Звуковая волна. Амплитуду звуковых колебаний называют звуковым давлением или силой звука. Во-первых, звуковая ударная волна после преодоления самолетом, сверхзвукового барьера никуда не исчезает. это чередование уплотнений и разряжений воздуха, т. е. волна, отделяющаяся от непрерывно от самолета.
Представление звуковой информации в памяти компьютера
Звуковая волна Амплитуду звуковых колебаний называют звуковым давлением или силой звука. Временная дискретизация звука Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, для каждого такого участка устанавливается определённая величина интенсивности звука. Звуковая волна. Амплитуду звуковых колебаний называют звуковым давлением или силой звука.
Презентация на тему Кодирование и обработка звуковой информации
Человек может воспринимать звуковые волны колебания воздуха с помощью слуха в форме звука различая при этом громкость и тон. Чем больше интенсивность звуковой волны, тем громче звук, чем больше частота волны, тем выше тон звука. Зависимость громкости, а также высоты тона звука от интенсивности и частоты звуковой волны Герц обозначается Гц или Hz — единица измерения частоты периодических процессов например колебаний. Если мы имеем 10 Гц, то это означает, что мы имеем десять исполнений такого процесса за одну секунду. Человеческое ухо может воспринимать звук с частотой от 20 колебаний в секунду 20 Герц, низкий звук до 20 000 колебаний в секунду 20 КГц, высокий звук. Кроме того, человек может воспринимать звук в обширном диапазоне интенсивностей, в котором максимальная интенсивность больше минимальной в 1014 раз в сто тысяч миллиардов раз.
Для того, чтобы измерять громкость звука придумали и применяют специальную единицу"децибел" дБ Уменьшение или увеличение громкости звука на 10 дБ соответствует уменьшению или увеличению интенсивности звука в 10 раз. Временная дискретизация звука Для того чтобы компьютерные системы могли обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую, дискретную форму с помощью временной дискретизации. Для этого, 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».
Для записи аналогового звука и его преобразования в цифровую форму используется микрофон, подключенный к звуковой плате. Чем гуще на графике будут располагаться дискретные полоски, тем качественнее в итоге получится воссоздать первоначальный звук Качество полученного цифрового звука зависит от количества измерений уровня громкости звука в единицу времени, т. Частота дискретизации звука - это количество измерений громкости звука за одну секунду. Чем большее количество измерений производится за одну секунду чем больше частота дискретизации , тем точнее «лесенка» цифрового звукового сигнала повторяет кривую аналогового сигнала. Каждой «ступеньке» на графике присваивается определенное значение уровня громкости звука.
Уровни громкости звука можно рассматривать как набор возможных состояний N градаций , для кодирования которых необходимо определенное количество информации I, которое называется глубиной кодирования звука. Глубина кодирования звука — это количество информации, которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука. В процессе кодирования каждому уровню громкости звука присваивается свой 16-битовый двоичный код, наименьшему уровню звука будет соответствовать код 0000000000000000, а наибольшему — 1111111111111111. Качество оцифрованного звука Итак, чем больше частота дискретизации и глубина кодирования звука, тем более качественным будет звучание оцифрованного звука и тем лучше можно приблизить оцифрованный звук к оригинальному звучанию. Самое низкое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству телефонной связи, получается при частоте дискретизации 8000 раз в секунду, глубине дискретизации 8 битов и записи одной звуковой дорожки режим «моно».
Но следует помнить, что для улучшения этого звука в телефонии применяются приборы, напоминающие синтезаторы речи и вокодеры. О вокодерах, также доступна эта статья Самое высокое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству аудио-CD, достигается при частоте дискретизации 48 000 раз в секунду, глубине дискретизации 16 битов и записи двух звуковых дорожек режим «стерео». Необходимо помнить, что чем выше качество цифрового звука, тем больше информационный объем звукового файла. Можно легко оценить информационный объем цифрового стереозвукового файла длительностью звучания 1 секунда при среднем качестве звука 16 битов, 24 000 измерений в секунду. Звуковые редакторы Звуковые редакторы позволяют не только записывать и воспроизводить звук, но и редактировать его.
