Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, для каждого такого участка устанавливается определенная величина интенсивности звука. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные участки по времени, для каждого устанавливается своя величина амплитуды. Во-первых, звуковая ударная волна после преодоления самолетом, сверхзвукового барьера никуда не исчезает. Во-первых, звуковая ударная волна после преодоления самолетом, сверхзвукового барьера никуда не исчезает. Для этого звуковая волна разбивается на отдельные временные участки.
Презентация 10 -8 Кодирование звуковой информации С
Слайд 12Временная дискретизация звука Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные. это наибольшая величина звукового давления при сгущениях и разряжениях. Слайд 9Временная дискретизация звука Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки Частота. Это звуковые волны с постоянно меняющейся амплитудой и частотой. В статье мы расскажем, что препятствует распространению звука, но прежде разберемся, что собой представляет звуковая волна. Для того чтобы произвести оцифровку сигнала, необходимо разбить непрерывную звуковую волну на отдельные участки, т. е. рассматривать наборы состояний, а значит нужно выполнить дискретизацию звука.
Кодирование звуковой информации.
Составляющие непрерывной звуковой волны Непрерывная звуковая волна может быть разбита на несколько составляющих, которые определяют основные характеристики звука. Чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму. Звуковой барьер в аэродинамике — название ряда технических трудностей, вызванных явлениями, сопровождающими движение летательного аппарата (например, сверхзвукового самолёта, ракеты) на скоростях, близких к скорости звука или превышающих её. В звуковой аппаратуре звук представляется либо непрерывным электрическим сигналом, либо набором цифр (нулей и единиц). Новости Новости. 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.
Преобразование непрерывной звуковой волны в последовательность
1. Звук представляет собой звуковую волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой. Периодические звуковые сигналы воспроизводят постоянный звук, повторяя форму волны снова и снова, и так до бесконечности. Во-первых, звуковая ударная волна после преодоления самолетом, сверхзвукового барьера никуда не исчезает. Излучение звуковой волны обуславливает дополнительную потерю энергии движущимся телом (помимо потери энергии вследствие трения и прочих сил). Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, для каждого такого участка устанавливается определённая величина интенсивности звука.
Всё, что Вам нужно знать о звуке
Неподвижный объект, испускающий звуковые волны, по классике сравнивают с брошенным в воду камнем: камень возмущает спокойную водную гладь, вызывая появление кругов, где высота образующихся волн будет амплитудой колебаний – «громкостью» нашей волны. Волны является когерентными, если разность их фаз постоянна во времени, а при сложении получается волна той же частоты. Непрерывная звуковая волна может быть разбита на несколько основных компонентов. Непрерывная звуковая волна представляет собой последовательность сжатий и разрежений воздушных молекул, которые передаются в виде звука.
Презентация, доклад на тему Кодирование звука для 10 класса
Когда же скорость самолета высокая, то есть превышает скорость звука, звуковые волны не успевают удаляться. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды. Непрерывная звуковая волна может быть разбита на несколько основных компонентов. В течении временной дискретизации непрерывный диапазон значений амплитуды звуковой волны квантуется путем разбиения на дискретную последовательность значений амплитудных уровней (см. рис. 2). Мы постоянно обновляем базу тестов, чтобы вы могли получить наиболее актуальную информацию и проверить свои знания.
Непрерывная зависимость
Чем больше амплитуда сигнала, тем он громче для человека, чем больше частота сигнала, тем выше тон. Звуки различной громкости Громкий звук Тихий звук Звуки различной высоты Низкий звук Высокий звук Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть превращен в последовательность электрических импульсов двоичных нулей и единиц. Схема кодирования звука Звуковая волна Микрофон Переменный ток Звуковая плата Двоичный код Память ЭВМ Схема декодирования звука Память ЭВМ Двоичный код Звуковая плата Переменный ток Динамик Звуковая волна Схема преобразования звуковой волны в двоичный код Звуковая волна Микрофон Звуковая плата аудиоадаптер Память ЭВМ Схема воспроизведения звука, сохранённого в памяти ЭВМ Память ЭВМ Звуковая плата аудиоадаптер Динамик Звуковая волна Оцифровка перевод в цифровую форму цифровой сигнал аналоговый сигнал 10110101010011 аналоговый сигнал 13 Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды. 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.
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. В процессе кодирования фонограммы непрерывный звуковой сигнал аналоговый преобразуется в цифровой. При этом производится дискретизация сигнала по времени.
Другие способы оцифровки [ править править код ] Способ неоднородного квантования предусматривает разбиение амплитудной шкалы на уровни по логарифмическому закону.
Такой способ квантования называют логарифмическим квантованием. При использовании логарифмической амплитудной шкалы, в области слабой амплитуды оказывается большее число уровней квантования, чем в области сильной амплитуды при этом, общее число уровней квантования остается таким же, как и в случае однородного квантования. Аналогово-цифровое преобразование, основанное на применении метода неоднородного квантования, называется неоднородной импульсно-кодовой модуляцией — неоднородной ИКМ Nonuniform PCM. Альтернативным способом аналогово-цифрового преобразования является разностная импульсно-кодовая модуляция — разностная ИКМ англ. В полной аналогии с ИКМ, разностная ИКМ может сочетаться с использованием как однородного, так и неоднородного методов квантования. Разностное кодирование имеет много разных вариантов [3]. Аналогово-цифровые преобразователи АЦП [ править править код ] Вышеописанный процесс оцифровки звука выполняется аналогово-цифровыми преобразователями АЦП. Это преобразование включает в себя следующие операции: Ограничение полосы частот производится при помощи фильтра нижних частот для подавления спектральных компонент, частота которых превышает половину частоты дискретизации. Дискретизацию во времени, то есть замену непрерывного аналогового сигнала последовательностью его значений в дискретные моменты времени — отсчетов.
Эта задача решается путём использования специальной схемы на входе АЦП — устройства выборки-хранения. Квантование по уровню представляет собой замену величины отсчета сигнала ближайшим значением из набора фиксированных величин — уровней квантования. Кодирование или оцифровку, в результате которого значение каждого квантованного отсчета представляется в виде числа, соответствующего порядковому номеру уровня квантования. Читайте также: Проверка состояния батареи телефона Делается это следующим образом: непрерывный аналоговый сигнал «режется» на участки, с частотой дискретизации, получается цифровой дискретный сигнал, который проходит процесс квантования с определенной разрядностью, а затем кодируется, то есть заменяется последовательностью кодовых символов. Для записи звука в полосе частот 20-20 000 Гц, требуется частота дискретизации от 44,1 и выше в настоящее время появились АЦП и ЦАП c частотой дискретизации 192 и даже 384 кГц. Для получения качественной записи достаточно разрядности 16 бит, однако для расширения динамического диапазона и повышения качества звукозаписи используется разрядность 24 реже 32 бита.
На графике это выглядит как замена гладкой кривой на последовательность "ступенек". Временная дискретизация звука Качество полученного звука зависит от количества измерений уровня громкости звука в единицу времени, т. Чем большее количество измерений производится за 1 секунду, тем выше качество записанного звука. Частота дискретизации звука — это количество измерений громкости звука за одну секунду. Одно измерение в секунду соответствует частоте 1Гц, 1000 измерений в секунду — 1 кГц. Частота дискретизации звука может лежать в диапазоне от 8000 до 48000 измерений громкости звука за одну секунду. Глубина кодирования звука. Каждая звуковая карта характеризуется количеством распознаваемых уровней громкости звука, которое зависит от глубины кодирования звука. Глубина кодирования звука измеряется в битах — это количество информации, которое необходимо для кодирования одного значения громкости цифрового звука. Если известна глубина кодирования, то количество уровней громкости цифрового звука можно рассчитать. Очевидно, что 16-битные звуковые карты точнее кодируют и воспроизводят звук, чем 8-битные. Качество звука в дискретной форме может быть очень плохим при 8 битах и частоте дискретизации 5,5 кГц и очень высоким при 16 битах и частоте дискретизации 48 или 96 КГц. Открыть мини-сайт на портале Pandia для ведения проекта. PR, контент-маркетинг, блог компании, образовательный, персональный мини-сайт. Примеры: 1 Оценить информационный объем цифрового стереозвукового файла длительность звучания 1 секунда при глубине кодирования звука 16 бит и частоте дискретизации 24 кГц.
Звук - теория, часть 1
Для записи аналогового звука и его преобразования в цифровую форму используется микрофон, подключенный к звуковой плате. Качество полученного цифрового звука зависит от количества измерений уровня громкости звука в единицу времени, то есть частоты дискретизации. 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.
Формула дискретизации звука. Зависимость громкости звука от времени. Непрерывная зависимость громкости. Дискретизация звуковой информации презентация. Качество непрерывного звукового сигнала в дискреиный сигнал зав. На что разбивается непрерывная звуковая волна. Разбиение звуковой волны на отдельные временные участки это. Амплитуда сигнала. Амплитуда сигнала на графике.
Амплитудное значение сигнала. Кодирование сигнала. Кодирование звука. Амплитудное кодирование сигнала. Зависимость сигнала от времени. На что заменяется непрерывная амплитуда сигнала. Амплитуда аналогового сигнала. Зависимость уровня сигнала от частоты. Дискретная последовательность.
График зависимости громкости звука от времени. Дискретизация аналогового сигнала. Дискретизация звука. Временная дискретизация. Временная дискретизация звукового сигнала. Процесс кодирования звукового сигнала:. Кодирование звуковой информации. Дискретизация звуковой информации. Зависимость коэффициента холла от температуры.
Зависимость постоянной холла от температуры. График постоянной холла от температуры. Зависимость постоянной холла от температуры концентрация. Постоянные затраты на единицу продукции. Дискретные уровни громкости. Громкость звука Информатика. Период дискретизации сигнала. Временная дискретизация аналоговый звуковой. Обусловленность это в математике.
Число обусловленности 1. Как выглядит непрерывная переменная. Кодирование звука временная дискретизация. Кодирование звука презентация. Кодирование звука презентация 10 класс. Дискретизация звукового сигнала. Кодирование звукового сигнала. Амплитуда акустического сигнала. Громкость звука амплитуда.
Амплитуда звукового сигнала. Амплитуда звукового сигнала это частота?. Непрерывный способ культивирования. Гомогенно непрерывное культивирование. График непрерывного культивирования. Непрерывное культивирование методы. Под аналоговой непрерывной информацией понимают. Инструментальное кодирование звука. Зависимость заработной платы.
График зависимости зарплаты от времени.
Число N называют разрядностью квантования подразумевая количество разрядов, то есть бит, в каждом слове , а полученные в результате округления значений амплитуды числа — отсчетами или семплами от англ. Принимается, что погрешности квантования, являющиеся результатом квантования с разрядностью 16 бит, остаются для слушателя почти незаметными. Этот способ оцифровки сигнала — дискретизация сигнала во времени в совокупности с методом однородного квантования — называется импульсно-кодовой модуляцией, ИКМ англ. Оцифрованный сигнал в виде набора последовательных значений амплитуды уже можно сохранить в памяти компьютера. Стандартный аудио компакт-диск CD-DA , применяющийся с начала 80-х годов 20-го столетия, хранит информацию в формате PCM с частотой дискретизации 44. Другие способы оцифровки [ править править код ] Способ неоднородного квантования предусматривает разбиение амплитудной шкалы на уровни по логарифмическому закону. Такой способ квантования называют логарифмическим квантованием. При использовании логарифмической амплитудной шкалы, в области слабой амплитуды оказывается большее число уровней квантования, чем в области сильной амплитуды при этом, общее число уровней квантования остается таким же, как и в случае однородного квантования.
Аналогово-цифровое преобразование, основанное на применении метода неоднородного квантования, называется неоднородной импульсно-кодовой модуляцией — неоднородной ИКМ Nonuniform PCM. Альтернативным способом аналогово-цифрового преобразования является разностная импульсно-кодовая модуляция — разностная ИКМ англ. В полной аналогии с ИКМ, разностная ИКМ может сочетаться с использованием как однородного, так и неоднородного методов квантования. Разностное кодирование имеет много разных вариантов [3]. Аналогово-цифровые преобразователи АЦП [ править править код ] Вышеописанный процесс оцифровки звука выполняется аналогово-цифровыми преобразователями АЦП. Это преобразование включает в себя следующие операции: Ограничение полосы частот производится при помощи фильтра нижних частот для подавления спектральных компонент, частота которых превышает половину частоты дискретизации. Дискретизацию во времени, то есть замену непрерывного аналогового сигнала последовательностью его значений в дискретные моменты времени — отсчетов. Эта задача решается путём использования специальной схемы на входе АЦП — устройства выборки-хранения.
Но цвет в компьютере надо стандартизировать, чтобы его можно было распознать. Поэтому надо определить, что такое каждый цвет.
В экспериментах по производству цветных стекол М. Ломоносов показал, что получить любой цвет возможно, используя три различных цвета. Этот факт был обобщен Германом Грассманом в виде законов аддитивного синтеза цвета. Давайте рассмотрим два из этих законов: — Закон трехмерности. С помощью трех независимых цветов можно, смешивая их в однозначно определенной пропорции, выразить любой цвет. При непрерывном изменении пропорции, в которой взяты компоненты цветовой смеси, получаемый цвет также меняется непрерывно. Из биологии вы знаете, что рецепторы человеческого глаза делятся на две группы: палочки и колбочки. Палочки более чувствительны к интенсивности поступаемого света, а колбочки — к длине волны. Если посмотреть, как распределяется количество колбочек по тому, на какую длину волны они «настроены», то количество колбочек «настроенных» на синий, красный и зеленый цвета окажется больше.
Что такое звуковой удар и как он ощущается
В этот момент давление воздуха вокруг человека скачкообразно повышается, что воспринимается ушами как хлопок. То есть этот звук существует только для слушателя в момент прохождения через него ударной волны, и с ускорением самолета никак не связан. Насколько опасна ударная волна, распространяющаяся от сверхзвукового самолета? Так как расстояние от него до земли достаточно большое, она не способна вызвать какие-либо разрушения. Однако возле самолета ударная волна достаточно мощная.
Поэтому, если он будет пролетать низко над многоэтажным домом, то выше 30 этажа ударная волна вполне может выбить стекла. Преодоление самолетом звукового барьера — что это такое Итак, если хлопок не связан с преодолением звукового барьера, то что вообще означает этот термин? В аэродинамике им принято называть резкий скачок сопротивления воздуха, который возникает при достижении самолетом определенной скорости, близкой к скорости звука. Сверхзвуковой самолет имеет особую конструкцию, которая обеспечивает управляемость при полете с высокой скоростью На такой скорости воздушные потоки начинают обтекать самолет иначе, то есть совсем не так, как это происходит на меньших скоростях.
Дискретизация — это преобразование аналоговой информации непрерывнго звука в набор дискретных значений, каждому из которых присваивается значение его кода. На графике показана зависимость амплитуды звукового сигнала от времени. A t - амплитуда, t - время.
В распространенном формате Audio-CD это 44100 точек в секунду. Чем выше разрядность количество уровней , тем ближе координаты по вертикали к исходной волне.
Аналоговыми источниками являются: винил и аудиокассеты. Преимущества и недостатки аналогового сигнала Преимуществом аналогового сигнала является то, что именно в аналоговом виде мы воспринимаем звук своими ушами. И хотя наша слуховая система переводит воспринимаемый звуковой поток в цифровой вид и передает в таком виде в мозг, наука и техника пока не дошла до возможности именно в таком виде подключать плееры и другие источники звука напрямик. Подобные исследования сейчас активно ведутся для людей с ограниченными возможностями, а мы наслаждаемся исключительно аналоговым звуком. Недостатком аналогового сигнала являются возможности по хранению, передаче и тиражированию сигнала.
При записи на магнитную ленту или винил, качество сигнала будет зависеть от свойств ленты или винила. Со временем лента размагничивается и качество записанного сигнала ухудшается. Каждое считывание постепенно разрушает носитель, а перезапись вносит дополнительные искажения, где дополнительные отклонения добавляет следующий носитель лента или винил , устройства считывания, записи и передачи сигнала. Делать копию аналогового сигнала, это все равно, что для копирования фотографии ее еще раз сфотографировать. Преимущества и недостатки цифрового сигнала К преимуществам цифрового сигнала относится точность при копировании и передачи звукового потока, где оригинал ничем не отличается от копии.
Основным недостатком можно считать то, что сигнал в цифровом виде является промежуточной стадией и точность конечного аналогового сигнала будет зависеть от того, насколько подробно и точно будет описана координатами звуковая волна. Вполне логично, что чем больше будет точек и чем точнее будут координаты, тем более точной будет волна. Но до сих пор нет единого мнения, какое количество координат и точность данных является достаточным для того, что бы сказать, что цифровое представление сигнала достаточно для точного восстановления аналогового сигнала, неотличимого от оригинала нашими ушами. Если оперировать объемами данных, то вместимость обычной аналоговой аудиокассеты составляет всего около 700-1,1 Мб, в то время как обычный компакт диск вмещает 700 Мб. Это дает представление о необходимости носителей большой емкости.
И это рождает отдельную войну компромиссов с разными требованиями по количеству описывающих точек и по точности координат. На сегодняшний день считается вполне достаточным представление звуковой волны с частотой дискретизации 44,1 кГц и разрядности 16 бит. При частоте дискретизации 44,1 кГц можно восстановить сигнал с частотой до 22 кГц. Как показывают психоакустические исследования, дальнейшее повышение частоты дискретизации мало заметно, а вот повышение разрядности дает субъективное улучшение.
Следует отметить тот факт, что различают одноканальную запись звукового сигнала моно и двухканальную стерео. В последнем случае объем памяти, необходимый для хранения одного канала, удваивается. Еще одной характеристикой качества звука является глубина кодирования звука , эта величина определяет количество бит на один звуковой сигнал. В настоящее время звуковые карты, как правило, обеспечивают 16-битную глубину кодирования звуковой информации. Количество уровней звукового сигнала можно рассчитать следующим образом: уровней сигнала.
Для того чтобы определить, какой объем памяти требуется для хранения звуковой информации длительностью t секунд, с частотой дискретизации f Гц, глубиной кодирования b бит по s каналам, необходимо воспользоваться следующей формулой:. Определим информационный объем данных, которые были получены при оцифровке звукового сообщения длительность 2 минуты, частота 45кГц, использовалась 16-битная звуковая карта.
На что разбивается непрерывная звуковая волна
Если известна глубина кодирования, то количество уровней громкости цифрового звука можно рассчитать по формуле. Частота дискретизации. Качество цифрового звука зависит от количества измерений уровня громкости звука в единицу времени, т. 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. Качество оцифрованного звука. Чем больше глубина и частота дискретизации звука, тем более качественным будет звучание оцифрованного звука.
Самое низкое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству телефонной связи, будет при частоте дискретизации 8000 раз в секунду, глубине дискретизации 8 битов и записи одной звуковой дорожки режим моно. Самое высокое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству аудио-СD , будет при частоте дискретизации 48 000 раз в секунду, глубине дискретизации 16 битов и записи двух звуковых дорожек режим стерео.
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".
Что такое информация Восприятие информации Свойства информации. Иногда запахи усиливают восприятие окружающего мира. Информационные процессы в технике. Hardware, — "твёрдые изделия". Единство информационных процессов. Генетическая информация. Элементарные частицы, атомы, молекулы, макротела, звезды, галактики. Для чего нужна информационная культура человека?
На графике по оси абсцисс откладывается время, а по оси ординат - амплитуда волны измеренная в децибелах. Спектр этого звукового сигнала представлен в виде графика на рис. На графике спектра по оси абсцисс откладывается частота спектральных составляющих измеренная в Гц , а по оси ординат — амплитуда этих спектральных составляющих. Обратим внимание на один очень важный момент: даже самую сложную зависимость функцию спектральное разложение превращает в некоторый математический ряд строго определенного вида ряд может быть конечным и бесконечным. Таким образом, спектральное разложение как бы преобразует график в график: график функции превращается в график спектра функции. А что, если наша функция — это звуковой сигнал некоторой длительности? Выходит, что в результате спектрального преобразования он тоже превратится в статичную картинку спектра; таким образом, информация о временных изменениях будет утеряна — перед нами будет единый статичный спектр всего сигнала. Как же проследить динамику изменения спектра сигнала во времени?
Чтобы получить представление об изменении спектра во времени, аудио сигнал необходимо анализировать не целиком, а по частям говорят «блоками» или «окнами». Например, трехсекундный аудио сигнал можно разбить на 30 блоков. Нужно учитывать, однако, что чем меньше анализируемый блок сигнала, тем менее точен менее информативен спектр этого блока. Таким образом, при проведении спектрального анализа мы сталкиваемся с дилеммой, решение которой строго индивидуально для каждого конкретного случая. Стремясь получить высокое временное разрешение, с тем, чтобы суметь распознать изменения спектра сигнала в динамике, мы «дробим» анализируемый сигнал на большое количество блоков, но при этом для каждого получаем огрубленный спектр. И наоборот, стремясь получить как можно более точный и ясный спектр, нам приходится жертвовать временным разрешением и делить сигнал на меньшее количество блоков. Эта дилемма называется принципом неопределенности спектрального анализа. Психоакустика Слуховая система человека — сложный и вместе с тем очень интересно устроенный механизм.
Чтобы более ясно представить себе, что для нас есть звук, нужно разобраться с тем, что и как мы слышим. В анатомии ухо человека принято делить на три составные части: наружное ухо, среднее ухо и внутреннее ухо. К наружному уху относится ушная раковина, помогающая сконцентрировать звуковые колебания, и наружный слуховой канал. Звуковая волна, попадая в ушную раковину, проходит дальше, по слуховому каналу его длина составляет около 3 см, а диаметр - около 0. Барабанная перепонка преобразует звуковую волну в вибрации усиливая эффект от слабой звуковой волны и ослабляя от сильной. Эти вибрации передаются по присоединенным к барабанной перепонке косточкам - молоточку, наковальне и стремечку — во внутреннее ухо, представляющее собой завитую трубку с жидкостью диаметром около 0. Эта трубка называется улиткой. Внутри улитки находится еще одна мембрана, называемая базилярной, которая напоминает струну длиной 32 мм, вдоль которой располагаются чувствительные клетки более 20 тысяч волокон.
Толщина струны в начале улитки и у ее вершины различна. В результате такого строения мембрана резонирует разными своими частями в ответ на звуковые колебания разной высоты. Так, высокочастотный звук затрагивает нервные окончания, располагающиеся в начале улитки, а звуковые колебания низкой частоты — окончания в ее вершине. Механизм распознавания частоты звуковых колебаний достаточно сложен. В целом он заключается в анализе месторасположения затронутых колебаниями нервных окончаний, а также в анализе частоты импульсов, поступающих в мозг от нервных окончаний. Существует целая наука, изучающая психологические и физиологические особенности восприятия звука человеком. Эта наука называется психоакустикой. В последние несколько десятков лет психоакустика стала одной из наиболее важных отраслей в области звуковых технологий, поскольку в основном именно благодаря знаниям в области психоакустики современные звуковые технологии получили свое развитие.
Давайте рассмотрим самые основные факты, установленные психоакустикой. Основную информацию о звуковых колебаниях мозг получает в области до 4 кГц. Этот факт оказывается вполне логичным, если учесть, что все основные жизненно необходимые человеку звуки находятся именно в этой спектральной полосе, до 4 кГц голоса других людей и животных, шум воды, ветра и проч. Частоты выше 4 кГц являются для человека лишь вспомогательными, что подтверждается многими опытами. В целом, принято считать, что низкие частоты «ответственны» за разборчивость, ясность аудио информации, а высокие частоты — за субъективное качество звука. Слуховой аппарат человека способен различать частотные составляющие звука в пределах от 20-30 Гц до приблизительно 20 КГц. Указанная верхняя граница может колебаться в зависимости от возраста слушателя и других факторов. В спектре звука большинства музыкальных инструментов наблюдается наиболее выделяющаяся по амплитуде частотная составляющая.
Ее называют основной частотой или основным тоном. Основная частота является очень важным параметром звучания, и вот почему. Для периодических сигналов, слуховая система человека способна различать высоту звука. В соответствии с определением международной организации стандартов, высота звука - это субъективная характеристика, распределяющая звуки по некоторой шкале от низких к высоким. На воспринимаемую высоту звука влияет, главным образом, частота основного тона период колебаний , при этом общая форма звуковой волны и ее сложность форма периода также могут оказывать влияние на нее. Высота звука может определяться слуховой системой для сложных сигналов, но только в том случае, если основной тон сигнала является периодическим например, в звуке хлопка или выстрела тон не является периодическим и по сему слух не способен оценить его высоту. Вообще, в зависимости от амплитуд составляющих спектра, звук может приобретать различную окраску и восприниматься как тон или как шум. В случае если спектр дискретен то есть, на графике спектра присутствуют явно выраженные пики , то звук воспринимается как тон, если имеет место один пик, или как созвучие, в случае присутствия нескольких явно выраженных пиков.
Если же звук имеет сплошной спектр, то есть амплитуды частотных составляющих спектра примерно равны, то на слух такой звук воспринимается как шум. Для демонстрации наглядного примера можно попытаться экспериментально «изготовить» различные музыкальные тона и созвучия. Для этого необходимо к громкоговорителю через сумматор подключить несколько генераторов чистых тонов осцилляторов. 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.