Частотний діапазон акустичного сигналу
Химия

Частотний діапазон акустичного сигналу


Завантажити реферат: Частотний діапазон акустичного сигналу

Зміст реферату

1. Частотний діапазон та спектри

2. Сприйняття акустичних сигналів

Список літератури

1. Частотний діапазон та спектри

Акустичний сигнал від кожного з первинних джерел звуку, що використовуються в системах мовлення та зв’язку, як правило, має форму і склад спектру, що безперервно змінюються. Спектри можуть бути високо- та низькочастотними, дискретними та суцільними. У кожного джерела звуку, навіть того самого типу (наприклад, скрипка в оркестрі), спектри мають індивідуальні особливості, що надає звучанню характерного забарвлення. Це забарвлення називають тембром. Існують поняття тембру скрипки, тромбону, органу тощо, а також тембру голосу: дзвінкий, коли підкреслено високочастотні складові; глухий, коли вони пригнічені. У першу чергу цікавий середній спектр для джерел звуку кожного типу, а для оцінки спотворень сигналу-спектр, усереднений за тривалий інтервал часу (15 с для інформаційних сигналів і 1 хв для художніх). Усереднений спектр може бути, як правило, суцільний і досить згладжений формою.

Суцільні спектри характеризуються залежністю спектральної густини від частоти (цю залежність називають енергетичним спектром). Спектральна щільність називається інтенсивність звуку в смузі частот шириною, що дорівнює одиниці частоти. Для акустики цю смугу беруть 1 Гц. Спектральна щільність
Частотний діапазон акустичного сигналу, де
Частотний діапазон акустичного сигналу -інтенсивність, виміряна у вузькій смузі частот
Частотний діапазон акустичного сигналу за допомогою вузькосмугових фільтрів.

Для зручності оцінки введено логарифмічний захід щільності спектра аналогічно до рівня інтенсивності. Цей захід називають рівнем спектральної щільності або спектральним рівнем. Спектральний рівень

Частотний діапазон акустичного сигналу,

деЧастотний діапазон акустичного сигналу Вт/м2-інтенсивність, що відповідає нульовому рівню, як і для оцінки рівня інтенсивності.

Дуже часто для характеристики спектру замість спектральної щільності використовують інтенсивності та рівні інтенсивності, виміряні в октавній, напівоктавній або третьоктавної смузі частот. Неважко встановити зв’язок між спектральним рівнем і рівнем у октавній (напівоктавній або третьоктавній) смузі.

Спектральний рівень

Частотний діапазон акустичного сигналу,

а рівень у октавній смузі

Частотний діапазон акустичного сигналу,

деЧастотний діапазон акустичного сигналу-ширина відповідної октавної смуги.

Віднімаючи друге з першого, знаходимо

Частотний діапазон акустичного сигналу.

При відомому діапазоні сигналу можна визначити його сумарну інтенсивність. Так, якщо спектр заданий у рівнях інтенсивності для третьоктавних смуг, достатньо перевести ці рівні (у кожній зі смуг) в інтенсивності
Частотний діапазон акустичного сигналу і потім підсумувати всі інтенсивності. Сума всіх
Частотний діапазон акустичного сигналу дає сумарну інтенсивність
Частотний діапазон акустичного сигналу для всього спектра.

Сумарний рівень

Частотний діапазон акустичного сигналу

Якщо спектр заданий спектральних рівнях, то, виходячи з їх визначення, для всього спектра точний, сумарний рівень

Частотний діапазон акустичного сигналу,

де
Частотний діапазон акустичного сигналу і
Частотний діапазон акустичного сигналу — Верхня та нижня межі частотного діапазону. Приблизно сумарний рівень можна знайти розподілом частотного діапазону на n смужок шириною
Частотний діапазон акустичного сигналу, у межах яких спектральний рівень
Частотний діапазон акустичного сигналу приблизно постійний. Сумарний рівень

Частотний діапазон акустичного сигналу

Частотний діапазон акустичного сигналу визначають із частотної залежності спектральних рівнів. Це визначення можна зробити або за спадом спектральних рівнів або приблизно на слух. Суб’єктивними межами вважають помітність обмеження діапазону 75% слухачів.

