Характеристики звука и физические величины. Звуковые волны
Лабораторная работа №5
Аудиометрия
Студент должен знать : что называется звуком, природу звука, источники звука; физические характеристики звука (частота, амплитуда, скорость, интенсивность, уровень интенсивности, давление, акустический спектр); физиологические характеристики звука (высота, громкость, тембр, минимальная и максимальная частоты колебаний, воспринимаемые данным человеком, порог слышимости, порог болевого ощущения) их связь с физическими характеристиками звука; слуховой аппарат человека, теории восприятия звука; коэффициент звукоизоляции; акустический импеданс, поглощение и отражение звука, коэффициенты отражения и проникновения звуковых волн, реверберация; физические основы звуковых методов исследования в клинике, понятие об аудиометрии.
Студент должен уметь: с помощью звукового генератора снимать зависимость порога слышимости от частоты; определять минимальную и максимальную, воспринимаемые Вами частоты колебаний, снимать аудиограмму с помощью аудиометра.
Краткая теория
Звук. Физические характеристики звука.
Звуком называются механические волны с частотой колебаний частиц упругой среды от 20 Гц до 20000 Гц, воспринимаемые человеческим ухом.
Физическими называют те характеристики звука, которые существуют объективно. Они не связаны с особенностями ощущения человеком звуковых колебаний. К физическим характеристикам звука относятся частота, амплитуда колебаний, интенсивность, уровень интенсивности, скорость распространения звуковых колебаний, звуковое давление, акустический спектр звука, коэффициенты отражения и проникновения звуковых колебаний и др. Кратко рассмотрим их.
1. Частота колебаний . Частотой звуковых колебаний называется число колебаний частиц упругой среды (в которой распространяются звуковые колебания) в единицу времени. Частота звуковых колебаний лежит в пределах 20 - 20000 Гц. Каждый конкретный человек воспринимает определенный диапазон частот (обычно несколько выше 20 Гц и ниже 20000 Гц).
2. Амплитудой звукового колебания называется наибольшее отклонение колеблющихся частиц среды (в которой распространяется звуковое колебание) от положения равновесия.
3. Интенсивностью звуковой волны (или силой звука ) называется физическая величина, численно равная отношению энергии, переносимой звуковой волной в единицу времени через единицу площади поверхности, ориентированной перпендикулярно вектору скорости звуковой волны, то есть:
где W - энергия волны, t - время переноса энергии через площадку площадью S .
Единица интенсивности: [I ] = 1Дж/(м 2 с) = 1Вт/м 2 .
Обратим внимание на то, что энергия и соответственно интенсивность звуковой волны прямо пропорциональны квадрату амплитуды «А » и частоты «ω » звуковых колебаний:
W ~ A 2 и I ~ A 2 ; W ~ ω 2 и I ~ ω 2 .
4. Скоростью звука называется скорость распространения энергии звукового колебания. Для плоской гармонической волны фазовая скорость (скорость распространения фазы колебания (фронта волны), например, максимума или минимума, т.е. сгустка или разряжения среды) равна скорости волны. Для сложного колебания (по теореме Фурье можно представить в виде суммы гармонических колебаний) вводится понятие групповой скорости – скорость распространения группы волн, с которой переносится энергия данной волной.
Скорость звука в любой среде можно найти по формуле:
где Е - модуль упругости среды (модуль Юнга), r - плотность среды.
С увеличением плотности среды (например, в 2 раза) модуль упругости Е возрастает в большей степени (более чем в 2 раза), поэтому с увеличением плотности среды скорость звука возрастает. Например, скорость звука в воде равна ≈ 1500 м/с, в стали - 8000 м/с.
Для газов формулу (2) можно преобразовать и получить в следующем виде:
(3)
где g = С Р / С V - отношение молярных или удельных теплоемкостей газа при постоянном давлении (С Р ) и при постоянном объеме (С V ).
R - универсальная газовая постоянная (R=8,31 Дж/моль·К );
Т - абсолютная температура по шкале Кельвина (T=t o C+273 );
М - молярная масса газа (для нормальной смеси газов воздуха
М=29×10 -3 кг/моль ).
Для воздуха при Т=273К и нормальном атмосферном давлении скорость звука равна υ=331,5 » 332 м/с . Следует заметить, что интенсивность волны (векторная величина) часто выражают через скорость волны :
или ,(4)
где S×l - объем, u=W/ S×l - объемная плотность энергии. Вектор в уравнении (4) называют вектором Умова .
5. Звуковым давлением называется физическая величина, численно равная отношению модуля силы давления F колеблющихся частиц среды, в которой распространяется звук, к площади S перпендикулярно ориентированной площадки по отношению к вектору силы давления.
P = F/S [P ]= 1Н/м 2 = 1Па (5)
Интенсивность звуковой волны прямо пропорциональна квадрату звукового давления:
I = Р 2 /(2r υ) , (7)
где Р - звуковое давление, r - плотность среды, υ - скорость звука в данной среде.
6.Уровень интенсивности . Уровнем интенсивности (уровнем силы звука) называется физическая величина, численно равная:
L=lg(I/I 0) , (8)
где I - интенсивность звука, I 0 =10 -12 Вт/м 2 - наименьшая интенсивность, воспринимаемая человеческим ухом на частоте 1000 Гц.
Уровень интенсивности L , исходя из формулы (8), измеряют в белах (Б). L = 1 Б , если I=10I 0 .
Максимальная интенсивность, воспринимаемая человеческим ухом I max =10 Вт/м 2 , т.е. I max / I 0 =10 13 или L max =13 Б.
Чаще уровень интенсивности измеряют в децибелах (дБ ):
L дБ =10 lg(I/I 0) , L=1 дБ при I=1,26I 0 .
Уровень силы звука можно находить через звуковое давление.
Так как I ~ Р 2 , то L(дБ) = 10lg(I/I 0) = 10 lg(P/P 0) 2 = 20 lg(P/P 0) , где P 0 = 2×10 -5 Па (при I 0 =10 -12 Вт/м 2).
7.Тоном называется звук, являющийся периодическим процессом (периодические колебания источника звука совершаются не обязательно по гармоническому закону). Если источник звука совершает гармоническое колебание x=ASinωt , то такой звук называют простым или чистым тоном. Негармоническому периодическому колебанию соответствует сложный тон, который можно по теореме Фурьне представить в виде совокупности простых тонов с частотами n о (основной тон) и 2n о , 3n о и т.д., называемых обертонами с соответствующими амплитудами.
8.Акустическим спектром звука называется совокупность гармонических колебаний с соответствующими частотами и амплитудами колебаний, на которые можно разложить данный сложный тон. Спектр сложного тона линейчатый, т.е. частоты n о, 2n о и т.д.
9. Шумом (звуковым шумом) называют звук, который представляет собой сложные, неповторяющиеся во времени колебания частиц упругой среды. Шум представляет собой сочетание беспорядочно изменяющихся сложных тонов. Акустический спектр шума состоит практически из любых частот звукового диапазона, т.е. акустический спектр шума - сплошной.
Звук может быть и в виде звукового удара. Звуковой удар - это кратковременное (обычно интенсивное) звуковое воздействие (хлопок, взрыв и т.п.).
10.Коэффициенты проникновения и отражения звуковой волны. Важной характеристикой среды, определяющей отражение и проникновение звука является волновое сопротивление (акустический импеданс) Z=r υ , где r - плотность cреды, υ - скорость звука в среде.
Если плоская волна падает, например, нормально к границе раздела двух сред, то звук частично проходит во вторую среду, а часть звука отражается. Если падает звук интенсивностью I 1 , проходит - I 2 , отражается I 3 =I 1 - I 2 , то:
1) коэффициентом проникновения звуковой волны b называется b=I 2 /I 1 ;
2) коэффициентом отражения a называется:
a= I 3 /I 1 =(I 1 -I 2)/I 1 =1-I 2 /I 1 =1-b.
Релей показал, что b = 
Если υ 1 r 1 = υ 2 r 2 , то b=1 (максимальное значение), при этом a=0 , т.е. отраженная волна отсутствует.
Если Z 2 >>Z 1 или υ 2 r 2 >> υ 1 r 1 , то b » 4 υ 1 r 1 / υ 2 r 2 . Так, например, если звук падает из воздуха в воду, то b=4(440/1440000)=0,00122 или 0,122% интенсивности падающего звука проникает из воздуха в воду.
11. Понятие о реверберации . Что представляет собой реверберация? В закрытом помещении звук многократно отражается от потолка, стен, пола и т. п. с постепенно уменьшающейся интенсивностью. Поэтому после прекращения действия источника звука в течение некоторого времени слышен звук за счет многократного отражения (гул).
Реверберацией называется процесс постепенного затухания звука в закрытых помещениях после прекращения излучения источником звуковых волн. Временем реверберации называется время, в течение которого интенсивность звука при реверберации снижается в 10 6 раз. При проектировании учебных аудиторий, концертных залов и т.п. учитывают необходимость получения определенного времени (интервала времени) реверберации. Так, например, для Колонного зала Дома Союзов и Большого театра г. Москвы время реверберации для пустых помещений соответственно равно 4,55 с и 2,05 с, для заполненных – 1,70 с и 1,55 с.
Цель работы
Изучить основы теории записи-воспроизведения звука, основные характеристики звука, способы преобразования звука, устройство и особенности применения аппаратуры для преобразования и усиления звука, получить навыки их практического применения.
Теоретическая справка
Звуком называется колебательное движение частиц упругой среды, распространяющееся в виде волн в газообразной, жидкой или твердой среде, которые, воздействуя на слуховой анализатор человека, вызывают слуховые ощущения. Источником звука является колеблющееся тело, например: колебания струны, вибрация камертона, движение диффузора громкоговорителя и др.
Звуковой волной называется процесс направленного распространения колебаний упругой среды от источника звука. Область пространства, в которой распространяется звуковая волна, называется звуковым полем. Звуковая волна представляет собой чередование сжатий и разряжений воздуха. В области сжатия давление воздуха превышает атмосферное, в области разряжения – меньше его. Переменная часть атмосферного давления называется звуковым давлением Р . Единица измерения звукового давления – Паскаль (Па ) (Па=Н/м 2) . Колебания, имеющие синусоидальную форму (рис. 1), называются гармоническими. Если излучающее звук тело колеблется по синусоидальному закону, то звуковое давление также изменяется по синусоидальному закону. Известно, что любое сложное колебание можно представить как сумму простых гармонических колебаний. Совокупности значений амплитуд и частот этих гармонических колебаний называются соответственно спектром амплитуд и спектром частот .
Колебательное движение частиц воздуха в звуковой волне характеризуется рядом параметров:
Период колебания (Т), наименьший промежуток времени, по истечении которого повторяются значения всех физических величин, характеризующих колебательное движение, за это время совершается одно полное колебание. Период колебания измеряется в секундах (с ).
Частота колебаний (f), число полных колебаний в единицу времени.
где: f – частота колебаний; Т – период колебаний.
Единица измерения частоты – герц (Гц ) – одно полное колебание в секунду (1 кГц = 1000 Гц ).
Рис. 1. Простое гармоническое колебание:
А – амплитуда колебания, Т – период колебания
Длина волны (λ ), расстояние, на котором укладывается один период колебания. Длина волны измеряется в метрах (м ). Длина волны и частота колебания связаны соотношением:
где с – скорость распространения звука.
Амплитуда колебаний (А) , наибольшее отклонение колеблющейся величины от состояния покоя.
Фаза колебания.
Представим себе окружность, длина которой равна расстоянию между точками А и Ε (рис. 2), или длине волны на определенной частоте. По мере «вращения» этой окружности ее радиальная линия в каждом отдельно взятом месте синусоиды будет находиться на определенном угловом расстоянии от начальной точки, что и будет значением фазы в каждой такой точке. Фазу измеряют в градусах.
Звуковая волна при столкновении с поверхностью частично отражается под тем же углом, под которым падает на эту поверхность, ее фаза при этом не изменяется. На рис. 3 проиллюстрирован фазовая зависимость отраженных волн.
Рис. 2. Синусоидальная волна: амплитуда и фаза.
Если длина окружности равна длине волны на определенной частоте (расстояние от А до Е), то по мере вращения, радиальная линия этой окружности, будет показывать угол, соответствующий значению фазы синусоиды в конкретной точке
Рис. 3. Фазовая зависимость отраженных волн.
Звуковые волны разных частот, излучаемые источником звука с одной и той же фазой, после прохождения одинакового расстояния достигают поверхности с разной фазой
Звуковая волна способна огибать препятствия, если ее длина больше размеров препятствия. Это явление называется дифракцией . Дифракция особенно заметна на низкочастотных колебаниях, имеющих значительную длину волны.
Если две звуковых волны имеют одинаковую частоту, то они взаимодействуют между собой. Процесс взаимодействия называется интерференцией. При взаимодействии синфазных (совпадающих по фазе) колебаний происходит усиление звуковой волны. В случае взаимодействия противофазных колебаний результирующая звуковая волна слабеет (рис. 4). Звуковые волны, частоты которых значительно отличаются друг от друга, не взаимодействуют между собой.
Рис. 4. Взаимодействие колебаний, находящихся в фазе (а) и в противофазе (б):
1, 2 – взаимодействующие колебания, 3 – результирующие колебания
Звуковые колебания могут быть затухающими и незатухающими. Амплитуда затухающих колебаний постепенно уменьшается. Примером затухающих колебаний может служить звук, возникающий при однократном возбуждении струны или ударе гонга. Причиной затухания колебаний струны является трение струны о воздух, а также трение между частицами колеблющейся струны. Незатухающие колебания могут существовать, если потери на трение компенсируются притоком энергии извне. Примером незатухающих колебаний являются колебания чашечки школьного звонка. Пока нажата кнопка включения, в звонке существуют незатухающие колебания. После прекращения подвода энергии к звонку колебания затухают.
Распространяясь в помещении от своего источника, звуковая волна переносит энергию, расширяется до тех пор, пока не достигнет граничных поверхностей этого помещения: стен, пола, потолка и т.д. Распространение звуковых волн сопровождается уменьшением их интенсивности. Это происходит из-за потерь звуковой энергии на преодоление трения между частицами воздуха. Кроме того, распространяясь во все стороны от источника, волна охватывает все большую область пространства, что приводит к уменьшению количества звуковой энергии на единицу площади, с каждым удвоением расстояния от сферического источника сила колебаний частиц воздуха падает на 6 дБ (в четыре раза по мощности) (рис. 5).
Рис. 5. Энергия сферической звуковой волны распределяется на все возрастающую площадь волнового фронта, благодаря чему звуковое давление теряет 6 дБ с каждым удвоением расстояния от источника
Встречая на своем пути препятствие, часть энергии звуковой волны проходит
сквозь стены, часть поглощается
внутри стен, а часть отражается
обратно внутрь помещения. Энергия отраженной и поглощенной звуковой волны в сумме равна энергии падающей звуковой волны. В разной степени все три вида распределения звуковой энергии присутствуют практически во всех случаях
(рис. 6).
Рис. 6. Отражение и поглощение звуковой энергии
Отраженная звуковая волна, потеряв часть энергии, изменит направление и будет распространяться до тех пор, пока не достигнет других поверхностей помещения, от которых она снова отразится, потеряв при этом еще часть энергии, и т.д. Так будет продолжаться до тех пор, пока энергия звуковой волны окончательно не угаснет.
Отражение звуковой волны происходит по законам геометрической оптики. Хорошо отражают звук вещества большой плотности (бетон, металл и др.). Поглощение звуковой волны объясняется несколькими причинами. Звуковая волна расходует свою энергию на колебания самого препятствия и на колебания воздуха в порах поверхностного слоя препятствия. Отсюда следует, что пористые материалы (войлок, поролон и др.) сильно поглощают звук. В помещении, заполненном зрителями, звукопоглощение больше, чем в пустом. Степень отражения и поглощения звука веществом характеризуется коэффициентами отражения и поглощения. Эти коэффициенты могут иметь величину от нуля до единицы. Коэффициент, равный единице, указывает на идеальное отражение или поглощение звука.
Если источник звука находится в помещении, то к слушателю поступает не только прямая, но и отраженная от различных поверхностей звуковая энергия. Громкость звука в помещении зависит от мощности источника звука и количества звукопоглощающего материала. Чем больше звукопоглощающего материала размещено в помещении, тем меньше громкость звука.
После выключения источника звука за счет отражений звуковой энергии от различных поверхностей в течение некоторого времени существует звуковое поле. Процесс постепенного затухания звука в закрытых помещениях после выключения его источника называется реверберацией. Длительность реверберации характеризуется т.н. временем реверберации , т.е. временем, в течение которого интенсивность звука уменьшается в 10 6 раз, а его уровень на 60 дБ. Например, если звучание оркестра в концертном зале достигает уровня в 100 дБ при уровне фонового шума около 40 дБ, то финальные аккорды оркестра при затухании растворятся в шуме при падении их уровня примерно на 60 дБ. Время реверберации – важнейший фактор, определяющий акустическое качество помещения. Оно тем больше, чем больше объем помещения и чем меньше поглощение на ограничивающих поверхностях.
Величина времени реверберации влияет на степень разборчивости речи и качество звучания музыки. Если время реверберации излишне велико, то речь становится неразборчивой. При слишком малом времени реверберации речь разборчива, но звучание музыки становится неестественным. Оптимальное время реверберации в зависимости от объема помещения составляет около 1–2 с.
Основные характеристики звука.
Скорость звука в воздухе равняется 332,5 м/с при 0°С. При комнатной температуре (20°С) скорость звука составляет около 340 м/с. Скорость звука обозначается символом «с ».
Частота. Звуки, воспринимаемые слуховым анализатором человека, образуют диапазон звуковых частот. Принято считать, что этот диапазон ограничен частотами от 16 до 20000 Гц. Эти границы весьма условны, что связано с индивидуальными особенностями слуха людей, возрастными изменениями чувствительности слухового анализатора и методом регистрации слуховых ощущений. Человек может различить изменение частоты на 0,3% на частоте порядка 1 кГц.
Физическое понятие звука охватывает как слышимые, так и неслышимые частоты колебаний. Звуковые волны с частотой ниже 16 Гц условно называют инфразвуком, выше 20 кГц – ультразвуком. Область инфразвуковых частот снизу практически не ограничена – в природе встречаются инфразвуковые колебания с частотой в десятые и сотые доли Гц.
Звуковой диапазон условно разделен на несколько более узких диапазонов (табл. 1).
Таблица 1
Диапазон звуковых частот условно разбит на поддиапазоны
Интенсивность звука (Вт/м 2) определяется количеством энергии, переносимой волной за единицу времени через единицу площади поверхности, перпендикулярной к направлению распространения волны. Ухо человека воспринимает звук в весьма широком интервале интенсивности: от самых слабых слышимых звуков до самых громких, например создаваемых двигателем реактивного самолета.
Минимальная интенсивность звука, при которой возникает слуховое ощущение, называется порогом слухового восприятия. Он зависит от частоты звука (рис. 7). Наибольшей чувствительностью к звуку человеческое ухо обладает в диапазоне частот от 1 до 5 кГц, соответственно и порог слухового восприятия здесь имеет наименьшее значение 10 -12 Вт/м 2 . Эта величина принята за нулевой уровень слышимости. При действии шумов и др. звуковых раздражений порог слышимости для данного звука повышается (Маскировка звука – физиологический феномен, заключающийся в том, что при одновременном восприятии двух или нескольких звуков разной громкости более тихие звуки перестают быть слышимыми), причем повышенное значение сохраняется некоторое время после прекращения действия мешающего фактора, а затем постепенно возвращается к исходному уровню. У разных людей и у одних и тех же лиц в разное время порог слышимости может различаться в зависимости от возраста, физиологического состояния, тренированности.
Рис. 7. Частотная зависимость стандартного порога слышимости
синусоидального сигнала
Звуки высокой интенсивности вызывают ощущение давящей боли в ушах. Минимальная интенсивность звука, при которой возникает ощущение давящей боли в ушах (~10 Вт/м 2), называется порогом болевого ощущения. Так же как и порог слухового восприятия, порог болевого ощущения зависит от частоты звуковых колебаний. Звуки, интенсивность которых приближается к болевому порогу, оказывают вредное воздействие на слух.
Нормальное ощущение звука возможно, если интенсивность звука находится между порогом слышимости и болевым порогом.
Оценку звука удобно проводить по уровню (L ) интенсивности (звукового давления), рассчитываемому по формуле:
где J 0 – порог слухового восприятия, J – интенсивность звука (табл. 2).
Таблица 2
Характеристика звука по интенсивности и его оценка по уровню интенсивности относительно порога слухового восприятия
| Характеристика звука | Интенсивность (Вт/м 2) | Уровень интенсивности относительно порога слухового восприятия (дБ) |
| Порог слухового восприятия | 10 -12 | |
| Тоны сердца, генерируемые через стетоскоп | 10 -11 | |
| Шепот | 10 -10 –10 -9 | 20–30 |
| Речевые звуки при спокойной беседе | 10 -7 –10 -6 | 50–60 |
| Шум, связанный с интенсивным движением транспорта | 10 -5 –10 -4 | 70–80 |
| Шум, создаваемый концертом рок-музыки | 10 -3 –10 -2 | 90–100 |
| Шум вблизи работающего двигателя самолета | 0,1–1,0 | 110–120 |
| Порог болевого ощущения |
Наш слуховой аппарат способен к восприятию огромного динамического диапазона. Изменения в давлении воздуха, вызываемые самыми тихими из воспринимаемых на слух звуков, составляют порядка 2×10 -5 Па. В то же время звуковое давление с уровнем, приближающимся к порогу болевых ощущений для наших ушей, составляет порядка 20 Па. В итоге, соотношение между самыми тихими и самыми громкими звуками, которые может воспринимать наш слуховой аппарат, 1:1000000. Измерять такие разные по уровню сигналы в линейной шкале достаточно неудобно.
С целью сжатия такого широкого динамического диапазона было введено понятие «бел». Бел – это простой логарифм отношения двух степеней; а децибел равен одной десятой бела.
Чтобы выразить акустическое давление в децибелах, необходимо возвести давление (в Паскалях) в квадрат и разделить его на квадрат эталонного давления. Для удобства возведение в квадрат двух давлений выполняется вне логарифма (что является свойством логарифмов).
Для преобразования акустического давления в децибелы применяется формула:
где: P – интересующее нас акустическое давление; P 0 – исходное давление.
Когда в качестве эталонного давления берется 2×10 -5 Па, то звуковое давление, выраженное в децибелах, называется уровнем звукового давления (SPL – от англ. sound pressure level). Таким образом, звуковое давление, равное 3 Па , эквивалентно уровню звукового давления 103,5 дБ, следовательно:
Вышеупомянутый акустический динамический диапазон можно выразить в децибелах в виде следующих уровней звукового давления: от 0 дБ – для самых тихих звуков, 120 дБ – для звуков на уровне болевого порога, до 180 дБ – для самых громких звуков. При 140 дБ ощущается сильная боль, при 150 дБ наступает повреждение ушей.
Громкость звука, величина, характеризующая слуховое ощущение для данного звука. Громкость звука сложным образом зависит от звукового давления (или интенсивности звука ), частоты и формы колебаний. При неизменной частоте и форме колебаний громкость звука растет с увеличением звукового давления (рис. 8.). Громкость звука данной частоты оценивают, сравнивая её с громкостью простого тона частотой 1000 Гц. Уровень звукового давления (в дБ) чистого тона с частотой 1000 Гц, столь же громкого (сравнением на слух), как и измеряемый звук, называется уровнем громкости данного звука (в фонах ) (рис. 8).
Рис. 8. Кривые равной громкости – зависимость уровня звукового давления (в дБ) от частоты при заданной громкости (в фонах).
Спектр звука.
Характер восприятия звука органами слуха зависит от его спектра частот.
Шумы обладают сплошным спектром, т.е. частоты содержащихся в них простых синусоидальных колебаний образуют непрерывный ряд значений, целиком заполняющих некоторый интервал.
Музыкальные (тональные) звуки обладают линейчатым спектром частот. Частоты входящих в их состав простых гармонических колебаний образуют ряд дискретных значений.
Каждое гармоническое колебание называется тоном (простым тоном). Высота тона зависит от частоты: чем больше частота, тем выше тон. Ощущение высоты звука определяется его частотой. Плавное изменение частоты звуковых колебаний от 16 до 20000 Гц воспринимается вначале как низкочастотное гудение, затем как свист, постепенно переходящий в писк.
Основным тоном сложного музыкального звука называется тон, соответствующий наименьшей частоте в его спектре. Тоны, соответствующие остальным частотам спектра, называются обертонами. Если частоты обертонов кратны частоте f о основного тона, то обертоны называются гармоническими, причем основной тон с частотой f о называется первой гармоникой, обертон со следующей по величине частотой 2f о – второй гармоникой и т.д.
Музыкальные звуки с одним и тем же основным тоном могут различаться тембром. Тембр определяется составом обертонов – их частотами и амплитудами, а также характером нарастания амплитуд в начале звучания и их спада в конце звучания.
Похожая информация.
Амплитуда - модуль максимального отклонения тела от положения равновесия.Амплитуда звуковых волн и аудиосигналов обычно относится к амплитуде давления воздуха в волне, но иногда описывается как амплитуда смещения относительно равновесия (воздуха или диафрагмы говорящего). Её логарифм обычно измеряется в децибелах (дБ ).Форма изменения амплитуды называется огибающей волной.Другое определение амплитуды: амплитуда - наибольшее значение, которое принимает какая-либо величина, изменяющаяся по гармоническому закону.
- Максимальное значение сигнала - наибольшее мгновенное значение сигнала на протяжении заданного интервала времени
- Минимальное значение сигнала - наименьшее мгновенное значение сигнала на протяжении заданного интервала времени
- Размах сигнала - разность между максимальным и минимальным значениями сигнала на протяжении заданного интервала времени
Амплитуда называется постоянной , если её величина не зависит от времени и пространственного положения (в этом случае волна называется незатухающей).
Виды амплитуды:
- пиковая амплитуда (пик, peak amplitude, peak) - это отклонение от некоего среднего значения симметричных периодических волн (вроде синусоидальных, прямоугольных или пилообразных);
- пик-пик амплитуда, размах (пик-пик, peak-to-peak amplitude, pp) - это разница между положительным и отрицательным пиками;
- среднеквадратичная амплитуда
(root mean square, RMS) - это
квадратный корень среднего по времени значения квадрата отклонения
графика от горизонтальной оси асимметричных волн (периодических
импульсов в одном направлении; сложных волн, особенно для
неповторяющихся сигналов вроде шума). Пиковая амплитуда в этом случае
становится неочевидной и обычно не используется. Например, мощность,
переносимая акустической или электромагнитной волной или электрическим
сигналом, пропорциональна квадрату среднеквадратичной амплитуды (и в
общем случае не пропорциональна квадрату пиковой амплитуды). Спектр
(лат. spectrum
от лат. specter
-
виде́ние, призрак) - распределение значений физической величины (обычно
энергии, частоты или массы). Графическое представление такого
распределения называется спектральной диаграммой.
Обычно человек слышит звуки, передаваемые по воздуху, в диапазоне
частот от 16-20 Гц до 15-20 кГц . Звук ниже диапазона
слышимости человека называют инфразвуком; выше: до 100 кГц, -
ультразвуком, от 100 кГц - гиперзвуком. Среди слышимых звуков следует
также особо выделить фонетические, речевые звуки и фонемы (из которых
состоит устная речь) и музыкальные звуки (из которых состоит музыка).
Различают продольные и поперечные звуковые волны в зависимости от соотношения направления распространения волны и направления механических колебаний частиц среды распространения.
- f - частота;
- с - скорость распространения ультразвука;
- ρ - плотность среды;
- А - амплитуда колебания частиц среды.
Понятие о звуке.
Звуковые волны могут служить примером колебательного процесса. Всякое колебание связано с нарушением равновесного состояния системы и выражается в отклонении её характеристик от равновесных значений с последующим возвращением к исходному значению. Для звуковых колебаний такой характеристикой является давление в точке среды, а её отклонение - звуковым давлением(звуково́е давле́ние - переменное избыточное давление, возникающее в упругой среде при прохождении через неё звуковой волны.)
Если произвести резкое смещение частиц упругой среды в одном месте, например, с помощью поршня, то в этом месте увеличится давление. Благодаря упругим связям частиц давление передаётся на соседние частицы, которые, в свою очередь, воздействуют на следующие, и область повышенного давления как бы перемещается в упругой среде. За областью повышенного давления следует область пониженного давления, и, таким образом, образуется ряд чередующихся областей сжатия и разряжения, распространяющихся в среде в виде волны. Каждая частица упругой среды в этом случае будет совершать колебательные движения.
В жидких и газообразных средах, где отсутствуют значительные колебания плотности, акустические волны имеют продольный характер, то есть направление колебания частиц совпадает с направлением перемещения волны. В твёрдых телах, помимо продольных деформаций, возникают также упругие деформации сдвига, обусловливающие возбуждение поперечных (сдвиговых) волн; в этом случае частицы совершают колебания перпендикулярно направлению распространения волны. Скорость распространения продольных волн значительно больше скорости распространения сдвиговых волн.
Физические параметры звука
Колебательная скорость измеряется в м/с или см/с. В энергетическом отношении реальные колебательные системы характеризуются изменением энергии вследствие частичной её затраты на работу против сил трения и излучение в окружающее пространство. В упругой среде колебания постепенно затухают. Для характеристики затухающих колебаний(затухающие колебания - колебания, энергия которых уменьшается с течением времени.) используются коэффициент затухания (S), логарифмический декремент (D) и добротность (Q). .
Коэффициент затухания отражает быстроту убывания амплитуды с течением времени. Если обозначить время, в течение которого амплитуда уменьшается в е = 2,718 раза, через τ , то:
Уменьшение амплитуды за один цикл характеризуется логарифмическим декрементом. Логарифмический декремент равен отношению периода колебаний ко времени затухания τ :
Если на колебательную систему с потерями действовать периодической силой, то возникают вынужденные колебания(в ынужденные колебания - колебания, происходящие под воздействием внешних сил, меняющихся во времени), характер которых в той или иной мере повторяет изменения внешней силы. Частота вынужденных колебаний не зависит от параметров колебательной системы. Напротив, амплитуда зависит от массы, механического сопротивления и гибкости системы. Такое явление, когда амплитуда колебательной скорости достигает максимального значения, называется механическим резонансом. При этом частота вынужденных колебаний совпадает с частотой собственных незатухающих колебаний механической системы.
При частотах воздействия, значительно меньших резонансной, внешняя гармоническая сила уравновешивается практически только силой упругости. При частотах возбуждения, близких к резонансной, главную роль играют силы трения. При условии, когда частота внешнего воздействия значительно больше резонансной, поведение колебательной системы зависит от силы инерции или массы.
Свойство среды проводить акустическую энергию, в том числе и ультразвуковую, характеризуется акустическим сопротивлением. Акустическое сопротивление среды выражается отношением звуковой плотности к объёмной скорости ультразвуковых волн. Удельное акустическое сопротивление среды устанавливается соотношением амплитуды звукового давления в среде к амплитуде колебательной скорости её частиц. Чем больше акустическое сопротивление, тем выше степень сжатия и разряжения среды при данной амплитуде колебания частиц среды. Численно, удельное акустическое сопротивление среды (Z) находится как произведение плотности среды (ρ ) на скорость (с) распространения в ней ультразвуковых волн.
Z = ρcУдельное акустическое сопротивление измеряется в паскаль-секунда на метр (Па·с/м) или дин с/см³ (СГС); 1 Па·с/м = 10 −1 дин с/см³.
Значение удельного акустического сопротивления среды часто выражается в г/с·см², причём 1 г/с·см² = 1 дин с/см³. Акустическое сопротивление среды определяется поглощением, преломлением и отражением ультразвуковых волн.
Звуковое или акустическое давление в среде представляет собой разность между мгновенным значением давления в данной точке среды при наличии звуковых колебаний и статического давления в той же точке при их отсутствии. Иными словами, звуковое давление есть переменное давление в среде, обусловленное акустическими колебаниями. Максимальное значение переменного акустического давления (амплитуда давления) может быть рассчитано через амплитуду колебания частиц:
P = 2πf ρc Aгде Р - максимальное акустическое давление (амплитуда давления);
На расстоянии в половину длины волны (λ/2) амплитудное значение давления из положительного становится отрицательным, то есть разница давлений в двух точках, отстоящих друг от друга на λ/2 пути распространения волны, равна 2Р.
Для выражения звукового давления в единицах СИ используется Паскаль (Па), равный давлению в один ньютон на метр квадратный (Н/м²). Звуковое давление в системе СГС измеряется в дин/см²; 1 дин/см² = 10 −1 Па = 10 −1 Н/м². Наряду с указанными единицами часто пользуются внесистемными единицами давления - атмосфера (атм) и техническая атмосфера (ат), при этом 1 ат = 0,98×10 6 дин/см² = 0,98×10 5 Н/м². Иногда применяется единица, называемая баром или микробаром (акустическим баром); 1 бар = 10 6 дин/см².
Давление, оказываемое на частицы среды при распространении волны, является результатом действия упругих и инерционных сил. Последние вызываются ускорениями, величина которых также растёт в течение периода от нуля до максимума (амплитудное значение ускорения). Кроме того, в течение периода ускорение меняет свой знак.
Максимальные значения величин ускорения и давления, возникающие в среде при прохождении в ней ультразвуковых волн, для данной частицы не совпадают во времени. В момент, когда перепад ускорения достигает своего максимума, перепад давления становится равным нулю. Амплитудное значение ускорения (а) определяется выражением:
a = ω2A = (2πf )2AЕсли бегущие ультразвуковые волны наталкиваются на препятствие, оно испытывает не только переменное давление, но и постоянное. Возникающие при прохождении ультразвуковых волн участки сгущения и разряжения среды создают добавочные изменения давления в среде по отношению к окружающему её внешнему давлению. Такое добавочное внешнее давление носит название давления излучения (радиационного давления). Оно служит причиной того, что при переходе ультразвуковых волн через границу жидкости с воздухом образуются фонтанчики жидкости и происходит отрыв отдельных капелек от поверхности. Этот механизм нашёл применение в образовании аэрозолей лекарственных веществ. Радиационное давление часто используется при измерении мощности ультразвуковых колебаний в специальных измерителях - ультразвуковых весах.
- Скорость звука
скорость распространения упругих волн в среде - как продольных
в газах, жидкостях и твердых телах, так и поперечных (сдвиговых) в
твердой среде. Определяется упругостью и плотностью среды. Скорость
звука в газах, жидкостях и изотропных твёрдых средах обычно величина
постоянная для данного вещества, в монокристаллах зависит от направления
распространения волны и при заданных внешних условиях обычно не зависит
от частоты волны и её амплитуды. В тех случаях, когда это не
выполняется и скорость звука зависит от частоты, говорят о дисперсии
звука. Впервые измерена Уильямом Дерхамом.
Как правило, в газах скорость звука меньше, чем в жидкостях, а в жидкостях скорость звука меньше, чем в твёрдых телах, поэтому при сжижении газа скорость звука возрастает.
Генерация Звука
Громкость звука
Гро́мкость зву́ка - субъективное восприятие силы звука (абсолютная величина слухового ощущения). Громкость главным образом зависит от звукового давления, амплитуды и частоты звуковых колебаний. Также на громкость звука влияют его спектральный состав, локализация в пространстве, тембр, длительность воздействия звуковых колебаний и другие факторы (см.).
Единицей абсолютной шкалы громкости является сон . Громкость в 1 сон - это громкость непрерывного чистого синусоидального тона частотой 1 кГц, создающего звуковое давление 2 мПа.
Уровень громкости звука - относительная величина. Она выражается в фонах и численно равна уровню звукового давления (в децибелах - дБ), создаваемого синусоидальным тоном частотой 1 кГц такой же громкости, как и измеряемый звук (равногромким данному звуку).
| Звук | Громкость, дБ: |
|---|---|
| Порог слышимости | 0 |
| Тиканье наручных часов | 10 |
| Шепот | 20 |
| Звук настенных часов | 30 |
| Приглушенный разговор | 40 |
| Тихая улица | 50 |
| Обычный разговор | 60 |
| Шумная улица | 70 |
| Опасный для здоровья уровень | 75 |
| Пневматический молоток | 90 |
| Кузнечный цех | 100 |
| Громкая музыка | 110 |
| Болевой порог | 120 |
| Сирена | 130 |
| Реактивный самолет | 150 |
| Смертельный уровень | 180 |
| Шумовое оружие | 200 |
Основные характеристики звука. Передача звука на большое расстояние.
Основные характеристики звука:
1. Тон звука (количество колебаний в секунду). Звуки низкого тона (например, звук, создаваемый большим барабаном) и высокого тона (например, свист). Ухо легко различает эти звуки. Простые измерения (развёртка колебаний) показывают, что звуки низких тонов – колебания малой частоты в звуковой волне. Звуку высокого тона соответствует большая частота колебаний. Частота колебаний в звуковой волне определяет тон звука.
2. Громкость звука (амплитуда). Громкость звука, определяемая его действием на ухо, является оценкой субъективной. Чем больше поток энергии, притекающей к уху, тем больше громкость. Удобной для измерения является интенсивность звука – энергия, переносимая волной за единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную к направлению распространения волны. Интенсивность звука возрастает при увеличении амплитуды колебаний и площади тела, совершающего колебания. Также для измерения громкости пользуются децибелами (дБ). Например, громкость звука хороша листьев оценивается в 10 дБ, шёпота – 20 дБ, уличного шума - 70 дБ, болевой порог – 120 дБ, а смертельный уровень – 180 дБ.
3. Тембр звука . Вторая субъективная оценка. Тембр звука определяется совокупностью обертонов. Разное количество обертонов, присущих тому или иному звуку, придаёт ему особую окраску – тембр. Отличие одного тембра от другого обусловлено не только числом, но и интенсивностью обертонов, сопровождающих звучание основного тона. По тембру легко можно различать звуки различных музыкальных инструментов, голоса людей.
Звуковые колебания с частотой менее 20 Гц человеческое ухо не воспринимает.
Звуковой диапазон уха – 20 Гц – 20 тыс. Гц.
Передача звука на большое расстояние.
Проблема передачи звука на расстояние была успешно решена посредством создания телефона и радио. С помощью микрофона, имитирующего человеческое ухо, акустические колебания воздуха (звук) в определённой точке преобразуют в синхронные изменения амплитуды электрического тока (электрический сигнал), который по проводам или с помощью электромагнитных волн (радиоволн), доставляют в нужное место и преобразуют в акустические колебания, подобные исходным.
Схема передачи звука на расстояние
1. Преобразователь «звук - электрический сигнал» (микрофон)
2. Усилитель электрического сигнала и электрическая линия связи (провода или радиоволны)
3. Преобразователь «электрический сигнал – звук» (громкоговоритель)
Объёмные акустические колебания воспринимаются человеком в одной точке и могут быть представлены в виде точечного источника сигнала Сигнал имеет два параметра, связанных функцией времени: частоту колебания (тон) и амплитуду колебания (громкость). Необходимо пропорционально преобразовать амплитуду акустического сигнала в амплитуду электрического тока, сохраняя частоту колебания.
Источники звука - любые явления, вызывающие местное изменение давления или механическое напряжение. Широко распространены источники Звука в виде колеблющихся твёрдых тел. Источниками Звука могут служить и колебания ограниченных объёмов самой среды (например, в органных трубах, духовых музыкальных инструментах, свистках и т.п.). Сложной колебательной системой является голосовой аппарат человека и животных. Обширный класс источников Звук -электроакустические преобразователи, в которых механические колебания создаются путём преобразования колебаний электрического тока той же частоты. В природе Звук возбуждается при обтекании твёрдых тел потоком воздуха за счёт образования и отрыва вихрей, например при обдувании ветром проводов, труб, гребней морских волн. Звук низких и инфранизких частот возникает при взрывах, обвалах. Многообразны источники акустических шумов, к которым относятся применяемые в технике машины и механизмы, газовые и водяные струи. Исследованию источников промышленных, транспортных шумов и шумов аэродинамического происхождения уделяется большое внимание ввиду их вредного действия на человеческий организм и техническое оборудование.
Приёмники звука
служат для восприятия звуковой энергии и преобразования её в др. формы. К приёмникам Звука
относится, в частности, слуховой аппарат человека и животных. В технике для приёма Звука
применяется главным образом электроакустические преобразователи, например, микрофон.
Распространение звуковых волн характеризуется в первую очередь скоростью звука. В ряде случаев наблюдается дисперсия звука, т. е. зависимость скорости распространения от частоты. Дисперсия Звука
приводит к изменению формы сложных акустических сигналов, включающих ряд гармонических составляющих, в частности - к искажению звуковых импульсов. При распространении звуковых волн имеют место обычные для всех типов волн явления интерференции и дифракции. В случае, когда размер препятствий и неоднородностей в среде велик по сравнению с длиной волны, распространение звука подчиняется обычным законам отражения и преломления волн и может рассматриваться с позиций геометрической акустики.
При распространении звуковой волны в заданном направлении происходит постепенное её затухание, т. е. уменьшение интенсивности и амплитуды. Знание законов затухания практически важно для определения предельной дальности распространения звукового сигнала.
Способы коммуникации:
· Изображения
Система кодирования должна быть понятна адресату.
Звуковые коммуникации появились первыми.
Звук (носитель – воздух)
Звуковая волна – перепады давления воздуха
Кодируемая информация – барабанные перепонки
Чувствительность слуха
Децибел – относительная логарифмическая единица
Свойства звука:
Громкость (Дб)
Тональность
0 Дб = 2*10(-5) Па
Порог слышимости – болевой порог
Динамические диапазон – отношение самого громкого звука к самому маленькому
Порог = 120 Дб
Частота (Гц)
Параметры и спектр звукового сигнала: речь, музыка. Реверберация.
Звук – колебание, имеющее свою частоту и амплитуду
Чувствительность нашего уха к разным частотам – разная
Гц – 1 к\с
От 20 Гц до 20 000 Гц – звуковой диапазон
Инфрозвуки – звуки менее 20 Гц
Звуки свыше 20 тыс. Гц и менее 20 Гц не воспринимаются
Промежуточная система кодирования и декодирования
Любой процесс может быть описан набором гармонических колебаний
Спектр звукового сигнала – совокупность гармонических колебаний соответствующих частот и амплитуд
Амплитуда меняется
Частота постоянна
Звуковое колебание – изменение амплитуды во времени
Зависимость взаимных амплитуд
Амплитудно-частотная характеристика – зависимость амплитуды от частоты
У нашего уха есть амплитудно-частотная характеристика
Устройство не идеально, у него есть АЧХ
АЧХ – у всего, что связано с преобразованием и передачей звука
Эквалайзер регулирует АЧХ
340 м\с – скорость звука в воздухе
Реверберация – размывание звука
Время реверберации – время, за которое сигнал уменьшится на 60 Дб
Компрессирование – прием обработки звука, когда громкие звуки снижены, а тихие звучат громче
Реверберация – характеристика помещения, в котором распространяется звук
Частота дискретизации – количество отсчетов в секунду
Фонетическое кодирование
Фрагменты информационного образа – кодирование – фонетический аппарат – человеческий слух
Волны не могут распространяться далеко
Можно увеличить мощность звучания
Электрический ток
Длина волны – расстояние
Звук=функция A(t)
Преобразовать А звуковых колебаний в А электрического тока = вторичное кодирование
Фаза – задержка в угловых измерениях одного колебания относительно другого во времени
Амплитудная модуляция – информация содержится в изменении амплитуды
Частотная модуляция – в частоте
Фазовая модуляции – в фазе
Электромагнитное колебание – распространяется без поводов
Окружность 40 тыс.км.
Радиус 6,4 тыс. км
Мгновенно!
Частотные, или линейные искажения возникают на каждом этапе передачи информации
Коэфициент передачи амплитуды
Линейные – будут передаваться сигналы с потерей информации
Можно скомпенсировать
Нелинейные – нельзя предотвратить, связаны с невосстановимым искажением амплитуды
1895 г. Эрстед Максвел обнаружил энергию – электромагнитные колебания могут распространяться
Попов изобрел радио
1896 г зарубежом Маркони купил патент, право на использование трудов Тесла
Реальное применение в начале ХХ века
Колебание электрического тока не сложно накладывать на электромагнитные колебания
Частота должна быть выше частоты информации
В начале 20-х годов
Передача сигнала методом амплитудной модуляции радиоволн
Диапазон до 7 000 Гц
AM Радиовещание длинноволновое
Длинные волны, имеющие частоты выше 26 мГц
Средние волны от 2,5 мГц до 26 мГц
Нет границ распространения
Ультракороткие волны (частотная модуляция), стереовещание (2 канала)
FM – частотная
Фазовая не используется
Несущая частота радио
Диапазон радиовещания
Несущая частота
Зона уверенного приема – та территория, на которой радио-волны распространяются с энергией, достаточной для качественного приема информации
Dкм=3,57(^H+^h)
Н – высота передающей антенны (м)
h – высота приемной (м)
от высоты антенны при условии достаточной мощности
Радио-передатчик – несущая частота, мощность и высота расположения передающей антенны
Лицензируемый
Для распространения радио-волн требуется лицензия
Сеть радиовещания:
Источник звук содержания (контента)
Соединительные линии связи
Передатчики (Луначарского, возле цирка, азбест)
Радиоприемник
Резервирование энергопитания
Радиопрограмма – совокупность звуковых сообщений
Радиостанция – источник вещания радиопрограммы
· Традиционные: Радиоредакция (творческий коллектив), Радиодом (совокупность технических и технологических средств)
Радиодом
Радиостудия – помещение, обладающее подходящими акустическими параметрами, звукоизолированное
Дискретизация по чистоте
Аналоговый сигнал во времени разбивается на интервалы. Измеряется в Герцах. Количество интервалов нужно чтоб замерить амплитуду на каждом отрезке
Разрядность квантования. Частота дискретизации – разбиение сигнала во времени на равные отрезки в соответствии с теоремой Котельникова
Для неискаженной передачи непрерывного сигнала, занимающего определенную полосу частот, необходимо, чтобы частота дискретизации была как минимум вдвое выше верхней частоты воспроизводимого диапазона частот
От 30 до 15 кГц
CD 44-100 кГц
Цифровое сжатие информации
- или компрессия – конечная цель – исключение из цифрового потока избыточной информации.
Звуковой сигнал – случайный процесс. Уровни связаны в течение времени корреляции
Корреляционные – связи, описывающие события во временных отрезках: предыдущего, настоящего и будущего
Длительные – весна, лето, осень
Кратковременные
Метод экстраполяции. Из цифрового в синусойду
Передают только разницу следующего сигнала и предыдущего
Психофизические свойства звука – позволяет уху отбирать сигналы
Удельный вес в объеме сигнала
Реальные\импульсивные
Система помехоусточива, от формы импульса ничего не зависит. Импульс легко восстановить
АЧХ – зависимость амплитуды от частоты
АЧХ регулирует тембр звучания
Эквалайзер – корректор АЧХ
Низкие, средние, высокие частоты
Басы, средние, верха
Эквалайзер 10, 20, 40, 256 полосные
Анализатор спектра – удалить, распознать голос
Психоакустические устройства
Силы – процесс
Частотное устройство обработки – плагины – модули, которые при открытом коде программы дорабатывают, посылают
Динамическая обработка сигнала
Приложения – устройства, которые регулируют динамические устройства
Громкость – уровень сигнала
Регуляторы уровня
Фейдеры \ микшеры
Фейд in \ Фейд out
Уменьшение шума
Пикосрезатель
Компрессор
Шумоподавитель
Цветовое зрение
В глазу человека содержатся два типа светочувствительных клеток (фоторецепторов): высоко чувствительные палочки, отвечающие за ночное зрение, и менее чувствительные колбочки, отвечающие за цветное зрение.
В сетчатке глаза человека есть три вида колбочек, максимумы чувствительности которых приходятся на красный, зелёный и синий участки спектра.
Бинокулярное
Зрительный анализатор человека в нормальных условиях обеспечивает бинокулярное зрение, то есть зрение двумя глазами с единым зрительным восприятием.
Частотные диапазоны радиовещания АМ (ДВ, СВ, КВ) и ЧМ (УКВ и FM).
Радио - разновидность беспроводной связи, при которой в качестве носителя сигнала используются радиоволны, свободно распространяемые в пространстве.
Передача происходит следующим образом: на передающей стороне формируется сигнал с требуемыми характеристиками (частота и амплитуда сигнала). Далее передаваемый сигнал модулирует более высокочастотное колебание (несущее). Полученный модулированный сигнал излучается антенной в пространство. На приёмной стороне радиоволны наводят модулированный сигнал в антенне, после чего он демодулируется (детектируется) и фильтруется ФНЧ (избавляясь тем самым от высокочастотной составляющей - несущей). Таким образом, происходит извлечение полезного сигнала. Получаемый сигнал может несколько отличаться от передаваемого передатчиком (искажения вследствие помех и наводок).
В практике радиовещания и телевидения используется упрощённая классификация радиодиапазонов:
Сверхдлинные волны (СДВ) - мириаметровые волны
Длинные волны (ДВ) - километровые волны
Средние волны (СВ) - гектометровые волны
Короткие волны (КВ ) - декаметровые волны
Ультракороткие волны (УКВ) - высокочастотные волны, длина волны которых меньше 10 м.
В зависимости от диапазона радиоволны имеют свои особенности и законы распространения:
ДВ сильно поглощаются ионосферой, основное значение имеют приземные волны, которые распространяются, огибая землю. Их интенсивность по мере удаления от передатчика уменьшается сравнительно быстро.
СВ сильно поглощаются ионосферой днём, и район действия определяется приземной волной, вечером хорошо отражаются от ионосферы и район действия определяется отражённой волной.
КВ распространяются исключительно посредством отражения ионосферой, поэтому вокруг передатчика существует т. н. зона радиомолчания. Днём лучше распространяются более короткие волны (30 МГц), ночью - более длинные (3 МГц). Короткие волны могут распространяться на больши́е расстояния при малой мощности передатчика.
УКВ распространяются прямолинейно и, как правило, не отражаются ионосферой, однако при определённых условиях способны огибать земной шар из-за разности плотностей воздуха в разных слоях атмосферы. Легко огибают препятствия и имеют высокую проникающую способность.
Радиоволны распространяются в пустоте и в атмосфере; земная твердь и вода для них непрозрачны. Однако, благодаря эффектам дифракции и отражения, возможна связь между точками земной поверхности, не имеющими прямой видимости (в частности, находящимися на большом расстоянии).
Новые диапазоны ТВ вещания
· MMDS диапазон 2500-2700 ГГЦ 24 канала для аналогового ТВ вещания. Использовалось в системе кабельного телевидения
· LMDS: 27,5-29,5 ГГЦ. 124 ТВ аналоговых канала. С цифровой революции. Осваивается операторами сотовой связи
· MWS – MWDS: 40,5-42,4 ГГЦ. Система сотового телевещания. Высокие 5 км частоты быстрое поглощаются
2. Изображение на пиксели разложить
256 уровней
Опорный кадр, затем его изменения
Аналогово-цифровой преобразователь
На входе – аналог, на выходе – цифровой поток. Форматы цифрового сжатия
Некопменсированное видео – три цвета в пикселях 25 к\с, 256 мегабит\с
dvd, avi – имеет поток 25 мб\с
mpeg2 – дополнительная компрессия от 3-4 раз в спутнике
Цифровое ТВ
1. Упрощаем, уменьшаем количество точек
2. Упрощаем выбор цвета
3. Применяем компрессии
256 уровней – динамический диапазон яркости
Цифровое в 4 раза больше по горизонтали и вертикали
Недостатки
· Резко ограниченная территория покрытия сигнала, внутри которой приём возможен. Но эта территория при равной мощности передатчика больше, чем у аналоговой системы.
· Замирания и рассыпания картинки на «квадратики» при недостаточном уровне принимаемого сигнала.
· Оба «недостатка» являются следствием преимуществ передачи цифровых данных: данные либо принимаются качественно на 100 % или восстанавливаются, либо принимаются плохо с невозможностью восстановления.
Цифровое радио - технология беспроводной передачи цифрового сигнала посредством электромагнитных волн радиодиапазона.
Преимущества:
· Более высокое качество звука по сравнению с FM-радиовещанием. В настоящее время не реализовано из-за низкой скорости потока (типично 96 кбит/c).
· Помимо звука могут передаваться тексты, картинки и другие данные. (Больше, чем в RDS)
· Слабые радиопомехи никак не изменяют звук.
· Более экономичное использование частотного пространства посредством передачи сигналов.
· Мощность передатчика может быть сокращена в 10 - 100 раз.
Недостатки :
· В случае недостаточной мощности сигнала в аналоговом вещании появляются помехи, в цифровом - трансляция пропадает вовсе.
· Задержка звука из-за времени, необходимого на обработку цифрового сигнала.
· В настоящий момент во многих странах мира проводятся «полевые испытания».
· Сейчас в мире постепенно начинается переход к "цифре", но он гораздо медленнее, чем у телевидения из-за недостатков. Пока массовых отключений радиостанций в аналоговом режиме нет, хотя сокращается их количество в AM-диапазоне из-за более эффективного FM.
В 2012 году ГКРЧ подписан протокол, согласно которому выделяется полоса радиочастот 148,5-283,5 кГц для создания на территории Российской Федерации сетей цифрового радиовещания стандарта DRM. Также с соответствии с пунктом 5.2 протокола заседания ГКРЧ от 20 января 2009 г. № 09-01 проведена научно-исследовательская работа «Исследование возможности и условий использования цифрового радиовещания стандарта DRM в Российской Федерации в полосе частот 0,1485-0,2835 МГц (длинные волны)».
Таким образом, на неопределённое время вещание в FM-диапазоне будет осуществляться в аналоговом формате.
В России в первом мультиплексе цифрового эфирного телевидения DVB-T2 транслируются федеральные радиостанции Радио России, Маяк и Вести ФМ.
Интернет-радио или веб-радио - группа технологий передачи потоковых аудиоданных через сеть Интернет. Также в качестве термина интернет-радио или веб-радио может пониматься радиостанция, использующая для вещания технологию потокового вещания в Интернет.
В технологической основе системы лежит три элемента:
Станция - генерирует аудиопоток (либо из списка звуковых файлов, либо прямой оцифровкой с аудио карты, либо копируя существующий в сети поток) и направляет его серверу. (Станция потребляет минимум трафика, потому что создаёт один поток)
Сервер (повторитель потока) - принимает аудиопоток от станции и перенаправляет его копии всем подключённым к серверу клиентам, по сути является репликатором данных. (Трафик сервера пропорционален количеству слушателей + 1)
Клиент - принимает аудиопоток от сервера и преобразует его в аудиосигнал, который и слышит слушатель интернет-радиостанции. Можно организовывать каскадные системы радиовещания, используя в качестве клиента повторитель потока. (Клиент, как и станция, потребляет минимум трафика. Трафик клиента-сервера каскадной системы зависит от количества слушателей такого клиента.)
Кроме потока звуковых данных обычно передаются также текстовые данные, чтобы в плеере отображалась информация о станции и о текущей композиции.
В качестве станции могут выступать обычная программа-аудиоплеер со специальным плагином-кодеком или специализированная программа (например - ICes, EzStream, SAM Broadcaster), а также аппаратное устройство, преобразующее аналоговый аудиопоток в цифровой.
В качестве клиента можно использовать любой медиаплеер, поддерживающий потоковое аудио и способный декодировать формат, в котором вещает радио.
Следует заметить, что интернет-радио к эфирному радиовещанию, как правило, никакого отношения не имеет. Но возможны и редкие исключения, которые, на территории СНГ не распространены.
Телевидение межсетевого протокола (интернет-телевидение или on-line TV) - система, основанная на двусторонней цифровой передаче телевизионного сигнала через интернет-соединения посредством широкополосного подключения.
Система интернет-телевидения позволяет реализовать:
· Управление пакетом подписки каждого пользователя
· Трансляцию каналов в формате MPEG-2, MPEG-4
· Представление телевизионных программ
· Функцию регистрации телевизионных передач
· Поиск прошлых телевизионных передач для просмотра
· Функцию паузы для телеканала в режиме реального времени
· Индивидуальный пакет телеканалов для каждого пользователя
Новые СМИ или новые медиа - термин, который в конце XX века стали применять для интерактивных электронных изданий и новых форм коммуникации производителей контента с потребителями для обозначения отличий от традиционных медиа, таких как газеты, то есть этим термином обозначают процесс развития цифровых, сетевых технологий и коммуникаций. Конвергенция и мультимедийные редакции стали обыденными элементами сегодняшней журналистики.
Речь прежде всего о цифровых технологиях и эти тенденции связаны с компьютеризацией общества, поскольку до 80-х медиа полагались на аналоговые носители.
Следует отметить, что согласно закону Рипля более высокоразвитые средства массовой информации не являются заменой предыдущих, поэтому задача новых медиа это и вербовка своего потребителя, поиск иных областей применения, «онлайн-версия печатного издания вряд ли способна заменить само печатное издание».
Следует различать понятия «новые медиа» и «цифровые медиа». Хотя и там, и здесь практикуются цифровые средства кодировки информации.
Любой человек может стать издателем «нового СМИ» с точки зрения технологии процесса. Вин Кросби, который описывает «масс-медиа» как инструмент вещания «одного многим», рассматривает новые медиа как коммуникацию «многих со многими».
Цифровая эра формирует иную медиа-среду. Репортёры привыкают к работе в киберпространстве. Как отмечается, ранее «освещение международных событий было делом нехитрым»
Говоря о взаимоотношениях информационного общества и новых СМИ, Ясен Засурский акцентирует внимание именно на трёх аспектах, выделяя новые медиа именно как аспект:
· Возможности СМИ на современном этапе развития информационно-коммуникационных технологий и интернета.
· Традиционные СМИ в условиях «интернетизации»
· Новые средства массовой информации.
Радиостудия. Структура.
Как организовать факультетское радио?
Контент
Что иметь и уметь? Зоны вещания, состав оборудования, кол-во человек
Лицензия не обязательна
(Территориальный орган «Роскомнадзор», регистр. сбор, обеспечить периодичность, минимум – 1 раз в год, свидетельство юридическому лицу, регистрируется радиопрограмма)
Творческий коллектив
Главные редактор и юридическое лицо
Менее 10 человек – договор, больше 10 – устав
Технической базой производства радиопродукции является комплекс оборудования, на котором осуществляется запись радиопрограмм, обработка и последующая трансляция. Основной технической задачей радиостанций является обеспечение четкой, бесперебойной и высококачественной работы технологического оборудования радиовещания и звукозаписи.
Радиодома и телевизионные центры являются организационной формой тракта формирования программ. Сотрудники радио и телецентров подразделяются на специалистов творческих (журналисты, звуко- и видеорежиссеры, работники отделов выпуска, отделов координации и т.д.) и технических специальностей - аппаратно-студийный комплекс (работники студий, аппаратных и некоторых вспомогательных служб).
Аппаратно-студийный комплекс - это взаимосвязанные блоки и службы, объединенные техническими средствами, с помощью которых ведется процесс формирования и выпуска программ аудио- и телевещания. В состав аппаратно-студийного комплекса входят аппаратно-студийный блок (для создания частей программ), аппаратная вещания (для РВ) и аппаратно-программный блок (для ТВ). В свою очередь, аппаратно-студийный блок состоит из студий и технических и режиссерских аппаратных, что обусловлено различной технологией непосредственного вещания и записи.
Радиостудии - это специальные помещения для проведения радиопередач, отвечающие ряду требований акустической обработки, чтобы поддерживать низкий уровень шумов от внешних источников звука, создавать равномерное в объеме помещения звуковое поле. С появлением электронных устройств для регулирования фазовых и временных характеристик все большее применение находят небольшие полностью «заглушенные» студии.
В зависимости от назначения, студии делятся на малые (эфирные) (8-25 кв. м), студии средней величины (60-120 кв. м), большие студии (200-300 кв.м).
В соответствии с замыслом звукорежиссера в студии устанавливаются микрофоны, подбираются их оптимальные характеристики (тип, диаграмма направленности, выходной уровень сигналов).
Монтажные аппаратные предназначены для подготовки частей будущих программ от несложного монтажа музыкальных и речевых фонограмм после первичной записи до сведения многоканального звучания к моно- или стереозвучанию. Далее в аппаратной подготовки программ формируются части будущей передачи из оригиналов отдельных произведений. Таким образом, формируется фонд готовых фонограмм. Из отдельных передач формируется вся программа, поступающая в центральную аппаратную. Отделы выпуска и координации осуществляют согласование действий редакций. В крупных радиодомах и телецентрах, чтобы обеспечить соответствие старых записей современным техническим требованиям вещания, существуют аппаратные реставрации фонограмм, где редактируется уровень шумов и различных искажений.
После полного формирования программы электрические сигналы поступают в трансляционную аппаратную.
Аппаратно-студийный блок комплектуется режиссерским пультом, контрольно-громкоговорящим агрегатом, магнитофонами и устройствами звуковых эффектов. Перед входом в студию устанавливают светящиеся надписи: «Репетиция», «Приготовиться», «Микрофон включен». Студии оборудованы микрофонами и пультом диктора с кнопками включения микрофонов, сигнальными лампами, телефонными аппаратами со световым вызывным сигналом. Дикторы могут связаться с аппаратной, отделом выпуска, редакцией, некоторыми другими службами.
Главным устройством режиссерской аппаратной является пульт звукорежиссера, с помощью которого решаются одновременно и технические, и творческие задачи: монтажи преобразование сигнала.
В аппаратной вещания радиодома из различных передач формируется программа. Части программы, прошедшие звукорежиссерскую обработку и монтаж, не требуют дополнительного технического контроля, но нуждаются в совмещении различных сигналов (речь, музыкальное сопровождение, звуковые заставки и т.д.). Кроме того, в современных аппаратных вещания устанавливается оборудование для автоматизированного выпуска программ.
Конечный контроль программ осуществляется в центральной аппаратной, где на звукорежиссерском пульте происходит дополнительное регулирование электрических сигналов и их распределение по потребителям. Здесь производится частотная обработка сигнала, его усиление до требуемого уровня, сжатие или экспандирование, введение позывных программы и сигналов точного времени.
Состав аппаратного комплекса радиостанции.
Основные выразительные средства радиовещания - музыка, речь и служебные сигналы. Для сведения воедино в правильном балансе (микширования) всех звуковых сигналов служит основной элемент аппаратного комплекса радиовещания - микшерный пульт
(mixing console). Сформированный на пульте сигнал с выхода пульта проходит через ряд специальных устройств обработки сигнала (компрессор, модулятор и т.п.) и подается (через линию связи или непосредственно) на передатчик. На входы пульта подаются сигналы всех источников: микрофонов, передающих речь ведущих и гостей эфира; устройств звуковоспроизведения; устройств воспроизведения сигналов. В современной радиостудии количество микрофонов может быть различным - от 1 до 6 и даже больше. Впрочем, для большинства случаев достаточно 2-3. Используются микрофоны самых разных типов.
До подачи на вход пульта сигнал микрофона может подвергаться различной обработке (компрессирование, частотная коррекция, в некоторых специальных случаях - реверберация, тональный сдвиг и т.п.) с целью повышения разборчивости речи, выравнивания уровня сигнала и т.д.
Устройства звуковоспроизведения на большинстве станций представлены CD-плейерами и магнитофонами. Спектр используемых магнитофонов
зависит от специфики станции: это могут быть цифровые (DAT - цифровой кассетный магнитофон; MD - устройство записи и воспроизведения на цифровой минидиск) и аналоговые устройства (бобинные студийные магнитофоны, а также профессиональные кассетные деки). На некоторых станциях применяется и воспроизведение с виниловых дисков; для этого используются либо профессиональные "грамстолы", либо - чаще - просто высококачественные проигрыватели, а иногда и специальные "диджейские" вертушки, аналогичные используемым в практике дискотек.
На некоторых станциях, где широко применяется принцип ротации песен, используется воспроизведение музыки непосредственно с жесткого диска компьютера, куда определенный набор ротируемых на этой неделе песен записывается предварительно в виде волновых файлов (как правило, в формате WAV). Устройства воспроизведения служебных сигналов применяются самых разных типов. Как и в зарубежном радиовещании, довольно широко используются аналоговые кассетные устройства (джингловоды), носителем звука в которых служит особая кассета с лентой. На каждой кассете, как правило, записывается один сигнал (заставка, джингл, отбивка, подложка и т.п.); лента в кассетах джингловода закольцована, следовательно, сразу после использования она снова готова к воспроизведению. На многих радиостанциях, где используется традиционный тип организациях вещания, сигналы воспроизводятся с бобинных магнитофонов. Цифровые устройства представляют собой либо устройства, где носителем каждого отдельного сигнала являются флоппи-диски или специальные картриджи, либо устройства, где сигналы воспроизводятся непосредственно с жесткого диска компьютера.
В аппаратном комплексе радиовещания используются также различные устройства записи: это могут быть как аналоговые, так и цифровые магнитофоны. Эти устройства применяются как для записи отдельных фрагментов эфира в архив радиостанции или с целью последующего повтора, так и для сплошной контрольной записи всего эфира (так называемый police tape). Кроме того, в аппаратный комплекс радиовещания входят мониторные акустические системы как для прослушивания программного сигнала (микса на выходе с пульта), так и для предварительного прослушивания ("подслушки") сигнала с различных носителей перед выводом этого сигнала в эфир, а также головные телефоны (наушники), в которые подается программный сигнал, и т.п. Частью аппаратного комплекса может являться также устройство RDS (Radio Data System) - система, позволяющая слушателю, обладающему специальным приемным устройством, принимать не только звуковой сигнал, но и текстовый (название радиостанции, иногда - название и исполнитель звучащего произведения, другая инофрмация), отображаемый на специальном дисплее.
Классификация
По чувствительности
· Высокочувствительные
· Среднечувствительные
· Низкочувствительные (контактные)
По динамическому диапазону
· Речевого
· Служебной связи
По направленности
У каждого микрофона есть АЧХ
· Не направленные
· Односторонне направленные
Стационарные
Пятничный
Телестудия
· Специальный свет – освещение в студии
· Звукопоглощающее покрытие под ногами
· Декорации
· Средства связи
· Звукоизолированное помещение для звукорежиссера
· Режиссер
· Видеомониторы
· Контроль звука 1 моно 2 стерео
· Технический персонал
Передвижная ТВ-станция
Передвижная репортажная станция
Видеозаписывающее устройство
Тракт звука
Видео-камера
Тайм-код ТС
Цвет – яркость трех точек красного, зеленого, синего цвета
Четкость, или разрешающая способность
Битрейт – цифровой поток
· Дискретизация 2200 линий
· Квантование
TVL (Ти Ви Лайн)
Вещательная (broadcast)
Линия – единица измерения разрешающей способности
Аналогово-цифровой преобразователь – цифровой
VHS до 300 TVL
Broadcast более 400 TVL
DPI – количество точек на дюйм
Глянец=600 DPI
Фото, портреты=1200 DPI
TV-изображение=72 DPI
Разрешающая способность камеры
Объектив – мегапиксели – качество электр. блока
720 на 568 гб\с
Digital video DV
HD High Definition 1920\1080 – 25мб\с