6-1-воротников
.pdf
Основные параметры звуковой волны
Для оценки звуковой волны используют следующие параметры:
•упругое смещение u;
•колебательную скорость частиц среды = du/dt;
•акустическое давление p.
Колебательную скорость следует отличать от скорости распространения волны с (скорости звука). Так, для плоской звуковой волны v p /( c), а, следовательно, v c .
Характеристикой акустического давления в среде является интенсивность, или сила звука J, определяемая через энергию звуковой волны W переносимую через единичную площадку за
единицу времени. Для плоской волны:
J pv p2
2 2Z
Параметр Z = c называется характеристическим импедансом (волновым сопротивлением) среды. Наряду с Z также используют акустический импеданс Za p/v, зависящий не только от свойств среды, но и от условий отражения, углов падения и других факторов. В стоячей волне J = 0, так как она не переносит энергию.
Интенсивность звука изменяется от 10-12 (нижнее пороговое значение) до 106 Вт/м2 (значение в
фокусе ультразвукового концентратора).
В логарифмических единицах интенсивность определяется выражением
|
Jlg 10lg |
J |
|
|
J0 |
||
|
где J0 = 10-12 Вт/м2 |
||
|
Вывод: J (1/r2, 1/Z, p2, f2) |
|
|
|
|
|
|
|
Локационные системы роботов |
Особенности распространения звука |
|
Особенности слухового восприятия
Человек способен слышать звук в диапазоне 16 … 22000 Гц при передаче колебаний по воздуху (рис. 28, а), и до 220 кГц при передаче звука по костям черепа. Звуковые волны в диапазоне 300 …
4000 Гц соответствуют человеческому голосу (рис. 28, б).
Классификация слышимых звуков
фонетические речевые
фонемы (из них состоит устная речь) музыкальные
10 |
100 |
1000 |
10000 |
б
а
Рис. 28. Чувствительный орган слуха (а), область слышимых звуков (б).
Наиболее известной характеристикой речевого сигнала является основной тон. Он представляет собой частотную модуляцию сигнала. Изменение частоты основного тона является показателем эмоционального состояния.
Частота основного тона разных людей находится в диапазоне 50 … 250 Гц.
Локационные системы роботов |
Особенности распространения звука |
Механика слуха
Локационные системы роботов |
Модуляция сигналов |
Громкость звука
Громкость £ слышимых звуков одинаковой интенсивности зависит от их частот. За единицу громкости принят сон — громкость тона (чистого звука) частотой 1 кГц при интенсивности 40 дБ.
|
|
|
|
|
|
£ 20lg( p/ p0 ) 10lg(P / P0 ), |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
||||||
где p |
0 |
= 2 10-5 Па — минимальное давление, которое способно воспринять |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ухо, т. е. порог чувствительности уха, P = 10-12 Вт — порог слышимости. |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
Шкала сонов — шкала субъективной оценки, стандартизованной ISO. |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Источник звука |
£ , дБ |
p, Н/м2 |
Pа, Вт |
|
|
|
||||
|
Порог слышимости |
0 |
|
|
2 10-5 |
1 10-12 |
|
|
|
||
|
Шепот |
20 |
|
|
2 10-4 |
3 10-10 |
|
|
а |
||
|
Тихая комната |
40 |
|
|
2 10-3 |
3 10-8 |
|
|
|
||
|
Оживленная улица |
100 |
|
2 |
3 10-2 |
|
|
|
|||
|
Болевой порог |
140 |
|
2 102 |
3 102 |
|
|
|
|||
|
Реактивный самолет |
160 |
|
2 103 |
30 103 |
|
|
|
|||
|
На логарифмической шкале громкость звука |
|
|||||||||
измеряется в фонах. Шкала фонов от шкалы |
|
||||||||||
децибелов отличается тем, что в ней значения |
|
||||||||||
громкости коррелируются |
с |
чувствительностью |
|
||||||||
человеческого слуха на разных частотах. У чистого |
|
||||||||||
тона с частотой 1000 Гц уровень в фонах численно |
|
||||||||||
равен |
уровню в децибелах, |
для |
других |
частот |
|
||||||
используют поправки из таблицы или специального |
б |
|
Рис. 29: а – пионер стереозаписи, б - кривые Флетчера |
||
графика — контура равных громкостей (рис. 29) |
||
– Мэнсона (зависимость уровня громкости от звукового |
||
— изофонов. |
||
давления и частоты в децибелах и фонах). |
||
|
||
|
|
|
Локационные системы роботов |
Особенности распространения звука |
Громкость и частота звука
Локационные системы роботов |
Модуляция сигналов |
Способы измерения громкости звука
Экспериментальные оценки показывают, что зависимость психологической оценки громкости £пс (в сонах) от физической £физ (в фонах) описывается формулой (рис. 30):
£пс = k(f) £физ1/3
1
2
Jотн
Рис. 30. Зависимость громкости £ в сонах от интенсивности J звука (1) и уровня громкости £ в фонах (2)
По нижней горизонтальной оси отложено отношение интенсивности звука к условному значению пороговой чувствительности уха: Jотн = 107 соответствует 70 дБ.
Локационные системы роботов Особенности распространения звука
Тест слухового тракта
Локационные системы роботов |
Модуляция сигналов |
Элементы музыкальной акустики
Музыкальные звуки различаются по трем признакам: громкости, высоте и тембру.
За основной тон, определяющий весь музыкальный строй, принята частота для ноты «ля»
первой октавы, составляющая 440 Гц. На рис. 31 показаны формы звуковых колебаний, соответствующих различным инструментам и голосам.
Рис. 31. Осциллограммы колебаний, соответствующие ноте «ля», для разных инструментов и разных голосов
Динамический диапазон (максимальная разница в силе голоса между форте и пиано) у профессиональных певцов достигает 20 … 45 дБ. Динамический диапазон певцов-любителей не превышает 10 дБ.
Пиковые мощности звучания инструментов составляют: 25 Вт для большого барабана, 12 Вт для малого барабана, 6 Вт для тромбона, 0,4 Вт для фортепиано, 0,3 Вт для саксофона, 0,05 Вт для кларнета.
Локационные системы роботов |
Особенности распространения звука |
Спектр фортепиано
Локационные системы роботов |
Модуляция сигналов |
Спектры музыкальных инструментов
Узнаваемость отдельных звуков связана с наличием в их спектре некоторых областей
концентрации энергии — спектральных максимумов. Таких максимумов в звуке может быть от четырех и более, однако распознавание звука основано на одном из них, называемом формантой. Одной из причин существования формант является наличие воздушного резонатора в тракте формирования звука. Например, у духовых инструментов форманты определяются раструбом, из которого выходит звук.
Рис. 32. Частотные спектры устойчивых тонов некоторых музыкальных инструментов
В спектре флейты, корнета и трубы (рис. 32) некоторые обертоны столь же сильны, как и основная частота, или даже сильнее.
Локационные системы роботов |
Особенности распространения звука |