Что такое звук: его громкость, кодирование и качество

В статье вы узнаете, что такое звук, каков его смертельный уровень громкости, а также скорость в воздухе и других средах. Также поговорим про частоту, кодирование и качество звука.

Звук и его важные характеристики

Еще рассмотрим дискретизацию, форматы и мощность звука. Но сначала дадим определение музыки, как упорядоченному звуку — противоположность неупорядоченному хаотическому, который мы воспринимаем, как шум.

Что такое звук

Звук — это звуковые волны, которые образуются в результате колебаний и изменения атмосферы, а также объектов вокруг нас.

Что такое звук и каковы его особенности

Даже при разговоре вы слышите своего собеседника потому, что он воздействует на воздух. Также, когда вы играете на музыкальном инструменте, бьете ли вы по барабану или дергаете струну, вы производите этим колебания определенной частоты, которой в окружающем воздухе производит звуковые волны.

Звуковые волны бывают упорядоченные и хаотические. Когда они упорядоченные и периодические (повторяются через какой-то промежуток времени), мы слышим определенную частоту или высоту звука.

То есть мы можем определить частоту, как количество повторения события в заданный промежуток времени. Таким образом, когда звуковые волны хаотичны, мы воспринимаем их как шум.

Но когда волны упорядочены и периодически повторяются, то мы можем измерить их количеством повторяющихся циклов в секунду.

Частота дискретизации звука

Частота дискретизации звука — это количество измерений уровня сигнала за 1 секунду. Герц (Гц) или Hertz (Hz) — это научная единица измерения, определяющая количество повторений какого-то события в секунду. Эту единицу мы будем использовать!

Что такое частота дискретизации звука и ее единица измерения
Частота дискретизации звука

Наверное, вы очень часто видели такую аббревиатуру — Гц или Hz. Например, в плагинах эквалайзеров. В них единицами измерения являются герцы и килогерцы (то есть 1000 Гц).

Обычно человек слышит звуковые волны от 20 Гц до 20 000 Гц (или 20 кГц). Все, что меньше 20 Гц — это инфразвук. Все, что больше 20 кГц — это ультразвук.

Давайте я открою плагин эквалайзера и покажу вам как это выглядит. Вам, наверное, знакомы эти цифры.

Частоты звука в эквалайзере
Частоты звука

С помощью эквалайзера вы можете ослаблять или усиливать определенные частоты в пределах слышимого человеком диапазона.

Небольшой пример!

Здесь у меня запись звуковой волны, которая была сгенерирована на частоте 1000 Гц (или 1 кГц). Если увеличить масштаб и посмотреть на ее форму, то мы увидим, что она правильная и повторяющиеся (периодическая).

Пример повторяющейся (периодической) звуковой волны
Повторяющиеся (периодическая) звуковая волна

В одной секунде здесь происходит тысяча повторяющихся циклов. Для сравнения, давайте посмотрим на звуковую волну, которую мы воспринимаем как шум.

Пример неупорядоченной звуковой волны или шума
Неупорядоченный звук

Тут нет какой-то конкретной повторяющейся частоты. Также нет определенного тона или высоты. Звуковая волна не упорядочена. Если мы взглянем на форму этой волны, то увидим, что в ней нет ничего повторяющегося или периодического.

Давайте перейдем в более насыщенную часть волны. Мы увеличиваем масштаб и видим, что она не постоянная.

Пример неупорядоченной волны звука (шума) при увеличении масштаба
Неупорядоченная волна при масштабировании

Из-за отсутствия цикличности мы не в состоянии услышать какую-то определенную частоту в этой волне. Поэтому мы воспринимаем ее как шум.

Смертельный уровень звука

Хочу немного упомянуть про смертельный уровень звука для человека. Он берет свое начало от 180 дБ и выше.

Смертельный уровень звука для человека

Стоит сразу сказать, что по нормативным нормам, безопасным уровнем громкости шума считается не более 55 дБ (децибел) днем и 40 дБ ночью. Даже при длительном воздействии на слух, этот уровень не нанесет вреда.

Уровни громкости звука
(дБ) Определение Источник
0 Совсем не лышно
5 Почти не слышно
10 Почти не слышно Тихий шелест листьев
15  Еле слышно  Шелест листвы
20 — 25 Едва слышно  Шепот человека на расстоянии 1 метр
30  Тихо  Тиканье настенных часов (допустимый максимум по нормам для жилых помещений ночью с 23 до 7 часов)
35 Довольно слышно  Приглушенный разговор
40  Довольно слышно  Обычная речь (норма для жилых помещений днем с 7 до 23 часов)
45 Довольно слышно Разговор
 50 Отчетливо слышно  Пишущая машинка
55  Отчетливо слышно  Разговор (европейская норма для офисных помещений класса А)
 60  Шумно (норма для контор)
65 Шумно Громкий разговор (1м)
70 Шумно Громкие разговоры (1м)
75 Шумно Крик и смех (1м)
80 Очень шумно Крик, мотоцикл с глушителем
85 Очень шумно Громкий крик, мотоцикл с глушителем
90 Очень шумно Громкие крики, грузовой железнодорожный вагон (7м)
95 Очень шумно Вагон метро (в 7 метрах снаружи или внутри вагона)
100 Крайне шумно Оркестр, гром (по европейским нормам, это максимально допустимое звуковое давление для наушников)
105 Крайне шумно В старых самолетах
110 Крайне шумно Вертолет
115 Крайне шумно Пескоструйный аппарат (1м)
120-125 Почти невыносимо Отбойный молоток
130 Болевой порог Самолет на старте
135 — 140 Контузия Взлетающий реактивный самолет
145 Контузия Старт ракеты
150 — 155 Контузия, травмы
160 Шок, травма Ударная волна от сверхзвукового самолета
165+ Разрыв барабанных перепонок и легких
180+ Смерть

Скорость звука в км в час и метры в секунду

Скорость звука — это скорость распространения волн в среде. Ниже даю таблицу скоростей распространения в различных средах.

Скорость звука в км в час и метры в секунду для разных сред

0 ºС м/с км/ч
Воздух 331 1191.6
Водород 1284 4622.4
Азот 334 1202.4
Аммиак 415 1494.0
Ацетилен 327 1177.2
Гелий 965 3474.0
Железо 5950 21420.0
Золото 3240 11664.0
Кислород 316 1137.6
Литий 6000 21600.0
Метан 430 1548.0
Угарный газ 338 1216.8
Неон 435 1566.0
Ртуть 1383 4978.0
Стекло 4800 17280.0
Углекислый газ 259 932.4
Хлор 206 741.6

Скорость звука в воздухе намного меньше чем в твердых средах. А скорость звука в воде намного выше, чем в воздухе. Составляет она 1430 м/с. В итоге, распространение идет быстрее и слышимость намного дальше.

Мощность звука

Мощность звука — это энергия, которая передается звуковой волной через рассматриваемую поверхность за единицу времени. Измеряется в (Вт). Бывает мгновенное значение и среднее (за период времени).

Что такое мощность звука и в чем она измеряется

Давайте продолжим работать с определениями из раздела теория музыки!

Высота и нота

Высота — это музыкальный термин, который обозначает почти тоже самое, что и частота. Исключение составляет то, что она не имеет единицы измерения. Вместо того чтобы определять звук количеством циклов в секунду в диапазоне 20 — 20 000 Гц, мы обозначаем определенные значения частот латинскими буквами.

Музыкальные инструменты производят периодические звуковые волны правильной формы, которые мы называем тонами или нотами.

То есть другими словами, нота — это своего рода моментальный снимок периодической звуковой волны определенной частоты. Высота этой ноты говорит нам о том, насколько нота высока или низка по своему звучанию. При этом более низкие ноты имеют более длинные волны. А высокие, более короткие.

Давайте посмотрим на звуковую волну в 1 кГц. Сейчас я увеличу масштаб, и вы увидите каково расстояние между циклами.

Расстояние между циклами в звуковой волне 1 кГц
Звуковая волна в 1 кГц

Теперь давайте взглянем на волну в 500 Гц. Тут частота в 2 раза меньше и расстояние между циклами больше.

Пример звуковой волны в 500 Гц
Звуковая волна в 500 Гц

Теперь возьмем волну в 80 Гц. Тут будет еще шире и высота намного ниже.

Пример волны звука в 80 Гц
Звук в 80 Гц

Мы видим взаимосвязь между высотой звука и формой его волны.

Каждая музыкальная нота основана на одной основополагающей частоте (основном тоне). Но помимо тона в музыке состоит и из дополнительных резонансных частот или обертонов.

Давайте я покажу вам еще один пример!

Ниже волна в 440 Гц. Это стандарт в мире музыке для настройки инструментов. Соответствует он ноте ля.

Пример чистой волны звука в 440 Гц
Чистая звуковая волна в 440 Гц

Мы слышим только основной тон (чистую звуковую волну). Если увеличить масштаб, то увидим, что она периодическая.

А теперь давайте посмотрим на волну той же частоты, но сыгранную на пианино.

Пример периодического звука пианино
Периодический звук пианино

Посмотрите, она тоже периодическая. Но в ней есть небольшие дополнения и нюансы. Все они в совокупности и дают нам понятие о том, как звучит пианино. Но помимо этого, обертона обуславливают и тот факт, что одни ноты будут иметь большее сродство к данной ноте чем другие.

Для примера можно сыграть туже ноту, но на октаву выше. По звучанию будет совсем иначе. Однако она будет родственной предыдущей ноте. То есть это та же нота, только сыгранная на октаву выше.

Такая родственная связь двух нот в разных октавах обусловлена наличием обертонов. Они постоянно присутствуют и определяют насколько близко или отдаленно определенные ноты связаны друг с другом.

Традиционной нотации высота ноты обуславливает ее расположение на нотном стане или на нотоносце.

Традиционной нотации высота ноты обуславливает ее расположение на нотном стане или на нотоносце. Твитнуть

Сейчас я покажу вам с помощью нотного редактора. Здесь мы видим, как записывается нота ля.

Расположение ноты ля на нотном стане

Чем выше нота располагается на нотном стане, тем выше ее высота. Чем ниже расположена нота, тем ниже высота ее звука.

Помимо традиционного представления нот на нотном стане, в современных музыкальных редакторах вы можете встретить другую систему записи и редактирования нот. Чаще всего она представляет собой пианинную сетку или таблицу.

Пианинная таблица в музыкальном редакторе

Слева мы видим клавиатуру пианино. А справа, соответствующие каждой ноте, прямоугольники.

В принципе, такая система не отличается от классической выше. Просто способ представления высоты нот реализован по-другому. Точно также, когда мы говорим 440 Гц или ля, мы имеем одну и ту же высоту или частоту звука.

Свойства и качество звука

Свойства звука — это его физические особенности, которые можно измерить. Сюда входит частота колебаний, их продолжительность и амплитуда. Еще относится и состав колебаний. То есть сочетание простейших колебаний в сложное.

Основные свойства и качества звука

А вот отражение физических свойств в наших ощущениях (то, что мы чувствуем) называется качеством звука. Сюда относится высота и длительность звука. А также громкость и тембр.

Высота звука зависит от частоты колебаний. Чем чаще колебания, тем выше звук. Чем реже колебания, тем ниже звук.

Длительность зависит от продолжительности колебаний.

Громкость зависит от амплитуды колебаний. Например, после удара по гитарной струне, можно увидеть, что она начнет колебаться в разные стороны. Чем шире эти колебания, тем громче звук. Ширина этого размаха называется амплитудой колебаний.

Если сильно ударим по струне, то амплитуда будет большой. Соответственно, мы услышим громкий звук. Если легонько тронем пальцем струну, то амплитуда будет маленькой. В таком случае, звук будет тихим.

Тембр — это обертоновая окраска звука. Она позволяет нам различать звуки одной высоты, но исполненные разными инструментами или голосами.

Кодирование звука

Кодирование звука — это процесс преобразования колебаний воздуха в колебания электрического тока с последующей дискретизацией аналогового сигнала. То есть такое кодирование необходимо нам для дальнейшей работы со звуком уже на компьютере.

Что такое кодирование звука и для чего оно нужно

А поскольку мы на ПК не можем работать с аналоговым сигналом, в таком случае мы должны преобразовать его в цифровой. Так мы можем к примеру, с помощью специальных компьютерных программ для создания звука работать с самим сигналом.

Для преобразования сигнала используются специальные аналого-цифровые преобразователи (АЦП). В компьютере это обычно звуковые карты.

Форматы звука

Форматы звука предназначены для представления аудио данных с последующим хранением на электронных носителях. Есть три основные группы:

  1. формат звука со сжатием и потерями качества (MP3, Ogg)
  2. со сжатием без потерь (APE, Flac)
  3. без сжатия (WAW, AIFF)

На этом все!

Теперь вы знаете, что такое звук и каковы его характеристики. Также мы дополнительно рассмотрели такие понятия, как частота, высота и нота. А также как они соотносятся друг с другом.

Звук - отзывы

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с нашей политикой конфиденциальности и пользовательским соглашением.
Adblock detector