Наведемо частотні діапазони ряду первинних джерел акустичного сигналу, Гц:

Таблиця 1

мова

70–7000

скрипка

250–15000

трикутник

1000-16000

бас-труба

50–6000

орган

20–15000

симфонічний оркестр

30–15000

Якщо спектри мають плавний спад у той чи інший бік, їх ще оцінюють тенденцією, тобто. середнім нахилом спектральних рівнів у бік низьких чи високих частот. Наприклад, мовний спектр має тенденцію, що дорівнює — 6 дБ/окт. (Спад у бік високих частот).

До акустичних сигналів відносять у ряді випадків і акустичні шуми. На рис.1 наведено спектри трьох типів шумів: білого, рожевого та мовного. Термін «білі» відноситься до шумів, що мають однакову спектральну щільність у всьому частотному діапазоні, «рожеві» — до шумів з тенденцією спаду щільності на 3 дБ/окт. у бік високих частот. Мовні шуми — шуми, створювані одночасним розмовою кількох людей.

Частотний діапазон акустичного сигналу

Рис.1. Спектральні рівні шумів: 1— Білого; 2 — рожевого; 3 — мовного

2. Сприйняття акустичних сигналів

Швидкість поширення звукових хвиль в атмосфері при нормальній температурі та тиску близька до значення cзв = 340 м/с, прийнятого у мовленні за розрахункову. Однак, залежно від зміни зазначених параметрів, вона може дещо змінюватися. У середовищах з великою густиною (рідких, твердих) швидкість поширення відповідно підвищується. У необмеженому просторі звук поширюється у вигляді хвилі, що біжить. Довжина звукової хвилі
Частотний діапазон акустичного сигналупов’язана з частотою коливань F та їх періодом Т співвідношенням

Частотний діапазон акустичного сигналу,

де Т виміряно за секунди, a F — у герцах.

Діапазон частот акустичних коливань F, чутних людиною, тягнеться приблизно від 16…25 Гц до 18…20 кГц залежно від індивідуальних особливостей слухача. З нижньою межею звукового діапазону межує діапазон інфразвукових частот, вплив яких на людину вважають шкідливою, оскільки вони можуть викликати неприємні відчуття з серйозними наслідками. У природі інфразвукові коливання можуть виникати при хвилюваннях у морі, коливаннях земного середовища та ін.

Вище звукового діапазону знаходиться діапазон ультразвукових механічних коливань. Ультразвук для людини нечутний, але широко використовується в радіоелектроніці для створення пристроїв, що служать для обробки радіотехнічних сигналів, наприклад фільтрів, ліній затримки, перетворювачів форми сигналів (у мініатюрному виконанні з використанням принципу поверхневих акустичних хвиль-ПАВ), для лікувальних цілей в медицині, вдосконалення технологічних процесів у промисловості. Механічні коливання в пружних середовищах з діапазоном частот F = 109 … 1013 Гц-гіперзвукові частоти — використовують у техніці фізичного експерименту та ін.

Тон та тембр

Просторова локалізація звукових коливань різної частоти на різних ділянках основної мембрани внутрішнього вуха передбачає незалежність збудження однієї її точки від іншої та можливість одночасного збудження акустичними сигналами різних частот. Гармонічне звукове коливання певної частоти у сприйнятті характеризується поняттям «тон». Роздільна здатність розрізнення слухом сусідніх частот щодо один одного в межах чутного діапазону частот (від 16…20 Гц до 20 кГц) неоднакова. У сфері низьких частот, нижче 500 Гц, вона трохи перевищує 1%, у сфері високих частот—близько 0,5% і лише середніх частотах становить 0,2 … 0,3%.

У музичній акустиці прийнято ділити частотний діапазон на октави та частки октави. Цими ж поняттями користуються й у радіомовленні. Поняття октава відповідає зміні частоти F вдвічі; Весь діапазон звукових частот охоплюється 10 октавами. Музична шкала октави поділяється на 12 півтонів, що відповідає збільшенню частоти
Частотний діапазон акустичного сигналу або тонами звуків двох суміжних клавіш рояля. Вибираючи частотні інтервали для вимірювання спектрів сигналів, часто користуються проміжними значеннями інтервалів частот — третьоктавних
Частотний діапазон акустичного сигналу та напівоктавних
Частотний діапазон акустичного сигналу.

Якщо звукове коливання складніше гармонійного, але й періодичне, його слід розглядати як суму гармонійних коливань, представлених поруч Фурье:

Частотний діапазон акустичного сигналу,

де
Частотний діапазон акустичного сигналу-амплітуда;
Частотний діапазон акустичного сигналу-Частота; k-номер спектральних складових звучання;
Частотний діапазон акустичного сигналуЇхня фаза. У цьому випадку звучання характеризується основним, найбільш низькочастотним, коливанням, а співвідношення між основним тоном і обертонами — вищими гармоніками — визначає при сприйнятті тембр звучання, його тональне забарвлення. Дослідження показують, що тембральна відмінність голосів визначається формою спектрального розподілу енергії звуку, що зазвичай має кілька максимумів і мінімумів в області середніх і високих частот в межах значної частини звукового діапазону. Максимальні значення такого розподілу називають формантами, мінімальні антиформантами. За тембром можна відрізнити один музичний інструмент від іншого, дізнатися про голос співака, характер шуму.

Поріг помітності по частот.

Вимірювання цього порога зазвичай зводиться до оцінки девіації, що мінімально сприймається.
Частотний діапазон акустичного сигналу частоти тону F за його модуляції тоном. При цьому поріг помітності по частоті відповідає мінімальному значенню
Частотний діапазон акустичного сигналу, помічене слухом. Значення цього порога залежить від частоти модуляції, частоти F та рівня Na сигналу випробувального тону. Зауважимо, що чутливість слуху змін F максимальна при частоті модуляції 4 Гц; для цього випадку мінімально відчувається девіація частоти при рівні звукового тиску 70 дБ лежить у межах 1,5…50 Гц залежно від обраного значення випробувального тону.

Вплив рівня Na у децибелах та частоти F у герцах вимірювального тону на значення
Частотний діапазон акустичного сигналу показано на рис. 2,6 та ст. Частота модуляції тону 4 Гц. Зауважимо, що поріг
Частотний діапазон акустичного сигналу (Рис. 2,6) залежить від рівня звукового тиску тону лише тоді, коли останній не дуже відрізняється від абсолютного порога чутності. В області частот нижче 500 Гц (мал. 2, в) поріг девіації
Частотний діапазон акустичного сигналу = 1,8 Гц, але в частотах F>500 Гц він зростає пропорційно частоті і дорівнює
Частотний діапазон акустичного сигналу, де F-частота вимірювального тону. На частотах нижче 500 Гц
Частотний діапазон акустичного сигналу майже залежить від частоти модулюючого тону.

Якщо як випробувальний сигнал використовується шум, то поріг
Частотний діапазон акустичного сигналу при його модуляції тоном підвищується і не менше 15 … 20 Гц при частоті модуляції 4 Гц.

Частотний діапазон акустичного сигналу

Мал. 2. Криві рівної гучності – вплив рівня звукового тиску (б) і частоти (в) вимірювального тону на мінімально відчутну зміну девіації частоти


Список літератури

  1. Чоботи М.А. Електроакустика. — М: Зв’язок, 1978.
  2. Радіомовлення та електроакустика: Підручник для вузів. Автори: А.В. Виходець, М.В. Гітліц, Ю.А. Ковалгін та ін — М.: Радіо і зв’язок, 1989.
  3. Ю.А. Ковалгін. Радіомовлення та електроакустика. — М: Радіо і зв’язок, 1998.

© Реферат плюс



Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *