Содержание

Частотный диапазон и спектры

Восприятие акустических сигналов

Список литературы

Частотный диапазон и спектры

Акустический сигнал от каждого из первичных источ­ников звука, используемых в системах вещания и свя­зи, как правило, имеет непрерывно изменяющиеся фор­му и состав спектра. Спектры могут быть высоко- и низкочастотными, дискретными и сплошными. У каж­дого источника звука, даже того же самого типа (на­пример, скрипка в оркестре), спектры имеют индиви­дуальные особенности, что придает звучанию характер­ную окраску. Эту окраску называют тембром. Сущест­вуют понятия тембра скрипки, тромбона, органа и т. п., а также тембра голоса: звонкий, когда подчеркнуты высокочастотные составляющие; глухой, когда они по­давлены. В первую очередь представляют интерес сред­ний спектр для источников звука каждого типа, а для оценки искажений сигнала—спектр, усредненный за длительный интервал времени (15 с для информационных сигналов и 1 мин для художественных). Усреднен­ный спектр может быть, как правило, сплошной и дос­таточно сглаженный по форме.

Сплошные спектры характеризуются зависимостью спектральной плотности от частоты (эту зависимость называют энергетическим спектром). Спектральной плотностью называется интенсивность звука в полосе частот шириной, равной единице частоты. Для акусти­ки эту полосу берут равной 1 Гц. Спектральная плот­ность , где —интенсивность, измеренная в узкой полосе частот с помощью узкополосных фильтров.

Для удобства оценки введена логарифмическая мера плотности спектра аналогично уровню интенсив­ности. Эту меру называют уровнем спектральной плот­ности или спектральным уровнем. Спектральный уро­вень

,

где Вт/м2—интенсивность, соответствующая нулевому уровню, как и для оценки уровня интенсив­ности.

Очень часто для характеристики спектра вместо спектральной плотности используют интенсивности и уровни интенсивности, измеренные в октавной, полуоктавной или третьоктавной полосе частот. Нетрудно ус­тановить связь между спектральным уровнем и уровнем в октавной (полуоктавной или третьоктавной) полосе.

Спектральный уровень

,

а уровень в октавной полосе

,

где—ширина соответствующей октавной полосы.

Вычитая второе из первого, находим

.

При известном спектре сигнала можно определить егосуммар­ную интенсивность. Так, если спектр задан в уровнях интенсивности для третьоктавных полос, то достаточно перевести эти уровни (в каждой из полос) в интенсивности и затемпросуммировать все интенсивности. Сумма всех дает суммар­ную интенсивность для всего спектра.

Суммарный уровень

Если спектр задан в спектральных уровнях, то, исходя из их опре­деления, для всего спектра точный, суммарный уровень

,

где и — верхняя и нижняя границы частотного диапазона. Приближенно суммарный уровень можно найти делением частотного диапазона на n полосок шириною , в пределах которых спектральный уровень примерно постоянен. Суммарный уровень

Частотный диапазон акустического сигнала определя­ют из частотной зависимости спектральных уровней. Это определение можно сделать или по спаду спектра­льных уровней или приближенно, на слух. Субъектив­ными границами считают заметность ограничения диа­пазона для 75% слушателей.

Приведем частотные диа­пазоны для ряда первичных источников акустического сигнала, Гц:

Таблица 1

Если спектры имеют плавный спад в ту или иную сто­рону, то их еще оценивают тенденцией, т.е. средним наклоном спектральных уровней в сторону низких или высоких частот. Например, речевой спектр имеет тенденцию, рав­ную — 6 дБ/окт. (спад в сторону высоких частот).

К акустическим сиг­налам относят в ряде случаев и акустические шумы. На рис.1 приведены спектры трех типов шумов: белого, розово­го и речевого. Термин «белые» относится к шумам, имеющим одинаковую спектральную плотность во всем частотном диапазоне, «розовые» — к шумам с тенденцией спада плотности на 3 дБ/окт. в сторону вы­соких частот. Речевые шумы — шумы, создаваемые одно­временным разговором нескольких человек.

Восприятие акустических сигналов

Скорость распространения звуковых волн в атмосфере при нор­мальных температуре и давлении близка к значению cзв=340 м/с, принятому в вещании за расчетную. Однако в зависимости от изменения указанных параметров она может несколько изменять­ся. В средах с большой плотностью (жидких, твердых) скорость распространения соответственно повышается. В неограниченном пространстве звук распространяется в виде бегущей волны. Дли­на звуковой волны связана с частотой колебаний F и их периодом Т соотношением

,

где Т измерено в секундах, a F — в герцах.