2.1.1. Основные понятия возникновения и распространения механических волн в воздушном пространстве - звука.

Диапазоны звуковых волн

Звуковые волны. Звук - это разновидность кинетической энергии, которая называется «акустической» и представляет

28

собой пульсацию давления, возникающего в физической среде при прохождении звуковой волны.

Полный период колебания волны звукового давления (рис. 4) состоит из полупериода сжатия (повышения давления) и последующего полупериода разряжения молекул воздуха (понижения давления). Звуки с большей амплитудой (громкие) вызывают более сильное сжатие и разряжение молекул воздуха, чем звуки с меньшей амплитудой (тихие).

Полный период

Полутерисд

Время

Расстояние

Период

Длина волны

Рис. 4. Графическое представление синусоидальной звуковой волны

Скорость пульсации звукового давления называется «частотой волны». К звуковым волнам относятся те, частота пульсации давления которых в воздухе составляет от 20 до 20 000 колебаний (полных периодов) в секунду. Частота определяет другую характеристику звука - его высоту. И хотя высота звука является более сложной характеристикой, чем частота (она зависит также от амплитуды звуковых колебаний), в общем случае, звуки большей частоты воспринимаются как более высокие. Для измерения частоты звуковых

29

колебаний используется единица, которая называется «герц» и обозначается Гц:

20 Гц = 20 колебаний в секунду

Периодом волны называется время одного полного колебания звуковой волны, он измеряется в секундах и определяется по уравнению:

Период = 1/Частота

Скорость распространения звуковой волны в воздухе при нормальных условиях (при 15°С на уровне моря) составляет 344 м/с (ИЗО фут/с). Скорость звука не зависит от его частоты. Реальное расстояние, которое звуковая волна определенной частоты проходит за один полный период, называется «длиной волны». Длина волны выражается уравнением:

Длина волны = Скорость звука / Частота

Звук (аудиосигнал) может быть передан в виде колебаний электрического напряжения или силы тока.

Амплитуда (или сила аудиосигнала) называется «уровнем сигнала». Уровень акустического или электрического сигнала выражается в децибелах.

Фаза. Разница во времени между звуковой волной (или аудиосигналом) и определенной точкой отсчета, начальным моментом времени, называется «фазой сигнала». Фаза измеряется в градусах, и один полный период синусоидальной волны равен 360°.

За начальный момент времени может быть выбрано любое произвольное значение на оси времени. На рис. 5 аудиосигнал представлен в виде синусоидальной волны. (Синусоидальная волна - это чистый тон с одной основной частотой). Фаза синусоидальной вол-

30

,

ны на этом рисунке определяется относительно начального момента времени Т0, который совпадает с началом первого периода волны (но в качестве точки отсчета можно было бы принять любую точку внутри периода волны).

Время

Давление воздуха

Фаза 0° 90е 180е 270е 360°

Рис. 5. Графическое представление аудиосигнала (один полный период синусоидальной волны)

Точкой отсчета фазы может служить и другой сигнал. В этом случае опорный сигнал должен повторять форму сигнала, фазу которого измеряют.

Сложение синусоидальных волн. Фаза сигнала имеет очень большое значение, так как от нее зависит то, как будет происходить наложение сигналов. При микшировании сигналов на микшерском пульте или смешивании звуковых волн в воздухе, их фазы складываются алгебраически. На рис. 6 показано сложение двух синусоидальных сигналов с одинаковыми уровнем и частотой, но разными фазами.

Синусоидальные волны, показанные на рис. 6а, синфазны, поэтому при их сложении получается волна с удвоенной амплитудой. Синусоидальные волны, изображенные на рис.

31

фазе на 90°, поэтому амплитуда образующейся в результате их сложения синусоидальной волны в 1.414 больше, чем амплитуда исходных волн. Фаза синусоидальных волн на рисунке 6в отличается на 180°, поэтому при их сложении происходит полное подавление сигнала.

Фазы сигналов 1 и 2 совпадают

(6)

Сигналы 1 и 2 смещены ару относительно дрога по Фазе на 30*

При сложении этих сигналов происходит их полное подавление.

N

Сигналы 1 и 2 находятся в противофазе (отстоят дрцг от друга на 1 ВО\'}

1+2

Рис. 6. Сложение двух синусоидальных сигналов с одинаковыми уровнем и частотой, но разными фазами

Звуковая система - это функциональный набор электронных компонентов, предназначенных для усиления звука. Как правило, усиливать звук необходимо в следующих случаях:

• чтобы обеспечить лучшую слышимость. Например, человека говорящего на сцене в конце большого зала слышно не будет, а звуковая система позволит сделать звук более отчетливым. В этом i случае стремятся к тому, чтобы не просто усилить звук, а стараются ,| добиться, чтобы голос во всем зале воспринимался так же, как и вблизи;

• в художественных целях. Выступление на сцене вокальной группы должно быть не только хорошо слышно в зале, в этом слу-

32

чае нужно обеспечить приятное звучание, которое доставит удовольствие слушателям;

• чтобы слышать звуки из других помещений. На семинары и собрания иногда приходит столько людей, что они не всегда могут поместиться в одном конференц-зале. С помощью звуковой системы обсуждения и речи можно передавать в другое помещение, тогда люди, не попавшие в основной зал, тоже смогут их слушать.

Существуют также звуковые системы, предназначенные для эфирного вещания и воспроизведения записанных звуков. Такие системы во многом похожи на системы для усиления звука во время «живых» выступлений, только вместо микрофона или электрического музыкального инструмента в них предусмотрено либо устройство для воспроизведения с ленты, либо установлен компакт-диск проигрыватель, электропроигрыватель или радиотюнер.