук — это форма энергии. Звуковые волны представляют собой колебания частиц воздуха или иной среды. Звук может передаваться только в среде — воздухе, воде, стекле. В вакууме, где среды нет, нет и звуков. Преобразованный в другие формы энергии, например в электричество или радиоволны (см. статью «Радио«), звук может быть записан и передан на дальние расстояния.
В этой статье мы познакомим читателей со понятием звука; расскажем что такое звуковые волны и опишем основные характеристики звука — скорость, высоту тона и громкость, объясним как звуки воспринимает человек.
На Земли нет, наверное, человека, который бы не любил музыку. Музыка сопровождает нас в течение всей жизни: веселая и грустная, ритмическая и медленная. Но из чего состоит любимое музыкальное произведение? Все звуки, такие как речь, музыка, шум, это все звуковые волны различной частоты и амплитуды. Изучением звуковых явлений занимается особый раздел физики, который называют акустикой.
Нас окружает много предметов, способных издавать звуки, например, музыкальные инструменты: скрипка, гитара, баян, домра, флейта, свирель и другие. Что объединяет все эти предметы? Да, это источники звука.
Источниками звуков является тела, которые колеблются. В скрипке и гитаре колеблется струна, в наушнике телефона — мембрана; когда мы говорим, колеблются голосовые связки. Проведем эксперимент. Для этого возьмем прибор, который называют камертоном. Медленно придвиньте камертон, который звучит, к теннисному шарику, висящему на нитке. Как только они столкнутся, шарик сразу же, как будто от сильного толчка, отскочит в сторону. Так происходит именно из-за частых колебания ножек камертона, при соприкосновении с шариком они отталкивают его.
Звуковые волны
Когда тела колеблются и вызывают колебания окружающего воздуха или иной среды, они издают звуки. При этом частицы среды тоже начинают колебаться, образуя волну, проходящую в среде. Частицы среды могут совершать колебания как вдоль направления распространения волны, так и поперек. Соответственно различают продольные и поперечные механические волны.
Звуковая волна определяется так: волна, которая представляет собой колебание давления, передаваемого через твердое тело, жидкость или газ, c частотой в диапазоне слышимости.
Звуковые волны кажутся схожими с волнами на воде. Если на поверхность озера бросить маленький камень, то от места падения в разные стороны побегут волны. Возникают они потому, что частички воды на поверхности совершают колебания и эти колебания передаются следующим частичкам, то есть волной называется процесс распространения колебаний со временем. Волны на поверхности воды мы можем видеть непосредственно, они поперечные, ведь частицы воды движутся вертикально, вверх-вниз, а волна распространяется горизонтально. Но многие механические волны невидимые, например, звуковые волны, распространяющиеся в воздухе, мы можем только слышать. Ученые установили, что звуковые волны отличаются от волн на поверхности воды тем, что они продольные. Частицы среды колеблются взад-вперед вдоль направления движения волны, а не перпендикулярно ему, как в поперечных волнах. Еще одно отличие в том, что звук распространяется во всех направлениях, а не только горизонтально, как волны по воде.
Волны изображают с помощью диаграмм, на которых указывают частоту волн (количество колебаний за секунду) и их амплитуду (силу волн). Высокие звуки – это высокочастотные волны, низкие звуки – это низкочастотные волны. Звук с частотой более 20 000 Гц называют ультразвуком. Чем больше амплитуда волны, тем громче звук. По мере удаление от источника звука амплитуда падает и звук стихает. Высокие звуки, такие, как пение птиц, — это высокочастотные волны. Низкие звуки, например рев двигателя, — это низкочастотные волны.
Прибор, который позволяет увидеть форму звуковой волны, называется осциллографом.
В разных средах звуковые волны распространяются с разными скоростями. При 20°С в сухом воздухе скорость звука составляет 343 м/с. Сверхзвуковая скорость — это скорость выше скорости звука. Когда самолет выходит на сверхзвуковую скорость, возникает звуковой удар. Сверхзвуковые скорости измеряются в Махах: 1 Мах равен скорости звука. «Конкорд» летает со скоростью более 2 Махов – вдвое быстрее звука. Летя со сверхзвуковой скоростью, самолет обгоняет распространяемые им звуковые волны. Давление позади самолета нарастает, и возникает ударная волна, вызывающая звуковой удар.
Шум – это неприятный звук. Измеряется уровень шума в децибелах (дБ). Шум свыше 120 дБ может вызвать боль. При падении листа звук в 10 дБ, а при взлете самолета – 110 дБ. Из всех животных самые громкие звуки может издавать синий кит – 188 дБ. Его можно услышать за 850 километров.
Распространение звука
Проведем эксперимент. Под стеклянным колпаком поместим на поролоновой подушке электрический звонок. Затем откачиваем воздух из колпака. В процессе откачивания воздуха слышно, что звук, который издает звонок, становится все тише, хотя сквозь стекло хорошо видно, что звонок продолжает работать. В конце концов, звук вообще исчезнет.
Какой вывод из этого эксперимента? Для распространения звука необходима определенная среда. Среда может быть разной: воздух, вода, стекло, земля. Главное, чтобы среда, в которой распространяется звук, была упругой при изменении ее формы или объема. Заметим, что воздух не имеет никаких преимуществ по сравнению с другими веществами в части возможности распространения в нем звуков. Разве что в разных средах звуковые волны движутся с разной скоростью.
Звук может распространяться и в газе, и в жидкости, и в твердом теле. Источниками звука является колеблющиеся тела. Если такое тело находится в какой-либо среде, колебания передаются «прилегающим» частицам вещества. А поскольку частицы вещества взаимодействуют друг с другом, колеблющиеся частицы передают колебания своим «соседям». В результате колебания начинают распространяться в пространстве. Так возникают звуковые волны.
При распространении звука в среде происходит его поглощения. Знание законов поглощения помогает определять, например, дальность распространения звукового сигнала. Поглощение звука обусловлено причинами, связанными со свойствами самого звука (прежде всего с его частотой) и со свойствами среды. Например, в морях на некоторых глубинах образуются определенные условия для сверхдальнего распространения звука, так называемый водяной звуковой канал. Звук подводного взрыва распространяется в таком канале на расстояние более 5000 км.
При распространении звука в атмосфере происходит его рассеивание. На рассеивание звука влияют температура и давление, сила и скорость ветра.
Изучение того, как рассеивается звук в различных средах, дает информацию о внутреннем строении и физическом состоянии газов, жидкостей и твердых тел. Называется это звуковой локацией.
Приемники звука
Приемником звука является ухо. Наше ухо воспринимает в виде звука колебания, частота которых лежит в пределах от 16 до 20000 Гц. Итак, механические волны с частотой от 20 до 20000 Гц, вызывающие у человека ощущение звука, называются звуковыми.
Многие животные способны различать звуки, частоты которых меньше 20 Гц (рыбы, медузы, даже слон могут слышать звук с частотой 1 Гц и использовать низкочастотные звуки для общения с соплеменниками) и выше 20 кГц (например, дельфины, летучие мыши). Морские свинки воспринимают звуки частотой до 33 кГц.
Как вы уже знаете, звуковые волны распространяются в воздухе как перемежающиеся области с изменяющимся давлением, то есть эти волны являются продольными. Эти волны воздействуют на мембрану в нашем ухе, называемую барабанной перепонкой, заставляя ее колебаться, а слуховой нерв улавливает эти колебания и посылает сигналы в мозг. Так мы слышим звук.
Указанные границы звукового диапазона условные, так как зависят от возраста людей и индивидуальных особенностей их слухового аппарата. Обычно верхняя частотная граница звуков, воспринимаемых ухом, с возрастом значительно снижается — некоторые пожилые люди могут слышать звуки с частотами, не превышающими 6000 Гц.
Ухо является естественным приемником звука, однако созданы и искусственные приемники звука. Наиболее широко используются различные микрофоны. Они превращают звуковые колебания на колебания электрического тока, благодаря чему появилась возможность записывать звук и передавать его на большие расстояния.
Свойства звука
Звук, создаваемый одним источником, отличается от звука, создаваемого другим. Например, каждая из струн гитары издает звук, отличающийся от звука, который выдается другими струнами.
Две, казалось бы, совершенно одинаковые скрипки могут звучать по-разному. При этом звук скрипки нельзя спутать со звуком гобоя, звук барабана — со звуком тромбона. Те же звуки, созданные разными людьми, отличаются друг от друга.
Все это свидетельствует о необходимости ввести физические характеристики, с помощью которых можно было бы оценивать излучения и восприятия звука.
Громкость
Громкость звука определяется амплитудой колебаний тела, которое издает звук. Чем больше амплитуда звуковых колебаний, тем звук кажется более громким, но громкость для звуков различных частот будет разной. Человеческое ухо плохо воспринимает звуки низких частот (около 20 Гц) и высоких (около 20 кГц) частот и значительно лучше — звуки средних частот (от 300 Гц до 3000 Гц). Поэтому даже достаточно сильные колебания с низкой или, напротив, с очень высокой частотой, будут казаться нам тихими, а более слабые колебания со средней частотой — громкими. Это объясняется строением органов слуха человека.
Громкость звука измеряется в децибелах (дБ). Громкость, равной 120 дБ, называется болевым порогом, когда достигается этот уровень, возникают болевые ощущения. А если влияние такого звука является длительным, то происходит непоправимая потеря слуха слуха. А уровень громкости в 180 дБ является смертельным для человека!
Поэтому мы предостерегаем вас от прослушивания звуков с большой громкостью. Если это обусловлено условиями труда (работа на станках, в цехах и др.), обязательно нужно пользоваться специальными защитными наушниками. Не ставьте на максимум громкость в своих наушниках при прослушивании музыки. Берегите свое здоровье и здоровье окружающих.
Таблица различных источников звука и уровень громкости в дБ:
| Громкость, дБ | Характеристика | Источники звука |
| 0 | Ничего не слышно | Космос, за пределами атмосферы земли |
| 5 | Почти не слышно | Легкое дуновение ветерка |
| 10 | Почти не слышно | Тихий шелест листьев |
| 20 | Едва слышно | Шепот человека (на расстоянии 1 метр) |
| 30 | Тихо | Шепот, тиканье настенных часов |
| 35 | Довольно слышно | Приглушенный разговор |
| 40 | Довольно слышно | Обычная речь |
| 50 | Отчётливо слышно | Разговор, пишущая машинка |
| 60 | Шумно | Норма для общественных помещений |
| 70 | Шумно | Громкие разговоры (1м) |
| 80 | Очень шумно | Крик, мотоцикл с глушителем. |
| 90 | Очень шумно | Громкие крики, грузовой железнодорожный вагон (в семи метрах) |
| 100 | Крайне шумно | Оркестр, вагон метро, раскаты грома |
| 105 | Крайне шумно | В самолёте |
| 110 | Крайне шумно | Вертолёт, пескоструйный аппарат (1м) |
| 120 | Почти невыносимо | Отбойный молоток (1м) |
| 130 | Болевой порог | Самолёт на старте |
| 140 | Контузия | Звук взлетающего реактивного самолета |
| 150 | Контузия, травмы | Старт ракеты |
| 160 | Шок, разрыв барабанных перепонок и лёгких | Ударная волна от сверхзвукового самолёта |
| больше 180 дБ | Смертельный уровень! | Звуковое оружие |
Скорость звука
Звук распространяется не мгновенно и скорость распространения его значительно меньше скорости распространения света (которая составляет 300000 км/с).
Пример из истории и литературы: Дмитрий Донской перед Куликовской битвой прикладывал ухо к земле. Зачем? Так как скорость распространения звука в земле больше, чем в воздухе, он услышал топот копыт противника раньше, чем увидел конницу.
Распространение звуковых волн в различных средах происходит с неодинаковой скоростью. С помощью опытов было обнаружено, что в воздух при температуре 0 градусов по Цельсию скорость звука составляет 332 м/с. В воде из температуре 0 o C этот показатель составляет примерно 1485 м/с. В твердых телах скорость звука еще больше, чем в жидкостях. В некоторых металлах скорость звука достигает нескольких тысяч метров в секунду: в частности, в свинце — 1300 м/с, в меди — 4560 м/с, в стали — 5100 м/с. Интересно, что через резину звук проходит со скорость всего 54 м/с, сквозь пробку — 500 м/с, кирпичную стену — 3480 м/с, гранит — 3950 м/с, стекло 5000 м/с. Это связано с тем, что агрегатное состояние, плотность, температура, молекулярное строение различных веществ различны. С ростом температуры скорость звука возрастает. Можно заметить закономерность, чем тверже материал, тем выше скорость звука в нем.
Зависимость скорости звука от свойств среды стала основой метода определения наличия примесей, дефектов во внутреннем строении тел.
Высота (частота)
Если специальным резиновым молоточком ударить по «ножках» камертона, то он будет издавать звук, который называется музыкальным тоном.
Мы хорошо знаем, что звук бывает высокий и низкий. Как известно, бас поет низким голосом, а тенор — высоким. От какой же характеристики звуковой волны зависит высота звука? Опыты показывают, что высота звука определяется частотой звуковой волны: чем больше частота волны, тем звук выше.
График (осциллограмма) звуковых волн разных частот. Верхняя волна имеет частоту вдвое ниже чем нижняя.
Частота звуковых колебаний, создаваемых струнными и духовыми музыкальными инструментами, может изменяться от 20 до 4000 Гц.
Еще древнегреческий ученый Пифагор, изучая зависимость высоты тона от длины струны, выяснил, что чем короче струна, тем выше тон.
Писк комара соответствует 500-600 взмахам его крыльев в секунду, жужжание шмеля — 220 взмахам. Колебания голосовых связок певцов могут создавать звуки в диапазоне от 80 до 1400 Гц, хотя в эксперименте фиксировались рекордно низкая (44 Гц) и высокая (2350 Гц) частоты.
Диапазон частот, который соответствует различным певческим голосам певцов:
| Голос | Частота, Гц |
| Бас | 80 — 400 |
| Баритон | 110 — 400 |
| Тенор | 150 — 500 |
| Контральто | 200 — 700 |
| Колоратурное сопрано | 250 — 1400 |
В телефоне для воспроизведения человеческой речи используется область частот от 300 до 2000 Гц. Этого обычно достаточно для передачи всех нюансов человеческой речи, но некоторые гармоники находятся выше этого диапазона и не передаются, поэтому звук в телефоне всегда глуше, чем при живом общении.
Диапазон частот звуковых колебаний, соответствующий изменению частоты в два раза, называется октавой. Звучание скрипки, например, перекрывает приблизительно три с половиной октавы (196–2340 Гц), а звуки пианино – семь с лишним октав (27,5–4186 Гц).
Тембр
Звуки одинаковой высоты и громкости, создаваемые различными музыкальными инструментами, звучат по-разному, даже та же нота, взятая различными певцами, звучит по-разному. Особое качество звука — его окрас, характерный для каждого голоса или музыкального инструмента, — называют тембром. Тембр связан со специфическими свойствами источника звука.
От чего же зависит тембр звука? Оказывается, что любой источник звука (есть редкие исключения, например, камертон) осуществляет сложные несинусоидальные колебания. Их можно наблюдать с помощью осциллографа. Если подключить микрофон и спеть какую-нибудь мелодию, то на экране осциллографа появится не синусоида, а сложная кривая.
Несинусоидальное колебание может быть представлено в виде суммы гармонических колебаний с различными частотами. Колебания с наименьшей частотой называется основным тоном, а колебания с более высокой частотой называется обертоном, или гармоникой.
Тембр звука определяет его окраску. Он определяется наличием и интенсивностью обертонов — частот, кратных основной. Именно благодаря тембру, звуки различных музыкальных инструментов имеют разное звучание. Чем больше обертонов, тем «насыщеннее», красивее звук. Волшебный, бархатистый оттенок голосов хороших певцов обусловлен именно обертонами.
Отражение звука, эхо и эхолокация
Звук, распространяясь в какой-либо среде, доходит до препятствия и почти полностью отражается. В этом можно убедиться на многих опытах.
В лесу, горах, иногда в помещениях нам приходилось слышать эхо. Звуковые волны отражаются от различных препятствий, даже от облаков. Иногда можно услышать даже многократное эхо — результат нескольких отражений.
Эти и другие опыты с звуковыми волнами позволяют сформулировать обобщения: механические волны любого происхождения обладают способностью отражаться от границы раздела двух сред. Отражение звука происходит по такому же закону, что и отражения света: угол отражения равен углу падения.
Эхо — это вторичный звук, который мы слышим сразу после первоначального. Он вызван отражением звуковой волны от поверхности. Если время распространения звука до препятствия и обратно больше, чем продолжительность звука, — мы слышим четкий повтор звука. Если это время меньше, то эхо смешивается с первичным звуком, и звуки становятся неразборчивыми.
Эхолокация — это способ определить местонахождение объекта, измеряя время, за которое ультразвуковые волны добрались до него и вернулись обратно. Эхолокаторы измеряют морскую глубину, ищут на дне океана затонувшие объекты, следят за стаями рыб. Акустическая система посылает ко дну ультразвук (очень высокий звук), а компьютер замеряет время его возвращения. Некоторые животные, например летучие мыши и дельфины, ориентируются и ищут добычу с помощью эхолокации. Дельфин издает больше 700 ультра звуковых щелчков в секунду. С их помощью он находит добычу.
Отражение звука используется так же для изучения процессов внутри организма, в частности, для слежения за развитием ребенка в утробе. Когда звук переходит из одной среды в другую, часть его возвращается назад в виде эха, с помощью которого компьютер строит «эхокартину». Эта процедура называется ультразвуковой диагностикой.
Отражение звуковых волн от гладких поверхностей используют в рупоре. При использовании рупора звук не рассеивается в разные стороны, наоборот, с помощью рупора образуется узконаправленный пучок звуковых волн, которые распространяются на большее расстояние.
Неслышимые звуки
Звук, который воспринимается или слышится ухом человека, имеет частоты в диапазоне 20-20 000 Гц. Звуковые волны с более низкими частотами называют инфразвуком, а с выше — ультразвуком.
Когда были созданы высокочувствительные приемники звуков для различных частот, оказалось, что инфра- и ультразвуки так же распространены в природе, как и слышимые звуки.
Инфразвук
Инфразвук возникает при работе промышленных установок, автомобилей, тракторов и бытовых приборов. Например, сельскохозяйственные тракторы на резиновом ходу и грузовики имеют максимальные вибрации в диапазоне 1,5-3,5 Гц, гусеничные тракторы — около 5 Гц. Музыкальный орган так же может излучать инфразвук. Могут излучать звуки инфракрасных частот всевозможные взрывы и обвалы.
Чувствительные приемники ультразвука показали, что он входит в состав шума ветра и водопадов, в состав звуков, излучаемых некоторыми животными.
Механизм восприятия инфразвука и его влияние на физиологическое состояние человека пока полностью не изучены. Такие звуки неслышимые, однако в результате их воздействия на организм человека появляются повышенная нервозность, чувство страха, приступы тошноты. Иногда из носа и ушей идет кровь.
Свойство инфразвука вызывать страх используется полицией в ряде стран мира. При необходимости разогнать толпу полицейские включают мощные генераторы и вызывают у многих людей неосознанное чувство страха, желание поскорее уйти оттуда, где действует инфразвук.
При воздействии на человека мощного инфразвука с частотами, близкими к 6 Гц, могут отличаться друг от друга изображения, воспринимаемые левым и правым глазом, возникают проблемы с ориентацией в пространстве, возникать необъяснимые ощущения тревоги, страха. Подобные ощущения вызывают и пульсации света на частотах 4-8 Гц. Еще египетские жрецы, чтобы добиться признания от пленника, привязывали его и с помощью зеркал направляли на глаза пульсирующие солнечные лучи. Через некоторое время в пленника появлялись судороги, шла пена изо рта, его психика подавлялась, и он отвечал на вопросы.
Ультразвук
Ультразвуковые волны можно получить с помощью специальных высокочастотных излучателей. Узкий пучок ультразвуковых волн в процессе распространения очень мало расширяется. Благодаря этому ультразвуковую волну можно излучать в заданном направлении.
О ультразвуке не раз упоминается на уроках биологии — дельфины и летучие мыши используют его для эхолокации, то есть определения положения окружающих предметов.
Оказывается, что многие насекомые воспринимают ультразвук. Восприятие ультразвука в диапазоне частот до 100 кГц — способность многих грызунов. Собаки воспринимают ультразвук с частотой до 40 кГц.
Ультразвук сегодня широко применяют в различных отраслях науки и техники. Например, с его помощью измеряют глубину моря. С корабля посылают ультразвуковой сигнал и фиксируют промежуток времени до возвращения сигнала, отраженного от дна. Зная скорость звука в воде, можно определить расстояние до дна. Прибор для измерения глубины дна называют эхолотом.
С помощью ультразвука «просвечивают» металлические изделия для выявления в них скрытых дефектов — посторонних включений, трещин или пустот.
Ультразвук широко используют и в медицине — как для обследования больного, так и для его лечения. Лечебный эффект ультразвука основан на том, что он вызывает внутренний разогрев тканей организма.
Звук в жизни человека
Мы живем в мире звуков. Этот мир необходим нам для нормального развития и существования. Звуки, которые мы слышим, сообщают о том, что происходит вокруг нас, даже если мы не видим источника звука. Благодаря звукам мы можем общаться, слышим телефонный звонок, гудки автомобилей или шум дождя.
Музыкальные инструменты
Звучание всех музыкальных инструментов основано на колебаниях воздуха. Но делают это они по-разному. На звук влияют также форма инструмента и материал, из которого он сделан. У некоторых инструментов корпус резонирует (колеблется с той же частотой, что и воздух), и тогда получается особенно громкий и глубокий звук. У струнных инструментов струны вибрируют при касании. Чем струна толще, длиннее и слабее натянута, тем ниже звук. При закрывании отверстия духового инструмента акустическая колонна удлиняется, что понижает тон звука. Мы нажимаем на клавишу пианино, рычаг бьет по струне, и она начинает вибрировать. Струны разной длины издают разные звуки. Колебания кожи барабана вызывают это и усиливаются внутри корпуса. Многие инструменты производят сложные звуки, в состав которых входят более высокие звуки меньшей громкости, которые называются гармониками. Они придают каждому инструменту особый тембр.
Синтезатор – это инструмент, в электронной памяти которого хранятся характеристики звуков, записанные двоичным кодом. Электрические импульсы, представляющие тот или иной звук, превращаются в электрический ток и посылаются к громкоговорителю. В синтезаторе хранятся записанные двоичным кодом звуки многих разных инструментов. Даже шаги или собачий лай можно записать двоичным кодом и воспроизвести на синтезаторе.
Микрофоны и громкоговорители
Микрофон превращает звук в электрический ток. Сила тока меняется в зависимости от характера звука. Громкоговоритель превращает электрический ток обратно в звук. В микрофоне имеется тонкая металлическая пластинка — диафрагма, прикрепленная к проволочной спирали, находящейся между полюсами магнита. Звуковая волна заставляет диафрагму вибрировать с соответствующей звуку частотой. Благодаря диафрагме начинает вибрировать спираль, и по проволоке (ведь она движется между полюсами магнита) бежит ток. Сила возникающего в микрофоне тока зависит от амплитуды и частоты звуковых волн. Этот ток можно затем направить к громкоговорителю, использовать для записи звука на кассете или послать по телефонным проводам. В телефонной трубке есть микрофон, превращающий звук в электрический ток, который либо идет по проводам к другому телефону, либо преобразуется в радиоволны и передается на спутник. В трубке имеется также встроенный громкоговоритель.
Первый граммофон был создан в 1895 году. Канавки на поверхности пластинки вызывали вибрацию иглы, и возникали звуковые волны, которые затем усиливались рупором. В громкоговорителе имеются магнит и электромагнит (железный сердечник обмотанный проволокой). Когда по проволоке идет ток, возникает магнитное поле. Проволока соединена с диафрагмой конической формы. Когда вызванный звуковыми волнами электрический ток проходит по проволоке, магнитное поле проволоки и магнита заставляют вибрировать проволоку и диафрагму. Находящийся перед диафрагмой воздух вибрирует с частотой первоначального звука.
Запись и воспроизведение звука
Магнитофон. Магнитная запись представляет собой набор намагниченных участков в слое железа или оксида хрома, нанесенном на пластиковую ленту. Записывающая головка — это электромагнит, металлический сердечник, обмотанный проволокой. Он намагничивается при прохождении электрического тока по проволоке. Магнитная запись на ленте создается перемещаемым магнитным полем записывающей головки. При этом на ленте возникают намагниченные участки, которые и содержат информацию о звуке. Магнитную запись с ленты считывает головка воспроизведения. В ней возникает переменный электрический ток, который в громкоговорителе преобразуется в звук.
На поверхности компакт-диска (CD) звуковые волны (и другая информация) записываются двоичным кодом в виде маленьких углублений — ямок и плоских участков — площадок. В CD-плеере лазерный луч проходит но поверхности диски. В ямках свет рассеивается, а от площадок отражается и попадает ни светочувствительный детектор. При попадании света в детекторе возникает ток. Так читается двоичная запись звуков. Электрические импульсы, возникают при считывании двоичного кода, в громкоговорителе преобразуются в звук.
Шум стал неотъемлемой частью нашей повседневной жизни. Идет ли речь о стрижки газонов, движение на шоссе или шум поездов, наши уши не имеют покоя. Шум вызывает сильнейший стресс, который может привести к бессоннице, высокого кровяного давления и нарушение функций мозга.
По данным Национального института по изучению глухоты, почти 30 миллионов людей в США подвергаются воздействию шума такой степени, что это угрожает их здоровью, а 10 миллионов из них уже пострадали от необратимой потери слуха.
Современный шумовой дискомфорт вызывает у живых организмов болезненные реакции. Шум от пролетающего реактивного самолета, например, угнетающе действует на пчелу, она теряет способность ориентироваться. Этот же шум убивает личинки пчел, и даже разбивает яйца птиц в гнезде. Транспортный или производственный шум угнетающе действует на человека — утомляет, раздражает, мешает сосредоточиться. Как только такой шум исчезает, человек испытывает чувство облегчения и покоя.
Проблема эта усугубляется еще и потому, что чаще всего потеря остроты слуха и другие негативные последствия для здоровья человека проявляются лишь со временем. Это означает, что популярные сегодня портативные плееры с их громкой музыкой через наушники могут стать в будущем причиной снижения слуха у целого поколения.
Однако если уровень шума оказывает такое влияние на качество нашей жизни, приводит к таким последствиям, как снижение производительности труда, нарушение концентрации внимания, повышению кровяного давления и даже агрессивному поведению, то почему мы уделяем этой проблеме так мало внимания?
«Я считаю, причина этого в том, что двадцатый век стало самым громким в истории человечества, — говорит Лес Бломберг, исполнительный директор Центра по борьбе с шумовым загрязнением. Сегодня люди рождаются в громком мире, и поэтому им кажется, что именно таким мир и должно быть — ведь значительная часть этого шума производится техникой».