Знания теории звука и акустики часто применяют на производстве и в быту. Потребность в них возникает у людей, профессиональная деятельность которых связана с озвучиванием видеоматериалов или прослушиванием музыкальных композиций. Моряки, летчики, геологи, вокалисты, дирижеры – это далеко не полный перечень специалистов, обязанных разбираться в закономерностях формирования и передачи звуковых сигналов.
Теория звука и акустики часто применяется в быту.
Физическая теория акустики
Этот раздел науки изучает особенности звуковых явлений в жидкостях, газах и твердых телах с помощью математических методов.
Обоснуя взаимосвязь звука и среды, он позволяет исследовать объекты окружающего мира с помощью генераторов звуковых сигналов.
Что такое звук
В широком смысле это физическое явление, возникающее при колебании частиц воздуха, твердой или жидкой среды. При этом распространяемые упругие волны воспринимаются органами чувств живых организмов.
В качестве колеблющегося тела могут быть голосовые связки человека, мембрана динамика, струны музыкального инструмента.
В узком смысле звук – это субъективное ощущение от воздействия звуковой волны на ухо. Человек слышит в диапазоне от 16 до 20 кГц. Колебания выше и ниже этих пределов порождают ультра- и инфразвуки. Они находятся вне зоны слышимости.
Мембрана динамика распространяет упругие волны.
Что такое акустика
Это раздел физики, изучающий, как возникают, распространяются, принимаются и обрабатываются звуковые волны. Таким же термином обозначают и систему звуковоспроизводящей аппаратуры, и слышимость в помещении.
Знания физической акустики применяют в технике, искусстве, при изучении земных недр.
Электроакустика связана с устройствами обработки звуковой информации.
Гидроакустика исследует звуковые процессы в водоемах.
В медицине накопленные сведения из области акустики используют для проведения диагностических и терапевтических процедур.
В архитектуре рассматриваемая научная дисциплина помогает создавать сооружения с особыми условиями звучания (например, культовые храмы, концертные залы).
Акустика изучает, как возникает и распространяется звук.
Музыкальная акустика – связующее звено между наукой и искусством, позволяющее грамотно использовать музыкальные инструменты и получать при этом положительные эмоции и эстетические ощущения.
Активно развиваются новые направления акустической науки – акустоэлектроника, акустооптика, синтез и автоматическое распознавание речи.
Новейшая звуковая панель Yamaha YSP-5600BL 7.1.2 Dolby Atmos
Вместо того, чтобы преодолевать все трудности, связанные с настройкой нескольких громкоговорителей, и сложной разводкой системы 7.1.2 Dolby Atmos Surround, компания Yamaha представила звуковую панель, Yamaha YSP-5600BL 7.1.2- Канал Dolby Atmos MusicCast Sound Bar, который заменит все 9 динамиков и усилитель, с единой фронтальной звуковой панелью.
Звуковые панели — это простая в установке система объемного звучания, состоящая всего из двух частей оборудования, самой звуковой панели и дополнительного сабвуфера.
Усилитель встроен в длинную звуковую панель, которая находится в том же положении, что и центральный динамик в системе объемного звучания. Не требуется сложной проводки, просто подключите звуковой выход DVD, Blu-ray или STB напрямую к звуковой панели, и все готово к работе.
Волновая природа звуков
Основана на уплотнении молекул среды при колебании тел в ней.
Впервые обоснована немецким ученым Германом Гельмгольцем в конце XIX в.
Что такое звуковые волны
Вследствие колебательных движений в различных средах периодически повышается давление в отдельно взятой точке. Оно передается на соседние частицы и далее по цепочке. В результате наблюдается чередование участков повышенного и пониженного давления, т. е. областей сжатия и разрежения. В них колеблется каждая частица среды.
Звуковые волны получаются в результате колебательных движений.
Непрерывная поверхность колебаний образует фронт с несколькими типами сигналов.
Плоские волны
Если размеры фронта в несколько раз превышают длину волны звука, то последнюю называют плоской. Она может распространяться на большое расстояние от своего источника.
Сферические волны
В тех случаях, когда источник звука точечный и его размеры намного меньше длины излучаемых сигналов, рассматривают их сферическую разновидность.
Свойства гармонических волн
В ответ на гармоническое воздействие возникает отклик – гармоническая волна. Она изменяется по закону синуса или косинуса, распространяется линейно.
Звуковые колебания такого типа характеризуются:
- Громкостью. При высокой амплитуде колебаний звучание получается громким, при низкой – тихим.
- Высотой. Она зависит от частоты колебаний. Так например, при пении басом голосовые связки колеблются медленно, сопрано – в несколько раз быстрее.
Гармоническая волна распространяется линейно.
Характеристики продольных и поперечных волн
Различия представлены в таблице:
Характеристики | Место возникновения | Направления колебания частиц и продвижения | Скорость распространения | Способность к поляризации |
Продольные | Жидкости и газы | Совпадают | Большая | Нет |
Поперечные | Твердые тела | Перпендикулярны | Меньше | Есть |
Поглощение звуковых волн
Распространяясь в пространстве, звуковые колебания снижают свою интенсивность, а звук ослабевает. Происходит его поглощение. Главная причина этого – преобразование звуковой энергии в тепло.
Замедляют поглощение:
- низкое атмосферное давление (например, на высокогорье);
- пониженная вязкость и теплопроводность материала.
Высокогорье поглощает звуковые волны.
Затухание ускоряют:
- твердые тела;
- высокая частота звука;
- повышенная температура окружающей среды.
Отражение и прохождение звука сквозь препятствие
Звуковые сигналы способны обходить препятствия (см. свойство дифракции).
Если размер препятствия превышает длину волны, звук отражается или затухает. Позади объекта он не слышен.
При малых объектах сигнал расходится во всех направлениях.
На границе 2 сред (воздушной и твердой) он может:
- отразиться от поверхности;
- не менять направление движения;
- преломиться и перейти в другую среду (см. явление рефракции).
Звук может проходить через препятствие и не менять направление.
В ограниченное помещение попадают как прямые, так и отраженные сигналы: первые идут от источника до приемника (уха), вторые сначала достигают отражающей поверхности, затем направляются к слуховому органу, тем самым удлиняя траекторию движения.
Число отражений, их относительная сила и распределение по частоте влияют на акустические свойства помещения.
Система объемного звучания Dolby Atmos 7.1.4
Новая домашняя аудиосистема Dolby Atmos может представлять собой стандартные акустические системы с объемным звучанием 5.1 или 7.1 с добавлением 2 или 4 над головными динамиками. Если в системе громкоговорителей объемного звучания 5.1 используются 2 верхних громкоговорителя, она становится системой громкоговорителей объемного звука Dolby Atmos 5.1.2, а если используются 4 верхних громкоговорителя, она становится громкоговорителем объемного звука Dolby Atmos 5.1.4. Точно так же с использованием 2 или 4 верхних динамиков в системе объемного звучания 7.1 становится системой объемного звука Dolby Atmos 7.1.2 или 7.1.4.
Скорость звука в физической теории
Скорость, с которой упругие волны распространяются в какой-либо среде, впервые теоретически рассчитал Ньютон. Полученный при вычислениях показатель оказался заниженным, т. к. ученый рассматривал процесс в изотермической системе.
Правильное значение удалось получить Лапласу в конце XVIII в.
На скорость звука влияют:
- Упругость среды. Эта величина в свою очередь зависит от типа деформации твердого тела (сжатия, кручения, изгиба), поэтому скорости звуков при таких процессах тоже будут различаться.
- Плотность вещества. Чем она ниже, тем быстрее в ней перемещаются звуковые колебания, и наоборот.
Стоячие волны
Если 2 волны с одинаковыми амплитудой, фазой и частотой движутся в противоположных направлениях, то при встрече они образуют 1 стоячую. На этом месте появляются чередующиеся участки максимумов амплитуд (зоны сложения или «пучности») и минимумов (зоны вычитания или узлы).
Звуки, которые движутся в противоположных направлениях, образуют стоячую волну.
В таком сигнале энергия не изменяется, т. к. переносится в равном количестве прямо и обратно.
Рассматриваемое явление влияет на акустическое восприятие игры музыкальных инструментов: в узлах басы почти не слышны, в «пучностях» звучат очень насыщенно.
В струне
Натянутая музыкальная струна генерирует поперечные колебания, а сама утрачивает первоначальное положение.
Колеблющаяся вибрирует закрепленными неподвижно концами и производит основной тон. Он состоит из комбинации стоячих волн. Их узлы находятся на зафиксированных концах.
Кроме того, вибрации в струне возникают в нескольких местах. При этом струна оказывается как бы разделена на равные части. Каждая из них тоже колеблется с образованием своих сигналов и производит дополнительные тоны меньшей амплитуды.
Человеческое ухо воспринимает весь набор сгенерированных звуков, но сознание их не дифференцирует и выдает за единое целостное звучание.
В духовых инструментах
Теория звука в струне применима к духовому музыкальному инструменту. Последний можно упрощенно представить в виде прямой трубы, в которой образуются стоячие волны. У открытого конца находится «пучность», у закрытого – узел.
В духовых инструментах применяется теория звука.
АКУ́СТИКА
АКУ́СТИКА (от греч. ἀϰουστιϰός – слуховой), область физики и техники, изучающая упругие (звуковые) колебания и волны в разл. средах, их возбуждение и восприятие, распространение, взаимодействие со средой, а также разнообразное применение.
А.– одна из самых древних областей знания. Возникла как учение о слышимом звуке, воспринимаемом человеческим ухом. Акустич. явления – голоса людей и животных, шумы ветра и моря, гром и т. п. – относятся к первым естеств. процессам, которыми заинтересовались люди. Они начали создавать искусств. источники звука, эмпирически устанавливать особенности его излучения и распространения, которые использовали при изготовлении муз. инструментов и при строительстве общественных зданий (храмов, театров). Так, Пифагор (6 в. до н. э.) обнаружил связь между высотой звука и длиной струны или трубы; Аристотель (4 в. до н. э.) установил, что распространение звука сопровождается сжатием и разрежением воздуха, а эхо обусловлено отражением звука от препятствий. Леонардо да Винчи (15–16 вв.) исследовал отражение звука, сформулировал независимость распространения звуковых волн от разных источников.
Становление А. как физич. науки началось в 17 в. с изучения системы муз. тонов и их источников, измерения скорости распространения звука (Г. Галилей, М. Мерсенн). В последующие два века А. развивалась как раздел механики: на базе законов механики Ньютона, закона упругости Гука и принципа Гюйгенса для волнового движения (см. Гюйгенса – Френеля принцип) была создана теория излучения и распространения акустич. волн в среде, разработаны методы измерения, заложены основы анализа и синтеза звука (И. Ньютон, Т. Юнг, П. Лаплас, О. Френель, Л. Эйлер, Д. Бернулли, Г. Гельмгольц). Классич. этап развития А. подытожен Дж. У. Рэлеем в его труде «Теория звука» (1877–78).
К кон. 19 – нач. 20 вв. относится новый этап развития А. Он связан с открытием возможности преобразования акустич. сигналов в электромагнитные и обратно. Толчком к этому послужили изобретения звукозаписи (Т. А. Эдисон), телефона и микрофона (А. Г. Белл и др.). Новое направление в А., связанное на начальной стадии с развитием радиотехники и радиовещания, стимулировало бурное развитие как прикладной, так и фундам. А., увеличив и преобразовав арсенал используемых в ней эксперим. средств. Неизмеримо расширилось применение акустич. методов в разл. областях науки и техники.
Совр. А. – область жизнедеятельности человека, связанная с наукой, техникой и культурой, при этом важное значение имеет звук как основа средств общения людей. Область рассматриваемых в А. частот шире слухового диапазона – собственно звука (условные границы 16 Гц – 20 кГц): ниже лежит область инфразвука (0–20 Гц), выше – ультразвука (20 кГц – 109 Гц) и гиперзвука (109 Гц – 1013 Гц), причём в гиперзвуковой области уже могут проявляться квантовые эффекты. Согласно этим диапазонам, подразделяются методы исследований в А. и изучаемые области (напр., волны инфразвуковых частот используются для изучения дальнего распространения звука в океане, ультра- и гиперзвуковых – в дефектоскопии и физике твёрдого тела).
Одна из осн. задач А.– получение с помощью упругих волн информации о свойствах и строении материальной среды и границах раздела сред путём изучения характера распространения волн. К основным относятся также проблемы изучения акустич. воздействия на физич., химич. и др. процессы в веществе с целью направленного изменения его свойств. Важнейшим остаётся выяснение всех механизмов акустич. коммуникации с целью создания для неё оптимальных условий.
Общие закономерности излучения, распространения и приёма звуковых волн изучает теория звука, требующая применения новейших математич. методов и вычислит. средств (это направление иногда называют математич. А.). Наряду с общим волновым подходом для рассмотрения задач распространения звука с малой по сравнению с масштабом препятствий длиной волны (см. Волновая акустика) в теории используется также представление о звуковых лучах (см. Геометрическая акустика). Применительно к разл. моделям сред, распространения волн и адекватным им методам рассмотрения акустич. полей сформировались такие подразделы теории звука, как статистическая акустика, акустика движущихся сред, кристаллоакустика и др. Важным разделом теоретич. А. является нелинейная акустика, связанная с заметными изменениями свойств среды при прохождении акустич. волн. Развитие нелинейной А. обусловлено, в частности, появлением источников звука большой мощности.
Наиболее тесно связана с др. областями совр. физики физическая акустика, занимающаяся изучением особенностей распространения упругих волн в реальном веществе, а также исследованием взаимодействия ультразвуковых и гиперзвуковых волн с веществом и физич. полями, в частности акустоэлектронного, акустооптического, фонон-фононного, фонон-фотонного и др. взаимодействий. Подразделами физич. акустики являются молекулярная акустика и квантовая акустика. Физич. А. тесно переплетается со смежными областями науки и техники – электроникой (акустоэлектроника), оптикой (акустооптика, оптоакустика).
Распространение акустич. волн в естественных средах – атмосфере, водах Мирового ок., земной коре – и связанные с этим явления изучаются в атмосферной акустике, гидроакустике, акустике океана, геоакустике. Акустич. волны служат для зондирования этих сред. Особую важность имеет гидроакустика, поскольку звук – единственный из всех видов излучения, распространяющийся на значит. расстояния в водной среде. С гидроакустикой связана важная и широко развитая прикладная область – гидролокация.
Электроакустика изучает процессы преобразования акустич. сигналов в электрические и обратно. На её основе возникла обширная прикладная область – звукотехника, занимающаяся разработкой аппаратуры для передачи, записи, воспроизведения акустич. волн слышимого диапазона. Электроакустика связана со всеми остальными областями А., т. к. на её принципах базируется аппаратура для самых разных видов акустич. измерений. Электроакустика занимается и фундам. исследованиями электромеханич. и электроакустич. преобразований в веществе, тесно смыкаясь здесь с физич. акустикой.
Прикладные области А.– архитектурная акустика и строительная акустика – изучают распространение звука в обществ. помещениях (залах, аудиториях) и способствуют созданию оптимальных условий восприятия речи и музыки, а также обеспечению звукоизоляции жилых и производственных помещений. Совр. принципы строительства и применение новых строит. материалов усложняют задачи и стимулируют развитие этих прикладных наук. Новые методы и средства измерений используются и в исследованиях по музыкальной акустике, где в арсенал известных муз. инструментов вошли и новые – электромузыкальные.
Особое место в А. занимает изучение шума акустического – важного фактора воздействия окружающей среды на человека. При этом звуки природного происхождения (шум горной реки, дождя, шелест леса и т. п.) оказывают благоприятное воздействие, а интенсивные шумы индустриального происхождения (транспорта, машин и механизмов, производящих громкие звуки) могут негативно влиять на здоровье людей, приводя к потере слуха и разл. заболеваниям. При совр. уровне индустриализации шум становится одной из составляющих экологич. загрязнения. В задачи А. входит разработка науч. методов и технич. средств для выявления источников шума и снижения его уровня как устранением (по возможности) самих источников, так и путём создания средств защиты от него. Разрабатываются междунар. нормы допустимых шумов машин и механизмов, причём с течением времени они становятся всё более жёсткими.
Отдельное направление А. связано с исследованиями и разл. применениями ультразвука – в физич. эксперименте, гидроакустике, пром-сти, на транспорте, в медицине и др. Ультразвуковые устройства используют в акустическом контроле, ультразвуковой диагностике, микроскопии акустической, звуковидении, гидролокации. С помощью ультразвука можно осуществлять отжиг деталей, сварку пластмасс, сверление отверстий в хрупких материалах, изменять скорость и характер химич. процессов и др.
Биоакустика занимается вопросами распространения акустич. волн в живых тканях, воздействием этих волн на биологич. объекты и биоткани, изучением механизмов звукообразования, восприятия акустич. волн животными. Исследованиями органов и процессов звуковосприятия и звукоизлучения у человека занимаются физиологическая акустика и психологическая акустика. Проблемы речеобразования, передачи и восприятия речи рассматриваются в речевой акустике. Результаты этих исследований используются в звукотехнике, архит. акустике, при разработке систем передачи речи, в теории информации и связи, в музыке, физиологии, медицине и др.
Наряду с этими традиц. областями исследований в совр. А. появляются новые направления и разделы. Так, интерес к взаимодействию акустич. полей с аэродинамич. и тепловыми потоками и к генерации звука в этих потоках обусловил интенсивное развитие аэроакустики и термоакустики. С сер. 20 в. изучение термоакустич. колебаний приобрело практич. направленность в связи с необходимостью выяснения процессов в камерах сгорания ракетных двигателей. Практич. значимость представляют и процессы термоакустического и обратного акустотермического преобразований, в частности в связи с возможностью создания акустич. холодильников. Во 2-й пол. 20 в. возникла радиационная акустика, которая развивается на стыке А., ядерной физики, физики высоких энергий и элементарных частиц.
Новые аспекты рассмотрения эксперим. фактов возникают и в А. океана, что позволяет использовать некоторые наблюдаемые явления для оценок и прогнозирования глобальных процессов (напр., потепления климата Земли).
Явление резонанса – что это
Впервые явление резонанса описал Галилей в 1602 г.
Если на колебательную систему периодически воздействовать извне, то частота ее стационарных колебаний может совпасть с частотой внешних. В этот момент возникает резонанс – резко возрастет амплитуда собственных колебаний.
Это явление учитывают при создании звуковых устройств, в частности музыкальных инструментов. Скрипка, гитара, фортепиано имеют резонаторы, которыми служит корпус инструмента.
Струне присуща основная резонансная частота. Если натянуть ее сильнее, уменьшить ее толщину и длину, то резонансная частота увеличится.
Щипок пальцев или удар молоточка заставит струну колебаться на всех частотах. Колебания, не совпадающие с резонансными, вскоре затухнут.
Системы объемного звучания 5.1 или 7.1 для домашнего кинотеатра
Системы объемного звучания 5.1 и 7.1 имеют несколько динамиков, расположенных в стратегически важных местах вокруг вас при просмотре экрана проектора. На этом рисунке показаны места расположения системы объемного звучания 5.1 с проектором. Для объемного звучания 7.1 за зрителем будут размещены 2 дополнительных динамика.
Для объемного звучания Dolby Atmos будут установлены дополнительные динамики над зрителем, или требуются специальные фронтальные колонки для стрельбы вверх. На этом рисунке изображен телевизор, но он одинаков для проекторов, поэтому предположим, что телевизор на изображении является экраном проектора. Центральный динамик должен быть расположен под экраном проектора.
Размещение колонок в 5.1-канальной системе объемного звучания
Частотный спектр звука и анализ Фурье
В жизни звуки одной частоты редки. Чаще встречаются сложные звуковые сигналы. Их делят на части – обертоны и гармоники.
Анализ Фурье исследует сложные звуковые сигналы.
Метод разложения звука назвали фурье-анализом, т. к. его впервые применил французский математик Фурье в XVIII в.
Для разложения звукового сигнала строят графики, где показывают зависимость энергии от частоты, и таким образом представляют его частотный спектр.
Основные типы спектра:
- Дискретный. Его формируют отдельные линии частот, разделяемые пустыми промежутками.
- Непрерывный. В пределах полосы этого спектра представлены все частоты.
Если звуковые колебания не подчиняются гармоническому закону, человек воспринимает их как сложный сигнал со своим тембром. В нем присутствуют колебания разных частот и амплитуд.
Основной тон определяет звук по высоте, а специфическую окраску (тембр) придают обертоны.
У каждого инструмента обертоны неодинаковые, поэтому звуки тоже получаются разными.
Спектр звукового импульса
Звуковую волну можно разложить на отдельные гармонические колебания. Их совокупность образует спектр.
Спектральный состав тонов представляют на плоскости координат: на оси абсцисс откладывают частоту, а на оси ординат – амплитуду, соответствующую интенсивности гармоники. На основании полученного графика определяют тип спектра.
Спектр звукового импульса раскладывает волну на колебания.
Линейным спектром обладают:
- чистые тоны;
- сигналы, имеющие периодическую форму;
- звуковые эффекты, полученные при сложении периодических волн.
К линейному спектру близки музыкальные сигналы.
Сплошной спектр характерен для шумов и затухающих звуков.
Комбинированный звуковой спектр имеют:
- технические устройства, в которых вращение двигателя накладывает на сплошной спектр дополнительные частотные компоненты;
- клавишные инструменты, когда удары молоточков в них приобретают шумовую окраску;
- человеческая речь с обилием гласных звуков, близких к музыкальным.
Что такое звуковая система Dolby Atmos?
Звуковая система Dolby Atmos похожа на систему объемного звучания 5.1 или 7.1 с добавлением верхних динамиков для подачи звука сверху. Это создает трехмерный звуковой эффект, и никакие слова не могут описать фантастические звуковые эффекты.
Dolby представила систему Dolby Atmos Sound в 2012 году и первым фильмом записанным в этом новом объемном звуке Atmos был фильм «Храбрый». Первый кинотеатр с системой Dolby Atmos Surround находится в Голливуде в Dolby Theatre, известном месте проведения ежегодной церемонии вручения премии Оскар.
Звук Dolby Atmos — это то в чем записаны последние высокобюджетные голливудские фильмы. Если вы видели фильмы со звуком Dolby Atmos, то вы знаете о чем мы говорим. Это звуковая технология стоит на самом верхнем уровне. И ничто не близко к этому пока нет.
Теперь мы можем испытать этот фантастический объемный звук Dolby Atmos в наших домашних кинотеатрах дома. Цена на установку системы объемного звучания Dolby Atmos не так уж и высока. Видео ниже демонстрирует, что такое объемный звук Dolby Atmos а также объясняет, как можно преобразовать существующие системы объемного звучания 5.1 и 7.1 в систему звука Dolby Atmos.
Читайте: Как и какой телевизор лучше выбрать и купить: Все что нужно знать
Известные аудио компании, такие как Denon, Marantz, Onkyo, Pioneer и Yamaha, имеют много новых аудиосистем Dolby Atmos, либо автономных приемников Dolby Atmos, либо в качестве домашнего кинотеатра Dolby Atmos с приемником и всеми необходимыми динамиками.
Периодические звуковые колебания
Звуки считают периодическими, когда колебательный процесс непостоянный и происходит повторно и неоднократно, спустя какой-либо интервал времени.
Периодические колебания происходят с интервалом времени.
Спектр периодических колебаний всегда дискретный. Его можно разложить по частоте на отдельные гармоники.
Музыкальные звуки – пример периодических колебаний.
Простое объяснение дополнительных терминов
Для тех, кто только постигает основы акустической науки, предусмотрен упрощенный вариант описания акустических явлений и терминов.
Шум
Это относительное понятие, т. к. под ним подразумевают любой нежелательный звук. Шумом становится беспорядочный набор тонов различных характеристик. В нем отдельные сигналы не связаны между собой, возникают хаотично.
Для одного человека звук несет полезную и приятную информацию, для другого он крайне неприятен.
Можно наслаждаться громким звуком, а также испытывать дискомфорт от его прослушивания.
Выделяют разновидности шума по характеру звучания:
- постоянный;
- колеблющийся (непрерывно изменяющийся);
- прерывистый (с равномерными ступенчатыми интервалами);
- импульсный (с неравномерными интервалами звучания).
Шум подразумевает любые нежелательные звуки.
Шум различают по спектру:
- широкополосный (со спектром, превышающим размеры октавы);
- тональный (с отличающимися уровнями в соседних полосах).
Источники шума:
- транспортные средства;
- производственное оборудование;
- звуковоспроизводящие механизмы на производстве и в быту.
Шум классифицируют по уровням:
Уровень шума, дБ | Описание шума | Пример |
25–26 | Едва различим | Ночь в деревне при отсутствии ветра |
30 | Хорошо слышен | Ночь в городской квартире |
40–59 | Не нарушает комфорта | Повседневный быт |
60–75 | Вызывает дискомфорт | Громко работающий телевизор |
78–119 | Сверхгромкий | Оживленная автотрасса |
120–180 | Опасный | Взрыв большой мощности |
Интенсивность звучания
Волны звука переносят энергию. Ее поток проходит через участок пространства за единицу времени. Этот поток и определяет интенсивность звука.
Интенсивность звучания проходит через участок пространства.
Ухо чувствительно к широкому диапазону звука. Человеческая речь воспринимается лучше всего.
Децибел
Интенсивность звучания принято измерять в децибелах (дБ). Это логарифмическая величина, названная по фамилии шотландца Белла, изучавшего природу звуков.
Нижний уровень чувствительности человеческого уха – 0 дБ, верхний – 120, он же соответствует болевому порогу.
Громкость
Это субъективное восприятие интенсивности звука, которое зависит от давления, спектра и длительности воздействия.
Громкость – одна из характеристик музыкального тона.
Ощущение громкости зависит от:
- амплитуды колебаний;
- их частоты;
- возраста.
Громкость — восприятие интенсивности звука.
Чем сильнее музыканты ударяют по гитарным струнам, тем больше амплитуда их колебаний. Если звучащее тело издает колебания увеличенной амплитуды, то она увеличивается и в звуковой волне. Таким образом, громкость сигнала зависит от энергии колебаний. Первая величина растет в арифметической прогрессии, вторая – в геометрической.
Такая закономерность дает человеку возможность слышать как очень тихие, так и сверхгромкие звуки.
Зона слышимости составляет 16–20 кГц, но лучше ощущаются сигналы в диапазоне от 1 до 5 тыс. Гц. По мере приближения к границам частот слышимость уменьшается.
С возрастом пределы воспринимаемых частот сужаются, в связи с чем громкие раздражители вызывают дискомфорт у пожилых людей.
Дифракция звука
Способность звукового сигнала отклоняться от первоначальной траектории получила название дифракции.
Результаты этого явления – проникновение звука за массивное препятствие и способность проходить сквозь щели или крохотные отверстия.
Дифракция не подчиняется законам отражения и преломления. Благодаря ей звук рассеивается.
Дифракция — способность звука отклоняться от первоначальной траектории.
Физики объясняют такой эффект с помощью принципа Гюйгенса–Френеля. Каждую точку поля они рассматривают как самостоятельный источник сферических волн, способный огибать окружающие объекты.
Как работают звуковые панели
Звуковые панели — это звуковые системы нового поколения, которые очень компактны и просты в установке и заменяют сложные усилители и мульти-динамики, настроенные для проекторов и телевизоров. Панели работает по принципу проецируемого звука, который отражается от стен, мебели и других поверхностей для качественного звучания. Это имеет виртуальный эффект звука, поступающего со всех сторон, для достижения эффекта объемного звука 5.1 и 7.1 с помощью единой фронтальной звуковой панели.
Проектор со звуковой панелью дает большую картинку с отличным звуком
Звуковые панели имеют много сфокусированных динамиков, которые посылают сфокусированные звуковые потоки, очень похожие на световые лучи и эти сфокусированные звуковые лучи отражаются от стен вокруг вас давая тот же эффект что и 5 динамиков объемного звука в акустической системе 5.1.
Читайте: Что такое технология Dolby Vision в телевизоре?
Звуковые панели имеют много маленьких направленных динамиков, которые направляют звуковые лучи в разные стороны, отражаясь от соответствующих поверхностей таких как стены. Звуковая панель Yamaha имеет автоматическую систему для калибровки и направления луча звука в правильных направлениях для комнаты, в которой он настраивается.
Компания Yamaha Japan произвела революцию в звуковых системах для проекторов и телевизоров, выпустив Soundbars. Yamaha по-прежнему делает лучшую Soundbar для проекторов и понятно что они дороже чем конкурирующие бренды.
Рефракция звука
В неоднородной среде звуковые колебания могут менять направление в сторону слоя, где скорость меньше. Такое свойство получило название рефракции. Она может наблюдаться в атмосфере, толще земли, в водах Мирового океана.
Температурная
Рефракция в атмосфере зависит от температуры воздуха и наличия ветра.
На высоте 10–15 км от поверхности земли температура воздуха очень низкая, так же мала и скорость звука. Сигналы от земного источника в верхних слоях атмосферы загибаются вверх и перестают слышаться на земле. Образуется зона молчания.
В ночное время иногда возникает температурная инверсия, при которой на высоте более 20 км от земли нагреваются слои атмосферы. Происходит обратное явление: звук поворачивает вниз, многократно отражается от поверхности земли или воды. Формируется зона аномальной слышимости, по площади превосходящая зону молчания.
Рефракция в атмосфере зависит от ветра.
Под водой
Рефракция в толще воды обусловлена:
- ее соленостью;
- температурой;
- давлением.
По горизонтали рефракционная способность слабее, чем по вертикали, и проявляется на очень больших расстояниях, а также в зонах соприкосновения холодных и теплых течений, вокруг айсбергов.
Вертикальная рефракция фокусирует звуки из глубины океана возле его поверхности.
Поглощение вследствие внутреннего трения и теплопроводности
По мере распространения волн звука их интенсивность уменьшается. Причем часть акустической энергии рассеивается в любой среде.
Известны причины поглощения звука:
- внутреннее трение;
- межмолекулярное взаимодействие;
- теплообмен.
Межмолекулярное взаимодействие является причиной поглощения звука.
Интенсивность поглощения зависит от:
- частоты сигнала;
- давления;
- температуры среды.
При прохождении звукового импульса между частицами среды возникает трение. В жидкостях и газах его называют вязкостью. Благодаря ей акустические волны утрачивают энергию, которую необратимо превращают в теплоту.
Поглощению звука способствуют потери теплоты. Газ в фазе сжатия нагревается, а часть тепловой энергии уходит за пределы среды.
Выведена формула, согласно которой поглощение сигнала возрастает пропорционально квадрату частоты. Поэтому высокочастотные звуки поглощаются быстрее низких.
Музыкальная акустика
Математические модели звуковых систем были известны еще в Древней Греции и Китае. Современные ученые углубили и использовали полученные знания для создания электромузыкальных инструментов.
Знания звука использовали для создания музыкальных инструментов.
Сегодня музыкальные сигналы и их характеристики, механизмы звучания инструментов составляют предмет изучения музыкальной акустики. Высоту, тембр и динамику звуков в этой междисциплинарной науке рассматривают с точки зрения их воздействия на слух и воспроизведения музыкантами-исполнителями.
Исследователю в этой области пригодятся знания математики, физиологии, медицины и психологии.
Звуки
Музыкальные звуки относятся к периодическим, повторяющимся через установленные промежутки времени, состоят из гармоник.
Их источники – колеблющиеся струны инструментов и воздушные столбы.
Как работает акустика для домашнего кинотеатра 5.1
Различные колонки в системе объемного звучания имеют разные функции:
Центральный динамик в системе объемного звучания 5.1
Звук разговора выводится из центрального динамика, расположенного чуть ниже экрана проектора. Это дает вам ощущение, что на самом деле говорят люди на экране. Важно, чтобы центральный громкоговоритель системы объемного звучания 5.1 или 7.1 был наилучшего качества, которое вы можете себе позволить, потому что именно от этих передних центральных громкоговорителей исходят все голоса разговоров, поэтому для их четкого звучания необходимы громкоговорители хорошего качества.
Передние левый и правый динамики объемного звучания в акустической системе 5.1
Эти динамики выводят звуки, которые исходят с левой и правой сторон телевизионного изображения. Давайте рассмотрим пример автомобиля, движущегося слева направо на телевизионной сцене.
Читайте: Проектор или телевизор: Что лучше выбрать для дома?
Звук выше от левого центрального динамика, когда автомобиль только вводит изображение с левой стороны. Когда автомобиль движется к центру экрана, звук из переднего левого динамика уменьшается, звук из переднего центрального динамика становится максимальным, а когда автомобиль достигает правой части экрана звук из правого переднего динамика увеличивается.
Автомобиль проезжает через экран телевизора за пару секунд, если двигается медленно, или будет проноситься через экран за доли секунды, если двигается быстро. Независимо от скорости автомобиля, динамики синхронизируются с движением автомобиля, и вы получаете очень реалистичный звук автомобиля появляющегося на экране.
Задние динамики слева и справа в 5.1 звуковой акустической системе
Задние левый и правый громкоговорители в системе объемного звука 5.1 или 7.1 включаются, когда для сцен проектора требуется звук сзади или со всех сторон. Примеры сцен, когда все динамики объединяются, например, когда идет сильный дождь, вы почувствуете что попали под дождь. Задние колонки также присоединяются к сцене когда, например самолет пролетает у вас над головой. Вы должны испытать качественную систему объемного звучания, чтобы действительно наслаждаться современными фильмами HDTV.
Читайте: Проектор для домашнего кинотеатра: Как выбрать и какой лучше купить?
Сабвуфер в 5.1 звуковой системе
Сабвуфер является шестым динамиком в системе объемного звучания 5.1. Работа сабвуфера заключается в выводе всех низкочастотных звуков, таких как взрывы, тяжелые барабаны, очень глубокий басовый звук разговора и т. д. Поскольку человеческие уши не могут определить направление, из которого исходит низкочастотный звук, сабвуфер может быть размещенным в любом месте комнаты.
Чем обусловлено звучание разных музыкальных инструментов
Принципы извлечения звуков одинаковы для всех инструментов, но получаемые мелодии разные.
Звучание инструмента обусловлено наличием:
- колеблющихся элементов (струн или воздушных столбов);
- механизма воздействия на них (пальцев музыканта, смычка скрипки и др.);
- резонатора для связи с окружающим воздухом.
Большинство музыкальных инструментов не позволяет получить звук одной частоты: дополнительно возникают обертоны и гармоники. Если в генерируемых сигналах гармоники отсутствуют, мелодии не образуются. В этом случае устройства (например, барабаны, литавры) используют для подчеркивания ритма.
Струнные инструменты
Пальцы гитариста или смычок скрипача приводят в движение струны. Звуковые волны от их колебаний передают энергию на корпус инструмента. Последний тоже начинает колебаться, а человеческое ухо воспринимает музыкальный сигнал.
Смычок скрипача создает движение струн.
На его качество влияют:
- Материал, из которого сделан корпус инструмента. Так, домры изготавливают из белого клена, акустические гитары – из ливанского кедра, электрогитары – из пластика или оргстекла.
- Форма и конфигурация инструмента. Это характеристики, которые изобретались и совершенствовались веками. Они не поддаются объяснению акустической наукой.
- Длина и диаметр струн. Звук тем выше, чем тоньше струна.
Клавишные
У рояля и пианино механизм звучания одинаковый: на раму натянуты струны, вокруг них располагаются резонирующий корпус, клавиши и педали. При нажатии клавиш деревянные молоточки ударяют по струнам. Их вибрация создает звук.
Для каждой ноты настроена своя струна.
Тембр тона получается насыщенным и однородным по следующим причинам:
- Из-за массивной деки диапазон формант очень широк.
- Большинство гармоник возникает на низших частотах.
- Удар молоточком в строго обозначенную точку струны подавляет диссонирующие с основной частотой гармоники.
При нажатии клавиш молоточки ударяют по струнам.
Духовые инструменты
Способы извлечения звука:
- Колебания воздуха в трубе цилиндрической формы с острым краем резонатора.
- Колебания гибкой поверхности язычка.
В первом случае поток воздуха выходит из щели и разбивается острым клинообразным препятствием. По разные стороны клина образуются вихри – «краевые тоны». Они возбуждают воздушные столбы во флейте, органе. При этом основная частота образуемых гармоник находится в обратной зависимости от длины трубы.
Во втором гибкий язычок (трость) колеблется в воздушном потоке. Когда воздух проходит через щель, трость втягивается в нее и перекрывает отверстие. При отсутствии потока она возвращается обратно и процесс повторяется. Так устроены кларнет, саксофон, гобой.
Пятничный формат: Подборка необычной акустики
Сохранить и прочитать потом —
Еще в 50-х годах прошлого века считалось престижным, если акустическая система спрятана от глаз слушателей или максимально органично вписывается в интерьер. По этой причине люди иной раз придумывали оригинальные решения для размещения техники.
Один из читателей High Fidelity, посоветовавшись с женой, решил «спрятать» стереосистему в духовку: «Туда влезло все необходимое оборудование; правда, выглядело это очень странно». Похожий экономный дизайн предлагала статья в Popular Mechanic от 1955 года. Главная идея – разместить Hi-Fi-систему на сушилке для одежды.
Страсть к необычным и, порой, провокационным решениям докатилась и до наших времен. Даже сегодня производители аудиоаппаратуры облекают динамики в интересные корпуса. Например, дизайнеры компании Triple C на протяжении всего времени существования бренда черпали свое вдохновение в природе. По этой причине колонки BluBOOM выполнены в виде половинки кокоса (на фото выше).
В 2003 году компания Ferguson Hill разработала интересную модель колонок – FHOO1. Это дипольные динамики с огромным прозрачным рупором. Вся конструкция занимает неприлично много места и стоит около $20 000.
Еще одни большие и очень странные колонки вышли из под пера израильского дизайнера Шмуэля Лински. Колонки выполнены из бетона, и весит каждая из них по 56 кг. Помимо бетонных колонок, дизайнер также выпустил бетонную кофемашину и бетонное каноэ. Не совсем понятно, какой толк в бетонном каноэ, но колонки действительно можно использовать по назначению.
Дизайнер заявляет, что при прослушивании музыки через эту модель, можно достичь состояния нирваны. Вверху колонки находится небольшой громкоговоритель, от которого идет длинный 96-сантиметровый канал, превращающийся в итоге в сабвуфер.
Следующие колонки, в отличие от предыдущих, намного компактнее и не занимают так много места, поэтому способны уместиться на книжной полке, тумбе у телевизора или на кухне. Разработанные Йоакимом Аксельссоном колонки Soundragon выполнены в форме дракона, так что любителям восточной культуры они придутся по вкусу. Делают колонки вручную в Швеции из полиэтиленовой смолы.
Следующие колонки от титанов звуковой индустрии, компании Bowers and Wilkins, отличаются своим неоднозначным дизайном. Топовая аудиосистема Nautilus выполнена в форме раковины моллюска. Материал, из которого сделаны колонки – пластик, армированный углеволокном.
Из такого же пластика сделаны болиды Формулы 1. После пяти лет исследований и экспериментов с формой колонок, инженеры достигли того звучания, к которому стремились. Цена на такие колонки заоблачная – $90 000, но лучше звука, по словам инженеров B&W, вам не найти.
И снова время каламбура. Woofer – это 2 колонки, которые выглядят как собаки [«woof» с английского переводится как «гавкать, рычать», а «woofer» – как «громкоговоритель» – прим. ред.]. «Аудиопсы» выполнены из пластика и стоят порядка $1000. В этом случае сложно говорить о качестве звука, ибо ничего выдающегося здесь нет, однако, если вы решитесь приобрести это «чудо», то, скажем так, у вас будет два новых лучших друга.
А для тех, у кого аллергия на животных, но есть желание завести парочку новых друзей, рекомендуем обратить внимание на Munny Speakers. Колонки встроены в виниловых куколок. Отличительной чертой именно этих колонок является творческий подход к их созданию. Их можно «апгрейдить» самому. Моделей этих кукол огромное множество – все они разных цветов, а иногда и с дополнительными аксессуарами: ручками, кепками и пр.
Для тех же, кто жить не может без техники Apple и не расстается с наушниками от своего айпода ни на секунду, может подойти гаджет посерьезнее. Это все те же наушники, только увеличенные в несколько раз и превращенные в полочные колонки. Ничего выдающегося, кроме размера, в них нет – если только руководство по технике безопасности с советом «не пытайтесь вставить эти наушники в ухо».
Киноманам и фанатам саги о Звездных войнах придутся по душе колонки Star Wars TIE Fighter, выполненные в форме двух космических истребителей. А если бы сабвуфер был сделан в виде Звезды Смерти, то он бы изящно подчеркивал стиль всей аудиосистемы.
Концепт компактных и простых колонок представили польские дизайнеры Витек Стефаниак и Аниэлька Жданович. Помимо того, что колонки могут выполнять свою основную функцию – воспроизводить звук, на них можно хранить книги или диски. Достаточно интересное решение, совмещающее в себе компактность и функционал.
Также хочется отметить колонки Lewis Hyman, которые станут хорошим элементом декора. Lewis Hyman – это полка с динамиками, совместимая с любыми Bluetooth-устройствами. Теперь книжная полка сможет сама читать вам книги.
Тем, кто любит компактность и ненавязчивость в дизайне, понравятся колонки от компании JBL – Control Now. Каждая колонка представляет собой четверть круга. При желании, их можно соединить в пары, а то и замкнуть круг и сделать колонку настольной.
Благодаря своей эргономике, колонка легко вписывается в пространство комнаты – ее можно закрепить между двух стен, между стеной и потолком, поставить на полку. Стоит такая колонка $250, а за $280 можно купить «уличную» версию.
А вот колонки из «каменного века»: AWR-650-SM можно и нужно использовать именно на улице. Они хорошо впишутся в любой сад, потому что по своей структуре очень напоминают натуральный камень. Колонки устойчивы к непогоде, так что дождь им не помеха.
Если нет возможности использовать колонки в саду, а лицезреть растения очень хочется, стоит попробовать модульные колонки JVC Sound Garden. Концепт колонок был разработан японскими дизайнерами и представлен на неделе дизайна в Токио.
Сами колонки выполнены из эко-пластика и могут соединяться вместе, образуя целую систему. Наверху у каждого «модуля» находится небольшой горшочек, куда можно посадить бонсай или другие небольшие растения.
В заключение стоит сказать: конечно, эта подборка колонок – от фантастически дорогих, до просто занятных – призвана, в первую очередь, позабавить наших читателей. Все-таки, для большинства меломанов колонки – это часть жизненной экосистемы, которая призвана вписываться в самые разные интерьеры.
Именно поэтому при создании техники Arslab, например, инженеры придерживаются классического подхода к конструированию кабинетов. А при разработке колонок Penaudio (тоже классических форм) – уделяют внимание не только внешней конструкции, но и тактильным ощущениям, которые возникают при прикосновении к колонке: об этом и многом другом мы поговорим в одном из следующих выпусков подкаста «Звук».
Эту статью прочитали 10 366 раз
Статья входит в разделы:
Интересное о звуке