właściwości dźwięku
DESCRIPTION
Właściwości dźwięku. Dźwięk. Parametry dźwięku. Dźwięk to zaburzenie falowe ośrodka sprężystego (takiego jak powietrze, woda, metal), wywołujące wrażenia słuchowe. Częstotliwość – wysokość Natężenie – głośność Widmo - barwa. Częstotliwość drgań. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Właściwości dźwięku
Parametry dźwiękuCzęstotliwość – wysokośćNatężenie – głośnośćWidmo - barwa
DźwiękDźwięk to zaburzenie falowe ośrodka sprężystego (takiego jak powietrze, woda, metal), wywołujące wrażenia słuchowe.
Częstotliwość drgańCzęstotliwość – to zaburzenie sprężystości środowiska powoduje naprzemiennie zagęszczenie i rozrzedzenie jego cząsteczek (zmiany ciśnienia) w określonym rytmie. Liczba tych powtórzeń w jednostce czasu to częstotliwość.
Jednostką częstotliwości jest herc Hz – jeden cykl na sekundę.
Okres to czas potrzebny na wykonanie pełnego cyklu i jest mierzony w sekundach.
Częstotliwość drgań
Długość fali dźwiękowej jest silnie związana z częstotliwością i określa drogę, jaką pokonuje fala akustyczna w ciągu jednego cyklu:
Wysokość dźwięku
Jest to cecha subiektywna, pozwalająca rozróżnić dźwięki o różnej częstotliwości.
dźwięki niskie – to drgania z przedziału 16-300 Hzdźwięki wysokie - to drgania z przedziału 3000 Hz do 20 kHzUcho ludzkie najczulej reaguje na dźwięki średnie (300-3000 Hz)
Zdolność rozpoznawania wysokości dźwięku zależna jest od jego czasu trwania.
Również od częstotliwości jest uzależniona zdolność rozpoznawania zmian w wysokości dźwięku.
Częstotliwość drgań
Interwały wyrażają wzajemny stosunek częstotliwości dwóch współbrzmiących lub następujących po sobie dźwięków.
Natężenie dźwięku
Energia dźwięku rozprzestrzenia się wraz z „czołem” fali akustycznej, powodując chwilowe wzrosty i spadki ciśnienia atmosferycznego (zagęszczenia i rozrzedzenia sprężystego środowiska). Owe różnice, zwane są ciśnieniem akustycznym.
Natężenie dźwięku jest ściśle związane z ciśnieniem akustycznym i określają energię „czoła” fali, przepływającej przez określoną powierzchnię.
Próg słyszenia – to natężenie, przy którym człowiek zaczyna słyszeć i jest to 0 dB.
Granica bólu - 130 dB
Sposób zapisu dźwiękuDigitalizacja - zmiana sygnału z postaci analogowej na cyfrową. Próbkowanie
To pierwszy etap digitalizacji. Polega ono na pobieraniu z sygnału analogowego, w ustalonych odstępach czasu amplitudy sygnału, tzw. próbek i mierzeniu ich poziomu. Wynik poddaje się kwantyzacji, czyli przypisaniu wartości zmierzonym poziomom dźwięku.
Próbkowanie sygnału analogowego
Częstotliwość próbkowania
W układzie dwójkowym wykorzystuje się cyfry zero i jedynkę. Z pomocą dwóch bitów można przedstawić cztery stany:00 = 0 01 = 1 10 = 2 11 = 3Dodanie kolejnego bitu zwiększa możliwość odwzorowania do ośmiu itd.
Odtworzony sygnał
Drugi etap to przekształcenie sygnału impulsowego o zmiennej amplitudzie na sygnał dwójkowy. Zmiany sygnału analogowego na postać binarną dokonuje konwerter analogowo-cyfrowy.
Im więcej bitów, tym dokładniej można oddać zmiany amplitudy i wierniej zapisany dźwięk, ale i coraz większa waga pliku, w którym został on zapisany.
Częstotliwość próbkowania
Im częściej pobrana zostanie próbka dźwięku (im wyższa będzie częstotliwość próbkowania), tym dźwięk zostanie wierniej zreprodukowany w postaci cyfrowej.
Częstotliwość próbkowania – liczba próbek wykonanych w ciągu jednej sekundy. Im większa częstotliwość próbkowania, tym wierniejszy zapis dźwięku.
Próbkowanie z częstotliwością 1 kHz
Rozdzielczość próbkowania
Rozdzielczość próbkowania to ilość bajtów jaką zajmie informacja o wartości uzyskanej w wyniku pojedynczego próbkowania.
Im większa częstotliwość próbkowania, tym większy rozmiar będzie miał plik, w którym dźwięk zostanie zapisany. Zbyt małym częstotliwościom próbkowania może towarzyszyć niepożądane zjawisko – aliasing.
Przeliczanie rozdzielczości próbkowania
Aby przeliczyć, jaki będzie rozmiar pliku z zapisanym cyfrowo dźwiękiem, musimy wiedzieć, ile bajtów zajmie informacja o wartości uzyskanej w wyniku pojedynczego próbkowania, czyli rozdzielczość próbkowania
Przy zapisie standardowej płyty CD wartość zapisywana jest w 16 bitach.
Zapis jednej sekundy dźwięku na płycie CD przy częstotliwości próbkowania 44,1 kHz wyniesie:
44100 Hz * 2 B = 88200 BMinuta zapisu to 88200 B * 60 = 5292000 B = 5,05 MB
16 [b] = 2 [B]
Wartość 5,05 MB musimy jeszcze przemnożyć przez dwa, gdy zapisujemy muzykę dwukanałowo w systemie stereo.
Widmo dźwiękuKażdy dźwięk muzyczny (dowolnie złożony, okresowy przebieg akustyczny) można przedstawić jako kombinację tonów sinusoidalnych o różnej częstotliwości i amplitudzie. Najniższa częstotliwość tak złożonej fali nazywana jest częstotliwością podstawową ona właśnie określa wysokość dźwięku.Wyższe składowe - przytony - decydują o jego unikatowym brzmieniu, pozwalającym rozróżnić dźwięki tej samej wysokości grane na różnych instrumentach.
Widmo dźwięku
Widmo prążkowe Spektogram
Widmo ciągłe
Barwa dźwięku
Proces identyfikowania barwy wiąże się z pojęciem transjentów tj. przejściowych stanów poprzedzających lub kończących dźwięk, kiedy to każda ze składowych – zanim osiągnie w miarę stały poziom – narasta z różną intensywnością. Długo brzmiące, jednakowe pod względem wysokości i niezmienne w głośności dźwięki różnych instrumentów, zaczynają być oceniane błędnie.
Najpoważniejszą przeszkodę w wiernym odtworzeniu barwy stanowią mechaniczna (mikrofon, głośnik) i elektryczna (pojemność i indukcyjność układów elektronicznych) „bezwładność” aparatury audio.
Barwa dźwięku zależy też od głośności. Im cichsze dźwięki, tym węższy zakres słyszenia i inne odczucie barwy.
Barwa dźwięku
Bardzo wysoki poziom głośności wyzwala mechanizm obronny. Ucho adaptuje się do takiego sygnału, zmniejszając czułość. W wyniku zmęczenia przeciążone komórki słuchowe pozornie redukują bodziec. Jednak sam dźwięk, a dokładniej jego najsilniejsze składowe ulegają zniekształceniu. Objawia się to powstaniem dodatkowych tonów czyli wszelkich możliwych sum i różnic wszystkich składowych dźwięku.
Jeżeli taki bodziec trwa za długo lub pojawia się zbyt często to może to doprowadzić do upośledzenia słyszenia, a nawet głuchoty.