Временная дискретизация звука • Непрерывная звуковая волна разбивается на. Новости Новости. Для самолёта ударная волна создаёт громкий и грохочущий звуковой удар. Звуковой барьер в аэродинамике — название ряда технических трудностей, вызванных явлениями, сопровождающими движение летательного аппарата (например, сверхзвукового самолёта, ракеты) на скоростях, близких к скорости звука или превышающих её. Информационный объём звукового файла зависит от: частоты дискретизации тактовой.
Что включает в себя процесс оцифровки звука?
Она как бы продолжает следовать за самолетом, причем ее воздействие на окружающую атмосферу и предметы тем сильнее чем быстрее летит самолет. Конус фронта звуковой ударной волны тем острее, чем быстрее летит самолет. При скоростях полета в районе 1. Двигаясь на сверхзвуке самолет как бы тащит ударную звуковую волну за собой. Внешне это явление очень напоминает след, который оставляет корабль двигаясь по воде. Волны сильнее вблизи корабля, а угол их распространения зависит в основном, от скорости корабля. Ударная волна при полете на сверхзвуке Ударная волна при полете на сверхзвуке Поэтому если над нами пролетит самолет, летящий на сверхзвуке на много больше, чем 1 Мах, то на земле мы услышим хлопок, а потом гул удаляющегося самолета. Причем нас спасет именно высота, на которой, над нами, пролетел самолет.
При высоте полета, около 10 км этот хлопок будет не очень громким, Мы его даже навряд ли правильно оценим, так как сам самолет при такой высоте полета будет от нас уже на расстоянии 12-15 км.
Так как полоса пропускания изменяется по ширине и перемещается по частоте, то тембр сигала периодически изменяется. Delay - задержка — эффект задержки звука, задержка происходит с помощью записи входного сигнала с последующим проигрыванием его через определённый период времени.
Задержанный сигнал может воспроизводится либо один раз, либо несколько раз для создания повторяющегося звука похожего на распадающейся эхо. Флэнжер англ. Это приводит к эффекту движущегося гребенчатого фильтра: пики и провалы суммируются в результирующий частотный спектр, где они связанны друг с другом в линейный гармонический ряд.
Изменение времени задержки служит причиной движения вверх и вниз по частотному спектру. Часть выходного сигнала, как правило, подается обратно на вход обратная связь , "рециркулирующие задержки" , это производит эффект резонанса, что еще больше усиливает интенсивность пиков и провалов в спектре. Фаза подаваемого обратно сигнала иногда перевернута, это порождает еще одну вариацию фленжер эффекта.
Благодаря встроенному LFO, эта картина движется вверх-вниз, максимумы воспринимаются как обертона, в результате чего кажется, что звук тоже становится то выше, то ниже, хотя в то же время слушатель слышит все те же ноты без изменений. Фэйзер англ. Положение этих максимумов и минимумов варьируется протяжении звучания, что создает специфический круговой англ.
Также фэйзером называют соответствующее устройство. По принципу работы схож с хорусом и отличается от него временем задержки 1-5 мс. Помимо этого задержка сигнала у фэйзера на разных частотах неодинакова и меняется по определённому закону.
Хорус англ. Эффект хора возникает, когда отдельные звуки с примерно одинаковым тембром и почти с небольшим отличием одинаковой высотой тона питч , смешиваются и воспринимаются как единое целое. Похожие звуки, исходящие из различных источников могут происходить естественным путём как в случае хора или струнного оркестра , он этот эффект также может моделировать с помощью электронных блок эффектов или другими устройствами обработки.
Также может переводиться как «модуль». Плагины обычно выполняются в виде разделяемых библиотек. Плагин - это маленькая программка, которая встраивается в основную большую программу и расширяет её возможности.
Можно сделать так, что звук будет восприниматься исходящим из левой или правой колонки, а также из звукового поля между ними. Этот эффект называется панорамированием. Выделите в вашем файле данные, которые вы хотите нормализовать.
Установите в раскрывающемся списке Process mode одноименный параметр. Выберите пункт Pan preserve stereo separation , чтобы выполнить панорамирование без сведения левого и правого каналов. Это может быть полезно, если у вас есть стереофоническая запись например, сопровождающей вокальной группы и вы не собираетесь изменять сам сигнал, но хотите панорамировать группу голосов в определенную область стереопо-ля.
Если вы выберете пункт Pan mix channels before panning , панорамирование будет проведено совместно со сведением левого и правого каналов стереофонической записи. Эта возможность может пригодиться, если необходимо изменить все стереополе, а не отдельный сигнал. Попробуйте воспользоваться обоими пунктами, чтобы уловить разницу на слух.
Его левая шкала отображает позиционирование стереофонического сигнала — он может быть в центре стереополя, а также в левой или правой его части. На графике изображена линия, отображающая характеристики панорамирования, которое вы хотите применить к вашим звуковым данным. Левый край линии представляет начало выделенной области, а правый край — ее конец.
Если положение линии таково, что левый ее край находится внизу графика, а правый — вверху, это значит, что по отношению к вашим звуковым данным будет применено линейное панорамирование. Это объясняется тем, что левый край линии находится в правой части стереополя, а правый край — в левой его части. Таким образом, звук сначала будет доноситься из правого динамика, а затем плавно перейдет в левый.
Понятно, как работает эта функция? Вы также можете указать программе, отображать ли содержимое обоих каналов или только одного из них, выбрав соответствующий пункт из расположенного рядом списка. Это никак не повлияет на сам процесс панорамирования.
Вы можете изменить форму линии панорамирования графическим способом, оперируя маленькими квадратиками на ее концах.
Этот процесс позволяет нам разделить сложную звуковую волну на отдельные частоты, которые составляют ее спектр. Преобразование Фурье основывается на идее, что сложная волна может быть представлена как сумма более простых синусоидальных волн с разными частотами, амплитудами и фазами. Используя этот подход, мы можем анализировать звуковую волну и определить, какие конкретные частоты присутствуют в ней и с какой амплитудой. Разложение звуковой волны на спектр частот позволяет нам лучше понять ее структуру и характеристики.
Например, мы можем определить основные и гармонические компоненты в звуке, их амплитуды и относительные частоты. Это полезно для анализа и синтеза звуковых сигналов, а также для исследования и понимания работы слуховой системы. Преобразование Фурье является одним из основных инструментов в области цифровой обработки сигналов и акустики. Оно находит широкое применение во многих областях, включая аудиоинженерию, музыкальное производство, компьютерную графику и науку о звуке. Амплитуда и длина волны как ключевые характеристики Амплитуда звуковой волны отображает ее мощность или интенсивность.
Она определяется величиной колебаний частиц среды, через которую проходит волна. Чем выше амплитуда, тем громче звук воспринимается человеком. Амплитуда измеряется в децибелах дБ и может варьироваться от нуля до максимально возможного уровня. Длина волны представляет собой расстояние между двумя последовательными точками, имеющими одну и ту же фазу колебаний.
Но и это еще не все. Скажу больше. Звуковой барьер в виде именно какого-то ощутимого, тяжелого, труднопересекаемого препятствия, в который самолет упирается и который нужно «прокалывать» слышал я и такие суждения :- не существует. Строго говоря, вообще никакого барьера нет. Когда-то на заре освоения больших скоростей в авиации это понятие сформировалось скорее как психологическое убеждение о трудности перехода на сверхзвуковую скорость и полете на ней. Появились даже высказывания о том, что это вообще невозможно, тем более, что предпосылки к такого рода убеждениям и высказываниям были вполне конкретные. Однако, обо всем по порядку… В аэродинамике существует другой термин, который достаточно точно описывает процесс взаимодействия с воздушным потоком тела, движущегося в этом потоке и стремящегося перейти на сверхзвук. Это волновой кризис. Именно он как раз и делает некоторые нехорошие вещи, которые традиционно ассоциируют с понятием звуковой барьер. Итак кое-что о кризисе. Любой летательный аппарат состоит из частей, обтекание которых воздушным потоком в полете может быть не одинаково. Возьмем, к примеру, крыло, точнее обыкновенный классический дозвуковой профиль. Из основ знаний о том, как образуется подъемная сила нам хорошо известно, что скорость потока в прилежащем слое верхней криволинейной поверхности профиля разная. Там где профиль более выпуклый она больше общей скорости потока, далее, когда профиль уплощается она снижается. Когда крыло движется в потоке на скоростях, близких к скорости звука, может наступить момент, когда в такой вот, к примеру, выпуклой области скорость слоя воздуха, которая уже итак больше общей скорости потока, становится звуковой и даже сверхзвуковой. Местный скачок уплотнения, возникающий на трансзвуке при волновом кризисе. Дальше по профилю эта скорость снижается и в какой-то момент опять становится дозвуковой. Но, как мы уже говорили выше, быстро затормозиться сверзвуковое течение не может, поэтому неизбежно возникновение скачка уплотнения. Такие скачки появляются на разных участках обтекаемых поверхностей, и первоначально они достаточно слабы, но количество их может быть велико, и с ростом общей скорости потока увеличиваются зоны сверхзвука, скачки «крепнут» и сдвигаются к задней кромке профиля. Позже такие же скачки уплотнения появляются на нижней поверхности профиля. Далее с ростом скорости размер сверхзвуковых зон все увеличиваются и в конечном итоге весь профиль полностью попадает в зону сверхзвукового обтекания. Самолет переходит на сверхзвук. Полное сверхзвуковое обтекание профиля крыла. Чем все это чревато? А вот чем. Это сопротивление растет за счет резкого увеличения одной из его составляющих — волнового сопротивления. Того самого, которое мы ранее при рассмотрении полетов на дозвуковых скоростях во внимание не принимали. Для образования многочисленных скачков уплотнения или ударных волн при торможении сверхзвукового потока, как я уже говорил выше, тратится энергия, и берется она из кинетической энергии движения летательного аппарата. То есть самолет элементарно тормозится и очень ощутимо! Это и есть волновое сопротивление. Более того, скачки уплотнения из-за резкого торможения потока в них, способствуют отрыву пограничного слоя после себя и превращения его из ламинарного в турбулентный. Это еще более увеличивает аэродинамическое сопротивление. Отекание профиля при различных числах М. Скачки уплотнения, местные зоны сверхзвука, турбулентные зоны. Из-за появления местных сверхзвуковых зон на профиле крыла и дальнейшем их сдвиге к хвостовой части профиля с увеличением скорости потока и, тем самым, изменения картины распределения давления на профиле, точка приложения аэродинамических сил центр давления тоже смещается к задней кромке. В результате появляется пикирующий момент относительно центра масс самолета, заставляющий его опустить нос. Во что все это выливается… Из-за довольно резкого роста аэродинамического сопротивления самолету требуется ощутимый запас мощности двигателя для преодоления зоны трансзвука и выхода на, так сказать, настоящий сверхзвук. Резкое возрастание аэродинамического сопротивления на трансзвуке волновой кризис за счет роста волнового сопротивления. Сd — коэффициент сопротивления. Из-за возникновения пикирующего момента появляются сложности в управлении по тангажу. Кроме того из-за неупорядоченности и неравномерности процессов, связанных с возникновением местных сверхзвуковых зон со скачками уплотнения тоже затрудняется управление. Например по крену, из-за разных процессов на левой и правой плоскостях. Да еще плюс возникновение вибраций, часто довольно сильных из-за местной турбулизации. Вобщем, полный набор удовольствий, который носит название волновой кризис. Но, правда, все они имеют место имели,конкретное :- при использовании типичных дозвуковых самолетов с толстым профилем прямого крыла с целью достижения сверхзвуковых скоростей. Первоначально, когда еще не было достаточно знаний, и не были всесторонне исследованы процессы выхода на сверхзвук, этот самый набор считался чуть ли не фатально непреодолимым и получил название звуковой барьер или сверхзвуковой барьер, если хотите :-. При попытках преодоления скорости звука на обычных поршневых самолетах было немало трагических случаев. Сильная вибрация порой приводила к разрушениям конструкции. Самолетам не хватало мощности для требуемого разгона. В горизонтальном полете он был невозможен из-за эффекта запирания воздушного винта, имеющего ту же природу, что и волновой кризис.
На что разбивается непрерывная звуковая волна
Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, для каждого такого участка устанавливается определенная величина интенсивности звука. Таким образом, непрерывная зависимость громкости звука от времени A t заменяется на дискретную последовательность уровней громкости. На графике это выглядит как замена гладкой кривой на последовательность "ступенек". Частота дискретизации. Для записи аналогового звука и его преобразования в цифровую форму используется микрофон, подключенный к звуковой плате. Качество полученного цифрового звука зависит от количества измерений уровня громкости звука в единицу времени, то есть частоты дискретизации. Чем большее количество измерений производится за 1 секунду чем больше частота дискретизации , тем точнее "лесенка" цифрового звукового сигнала повторяет кривую аналогового сигнала. Частота дискретизации звука - это количество измерений громкости звука за одну секунду, измеряется в герцах Гц. Обозначим частоту дискретизации буквой f.
Частота дискретизации звука может лежать в диапазоне от 8000 до 48 000 измерений громкости звука за одну секунду.
Самолет взлетает и постепенно разгоняется все сильнее. Его обтекает сверхзвуковой воздушный поток, в результате чего в носовой части образуется ударная волна. Их может быть и несколько — в зависимости от формы летательного аппарата. Схема образования ударной волны В данной области давление и плотность воздушной среды резко повышается. В момент, когда самолет превышает скорость звука, он проходит через эту область и возникает звук громкого хлопка, который похож на выстрел. Пилот в кабине никаких звуков не слышит — о преодолении звукового барьера он узнает только по специальным датчикам. Также ощутимы изменения в плане управления самолетом.
Интересно: Как и почему летают самолеты? Описание, фото и видео Громкий взрывоподобный хлопок — это звуковой удар. Его можно услышать, стоя на поверхности земли, когда самолет летит на сверхзвуковой скорости неподалеку. Ударные волны, которые он образует, визуально можно представить в виде конуса, сопровождающего летательный аппарат. Вершина конуса располагается в носовой части. Волны распространяются от нее на большие расстояния. Слух человека, стоящего на земле, улавливает границы данного воображаемого конуса. Резкий скачок давления воспринимается как взрывообразный хлопок.
Разложение звуковой волны на спектр частот позволяет нам лучше понять ее структуру и характеристики. Например, мы можем определить основные и гармонические компоненты в звуке, их амплитуды и относительные частоты. Это полезно для анализа и синтеза звуковых сигналов, а также для исследования и понимания работы слуховой системы. Преобразование Фурье является одним из основных инструментов в области цифровой обработки сигналов и акустики. Оно находит широкое применение во многих областях, включая аудиоинженерию, музыкальное производство, компьютерную графику и науку о звуке. Амплитуда и длина волны как ключевые характеристики Амплитуда звуковой волны отображает ее мощность или интенсивность. Она определяется величиной колебаний частиц среды, через которую проходит волна.
Чем выше амплитуда, тем громче звук воспринимается человеком. Амплитуда измеряется в децибелах дБ и может варьироваться от нуля до максимально возможного уровня. Длина волны представляет собой расстояние между двумя последовательными точками, имеющими одну и ту же фазу колебаний. Она связана с частотой звуковой волны и скоростью распространения волны в среде. Чем меньше длина волны, тем выше частота и выше звук воспринимается человеком. Длина волны обычно измеряется в метрах м или ее кратных величинах, таких как миллиметры мм или сантиметры см.
Отражения звуковых колебаний могут сильно влиять на конечное восприятие звука - изменять его окраску, насыщенность, глубину. Так, звук идущий от источника, расположенного в закрытом помещении, многократно ударяясь и отражаясь от стен помещения, воспринимается слушателем как звук, сопровождающийся специфическим гулом. Такой гул называется реверберацией от лат. Эффект реверберации очень широко используется в звукообработке с целью придания звучанию специфических свойств и тембральной окраски. Способность огибать препятствия — еще одно ключевое свойство звуковых волн, называемое в науке дифракцией. Степень огибания зависит от соотношения между длиной звуковой волны ее частотой и размером стоящего на ее пути препятствия или отверстия. Если размер препятствия оказывается намного больше длины волны, то звуковая волна отражается от него. Если же размеры препятствия оказываются сопоставимыми с длиной волны или оказываются меньше ее, то звуковая волна дифрагирует. Еще один эффект, связанный с волновым движением, о котором нельзя не вспомнить - эффект резонанса. Он заключается в следующем. Звуковая волна, создаваемая некоторым колеблющимся телом, распространяясь в пространстве, может переносить энергию колебаний другому телу резонатору , которое, поглощая эту энергию, начинает колебаться, и, фактически, само становится источником звука. Так исходная звуковая волна усиливается, и звук становится громче. Надо заметить, что в случае появления резонанса, энергия звуковой волны расходуется на «раскачивание» резонатора, что соответственно сказывается на длительности звучания. Эффект Допплера — еще один интересный, последний в нашем списке эффект, связанный с распространением звуковых волн в пространстве. Эффект заключается в том, что длина волны изменяется соответственно изменению скорости движения слушателя относительно источника волны. Чем быстрее слушатель регистрирующий датчик приближается к источнику волны, тем регистрируемая им длина волны становится меньше и наоборот. Эти и другие явления учитываются и широко используются во многих областях, таких как акустика, звукообработка и радиолокация. Что же представляет собой звук в аудио аппаратуре? В звуковой аппаратуре звук представляется либо непрерывным электрическим сигналом, либо набором цифр нулей и единиц. Аппаратура, в которой рабочий сигнал является непрерывным электрическим сигналом, называется аналоговой аппаратурой например, бытовой радио приемник или стерео усилитель , а сам рабочий сигнал — аналоговым сигналом. Преобразование звуковых колебаний в аналоговый сигнал можно осуществить, например, следующим способом. Мембрана из тонкого металла с намотанной на нее катушкой индуктивности, подключенная в электрическую цепь и находящаяся в поле действия постоянного магнита, подчиняясь колебаниям воздуха и колеблясь вместе с ним, вызывает соответствующие колебания напряжения в цепи. Эти колебания как бы моделируют оригинальную звуковую волну. Приблизительно так работает привычный для нас микрофон. Полученный в результате такого преобразования аналоговый аудио сигнал может быть записан на магнитную ленту и впоследствии воспроизведен. Аналоговый сигнал с помощью специального процесса о нем мы будем говорить позднее может быть представлен в виде цифрового сигнала — некоторой последовательности чисел. Таким образом, аналоговый звуковой сигнал может быть «введен» в компьютер, обработан цифровыми методами и сохранен на цифровом носителе в виде некоторого набора описывающих его дискретных значений. Важно понять, что аналоговый или цифровой аудио сигнал — это лишь формы представления звуковых колебаний материи, придуманная человеком для того, чтобы иметь возможность анализировать и обрабатывать звук. Непосредственно аналоговый или цифровой сигнал в его исходном виде не может быть «услышан». Чтобы воссоздать закодированное в цифровых данных звучание, необходимо вызвать соответствующие колебания воздуха, потому что именно эти колебания и есть звук. Это можно сделать лишь путем организации вынужденных колебаний некоторого предмета, расположенного в воздушном пространстве например, диффузора громкоговорителя. Колебания предмета вызывают колебаниями напряжения в электрической цепи. Эти самые колебания напряжения и есть аналоговый сигнал. Таким образом, чтобы «прослушать» цифровой сигнал, необходимо вернуться от него к аналоговому сигналу. А чтобы «услышать» аналоговый сигнал нужно с его помощью организовать колебания диффузора громкоговорителя. Спектральное разложение сигналов — тема обширная и сложная. Мы постараемся раскрыть эту тему, не слишком вдаваясь в ее теоретические подробности. Французский математик Фурье 1768-1830 и его последователи доказали, что любую, обязательно периодическую функцию, в случае ее соответствия некоторым математическим условиям можно разложить в ряд сумму косинусов и синусов с некоторыми коэффициентами, называемый тригонометрическим рядом Фурье. Проводить рассмотрение сухой математики этого метода разложения мы не будем. То есть, ряд Фурье — это как бы альтернативный способ записи функцию f x. При этом, не смотря на то, что ряд Фурье может быть бесконечным, предлагаемая им форма записи оказывается очень удобной при проведении анализа и обработки о том, что это нам дает применительно к звуковым сигналам, мы еще поговорим. Это означает, что ряд Фурье функции f x можно представить графически, отложив по оси абсцисс значение k, а по оси ординат — величины коэффициентов a k и b k в некоторой форме. Рассмотрим в качестве примера функцию:. График функции представлен на рис. Это периодическая функция с периодом 2П. Разложение этой функции в ряд Фурье дает следующий результат: То есть, коэффициенты a k равны нулю для всех k, а коэффициенты b k не равны нулю только для нечетных k. Этот ряд Фурье можно представить графически в виде графика, как показано на рис. Так можно поступить с периодическими функциями. Однако, как на практике, так и в теории, далеко не все функции являются периодическими. Чтобы получить возможность раскладывать непериодическую функцию f x в ряд Фурье, можно воспользоваться «хитростью». Как правило, при рассмотрении некоторой сложной непериодической функции нас не интересуют ее значения на всей области определения; нам достаточно рассматривать функцию лишь на определенном конечном интервале [ x 1, x 2] для некоторых x 1 и x 2. Для ее разложения в ряд Фурье на интервале [ x 1, x 2] мы можем искусственно представить в виде некоторой периодической функции , полученной путем «зацикливания» значений функции f x из рассматриваемого интервала. После этой процедуры, непериодическая функция f x превращается в периодическую , которая может быть разложена в ряд Фурье. До сих пор мы говорили о математике. Как же все сказанное соотносится с практикой? Действительно, рассмотренный нами способ разложения в ряд Фурье работает для функций, записанных в виде аналитических выражений. К сожалению, на практике записать функцию в виде аналитического выражения возможно лишь в единичных случаях. В реальности чаще всего приходится работать с изменяющимися во времени величинами, никак неподдающимися аналитической записи. Кроме того, значения анализируемой величины чаще всего известны не в любой момент времени, а лишь тогда, когда производится их регистрация иными словами, значения анализируемой величины дискретны. В частности, интересующие нас сейчас реальные звуковые колебания, являются как раз такой величиной. Оказывается, к таким величинам тоже может быть применена вариация анализа Фурье. Для разложения в ряд Фурье сигналов, описанных их дискретными значениями, применяют Дискретное Преобразование Фурье ДПФ — специально созданная разновидность анализа Фурье. БПФ очень широко используется буквально во всех областях науки и техники. Частотные составляющие спектра - это синусоидальные колебания так называемые чистые тона , каждое из которых имеет свою собственную амплитуду, частоту и фазу. Любое, даже самое сложное по форме колебание например, звук голоса человека , можно представить в виде суммы простейших синусоидальных колебаний определенных частот и амплитуд. На рис. На графике по оси абсцисс откладывается время, а по оси ординат - амплитуда волны измеренная в децибелах. Спектр этого звукового сигнала представлен в виде графика на рис.
Звук - теория, часть 1
Звуковая волна Амплитуду звуковых колебаний называют звуковым давлением или силой звука. Информационный объём звукового файла зависит от: частоты дискретизации тактовой. Например, следующая звуковая волна была разбита с глубиной кодирования, равной 3 битам (поэтому уровней громкости ровно 2 ^ 3 = 8 и каждый закодирован кодом, длиной в 3 символа) и частотой дискретизации 4 Гц. Все эти звуковые волны распространяются в воздушной среде с уже известной нам скоростью звука.
Презентация, доклад на тему Кодирование звука для 10 класса
В звуковой аппаратуре звук представляется либо непрерывным электрическим сигналом, либо набором цифр (нулей и единиц). Звуковая волна. Амплитуду звуковых колебаний называют звуковым давлением или силой звука. Разложение непрерывной звуковой волны является важным инструментом в области аудиоанализа и синтеза звука.
Дискретизация звука
Для этого звуковая волна разбивается на отдельные временные участки. Причина заключается в том, что звуковая волна является настолько длинной, что ей нужно 1/20 секунды, чтобы достичь Вашего уха. Периодические звуковые сигналы воспроизводят постоянный звук, повторяя форму волны снова и снова, и так до бесконечности. На что разбивается непрерывная звуковая волна. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, для каждого такого участка устанавливается определенная величина интенсивности звука частота. В статье мы расскажем, что препятствует распространению звука, но прежде разберемся, что собой представляет звуковая волна.
Презентация 10 -8 Кодирование звуковой информации С
| На границе звукового барьера: что вы об этом знаете? | Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные участки по времени. |
| Хлопок при переходе самолета на сверхзвук — это миф. Причина «взрыва» совсем другая - | В процессе кодирования звукового сигнала производится его временная дискретизация – непрерывная волна разбивается на отдельные маленькие временные участки и для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды. |
Что препятствует распространению звука? Распространение звука в среде
Такой процесс называется оцифровкой звука. Таким образом, непрерывная зависимость громкости звука от времени A t заменяется на дискретную последовательность уровней громкости. На графике это выглядит как замена гладкой кривой на последовательность "ступенек". Рис 2. Временная дискретизация звука Частота дискретизации. Для записи аналогового звука и его преобразования в цифровую форму используется микрофон, подключенный к звуковой плате. Качество полученного звука зависит от количества измерений уровня громкости звука в единицу времени, то есть частоты дискретизации. Чем большее количество измерений производится за 1 секунду, тем выше качество записанного звука. Частота дискретизации звука — это количество измерений громкости звука за одну секунду. Одно измерение в секунду соответствует частоте 1Гц, 1000 измерений в секунду — 1 кГц. Частота дискретизации звука может лежать в диапазоне от 8000 до 48000 измерений громкости звука за одну секунду.
Звучание любого музыкального инструмента является сложным и состоит из множества частотных составляющих. Тем не менее, даже при одинаковой высоте звучания, звук, например, скрипки отличается на слух от звука рояля. Это связано с тем, что помимо высоты звучания слух способен оценить также общий характер, окрас звучания, его тембр. Тембром звука называется такое качество восприятия звука, которое, в не зависимости от частоты и амплитуды, позволяет отличить одно звучание от другого.
Тембр звука зависит от общего спектрального состава звучания и интенсивности спектральных составляющих, то есть от общего вида звуковой волны, и фактически не зависит от высоты основного тона. Немалое влияние на тембр звучания оказывает явление инерционности слуховой системы. Это выражается, например, в том, что на распознавание тембра слуху требуется около 200 мс. Громкость звука — это одно из тех понятий, которые мы употребляем ежедневно, не задумываясь при этом над тем, какой физический смысл оно несет.
Громкость звука — это психологическая характеристика восприятия звука, определяющая ощущение силы звука. Громкость звука, хотя и жестко связана с интенсивностью, но нарастает непропорционально увеличению интенсивности звукового сигнала. На громкость влияет частота и длительность звукового сигнала. Чтобы правильно судить о связи ощущения звука его громкости с раздражением уровнем силы звука , нужно учитывать, что изменение чувствительности слухового аппарата человека не точно подчиняется логарифмическому закону.
Существуют несколько единиц измерения громкости звука. Первая единица — «фон» в англ. Говорят, «уровень громкости звука составляет n фон», если средний слушатель оценивает сигнал как равный по громкости тону с частотой 1000 Гц и уровнем давления в n дБ. Фон, как и децибел , по сути не является единицей измерения, а представляет собой относительную субъективную характеристику интенсивности звука.
Каждая кривая на графике показывает уровень равной громкости с начальной точкой отсчета на частоте 1000 Гц. Иначе говоря, каждая линия соответствует некоторому значению громкости, измеренной в фонах. Например, линия «10 фон» показывает уровни сигнала в дБ на разных частотах, воспринимаемых слушателем как равные по громкости сигналу с частотой 1000 Гц и уровнем 10 дБ. Важно заметить, что приведенные кривые не являются эталонными, а приведены в качестве примера.
Современные исследования ясно свидетельствуют, что вид кривых в достаточной степени зависит от условий проведения измерений, акустических характеристик помещения, а также от типа источников звука громкоговорители, наушники. Таким образом, эталонного графика кривых равных громкостей не существует. Важной деталью восприятия звука слуховым аппаратом человека является так называемый порог слышимости - минимальная интенсивность звука, с которой начинается восприятие сигнала. Как мы видели, уровни равной громкости звука для человека не остаются постоянным с изменением частоты.
Иными словами, чувствительность слуховой системы сильно зависит как от громкости звука, так и от его частоты. В частности, и порог слышимости также не одинаков на разных частотах. Например, порог слышимости сигнала на частоте около 3 кГц составляет чуть менее 0 дБ, а на частоте 200 Гц — около 15 дБ. Напротив, болевой порог слышимости мало зависит от частоты и колеблется в пределах 100 — 130 дБ.
График порога слышимости представлен на рис. Обратим внимание, что поскольку, острота слуха с возрастом меняется, график порога слышимости в верхней полосе частот различен для разных возрастов. Частотные составляющие с амплитудой ниже порога слышимости то есть находящиеся под графиком порога слышимости оказываются незаметными на слух. Интересным и исключительно важным является тот факт, что порог слышимости слуховой системы, также как и кривые равных громкостей, является непостоянным в разных условиях.
Представленные выше графики порога слышимости справедливы для тишины. В случае проведения опытов по измерению порога слышимости не в полной тишине, а, например, в зашумленной комнате или при наличии какого-то постоянного фонового звука, графики окажутся другими. Это, в общем, совсем не удивительно. Ведь идя по улице и разговаривая с собеседником, мы вынуждены прерывать свою беседу, когда мимо нас проезжает какой-нибудь грузовик, поскольку шум грузовика не дает нам слышать собеседника.
Этот эффект называется частотной маскировкой. Причиной появления эффекта частотной маскировки является схема восприятия звука слуховой системой. Мощный по амплитуде сигнал некоторой частоты f m вызывает сильные возмущения базилярной мембраны на некотором ее отрезке. Близкий по частоте, но более слабый по амплитуде сигнал с частотой f уже не способен повлиять на колебания мембраны, и поэтому остается «незамеченным» нервными окончаниями и мозгом.
Эффект частотной маскировки справедлив для частотных составляющих, присутствующих в спектре сигнала в одно и то же время. Однако в виду инерционности слуха, эффект маскировки может распространяться и во времени. Так некоторая частотная составляющая может маскировать другую частотную составляющую даже тогда, когда они появляются в спектре не одновременно, а с некоторой задержкой во времени. Этот эффект называется временной маскировкой.
В случае, когда маскирующий тон появляется по времени раньше маскируемого, эффект называют пост-маскировкой. В случае же, когда маскирующий тон появляется позже маскируемого возможен и такой случай , эффект называет пре-маскировкой. Пространственное звучание. Человек слышит двумя ушами и за счет этого способен различать направление прихода звуковых сигналов.
Эту способность слуховой системы человека называют бинауральным эффектом. Механизм распознавания направления прихода звуков сложен и, надо сказать, что в его изучении и способах применения еще не поставлена точка. Уши человека расставлены на некотором расстоянии по ширине головы. Скорость распространения звуковой волны относительно невелика.
Сигнал, приходящий от источника звука, находящегося напротив слушателя, приходит в оба уха одновременно, и мозг интерпретирует это как расположение источника сигнала либо позади, либо спереди, но не сбоку. Если же сигнал приходит от источника, смещенного относительно центра головы, то звук приходит в одно ухо быстрее, чем во второе, что позволяет мозгу соответствующим образом интерпретировать это как приход сигнала слева или справа и даже приблизительно определить угол прихода. Численно, разница во времени прихода сигнала в левое и правое ухо, составляющая от 0 до 1 мс, смещает мнимый источник звука в сторону того уха, которое воспринимает сигнал раньше. Такой способ определения направления прихода звука используется мозгом в полосе частот от 300 Гц до 1 кГц.
Направление прихода звука для частот расположенных выше 1 кГц определяется мозгом человека путем анализа громкости звука. Дело в том, что звуковые волны с частотой выше 1 кГц быстро затухают в воздушном пространстве. Поэтому интенсивность звуковых волн, доходящих до левого и правого ушей слушателя, отличаются на столько, что позволяет мозгу определять направление прихода сигнала по разнице амплитуд. Если звук в одном ухе слышен лучше, чем в другом, следовательно источник звука находится со стороны того уха, в котором он слышен лучше.
Немаловажным подспорьем в определении направления прихода звука является способность человека повернуть голову в сторону кажущегося источника звука, чтобы проверить верность определения. Способность мозга определять направление прихода звука по разнице во времени прихода сигнала в левое и правое ухо, а также путем анализа громкости сигнала используется в стереофонии. Имея всего два источника звука можно создать у слушателя ощущение наличия мнимого источника звука между двумя физическими. Причем этот мнимый источник звука можно «расположить» в любой точке на линии, соединяющей два физических источника.
Для этого нужно воспроизвести одну аудио запись например, со звуком рояля через оба физических источника, но сделать это с некоторой временной задержкой в одном из них и соответствующей разницей в громкости. Грамотно используя описанный эффект можно при помощи двухканальной аудио записи донести до слушателя почти такую картину звучания, какую он ощутил бы сам, если бы лично присутствовал, например, на каком-нибудь концерте. Такую двухканальную запись называют стереофонической. Одноканальная же запись называется монофонической.
Количество уровней звукового сигнала можно рассчитать следующим образом: уровней сигнала. Для того чтобы определить, какой объем памяти требуется для хранения звуковой информации длительностью t секунд, с частотой дискретизации f Гц, глубиной кодирования b бит по s каналам, необходимо воспользоваться следующей формулой:. Определим информационный объем данных, которые были получены при оцифровке звукового сообщения длительность 2 минуты, частота 45кГц, использовалась 16-битная звуковая карта. Запись выполнена в режиме «стерео». Видеоинформация Для того чтобы сохранить видеоинформацию в памяти компьютера, необходимо закодировать звук, а также изменяющееся во времени изображение, важно обеспечить их синхронность. Как мы выяснили ранее, звуковую информацию оцифровывают, видеоинформацию же рассматривают как последовательность кадров, меняющихся с определённой частотой. Кадр рассматривается как множество пикселей, каждый кадр кодируется, совокупность всех кадров описывает видео.
При высоте полета, около 10 км этот хлопок будет не очень громким, Мы его даже навряд ли правильно оценим, так как сам самолет при такой высоте полета будет от нас уже на расстоянии 12-15 км. Ну а если представить, что самолет на сверхзвуке пролетит над нами на высоте 50-100 метров, это будет уже совсем другая, очень печальная история. Ударная волна будет порядка 200 КПа, что в разы больше смертельного порога для человека и такая ударная волна способна разрушить практически любое строение и технику. Ученые и инженеры давно «приглядывались» к эффекту ударной звуковой волны, в далеко не мирных целях. Самолет или ракета на сверхзвуке - порядка 1. Фактически, такой летательный аппарат, при своем движении на сверхзвуке на высоте 50-100 метров, оставляет под собой мертвую полосу шириной 50-100 метров. Такие эксперименты проводились крайне редко, так как они смертельно опасны для самого самолета и летчика. Не каждый реактивный самолет способен и рассчитан, на то, чтобы разогнаться до сверхзвуковой скорости на малой высоте. Поэтому о длительном полете на сверхзвуковой скорости у поверхности земли никто и не мечтает.
Непрерывная зависимость
Кадр рассматривается как множество пикселей, каждый кадр кодируется, совокупность всех кадров описывает видео. Основными характеристиками частота кадров скорость воспроизведения кадров в секунду ; экранное разрешение количество пикселей на экране ; глубина цвета количество бит на пиксель. Для того чтобы определить, какой объем памяти требуется для хранения видеоинформации, необходимо воспользоваться следующей формулой: , где I — искомый объем видеоданных, H и W — высота и ширина изображения в пикселях, — частота кадров в секунду, t — продолжительность передачи видео в секундах, i — глубина цвета. Если же на видео накладывается звук, то к объему видео необходимо прибавить объем памяти, необходимый для хранения звуковой информации. Пусть необходимо определить объем видео с разрешением кадра 320х576 пикселей с глубиной цвета 24 бит, частотой кадра 25 и длительностью 3 минуты, причем известно, что частота дискретизации стереозвука, наложенного на видео равна 11250 Гц, а количество уровней громкости составляет.
Информационный объем видео равен:.
После этого каждый имеющийся результат измерений громкости звука можно соотнести с некоторым поддиапазоном, в который он попадает, и кодировать его номером кодом соответствующего уровня громкости. В зависимости от ситуации на практике используются разные значения частоты дискретизации и глубины кодирования табл. Таблица 3. Оценим объём звукового стереоаудиофайла с глубиной кодирования 16 бит и частотой дискретизации 44,1 кГц, который хранит звуковой фрагмент длительностью звучания 15 секунд. Увеличивая частоту дискретизации и глубину кодирования, можно более точно сохранить и впоследствии восстановить форму звукового сигнала. При этом объём сохраняемых данных будет увеличиваться. Важно понимать, каких параметров оцифровки достаточно, чтобы сохраняемый звук был достаточно близок к исходному, а содержащий его файл имел минимально возможный объём. В начале 30-х годов прошлого века было установлено, что это возможно, если частота временной дискретизации будет в два раза выше максимальной частоты измеряемого сигнала.
В 1928 году американский учёный Гарри Найквист высказал утверждение, что частота дискретизации должна быть в два или более раза выше максимальной частоты измеряемого сигнала. В 1933 году наш соотечественник В. Котельников и независимо от него американец Клод Шеннон в 1949 году сформулировали и доказали теорему, более сильную чем утверждение Найквиста, о том, при каких условиях и как по дискретным значениям можно восстановить форму непрерывного сигнала.
Чем больше амплитуда сигнала, тем он громче для человека, чем больше частота сигнала, тем выше тон. Звуки различной громкости Громкий звук Тихий звук Звуки различной высоты Низкий звук Высокий звук Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть превращен в последовательность электрических импульсов двоичных нулей и единиц. Схема кодирования звука Звуковая волна Микрофон Переменный ток Звуковая плата Двоичный код Память ЭВМ Схема декодирования звука Память ЭВМ Двоичный код Звуковая плата Переменный ток Динамик Звуковая волна Схема преобразования звуковой волны в двоичный код Звуковая волна Микрофон Звуковая плата аудиоадаптер Память ЭВМ Схема воспроизведения звука, сохранённого в памяти ЭВМ Память ЭВМ Звуковая плата аудиоадаптер Динамик Звуковая волна Оцифровка перевод в цифровую форму цифровой сигнал аналоговый сигнал 10110101010011 аналоговый сигнал 13 Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды. Таким образом, непрерывная зависимость амплитуды сигнала от времени А t заменяется на дискретную последовательность уровней громкости. Процесс преобразования непрерывного аналогового сигнала в дискретный прерывистый называется временной дискретизацей. Зависимость качества звука от глубины кодирования Глубина кодирования Соответствие звуков различных характеристик некоторым источникам звука Audio.
Для самолёта ударная волна создаёт громкий и грохочущий звуковой удар. Происходит это на самом деле постоянно, однако люди слышат этот грохот только один раз - когда над ними пролетает «след» от самолёта. Иногда даже слышен бывает двойной хлопок из-за двух следов: за носом самолёта и за хвостом.