ТЕМБР ЗВУКА ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ

Высота звука характеризуется частотой, а его качество, индивидуальная окраска, узнаваемость — . — это субъективная характеристика звука, позволяющая по его индивидуальной специфической окраске отличить конкретный звук от других звуков с той же высотой тона и громкостью. Тембровая окраска звука определяется его спектром, который содержит кроме основного тона ряд гармоник (обертонов) с частотами кратными частоте основного тона. Количество обертонов, их частоты и соотношение амплитуд, в основном, и определяют тембр звука. Немаловажным фактором является также скорость нарастания фронта сигнала и время его затухания, при этом различные гармонические составляющие имеют разное время нарастания фронта и затухания. Эти факторы тоже влияют на тембровую окраску звука и способствуют узнаваемости инструментов.

Звук – это физическое объективное явление. Его источником бывает любое упругое тело, способное производить механические колебания. В результате образовываются звуковые волны, что по воздуху достигают человеческого уха. Оно воспринимает волны и преобразовывает их в нервные импульсы, которые передаются в головной мозг и обрабатываются его полушариями. В результате человек осознает конкретный звук.

Существует три категории звуков:

Для создания композиций используются только музыкальные звуки, изредка – шумовые.

Те́мбр (фр.  — колокольчик, метка, отличительный знак) — (обертоновая) окраска звука; одна из специфических характеристик музыкального звука (наряду с его высотой, громкостью и длительностью).

По тембру отличают звуки одинаковой высоты и громкости, но исполненные на различных инструментах, разными голосами, или же на одном инструменте, но разными способами, штрихами и т.п.

Тембр того или иного музыкального инструмента определяется материалом, формой, конструкцией и условиями колебания его вибратора, различными свойствами его резонатора, а также акустикой того помещения, в котором данный инструмент звучит. В формировании тембра каждого конкретного звука ключевое значение имеют его обертоны и их соотношение по высоте и громкости, шумовые призвуки, параметры атаки (начального импульса звукоизвлечения), форманты, характеристики вибрато и другие факторы.

В строго научном отношении обоснованная типология тембра ещё не сложилась. Установлено, что тембровый слух имеет зонную природу.

Тембр используется как важное средство музыкальной выразительности: при помощи тембра можно выделить тот или иной компонент музыкального целого, усилить или ослабить контрасты; изменение тембров — один из элементов музыкальной драматургии.

В музыке XX века возникла тенденция средствами гармонии и фактуры усиливать, подчёркивать тембровую сторону звучания (параллелизмы, кластеры). Особыми областями для использования художественных свойств и выразительных возможностей тембральной палитры являются сонорика и спектральная музыка.

Весьма обширные банки новых (в основном — искусственно синтезированных) тембров созданы сегодня в области электронной музыки.

Тембр звука – окраска
звука; качественная оценка звука,
издаваемого музыкальным инструментом,
звуковоспроизводящим устройством или
голосовым аппаратом людей и животных.
Тембр звука: – характеризует оттенок
звучания; – определяется источником
звука; и – зависит от состава обертонов,
сопутствующих основному тону, и их
интенсивности. По тембрам отличают
звуки одинаковой высоты и громкости,
но исполненные или на разных инструментах,
разными голосами, или на одном инструменте
разными способами, штрихами. Тембр
определяется материалом, формой
вибратора, условиями его колебаний,
резонатором, акустикой помещения. В
характеристике тембра большое значение
имеют обертоны и их соотношение по
высоте и громкости, шумовые призвуки,
атака (начальный момент звука), форманты,
вибрато и другие факторы. При восприятии
тембров обычно возникают различные
ассоциации: тембровое качество звука
сравнивают со органолептическими
ощущениями от тех или иных предметов и
явлений, например, звуки называют яркими,
блестящими, матовыми, тёплыми, холодными,
глубокими, полными, резкими, насыщенными,
сочными, металлическими, стеклянными;
применяются и собственно слуховые
определения (например, звонкие, глухие,
шумные). Научно-обоснованная типология
тембра ещё не сложилась. Установлено,
что тембровый слух имеет зонную природу.
Тембр используется как важное средство
музыкальной выразительности: при помощи
тембра можно выделить тот или иной
компонент музыкального целого, усилить
или ослабить контрасты; изменение
тембров — один из элементов музыкальной
драматургии. В музыке XX века возникла
тенденция средствами гармонии и фактуры
усиливать, подчёркивать тембровую
сторону звучания (параллелизмы, кластеры).
Особыми направлениями в использовании
тембра являются сонорика и спектральная
музыка.

Восприятие по времени и фазе, нелинейность слуха

Еще до второй половины двадцатого века считалось, что человеческий слух не воспринимает фазовый сдвиг между частотными составляющими звукового сигнала. Это объяснялось тем, что слуховой анализатор не обладает механизмом реагирования на фазу колебаний. Тем не менее, фазовый сдвиг может быть воспринят, когда он преобразуется в задержку по времени, небольшие сдвиги по фазе могут быть замечены из-за слуха.

слуха — это субъективное восприятие гармоник, отсутствующих в звуковом сигнале при высоких, порядка 100 дБ, уровнях интенсивности звука. Существенно, что интенсивность этих субъективных гармоник может превысить интенсивность основного тона, что позволяет воспринимать нижние частоты. По всей видимости, частоты ниже 100 Гц воспринимаются не непосредственно, а опосредованно из-за создаваемых ими более высоких гармоник, или из-за нелинейности слуха. Нелинейность слуха может быть связана с нелинейными явлениями в слуховом анализаторе из-за завихрений воздуха в нем. Если составляющие сигнала складывается со сдвигом фаз, приводящему к увеличению результирующей амплитуды, то из-за нелинейности слуха амплитуды субъективных гармоник также возрастают по сравнению с гармониками, воспринимаемыми при другом сдвиге фаз. Таким образом, фиксируется разница в их звучании.

При прекращении действия раздражающей силы происходит релаксация слухового ощущения, которое не исчезает мгновенно, а уменьшается до нуля за определ нное время. Такое явление называется , а интервал времени, за который слуховое ощущение по уровню громкости уменьшается на 8,7 фон, называется постоянной времени слуха. Эта постоянная может зависеть от многих факторов, в первую очередь от характеристик звука, и составляет 145–190 мс. В случае прослушивания одним ухом, когда к нему

приходят два совершенно одинаковых звуковых импульса, сдвинутых во времени, то если время сдвига (запаздывания) превышает 50 мс, то они будут восприняты отдельно, если меньше 50 мс — слитно. С другой стороны, когда запаздывающий импульс имеет уровень громкости ниже первого, раздельного восприятия не будет, поскольку запаздывающий импульс будет маскироваться остаточным слуховым ощущением от первого. Это явление называется

Если звуки исходят из одного источника, но один из них проходит больший путь, например, из-за отражения от какого-либо препятствия, то возможность раздельного восприятия этих звуков называется .

Ещ одной временной характеристикой слуха является время установления высоты тональности звука, его частоты. Этот процесс также не происходит мгновенно, на низких частотах слуху необходимо на это 30–35 мс, на более высоких 15–25 мс.

Характеристики слухового ощущения и их связь с физическими характеристиками звука.

В слуховом ощущении
различают высоту,
громкость и тембр звука.
Эти характеристики слухового ощущения
связаны с частотой, интенсивностью и
гармоническим спектром – объективными
характеристиками звуковой волны. Задачей
системы звуковых измерений является
установить эту связь и таким образом
дать возможность при исследовании слуха
у различных людей единообразно
сопоставлять субъективную оценку
слухового ощущения с данными объективных
измерений.

Высота
звука
— субъективная характеристика,
определяемая частотой его основного
тона: чем больше частота, тем выше звук.

В значительно
меньшей степени высота зависит от
интенсивности волны: на одной и той же
частоте более сильный звук воспринимается
более низким.

Тембр
звука
почти исключительно определяется
спектральным составом.
Например, ухо различает одну и ту же
ноту, воспроизведенную на разных
музыкальных инструментах. Одинаковые
по основным частотам звуки речи у
различных людей также отличаются по
тембру. Итак, тембр – это качественная
характеристика слухового ощущения, в
основном обусловленная гармоническим
спектром звука.

Громкость
звука
Е
— это уровень слухового ощущения над
его порогом. Она зависит, прежде всего,
от интенсивности
I
звука.
Несмотря на субъективность, громкость
может быть оценена количественно путем
сравнения слухового ощущения от двух
источников.

Уровни
интенсивности и уровни громкости звука.
Единицы измерения. Закон Вебера-Фехнера.

Звуковая волна
создает ощущение звука, при силе звука
превышающей некоторую минимальную
величину, называемую порогом слышимости.
Звук, сила которого лежит ниже порога
слышимости, ухом не воспринимается: он
слишком слаб для этого. Порог
слышимости различен для различных
частот (Рис. 3). Наиболее чувствительно
человеческое ухо к колебаниям с частотами
в области 1000 – 3000 Гц; для этой области
порог слышимости достигает величины
порядка I0
=
10-12
вт/м2
. К более низким и к более высоким частотам
ухо значительно менее чувствительно.

Колебания очень
большой силы, порядка нескольких десятков
Вт/м2,
перестают восприниматься как звуковые:
они вызывают в ухе осязательное чувство
давления, переходящее дальше в болевое
ощущение. Максимальная
величина силы звука, при превышении
которой возникает болевое ощущение,
называется порогом осязания или порогом
болевого ощущения
(Рис. 3).
На частоте 1 кГц она равна Im
= 10 вт/м2.

Порог
болевого ощущения различен для различных
частот. Между
порогом слышимости и болевым порогом
лежит область слышимости, изображенная
на рисунке 3.

Рис. 3. Диаграмма
слышимости.

Отношение
интенсивностей звука для этих порогов
равно 1013.
Удобно

использовать
логарифмическую шкалу и сравнить не
сами величины, а их логарифмы. Получили
шкалу уровней интенсивности звука.
Значение I0
принимают за начальный уровень шкалы,
любую другую интенсивность I
выражают через десятичный логарифм ее
отношения к I0
:

Логарифм отношения
двух интенсивностей измеряется в белах
(Б).

Бел
(Б)
— единица шкалы уровней интенсивности
звука, соответствующая изменению уровня
интенсивности в 10 раз. Наряду
с белами широко применяются децибелы
(дБ), в этом
случае формулу

следует записать так:

.

0 10
20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
140 150 160 дБ

Рис. 4. Интенсивности
некоторых звуков.

В основе создания
шкалы уровней громкости лежит важный
психофизический закон
Вебера-Фехнера.
Если, согласно этому закону, увеличивать
раздражение в геометрической прогрессии
(то есть в одинаковое число раз), то
ощущение этого раздражения будет
возрастать в арифметической прогрессии
(то есть на одинаковую величину).

Элементарное
приращение dE
громкости
звука прямо пропорционально отношению
приращения dI
интенсивности
к самой интенсивности I
звука:

,

где k
— коэффициент пропорциональности,
зависящий от частоты и интенсивности.

Тогда уровень
громкости E
данного звука определяется путем
интегрирования выражения 8 в пределах
от некоторого нулевого уровня I0
до заданного уровня I
интенсивности.

.

Таким образом,
закон
Вебера-Фехнера
формулируется следующим образом:

Уровень громкости
данного звука (при определенной частоте
звуковых колебаний) прямо пропорционален
логарифму отношения его интенсивности
I
к значению I0,
соответствующему порогу слышимости:

.

Сравнительную
шкалу, равно как единицу бел и децибел,
применяют также для характеристики
уровней звукового давления.

Единицы
измерения уровней громкости имеют такие
же названия: бел и децибел, но для отличия
от шкалы уровней интенсивности звука
в шкале уровней громкости децибелы
называют
фонами (Ф).

Бел – изменение
уровня громкости тона частотой 1000 Гц
при изменении уровня интенсивности
звука в 10 раз.
Для
тона 1000 Гц численные значения в белах
уровня громкости и уровня интенсивности
совпадают.

Если построить
кривые для различных уровней громкости,
например, ступенями через каждые 10
фонов, то получится система графиков
(рис. 1.5), которая дает возможность найти
зависимость уровня интенсивности звука
от частоты при любом уровне громкости.

В целом система
кривых равной громкости отражает
зависимость между частотой, уровнем
интенсивности и уровнем громкости звука
и дает возможность по двум известным
из этих величин находить третью –
неизвестную.

Исследование
остроты слуха, т. е. чувствительность
слухового органа к звукам разной высоты,
называется аудиометрией.
Обычно при исследовании находят точки
кривой порога слышимости при частотах,
пограничных между октавами. Октава –
это интервал высот тона, в котором
отношение крайних частот равно двум.
Существует три основных метода
аудиометрии: исследование слуха речью,
камертонами и аудиометром.

График зависимости
порога слышимости от звуковой частоты
называется
аудиограммой.
Потеря слуха определяется путем сравнения
аудиограммы больного с нормальной
кривой. Используемый при этом аппарат
— аудиометр — представляет собой
звуковой генератор с независимой и
тонкой регулировкой частоты и уровня
интенсивности звука. Аппарат оборудован
телефонами для воздушной и костной
проводимости и сигнальной кнопкой, с
помощью которой исследуемый отмечает
наличие слухового ощущения.

Если
бы коэффициент k
был постоянным, то из LБ
и E
следовало бы, что логарифмическая шкала
интенсивностей звука соответствует
шкале громкостей. В
этом случае громкость звука так же, как
и интенсивность измерялась бы в белах
или децибелах. Однако сильная зависимость
k
от частоты
и интенсивности звука не позволяет
измерение громкости свести к простому
использованию формулы 16.

Условно
считают, что на частоте 1 кГц шкалы
громкости и интенсивности звука полностью
совпадают, т.е. k
= 1
и


ТЕМБР ЗВУКА ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ

Громкость на других
частотах можно измерять, сравнивая
исследуемый звук со звуком частотой 1
кГц. Для этого при помощи звукового
генератора создают звук частотой 1 кГц.
Меняют интенсивность этого звука до
тех пор, пока не возникнет слуховое
ощущение, аналогичное ощущению громкости
исследуемого звука. Интенсивность звука
частотой 1 кГц в децибелах, измеренная
по прибору, будет равна громкости этого
звука в фонах.

Нижняя кривая
соответствует интенсивностям самых
слабых слышимых звуков — порогу
слышимости; для всех частот Eф
= 0 Ф,
для 1 кГц интенсивность звука I0
= 10-12
Вт/м2
(рис.5.). Из приведенных кривых видно,
что среднее человеческое ухо наиболее
чувствительно к частотам 2500 – 3000 Гц.
Верхняя кривая соответствует порогу
болевого ощущения; для всех частот Еф
 130 Ф,
для 1 кГц I
= 10
Вт/м2
.

Каждая промежуточная
кривая отвечает одинаковой громкости,
но разной интенсивности звука для разных
частот. Как было отмечено, только для
частоты 1 кГц громкость звука в фонах
равна интенсивности звука в децибелах.

По кривой равной
громкости можно найти интенсивности,
которые при определенных частотах
вызывают ощущение этой громкости.

Например, пусть
интенсивность звука частотой 200 Гц равна
80 дБ.

Какова громкость
этого звука? На рисунке находим точку
с координатами: 200 Гц, 80 дБ. Она лежит на
кривой, соответствующей уровню громкости
60 Ф, что и является ответом.

Энергии,
соответствующие обычным звукам, весьма
невелики.

Для иллюстрации
этого можно привести следующий курьезный
пример.

Если бы 2000 человек
вели непрерывно разговор в течение 1½
часов, то энергии их голосов хватило бы
лишь на то, чтобы вскипятить один стакан
воды.


ТЕМБР ЗВУКА ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ

Рис. 5. Уровни
громкости звука для звуков различных
интенсивностей.

Другие характеристики

Это характеристика, влияющая на громкость звука. Амплитуда – это половина разницы между максимальным и минимальным значением плотности.

Спектральный состав

Спектр – это распределение звуковой волны по частотам на гармонические колебания. Человеческое ухо воспринимает звук в зависимости от частот, которые составляют звуковую волну. Они определяют высоту тона: большие частоты дают высокие тона и наоборот. Музыкальный звук имеет несколько тонов:

Музыкальные звуки, у которых один основной тон, различаются благодаря тембру. Он определяется амплитудами и частотами обертонов, а также нарастанием амплитуды в начале и конце звучания.

Интенсивность

Так называют энергию, которая переносится звуковой волной за промежуток времени через какую-либо поверхность. От интенсивности напрямую зависит другая характеристика – громкость. Ее определяет амплитуда колебания в звуковой волне. Относительно восприятия человеческими органами слуха выделяют порог слышимости – минимальную интенсивность, доступную для восприятия человеком. Предел, за которым ухо не может воспринимать интенсивность звуковой волны без болевых ощущений, называется порогом болевого ощущения.

Также он зависит от звуковой частоты.

Тембр

Иначе его называют окраской звука. На тембр влияют несколько факторов: устройство источника звука, материал, размер и форма. Тембр меняется благодаря различным музыкальным эффектам. В музыкальной практике это свойство влияет на выразительность произведения. Тембр придает мелодии характерного звучания.


ТЕМБР ЗВУКА ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ

  • Назайкинский Е., Рагс Ю. Восприятие музыкальных тембров и значение отдельных гармоник звука, в кн.: Применение акустических методов исследования в музыкознании, М., 1964.
  • Гарбузов Н. Зонная природа тембрового слуха, М., 1956.

Звуковые волны

Это разрежение и сгущение звука в упругой, или звукопроводящей, среде. Когда произошло механическое колебание тела, волна расходится по звукопроводящей среде: воздуху, воде, газу, различным жидкостям. Распространение происходит с различной скоростью, которая зависит от конкретной среды и ее упругости. В воздухе этот показатель звуковой волны составляет 330-340 м/сек, в воде – 1450 м/сек.

Звуковая волна невидима, но слышима человеком, поскольку воздействует на его барабанные перепонки. Для ее распространения необходима среда. Учеными доказано: в вакууме, то есть пространстве без воздуха, звуковая волна может образовываться, но не распространяться.

Интересные факты

Если тракт звуковоспроизведения является инвариантной по времени, линейной системой, то его комплексная передаточная функция и импульс-

ная характеристика связаны преобразованием Фурье:

где — отклик тракта на воздействие дельта-функции при нуле-

вых начальных условиях;

— отношение комплексных амплитуд сигнала на выходе и входе

тракта при гармонических воздействиях.

Условием отсутствия искажений кроме изменения масштаба сигнала и его задержки без изменения формы является выражение

где и — выходной и входной сигнал соответственно;

помощью интеграла свертки

где — время запаздывания, и преобразования Фурье получим условие неискаженной передачи сигнала

где — модуль комплексной передаточной функции или коэффици-

ент передачи тракта. Его частотная зависимость называется амплитудночастотной характеристикой (АЧХ) тракта;

— аргумент передаточной функции — фазо-частотная характери-

Условием неискаженной передачи сигнала через тракт является постоянство АЧХ:


ТЕМБР ЗВУКА ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ

и пропорциональность частоте ФЧХ, т.е.

определяются непостоянством АЧХ во всем воспроизводимом диапазоне частот и воспринимаются как изменение тембра звучания, особенно на крайних участках спектра — спад АЧХ на НЧ и ВЧ оцениваются по величине неравномерности частотной характеристики в

некоторой полосе частот .

где и — максимальный и минимальный коэффициент передачи

в заданном диапазоне частот.

Рис. 2.6. Типичная АЧХ звукового тракта

Неравномерность АЧХ в логарифмических единицах

где и — максимальный и минимальный уровни звукового дав-

Пороговая величина различаемых на слух пиков и провалов АЧХ составляет 3 дБ. Субъективные экспертизы показали, что чувствительность восприятия пиков значительно выше, чем провалов. При этом существенным является частотное положение и ширина интервала частот, который занимает участок

АЧХ с пиком-провалом. Чувствительность слуха к спектральным неравномерностям максимальна в полосе частот 500–3000 Гц. Обнаружено, что вследствие наличия широких критических полос слуха, пики-провалы АЧХ не воспринимаются, если они занимают полосу уже 1/8 октавы. Установлено, что в низкочастотной области искажения АЧХ более заметны чем на высоких частотах, для субъективного восприятия также важен характер спада АЧХ на границах частотного диапазона.

определяются смещением составляющих спектра выходного сигнала друг относительно друга во времени. Действительно, фазовый сдвиг между входным и выходным сигналами означает, что они

сдвинуты на временной интервал

стотные искажения отсутствуют, поскольку при этом (если ,

Системы, в которых АЧХ и ФЧХ однозначно связаны преобразованием Гильберта:

называются . В них отсутствие искажений АЧХ предполагает отсутствие искажений ФЧХ, а линейные искажения, вносимые трактом звуковоспроизведения, полностью определяются его АЧХ.

Как показали исследования, акустические системы (АС) не являются ми- нимально-фазовыми, и поэтому измерение и нормирование ФЧХ для них обязательно.

В таких системах для оценки искажений ФЧХ используют выражение

(2.19), в котором называют групповым временем задержки (ГВЗ). В отличие от фазовой задержки ()/, которая характеризует опережение (отста-

вание) по фазе отдельных составляющих сигнала, ГВЗ определяет время прохождения максимума (минимума) сигнала через систему. Если ввести понятие «искажения ГВЗ» как , то отсутствие искажений такого типа

Экспериментальные исследования показали, что чувствительность слуха к сдвигу фаз зависит от уровня сигналов, их спектров, условий прослушивания,

Приемники звука

Так называются устройства, воспринимающие звуковую энергию, измеряющие характеристики звуковой волны (давление, интенсивность, скорость и т. д.) и преобразующие ее в другую энергию. Для приема звука в различной среде применяются:

Существуют природные приемники звука – слуховые аппараты людей и животных – и технические. Когда произошло колебание упругого тела, возникшие вследствие этого волны спустя некоторое время достигают органов слуха. Барабанная перепонка колеблется с частотой, которая соответствует таковой у источника звука. Эти дрожания передаются на слуховой нерв, и он подает импульсы головному мозгу для последующей обработки. Так у человека и животного появляются определенные звуковые ощущения.

Технические приемники звука преображают акустический сигнал в электрический. Благодаря этому звук передается на различное расстояние, его можно записывать, усиливать, анализировать и т. д.

Гармоника

Вселенная состоит из
звуков, а каждый звук — из множества
гармоник, или обертонов. Обертоны присущи
каждому звуку независимо от его
происхождения. Звучание скрипичной или
фортепианной струны человеческое ухо
воспринимает как один тон. Но в
действительности почти все звуки,
производимые музыкальными инструментами,
человеческим голосом или иными
источниками, — не чистые тоны, а комплексы
призвуков, называемых также «частичными
тонами». Самый низкий из этих частичных
тонов именуют «основным». Все же остальные
призвуки, обладающие большей частотой
колебаний, чем основной тон, принято
называть «обертонами». Прежде чем
переходить к подробному изучению
составных частей звука — гармоник,
давайте внимательнее рассмотрим звук
как таковой. Звук представляет собой
ко­лебательную энергию, принимающую
форму волн. Единица измерения этих волн
носит название «герц» (Гц). В герцах
измеряют число колебаний, совершаемых
объектом за одну секунду. Это количество
именуется «частотой». Ухо же воспринимает
частоту в качестве «высоты тона».

Форманта — акустическая
характеристика звука речи (главным
образом гласного), связанная с уровнем
частоты голосового тона и образующая
тембр звука

Тон в лингвистике —
использование высоты звука для
смыслоразличения в рамках слов/морфем.
Тон следует отличать от интонации, то
есть изменения высоты тона на протяжении
сравнительно большого речевого отрезка
(высказывания или предложения). Различные
тоновые единицы, имеющие смыслоразличительную
функцию, могут называться тонемами (по
аналогии с фонемой). Тон, как и интонация,
фонация и ударение, относится к
супрасегментным, или просодическим,
признакам. Носителями тона чаще всего
являются гласные, но встречаются языки,
где в этой роли могут выступать и
согласные, чаще всего сонанты. Тоновым,
или тональным, называется язык, в котором
каждый слог произносится с определённым
тоном. Разновидностью тоновых языков
являются также языки с музыкальным
ударением, в которых один или несколько
слогов в слове являются выделенными, и
разные типы выделения противопоставляются
тоновыми признакам. Звуковые волны, как
и другие волны, характеризуются такими
объективными величинами, как частота,
амплитуда, фаза колебаний, скорость
распространения, интенсивность звука
и другими. Но. кроме этого, они описываются
тремя субъективными характеристиками.
Это — громкость звука, высота тона и
тембр. Чувствительность человеческого
уха различна для разных частот. Для того
чтобы вызвать звуковое ощущение, волна
должна обладать некоторой минимальной
интенсивностью, но если эта интенсивность
превышает определенный предел, то звук
не слышен и вызывает только болевое
ощущение. Таким образом, для каждой
частоты колебаний существует наименьшая
(порог слышимости) и наибольшая (порог
болевого ощущения) интенсивность звука,
которая способна вызвать звуковое
ощущение. На рисунке 15.10 представлена
зависимость порогов слышимости и
болевого ощущения от частоты звука.
Область, расположенная между этими
двумя кривыми, является областью
слышимости. Наибольшее расстояние между
кривыми приходится на частоты, к которым
ухо наиболее чувствительно (1000—5000 Гц).

Звуки в жизни человека

Человеческое ухо весьма чувствительно благодаря эластичности барабанной перепонки. Пик слухового восприятия людей приходится на молодые годы, когда эта характеристика слухового органа еще не утрачена и человек слышит звуки частотой 20кГц. В старшем возрасте люди независимо от пола хуже воспринимают звуковые волны: они слышат только частоту не больше 12-14 кГц.

Свойства и характеристики звука

Это характеристика звука, зависящая от частоты, с которой колеблется физическое тело. Единица ее измерения – герц (Гц): число периодических звуковых колебаний за 1 сек. В зависимости от частоты колебаний выделяют звуки:


ТЕМБР ЗВУКА ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ

Длительность

Для определения этой характеристики звука необходимо измерить продолжительность колебаний тела, которое издает звук. Музыкальный звук длится от 0,015-0,02 с. до нескольких минут. Самый длинный звук издает органная педаль.

Громкость

По-другому эту характеристику называют силой звука, которая определяется амплитудой колебаний: чем она больше, тем звук получается громче и наоборот. Громкость измеряется в децибелах (дБ). В музыкальной теории для обозначения силы звука, с которой необходимо воспроизводить композицию, используется градация:


ТЕМБР ЗВУКА ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ

С громкостью звука в музыкальной практике тесно связана другая характеристика – динамика. Благодаря динамическим оттенкам можно придать композиции определенную форму.

Они достигаются мастерством исполнителя, акустическими свойствами помещения и музыкальных инструментов.

Бинауральный эффект. Локализация источников звука

Бинауральный эффект — это эффект бинаурального (двуухового) прослушивания, ещ его называют , по аналогии с оптикой. Он проявляется в том, что человек с высокой точностью определяет направление на источник звука, правда не на очень низких частотах. Кроме того, бинауральный режим прослушивания позволяется оценить поперечные размеры источника, его положение по глубине, т.е. «ощутить» акустическую перспективу. На точность локализации влияют частота и громкость звуков, расстояние между ушами и экранирующее действие головы.

Как указывалось выше (раздел 2.4.4), человек одним ухом слитно воспринимает два звука, если время их прихода отличается меньше, чем на 50 мс. Но если звук поступает в одно ухо со сдвигом во времени по отношению к другому уху, то слух воспринимает эти звуки раздельно, так как электрические импульсы, возбуждаемые звуковыми колебаниями, поступают в слуховой анализатор по независимым путям. Именно поэтому суммарная громкость таких звуков сильно зависит от сдвига по времени. Этим объясняется бинауральный эффект на низких частотах, на высоких частотах он объясняется разностью уровней звуков, поступающих в каждое из ушей, вследствие того, что размеры головы на этих частотах становятся соизмеримыми с размерами длинных звуковых волн.

Механизмы локализации в разных плоскостях и по глубине разные. Звуки низких частот, ниже 250 Гц, локализуются слабо, считается, что на частотах меньше 150 Гц локализация практически отсутствует, что нам представляется спорным. Точность локализации в горизонтальной плоскости значительно выше, чем в вертикальной. Минимальный угол восприятия отклонения от направления на источник звука называется разрешающей способностью слуха по направлению, в горизонтальной плоскости он составляет 3–4, в вертикальной —

12–20. Это объясняется тем, что в последнем случае звуковые волны приходят в оба уха с одинаковыми амплитудой и фазой.

Помимо локализации источников звука в горизонтальной и вертикальной плоскостях человек может определить спереди или сзади находится источник и оценить расстояние до него. Уверенная фиксация фронтального или тылового направления происходит при разнице уровней звукового давления переднего и заднего источников звука больше 1,5–2 дБ. Когда источник находится относительно близко, не более 3м, точность его локализации при смещении по глубине на 1м составляет 10–20%. При средних расстояниях (3–15 м) удаление или приближение источника приводит к изменению его интенсивности, на низких частотах увеличение расстояния в два раза сопровождается уменьшением уровня звукового давления на 6 дБ, расстояние до источника всегда кажется меньшим, чем оно есть на самом деле, при этом ошибка возрастает с увеличением расстояния. При больших расстояниях (более 15 м) сказывается затухание звука в воздухе, при этом ВЧ составляющие затухают сильнее, изменяя тембр, уменьшение ВЧ составляющих спектра воспринимается как удаление источника звука. Увеличение амплитуды НЧ составляющих сигнала воспринимается как приближение источника. В отличие от азимутальной глубинная локализация возможна и при моноуральном (одноухом) прослушивании, но при бинауральном восприятии точность локализации существенно повышается.

Искажения акустических сигналов

Первичный акустический сигнал, прошедший через тракт звуковоспроизведения, меняет свои параметры и испытывает различные искажения. В самом общем случае искажения бывают и . Нелинейные — это искажения, которые вызываются появлением в спектре выходного сигнала новых спектральных составляющих, отсутствующих в спектре первичного — входного сигнала. Эти новые составляющие-гармоники искажают временную структуру сигнала и зависят от его уровня и особенностей звуковоспроизводящего тракта. К нелинейным искажениям относятся: ,

интермодуляционныечастотно-разностные искажениявызванные эффектом Доплера

Линейные искажения не характеризуются появлением новых составляющих спектра, но также изменяют временную структуру сигнала из-за изменения амплитудных и фазовых соотношений между спектральными составляющими. Эти искажения не зависят от уровня сигналов. Линейные искажения бывают

амплитудночастотнымифазочастотнымиискажениями частотного и динамического диапазоновпереходными

О неслышимых звуках

Относительно восприятия человеческим ухом выделяют ультразвуки (с частотой выше 20 000 Гц) и инфразвуки (ниже 16 кГц). Они называются неслышимыми, поскольку органы слуха людей их не воспринимают. Ультразвуки и инфразвуки слышны некоторым животным; их записывают приборы.

Особенность инфразвуковой волны – возможность проходить сквозь различную среду, поскольку атмосфера, вода или земная кора плохо ее поглощают. Поэтому она распространяется на большие расстояния. Источниками волны в природе бывают землетрясения, сильные ветры, извержения вулканов. Благодаря специальным приборам, улавливающим такие волны, можно предугадать появление цунами, определить эпицентр землетрясения. Есть также техногенные источники инфразвука: турбины, двигатели, подземные и наземные взрывы, оружейные выстрелы.

У ультразвуковых волн есть уникальное свойство: они образовывают направленные пучки подобно свету. Их хорошо проводят жидкости и твердые тела, плохо – газы. Чем выше у ультразвука частота, с тем большей интенсивностью он распространяется. В природе он появляется при громовых раскатах, в шуме водопада, дождя, ветра.

Некоторые животные самостоятельно воспроизводят его – летучие мыши, киты, дельфины и грызуны.

Вместо вывода

Звук – это основа любого музыкального произведения. Свойства звука, его характеристики дают возможность создавать различные композиции. В зависимости от высоты, длительности, громкости, амплитуды или тембра существуют различные звуки. Для создания произведений используются преимущественно музыкальные звуки, у которых определена высота.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *