Частотный диапазон акустического сигнала

| Категория реферата: Рефераты по физике
| Теги реферата: реферати, сочинение 5 класс
| Добавил(а) на сайт: Щедрин.

Скорость распространения звуковых волн в атмосфере при нормальных температуре и давлении близка к значению cзв=340 м/с, принятому в вещании за расчетную. Однако в зависимости от изменения указанных параметров она может несколько изменяться. В средах с большой плотностью (жидких, твердых) скорость распространения соответственно повышается. В неограниченном пространстве звук распространяется в виде бегущей волны. Длина звуковой волны [pic]связана с частотой колебаний F и их периодом Т соотношением
[pic], где Т измерено в секундах, a F — в герцах.
Диапазон частот акустических колебаний F, слышимых человеком, простирается примерно от 16 ... 25 Гц до 18 ... 20 кГц в зависимости от индивидуальных особенностей слушателя. С нижней границей звукового диапазона граничит диапазон инфразвуковых частот, воздействие которых на человека считают вредным, так как они могут вызывать неприятные ощущения с серьезными последствиями. В природе инфразвуковые колебания могут возникать при волнениях в море, колебаниях земной среды и пр.
Выше звукового диапазона располагается диапазон ультразвуковых механических колебаний. Ультразвук для человека неслышим, но широко используется в радиоэлектронике для создания устройств, служащих для обработки радиотехнических сигналов, например фильтров, линий задержки, преобразователей формы сигналов (в миниатюрном исполнении с использованием принципа поверхностных акустических волн—ПАВ), для лечебных целей в медицине, для совершенствования технологических процессов в промышленности.
Механические колебания в упругих средах с диапазоном частот F=109 ... 1013
Гц—гиперзвуковые частоты — используют в технике физического эксперимента и др.

Тон и тембр
Пространственная локализация звуковых колебаний различной частоты на разных участках основной мембраны внутреннего уха предполагает независимость возбуждения одной ее точки от другой и возможность одновременного возбуждения акустическими сигналами различных частот.
Гармоническое звуковое колебание некоторой частоты в восприятии характеризуется понятием тон. Разрешающая способность различения слухом соседних частот относительно друг друга в пределах слышимого диапазона частот (от 16 ... 20 Гц до 20 кГц) неодинакова. В области низких частот, ниже 500 Гц, она едва превышает 1%, в области высоких частот—около 0,5% и лишь на средних частотах составляет 0,2 ... 0,3%.

В музыкальной акустике принято делить частотный диапазон на октавы и доли октавы. Этими же понятиями пользуются и в радиовещании. Понятие октава соответствует изменению частоты F в два раза; весь диапазон звуковых частот охватывается 10 октавами. Музыкальная шкала октавы подразделяется на 12 полутонов, что соответствует приращению частоты [pic] или тонам звуков двух смежных клавиш рояля. Выбирая частотные интервалы для измерения спектров сигналов, часто пользуются промежуточными значениями интервалов частот — третьоктавных [pic] и полуоктавных [pic].
Если звуковое колебание сложнее гармонического, но также периодическое, то его следует рассматривать как сумму гармонических колебаний, представляемых рядом Фурье:

[pic],

где [pic]—амплитуда; [pic]—частота; k—номер спектральных составляющих звучания; [pic]—их фаза. В этом случае звучание характеризуется основным, наиболее низкочастотным, колебанием, соотношение же между основным тоном и обертонами — высшими гармониками—определяет при восприятии тембр звучания, его тональную окраску. Исследования показывают, что тембральное различие голосов определяется формой спектрального распределения энергии звука, обычно обладающего несколькими максимумами и минимумами в области средних и высоких частот в пределах значительной части звукового диапазона.
Максимальные значения такого распределения называют формантами, минимальные—антиформантами. По тембру можно отличить один музыкальный инструмент от другого, узнать голос певца, характер шума.

Порог различимости по частот.
Измерение этого порога обычно сводится к оценке минимально воспринимаемой девиации [pic] частоты тона F при его модуляции тоном. При этом порогу различимости по частоте соответствует минимальное значение [pic], замечаемое слухом. Значение этого порога зависит от частоты модуляции, частоты F и уровня Na сигнала испытательного тона. Заметим, что чувствительность слуха к изменениям F максимальна при частоте модуляции 4
Гц; для этого случая минимально ощущаемая девиация частоты при уровне звукового давления 70 дБ лежит в пределах 1,5 ... 50 Гц в зависимости от выбранного значения частоты испытательного тона.
Влияние уровня Na в децибелах и частоты F в герцах измерительного тона на значение [pic] показано на рис. 2,6 и в. Частота модуляции тона 4 Гц.
Заметим, что порог [pic] (рис. 2,6) зависит от уровня звукового давления тона лишь тогда, когда последний не слишком сильно отличается от абсолютного порога слышимости. В области частот ниже 500 Гц (рис. 2,в) порог девиации [pic] = 1,8 Гц, а на частотах F>500 Гц он возрастает пропорционально частоте и равен [pic], где F—частота измерительного тона.
На частотах ниже 500 Гц [pic] почти не зависит от частоты модулирующего тона.
Если в качестве испытательного сигнала используется шум, то порог [pic] при его модуляции тоном повышается и составляет не менее 15 ... 20 Гц при частоте модуляции 4 Гц.

[pic]

Список литературы

1. Сапожков М.А. Электроакустика. - М.: Связь, 1978.

2. Радиовещание и электроакустика: Учебник для вузов. Авторы: А.В. Выходец,

М.В. Гитлиц, Ю.А. Ковалгин и др. - М.: Радио и связь, 1989.

3. Ю.А. Ковалгин. Радиовещание и электроакустика. - М.: Радио и связь,

1998.
--------------------
Рис.1. Спектральные уровни шумов:
1— белого; 2 — розового; 3 — речевого

Рис. 2. Кривые равной громкости — влияние уровня звукового давления (б) и частоты (в) измерительного тона на минимально ощущаемое изменение девиации частоты