Акустические и электрические уровни

Предыдущая 123 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Следующая

В э/акустике и р/вещании для удобства оперировать параметрами, изменяющимися в 100 и 1000 раз, и лучшего соответствия свойствам слухового восприятия была введена единица, называемая децибел (дБ), равная 0.1Б (Бел). Изменения интенсивности звука на 1 дБ вызывает изменение слухового ощущения на значение близкое к пороговому. Параметры, измеряемые в децибелах, называются уровнями. Различают уровни электрические и акустическиеабсолютные и относительные. В электрических уровнях выражают напряжение, ток, электрическую мощность. В акустических – звуковое давление, интенсивность звука, плотность звуковой энергии. Под уровнем линейного параметра (тока, напряжения, звукового давления) понимают величину , равную:

где -измеряемый параметр;

-параметр, соответствующий условно выбранному нулю шкалы уровней.

Если величина нормируется, то измеряемый уровень параметра, называется абсолютным (для кратности называемый уровнем). Для других значений уровень называется относительным. Нормированное значение параметра соответствует нулевому значению соответствующего уровня.

Таблица 2.2. Абсолютные уровни и нормируемые параметры уровней.

Электрические	Акустические
1) мощности , где на	1) звукового давления где
2) напряжения , где при	2) интенсивности звука где
3) тока , где при	3) плотности звуковой энергии где

При изменении уровня мощности и уровня напряжения на сопротивлении, равном , выполняется условие , т.е. уровень напряжения и мощности совпадают. Если , то , а нулевые значения следует пересчитывать по известным выражениям. При вычислении абсолютного уровня к обозначению децибела в настоящее время принято добавлять обозначение параметра, например, дБн – децибел напряжения, а при определении относительного уровня – обозначение размерности, например, дБ/в – что говорит об определении уровня относительно 1В.

Акустические уровни, измеренные для одной точки звукового поля при нормальных метеорологических условиях, удовлетворяют условию:

-обозначение акустического уровня.

Акустические уровни в слышимом диапазоне частот только положительные, т.к. пороговые значения выбраны из условия ощущения звука. Электрические же уровни могут быть и положительными, и отрицательными.

3 Особенности слухового восприятия гармонических звуковых колебаний

Слуховым восприятием называется процесс ощущения звука, обусловленный внешним воздействием на органы слуха. Для чистых тонов слуховой анализатор можно представить в виде преобразователя, где со стороны входа параметрами сигнала является звуковое давление и частота, а со стороны выхода – громкость и высота тона. Для субъективной оценки восприятия частотного диапазона принята музыкальная шкала высоты тона с единицей, называемой октановой. Октава – это такая полоса частот, при которой верхняя частота диапазона в 2 раза больше нижней частоты . Октава делится на полуоктавы (Fв/Fн=√2), третьоктавы ( ), полутона ( ). Имеются и другие зависимости между высотой тона и частотой. В любом случае существует однозначное соответствие: каждому значению частоты, в Гц, соответствует единственное значение высоты тона по той или иной шкале. В слышимом диапазоне частот (16 Гц – 20 кГц укладывается 10 октав). На рисунке 3.1. приведены кривые равной громкости (изофоны), полученные при сравнении тонов различных частот с эталонными. Они определены для всего диапазона слухового восприятия по частоте и уровню, для бинаурального (двуухого) и моноурального (одноухого) слушания. Нижние кривые соответствуют порогу слышимости, начиная с которого человек ощущает звук. Верхние кривые – болевому порогу.

Наименьшее значение звукового давления, соответствующее порогу ощущения (слышимости) равно , что соответствует нулю децибел на кривой изофон, поэтому этот порог называется нулевым. Наименьшее значение звукового давления, соответствующее болевому порогу, равно (или 120 дБ). Это значение является наибольшим, соответствующим порогу осязания (от порога слышимости до болевого). Для некоторых людей болевой порог соответствует 130 – 140 дБ. Параметром семейства изофон служит психоакустическая величина – уровень громкости (пропорциональный динамическому диапазону слуха, равному разности между максимальным и минимальным уровнем звукового давления ). Условились за уровень громкости любого звука принимать акустический уровень в децибелах равно громкого с ним чистого тона 1000 Гц. За единицу уровня громкости принята единица, называемая фон, поэтому

, при

где - уровень громкости любого звука, ;

- акустический уровень на частоте , ;

- громкость любого звука, ;

- громкость чистого тона , .

а)

б)

а) бинауральное слушание

б) моноуральное слушание

Рисунок 3.1 – Кривые равной громкости

Уровень громкости для различных частот по одной из кривых будет одинаков, но чтобы это получить, звуковые давления сигналов различных частот должны быть разными. Например, при бинауральном слушании громкость в будут иметь сигналы по кривой С, но частоте сигнал должен быть около ( ), на частоте - ( ), на частоте - ( ). При увеличении акустического уровня кривые спрямляются, т.е. уровни акустические и уровни громкости сближаются. При слушании радиопередачи на уровне громкости почти все частотные составляющие звучат одинаково громко независимо от их положения в частотном диапазоне. При уменьшении усиления приемника сначала «пропадают» низкие частоты, затем высокие. Чтобы воспринимать весь частотный диапазон, необходимо иметь тон-скомпенсированные регуляторы громкости. В противном случае при уменьшении усиления (громкости) уменьшается как полоса воспроизводимых частот, так и динамический диапазон сигнала.

При наличии помех и шумов все изофоны смещаются вверх. Повышение порога слышимости называют маскировкой. Маскировка тем сильнее, чем выше уровень мешающего (маскирующего) звука, чем ниже спектр мешающего звука по отношению к полезному (маскируемому), тем ближе спектры этих звуков.

Способность человеческого слуха определять направление на источник звука называется бинауральным эффектом. За счет двуухого слушания человек определяет направление прихода волн в горизонтальной плоскости, если источник звука находится перед ним, с точностью ; если сбоку, сверху, сзади – точность уменьшается (до ), если к ушам приставить раструбы – точность увеличится. Это расстояние влияет на разность времени прихода лучей к ушам и соотношение между амплитудами этих волн.

Восприятие временных задержек: если человек принимает 2 звука, различающиеся во времени менее , чем на , одним ухом, то они воспринимаются слитно. Если звуки поступают в разные уши со сдвигом во времени, то слух воспринимает эти звуки раздельно, т.к. электрические импульсы, возбуждаемые звуковыми колебаниями, поступают в слуховой центр по независимым путям. Суммарная громкость зависит от сдвига во времени и появляется на низких частотах, на высоких частотах из-за экранирующего действия головы уровни звуков, поступающее в каждое из ушей, различны. Если человек слушает одну передачу от двух источников, которые находятся на разных расстояниях от слушателя, то при равных уровнях громкости на месте ближайшего источника ощущается виртуальный (кажущийся) источник. Тоже самое и для опережающего источника – при равных громкостях направление звука определяется от него. Можно создать ощущение раздельного звучания, если уровни источников сделать разными. Это учитывается в основе стереофонии.

Артикуляция – процент правильно принятых смысловых фраз, слов, слогов из общего числа переданных. Артикуляция смысловых фраз больше чем слогов. В зависимости от назначения помещения необходимо обеспечить различную артикуляцию. Например, для аудитории необходима 100% смысловая артикуляция, определяющая полную понятность, что соответствует 85% правильно принятых слогов. Таким же образом надо организовывать и канал связи.

С учетом особенностей слухового восприятия необходимо для качественной передачи сигнала обеспечить нужный частотный и динамический диапазон канала. Для передачи музыкального сигнала необходим частотный диапазон 30 – 15000 Гц, речевого телефонного сигнала – 300 – 3400 Гц. Если для диктора звукового вещания динамический диапазон составляет 25 – 30 дБ, то канал “пропустит” его без искажения.

Так как динамический диапазон симфонического оркестра составляет 65 – 75 дБ, то для передачи его без искажений необходима обработка сигналов.

Динамический диапазон сигнала , равен: