Физические основы приема, передачи и излучения звуковых колебаний


Санкт-Петербургский Университет Телекоммуникаций им. М.А. Бонч-Бруевича

Контрольная работа по предмету: физические основы приема, передачи и излучения звуковых колебаний.

Вариант: №21.

Санкт-Петербург
2006

Теоретические вопросы.

Номер зачетной книжки № ****21. Вариант № 21 (вопросы 21, 51; задачи 21, 51).

Вопрос 21: каковы частотный и динамический диапазоны слуха?

Граница воспринимаемого ухом тонного диапазона довольно широка и лежит в диапазоне 16 … 20 кГц, а частотная избирательность невелика. Полоса пропускания на уровне 0,71 у резонаторов слухового анализатора меняется от 35 Гц на низких частотах, до 200 Гц на высоких. Вследствие ограниченности числа нервных окончаний вдоль основной мембраны, человек запоминает не более 250 градаций изменения частоты. Число градаций уменьшается с уменьшением интенсивности звука и в среднем равно 150. Даже самые лучшие музыканты не замечают разницы звучания, если значения частоты различаются менее чем на 4%.

Постепенное увеличение частоты от 16 Гц до 20 кГц вызывает восприятие постепенного увеличения тона он самого низкого к высокому. За объективную единицу изменения высоты тона, приближенно отражающий восприятие, принята октава. Октава соответствует изменению частоты в 2 раза.

F0 – исходная частота

Fn=2n*F0

n=log2(Fn/Fo)=3.34lg(Fn/Fo)


3.34lg(20000/20)=3.34*3=10 октав


При восприятии звука слуховой аппарат человека разделяет его на полосы, называемые критические полосы слуха. В полосе от 20 Гц до 16 кГц число критических полос равно 24. Ширина полос возрастает от низких частот к высоким. На частотах выше 500 Гц ширина пропорциональна средней частоте и сохраняется соотношение ΔFкр=0.2Fср.


Порог слышимости – наименьшее значение раздражающей силы (интенсивности звукового давления) вызывающее ощущение звука. Величина порога слышимости зависит от характера, частоты испытательного сигнала, возраста человека и условий измерения. Порог слышимости называют абсолютным при измерении его синусоидальном сигнале в полной тишине. Определяется он для людей в возрасте 18-20 лет при размещении источника звука перед слушателем.

Абсолютному (нулевому) порогу слышимости соответствует эффективное звуковое давление (Н/м2) или сила звука 10-12 Вт/м2 при гармоническом звуковом колебании с частотой 1000 Гц.

Наибольшая чувствительность уха наблюдается на частотах от 2 до 5 кГц.

Увеличение звукового давления до 60..80 Па приводит к ощущению давления на уши – это называется порог осязания. 100 Па – неприятные ощущения. 150..200 Па – болевой порог.

Эффективные значения акустических величин, соответствующих абсолютному порогу слышимости и болевому порогу при частоте 1000 Гц приведено в таблице.

Порог чувствительности уха

Po

Io

Vo

εo

Па

Вт/м2

м/с

Дж/м3

Абсолютный порог слышимости

2*10-5

10-12

5*10-8

3*10-15

Болевой порог

20

102

0.5

0.3

Диапазон изменения уровней для речевого сигнала – 40 – 80 дБ, для музыкальных – 35-100 дБ.

Если силу звука увеличивать в десять раз, то каждому десятикратному увеличению громкости на одну ступень. Принимая за исходное значение силу звука Io получим приблизительно равные ступени изменения громкости при каждом последующем увеличении силы звука в десять раз.

Общее число ступеней, на которое изменится громкость при увеличении силы звука от Io до Im равно M=lg(Im/Io).

Более удобна для использования единица дБ равная десятой части Белла.

N=10lg(Im/Io).

Если в качестве Im и Io принять абсолютные значения порога слышимости и болевого порога (также можно использовать Po, Vo, εo) то получим абсолютный уровень сигнала. Абсолютный уровень сигнала равен 120 дБ. Таким образом максимально слышимый (возможный) динамический диапазон сложной звуковой картины за определенное время прослушивания равен 120 дБ.

Вопрос 51: что такое эквивалентная реверберация?

Реверберация – процесс постепенного затухания плотности звуковой энергии после прекращения действия звука. Звуковая энергия поглощается поверхностями преград и средой (вязкость и теплопроводность воздуха, молекулярное поглощение).Время реверберации оценивается уменьшением звуковой энергии в 106 раз (60 дБ).Для разных по характеру программ требуется разное время реверберации, чтобы звучание было наилучшим. Для речевых программ время реверберации должно быть 0.3 сек, для музыкальной около 1 сек, симфонический оркестр около 2 сек.

Изменение времени реверберации может быть получено с помощью искусственных ревербераторов, которые имитируют звучание в помещении с различным временем реверберации за счет специальной обработки электрического сигнала с последующим его воспроизведением.

Время реверберации определяется по формуле Сэбина. T= (0.161*V)/A, где V – объем помещения, A – полное поглощение помещения.


Эквивалентная реверберация - определяет количественную оценку явления реверберации.

Стационарный сигнал выключается в момент времени t = 0.

Вдали от источника (R >> 1) уровень послезвучания уменьшается по прямой А на 60 дБ спустя время t60. Вблизи источника в момент выключения звука его уровень мгновенно уменьшается, поскольку исчезнут прямые сигналы (L - Lпр). С уровня (L - Lпр) сигнал уменьшается по прямой A`.

Послезвучания A и A` оцениваются слухом как эквивалентные, если оба процесса достигают одного и того же уровня через время t0 » 0.2c после выключения источника (пунктирная кривая).

Время, в течение которого в эквивалентном процессе уровень сигнала уменьшается на 60 дБ, называют эквивалентным временем реверберации.

При R >> 1, tэ » t60;

При R » 0, tэ » 0.

0 < R < ¥ ; 0 < tэ < t60.

Ċ
alex zaharenkov,
28 июн. 2008 г., 14:03
Comments