Оцифрованный звук представляется в звуковых редакторах в наглядной визуальной форме, поэтому операции копирования, перемещения и удаления частей звуковой дорожки можно легко осуществлять с помощью компьютерной мыши. Кроме того, можно накладывать, перехлёстывать звуковые дорожки друг на друга микшировать звуки и применять различные акустические эффекты эхо, воспроизведение в обратном направлении и др. Звуковые редакторы позволяют изменять качество цифрового звука и объём конечного звукового файла путём изменения частоты дискретизации и глубины кодирования. Оцифрованный звук можно сохранять без сжатия в звуковых файлах в универсальном формате WAV формат компании Microsoft или в форматах со сжатием OGG, МР3 сжатие с потерями. Также доступны менее распространённые, но заслуживающие внимания форматы со сжатием без потерь.
О музыкальных форматах читайте нашу статью: Разнообразие цифровых форматов При сохранении звука в форматах со сжатием отбрасываются не слышимые и невоспринимаемые «избыточные» для человеческого восприятия звуковые частоты с малой интенсивностью, совпадающие по времени со звуковыми частотами с большой интенсивностью. Применение такого формата позволяет сжимать звуковые файлы в десятки раз, однако приводит к необратимой потере информации файлы не могут быть восстановлены в первоначальном, исходном виде. Квантование по уровню Мы узнали, как при помощи дискретизации по времени сохраняется временная информация о звуковом сигнале; давайте теперь рассмотрим другой вопрос: как при помощи квантования по уровню кодируется информация об амплитуде сигнала. При квантовании по уровню вырабатываются двоичные числа, которые представляют значения отсчетов аналогового сигнала. Двоичные числа являются цифровым представлением напряжения аналогового звукового сигнала в моменты дискретизации по времени.
Количество битов, используемых для кодирования отсчетов звукового сигнала, называется разрядностью квантования по уровню. Аналогично тому, как частота дискретизации определяет ширину полосы частот цифровой аудиосистемы, разрядность квантования по уровню определяет ее динамический диапазон, разрешающую способность и уровень нелинейных искажений. Большинство цифровых аудиосистем используют сегодня как минимум 16-разрядные слова, при этом разрядность наиболее современных систем доходит до 20.
Если звуковая волна может раскачать препятствие — она его раскачивает, и вся энергия колебаний передаётся препятствию. А если волны не могут раскачать поверхность на которую натыкаются - происходит отражение. Эхо от лат. Мы воспринимаем эхо как повторение звука: сначала мы слышим сам звук, затем звук отражённый от препятствия.
Эмпирическим путём было установлено, что человеческий слуховой аппарат воспринимает смещённые по времен звуки как один звук, если смещение между ними меньше чем 0,06 секунд. Этим объясняется, что в квартирах даже в бетонных домах вы не слышите эха. Отражение звука можно использовать на благо — направить звук в нужном направлении. Самый простой пример — рупор.
Слайд 18 Битрейт англ. Битрейт принято использовать при измерении эффективной скорости передачи информации по каналу, то есть скорости передачи «полезной информации». В форматах потокового видео и аудио например, MPEG и MP3 , использующих сжатие c потерей качества, параметр «битрейт» выражает степень сжатия потока и, тем самым, определяет размер канала, для которого сжат поток данных. Чаще всего битрейт звука и видео измеряют в килобитах в секунду англ. Существует три режима сжатия потоковых данных: с постоянным битрейтом англ. Constant bitrate, CBR с переменным битрейтом англ. Variable bitrate, VBR с усреднённым битрейтом англ.
Что такое звуковой удар и как он ощущается Эта ударная волна создаётся во время полёта самолёта Звуковой удар представляет собой глубокий громоподобный шум. И вот как он связан с авиалайнерами. Также его можно услышать. Часто говорят, что при таком ударе возникает звук взрыва или выстрела.
Дифракция и дисперсия света. Не путать!
И вот как он связан с авиалайнерами. Также его можно услышать. Часто говорят, что при таком ударе возникает звук взрыва или выстрела. Когда самолёт летит со скоростью, которая ниже скорости звука, то звуковые волны колеблются и распространяются позади и впереди самолёта.
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. CD Радиотрансляция 8 к.
Гц 16 бит DVD-Audio 192 к. Гц и глубине кодирования 16 бит.
Каждый отсчет занимает целое количество байт например, 2 байта в случае 12-битовых чисел, старшие разряды содержат нули. При стереозаписи числа группируются парами для левого и правого канала соответственно, причем каждая пара образует законченный блок — для нашего примера его длина составит 4 байта. Такая структурированность позволяет программному обеспечению оптимизировать процесс передачи данных при воспроизведении, но, как в подобных случаях всегда бывает, выигрыш во времени приводит к существенному увеличению размера файла. Благодаря MP3 стало возможным передавать по Интернету мультимедийную информацию, потому что MPEG позволяет сжимать звуковые файлы например, WAV в 8-12 раз без ощутимых потерь качества исходного звучания.
Такое кодирование называется адаптивным, при сжатии задаётся битрейт — параметр, который показывает, сколько килобит будет занимать запись одной секунды звука. Приемы, применяемые для сжатия в MP3, опираются на достаточно сложную математику, но зато обеспечивают очень значительный эффект сжатия звуковой информации. Этапы сжатия: 1 звуковые данные разделяются на небольшие фрагменты — фреймы; 2 в каждом фрейме звуковой сигнал раскладывается на гармонические колебания применяется косинусное преобразование MDCT, частный случай преобразования Фурье , в результате получается набор коэффициентов разложения; Зарегистрируйте блог на портале Pandia. Бесплатно для некоммерческих и платно для коммерческих проектов. Регистрация, тестовый период 14 дней. Условия и подробности в письме после регистрации.
Широкое распространение формата MP3 связано с тем, что его разработчики не включили в формат никакой защиты или ограничений на копирование и воспроизведение звука на самых различных устройствах. Однако, каждый изготовитель нового программного или аппаратного МРЗ-кодера обязан платить отчисления изобретателям кодека. Такая ситуация не могла не вызывать недовольства среди разработчиков и появились независимые разработки в области сжатия звука, например форматы AAC и OGG. Формат MIDI. Это довольно старый 1983 г.
Необходимо помнить, что чем выше качество цифрового звука, тем больше информационный объем высококачественного звукового файла.
Можно оценить информационный объем цифрового стереозвукового файла длительностью звучания 1 секунда при среднем качестве звука 16 битов, 48 000 измерений в секунду. Звуковые редакторы. Звуковые редакторы позволяют не только записывать и воспроизводить звук, но и редактировать его. Оцифрованный звук представляется в звуковых редакторах в наглядной форме, поэтому операции копирования, перемещения и удаления частей звуковой дорожки можно легко осуществлять с помощью мыши. Кроме того, можно накладывать звуковые дорожки друг на друга микшировать звуки и применять различные акустические эффекты эхо, воспроизведение в обратном направлении и др. Звуковые редакторы позволяют изменять качество цифрового звука и объем звукового файла путем изменения частоты дискретизации и глубины кодирования.
Контрольные вопросы 1. В чем состоит принцип двоичного кодирования звука?
Кодирование звуковой информации
это чередование уплотнений и разряжений воздуха, т. е. волна, отделяющаяся от непрерывно от самолета. это чередование уплотнений и разряжений воздуха, т. е. волна, отделяющаяся от непрерывно от самолета. Звук представляет собой звуковую волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой. Звуковая волна. Амплитуду звуковых колебаний называют звуковым давлением или силой звука.
Презентация на тему Кодирование и обработка звуковой информации
Качество непрерывного звукового сигнала в дискреиный сигнал зав. На что разбивается непрерывная звуковая волна. Для этого, непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, для каждого такого участка устанавливается определенная величина интенсивности звука. Слайд 3 Временная дискретизация звука Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные. Излучение звуковой волны обуславливает дополнительную потерю энергии движущимся телом (помимо потери энергии вследствие трения и прочих сил). 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.
Навигация по записям
- Звуковые волны: изучаем основы физики звука
- Кодирование звуковой информации дискретизация
- Звук - теория, часть 1
- Хлопок при переходе самолета на сверхзвук — это миф. Причина «взрыва» совсем другая
Как кодируется звук. Цифровое кодирование и обработка звука
На что разбивается непрерывная звуковая волна?. Дискретизация неидеальной звуковой волны. Волны является когерентными, если разность их фаз постоянна во времени, а при сложении получается волна той же частоты. * Частота дискретизации Временная дискретизация звука Временная кодировка.
Дифракция и дисперсия света. Не путать!
Чем большее количество измерений производится за одну секунду чем больше частота дискретизации , тем точнее "лесенка" цифрового звукового сигнала повторяет кривую аналогового сигнала. Каждой "ступеньке" на графике присваивается определенное значение уровня громкости звука. Уровни громкости звука можно рассматривать как набор возможных состояний N градаций , для кодирования которых необходимо определенное количество информации I, которое называется глубиной кодирования звука. Глубина кодирования звука - это количество информации, которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука.
В процессе кодирования каждому уровню громкости звука присваивается свой 16-битовый двоичный код, наименьшему уровню звука будет соответствовать код 0000000000000000, а наибольшему - 1111111111111111. Качество оцифрованного звука Итак, чем больше частота дискретизации и глубина кодирования звука, тем более качественным будет звучание оцифрованного звука и тем лучше можно приблизить оцифрованный звук к оригинальному звучанию. Самое низкое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству телефонной связи, получается при частоте дискретизации 8000 раз в секунду, глубине дискретизации 8 битов и записи одной звуковой дорожки режим "моно".
Звук представляет собой распространяющуюся в воздухе, воде или другой среде волну с непрерывно меняющейся интенсивностью и частотой. Человек воспринимает звуковые волны колебания воздуха с помощью слуха в форме звука различных громкости и тона. Чем больше интенсивность звуковой волны, тем громче звук, чем больше частота волны, тем выше тон звука. Зависимость громкости и высоты тона звука от интенсивности и частоты звуковой волны Человеческое ухо воспринимает звук с частотой от 20 колебаний в секунду низкий звук до 20 000 колебаний в секунду высокий звук. Человек может воспринимать звук в огромном диапазоне интенсивностей, в котором максимальная интенсивность больше минимальной в 1014 раз в сто тысяч миллиардов раз. Для измерения громкости звука применяется специальная единица "децибел" дбл табл. Уменьшение или увеличение громкости звука на 10 дбл соответствует уменьшению или увеличению интенсивности звука в 10 раз.
Временная дискретизация звука. Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму с помощью временной дискретизации. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, для каждого такого участка устанавливается определенная величина интенсивности звука. Такой процесс называется оцифровкой звука.
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. Глубина кодирования звука.
Каждой "ступеньке" присваивается определенное значение уровня громкости звука. Уровни громкости звука можно рассматривать как набор возможных состояний N, для кодирования которых необходимо определенное количество информации b, которое называется глубиной кодирования звука Глубина кодирования звука - это количество информации, которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука. В процессе кодирования каждому уровню громкости звука присваивается свой 16-битовый двоичный код, наименьшему уровню звука будет соответствовать код 0000000000000000, а наибольшему - 1111111111111111. Качество оцифрованного звука. Чем больше частота и глубина дискретизации звука, тем более качественным будет звучание оцифрованного звука.
Кодирование звука дискретизация.
Дискретизация информации это. Постоянные издержки график. С увеличением объема производства средние постоянные издержки. Зависимость постоянных издержек от объема производства. AFC С ростом объема производства. Функцией распределения Гаусса это функция.
Функция распределения случайной величины Гаусса. Функция распределения случайной величины формула. Гауссовский закон распределения случайной величины. Дискретное представление звуковой информации. Графическая и звуковая информация. Текстовая графическая и звуковая информация.
Графическое представление звука. Зависимость температуры воды от времени. Кастрюлю с водой поставили на газовую плиту ГАЗ горит. Зависимость времени от температуры воды времени. Зависимость температуры воды в чайнике от времени. Кривая средних издержек.
Кривые средних и предельных издержек. Средние издержки производства график. График средних и предельных издержек. КПВ кривая производственных возможностей. Точки эффективности на графике КПВ. КВП кривая производственных возможностей.
Кривая производственных возможностей это в экономике. Стресс при потере информации. Психическая нагрузка и стресс при потере информации. Тепловое равновесие на графике. Теплоемкость воды. Зависимость от социальных сетей.
Зависимость людей от социальных сетей. Симптомы зависимости от социальных сетей. Зависимость подростков от социальных сетей. Реабилитация зависимых. Реабилитация человека. Реабилитация наркозависимых.
Адаптация человека. Процесс дискретизации. Звуковая волна дискретизация. График издержки и объем производства. Переменные затраты график. Совокупные переменные затраты с ростом объемов производства.
Постоянные и переменные издержки на графике. Кривые средних и предельных издержек в краткосрочном периоде. Кривая средних общих издержек. График издержек фирмы. Кривая предельных издержек в краткосрочном периоде. Зависимость постоянных издержек от объема производства прямая.
Зависимость издержек производства от объема выпускаемой продукции. Объем переменных издержек зависит от объема производства продукции. КСВ равное бесконечности. В зависимости от объема производства. Увеличение объема производства. График переменных затрат:.
Как кодируется звук. Цифровое кодирование и обработка звука
| Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные - id41355014 от Guppy2016 15.08.2022 15:30 | Временная дискретизация звука • Непрерывная звуковая волна разбивается на. |
| Хлопок при переходе самолета на сверхзвук — это миф. Причина «взрыва» совсем другая - | Чтобы уменьшить проблему высокой несущей частоты, звуковой поток разбивается на несколько однобитных потоков, где каждый поток отвечает за свою группу разряда, что эквивалентно кратному увеличению несущей частоты от числа потоков. |
| На что разбивается непрерывная звуковая волна | Для этого звуковая волна разбивается на отдельные временные участки. |
Кодирование звуковой информации
Различные инструменты и голоса могут иметь различное спектральное содержание, что приводит к разным тембрам звуков. Наличие или отсутствие определенных гармоник может изменить звучание инструмента или голоса. Разложение непрерывной звуковой волны является важным инструментом в области аудиоанализа и синтеза звука. Оно позволяет анализировать и воспроизводить различные звуки, а также осуществлять цифровую обработку аудиосигналов. Спектральное разложение Спектральное разложение представляет собой метод анализа непрерывной звуковой волны, основанный на ее разложении на составляющие частоты. В основе этого метода лежит представление звуковой волны в виде суммы гармонических колебаний разных частот, известных как гармоники.
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. Она связана с частотой звуковой волны и скоростью распространения волны в среде.
Чем меньше длина волны, тем выше частота и выше звук воспринимается человеком.
Закон сохранения энергии ещё никто не отменял! Опустим пока сам момент "начала звучания".
Пусть, например, мы заткнули оба уха, а потом открыли,... В правом, кроме удаляющегося рёва, ничего не будет. Так что же услышит наше левое ухо?
Но при этом этот "кажущийся" самолёт будет лететь влево. Сначала над Ближним Муракино, потом над Средним, а потом и над Дальним. Приходить в левое ухо!
Подведём итог этих двух пролётов. При сверхзвуковом полёте самолёта имеем противоположную картину: наше левое ухо воспринимает уменьшающийся по интенсивности поток звуковой энергии как УДАЛЕНИЕ самолёта в левую сторону. А что мы имеем, когда самолёт летит со звуковой скоростью?
Правильно, вся энергия, которую самолёт, как источник звука а это - ой, как немало! Я думаю, теперь Вам понятно, почему возникает "звуковой удар". Но это, так сказать, только первое приближение.
Потому что мы, по правде говоря, рассмотрели самолёт, пронёсшийся в нескольких сантиметрах у нас над головами, и скорость которого относительно нас с Вами на всём продолжении полёта от Дальнего Муракина до точки наблюдения была постоянна. А реальность несколько другая. Рассмотрим сверхзвуковой самолёт, летящий с двойной скоростью звука как говорят - два Маха и на высоте где-то 200 метров.
Самолёт показался где-то над Дальним Муракино. Это ещё маленькая точка чуть выше горизонта. Разложим скорость самолёта на две составляющие: одна направлена строго на нас с Вами а мы всё ещё в поле , и она указывает на то, что самолёт приближается к нам, другая, перпендикулярная ей - направлена вверх и соответствует постепенному "поднятию" самолёта к точке зенита.
Понятно, что если Дальнее Муракино далеко а оно далеко , то почти все два Маха направлены на нас, а к зениту направлена совсем маленькая составляющая скорости. Другое дело - точка зенита. В этом случае уже скорость прохождения точки зенита равна двум Махам, а составляющая, направленная на нас с Вами, равна нулю.
Таким образом, составляющая скорости самолёта направленная на нас с Вами проходит значение от двух скоростей звука от двух Махов до ноля. Понятно, что где-то на отрезке от Дальнего Муракино до точки зенита она достигает и значения скорости звука. Пусть, например, она достигает значения скорости звука над Ближнем Муракино.
Обычно в таких случаях думают, что самолёт преодолел "звуковой барьер" над Ближним Муракино, и что если уж у нас так громыхнуло! Наверное, хозяйки перепуганную скотину по огородам ловят. Успокойтесь, никто никого не ловит.
Причем, сделать это таким образом, чтобы была возможность регулировки амплитуды и частоты каждого генерируемого чистого тона. В результате проделанной работы будет получена возможность смешивать сигналы от всех осцилляторов в желаемой пропорции, и тем самым создавать совершенно различные звуки. Поученный прибор явит собой простейший синтезатор звука.
Очень важной характеристикой слуховой системы человека является способность различать два тона с разными частотами. Опытные проверки показали, что в полосе от 0 до 16 кГц человеческий слух способен различать до 620 градаций частот в зависимости от интенсивности звука , при этом примерно 140 градаций находятся в промежутке от 0 до 500 Гц. На восприятии высоты звука для чистых тонов сказываются также интенсивность и длительность звучания.
В частности, низкий чистый тон покажется еще более низким, если увеличить интенсивность его звучания. Обратная ситуация наблюдается с высокочастотным чистым тоном — увеличение интенсивности звучания сделает субъективно воспринимаемую высоту тона еще более высокой. Длительность звучания сказывается на воспринимаемой высоте тона критическим образом.
Так, очень кратковременное звучание менее 15 мс любой частоты покажется на слух просто резким щелчком — слух будет неспособен различить высоту тона для такого сигнала. Высота тона начинает восприниматься лишь спустя 15 мс для частот в полосе 1000 — 2000 Гц и лишь спустя 60 мс — для частот ниже 500 Гц. Это явление называется инерционностью слуха.
Инерционность слуха связана с устройством базилярной мембраны. Кратковременные звуковые всплески не способны заставить мембрану резонировать на нужной частоте, а значит мозг не получает информацию о высоте тона очень коротких звуков. Минимальное время, требуемое для распознавания высоты тона, зависит от частоты звукового сигнала, а, точнее, от длины волны.
Чем выше частота звука, тем меньше длина звуковой волны, а значит тем быстрее «устанавливаются» колебания базилярной мембраны. В природе мы почти не сталкиваемся с чистыми тонами. 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.
Основные понятия
Чем больше частота, тем выше звук, и наоборот. Человек способен слышать звук в широком частотном диапазоне, но важное для жизни значение имеют только звуки от 125 до 8000 Гц. Например, звуковые волны в диапазоне 500-4000 Гц соответствуют человеческому голосу. Звучание детского голоса, пение птиц, шёпот относятся к высоким частотам. Звук контрабаса, рычание зверей, раскаты грома — к низким. Понятие звукозаписи Звукозапись — это процесс сохранения информации о параметрах звуковых волн. Способы записи звука разделяются на аналоговые и цифровые. При аналоговой записи на носителе размещается непрерывный «слепок» звуковой волны.
Так, на грампластинке пропечатывается непрерывная канавка, изгибы которой повторяют амплитуду и частоту звука. Аналоговый способ записи звука Оцифровка звука Чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму. Для этого его подвергают временной дискретизации и квантованию: параметры звукового сигнала измеряются не непрерывно, а через определённые промежутки времени временная дискретизация ; результаты измерений записываются в цифровом виде с ограниченной точностью квантование. Вообще говоря, в компьютер приходит не сам звук, а электрический сигнал, снимаемый с какого-либо устройства: например, микрофон преобразует звуковое давление в электрические колебания, которые в дальнейшем и обрабатываются.
Звук представляет собой звуковую волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой. Чем больше амплитуда сигнала, тем он громче, чем больше частота сигнала, тем выше тон. Для того, чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в последовательность двоичных нулей и единиц, которые и будут составлять звуковой файл.
Поскольку именно модель RGB соответствовала основному механизму формирования цветного изображения на экране, большинство графических файлов хранят изображение именно в этой кодировке. Если же используется другая модель, например в JPEG , то приходится при выводе информации на экран преобразовывать данные. Из курса физики вам всем известно, что звук — это непрерывная волна с изменяющейся амплитудой и частотой.
Для того, чтобы компьютер мог обрабатывать непрерывный звуковой сигнал, он должен быть дискретизирован, т. Для этого звуковая волна разбивается на отдельные временные участки. Гладкая кривая заменяется последовательностью «ступенек». Каждой «ступеньке» присваивается значение громкости звука. Чем больше количество уровней громкости, тем больше количество информации будет нести значение каждого уровня и более качественным будет звучание. Причем, чем больше будет количество измерений уровня звукового сигнала в единицу времени, тем качественнее будет звучание. Эта характеристика называется частотой дискретизации Данная характеристика измеряется в Гц. При этом на каждое измерение выделяется одинаковое количество бит.
Таким образом, непрерывная зависимость амплитуды сигнала от времени заменяется на дискретную последовательность уровней громкости. Современные звуковые карты обеспечивают 16-битную глубину кодирования звука.
В таком случае количество уровней сигнала будет равно 65536. При двоичном кодировании непрерывного звукового сигнала он заменяется последовательностью дискретных уровней сигнала. Качество кодирования зависит от количества измерений уровня сигнала в единицу времени, то есть от частоты дискретизации.