Parametry dźwięku

18 cze 2015

Parametry dźwięku

Amplituda dźwięku to parametr określający jego siłę, czyli głośność. Ucho ludzkie to stosunkowo czuły aparat pomiarowy, wyposażony w dużą tolerancję na głośność. Dokładnym parametrem określającym głośność (amplitudę) dźwięku jest ciśnienie akustyczne, oznaczone jako SPL (od Sound Pressure Level). Wielkość ta określa różnicę pomiędzy głośnością odniesienia (zerową) a mierzoną i jest wyrażana za pomocą skali logarytmicznej (logarytm dziesiętny) i mierzona w decybelach (dB). Dlaczego? Bo tak właśnie działa ludzki słuch i… tak jest prościej. Oczywiście głośność dźwięku można także wyrazić w postaci zmiany ciśnienia na metr kwadratowy (czyli w Pascalach), ale wtedy zamiast wygodnych wielkości całkowitych dB musielibyśmy posługiwać się ułamkami, gdyż percepcja głośności przez słuch ludzki rozciąga się od 0.000006 Pa (-10 dB) do 20 Pa (120 dB). Inną, dużo rzadziej stosowaną jednostką głośności dźwięku, jest fon. Uwzględnia on fizjologię ludzkiego ucha i nierównomierność w zależności od częstotliwości dźwięku – zagadnienie to jest pokrótce omówione pod hasłem Korekcja A.

Częstotliwość to wielkość fizyczna, która określa powtarzalność zjawiska w jednostce czasu. W przypadku dźwięku częstotliwość to parametr określający jego wysokość. Im więcej drgań na sekundę, tym dźwięk jest wyższy i „cieńszy”, a im mniej – tym niższy i „grubszy”. Ucho ludzkie jest w stanie wychwycić głębokie basowe pomruki niskich (małych) częstotliwości od okolic 20-22 Hz do ledwie słyszalnego syku częstotliwości wysokich (dużych) z okolic 20 000 Hz, czyli 20 kHz.

Faza jest ściśle związana z okresem (czasem). W drganiach harmonicznych (czyli cyklicznych, powtarzających się, gdzie punkt drgający stara się powrócić pod wpływem działających na niego sił do stanu równowagi) faza może być zerowa w momencie, gdy drganie rozpoczyna się od amplitudy 0 przy czasie zerowym lub przesunięta, gdy drganie przy zerowym czasie ma już jakąś głośność (amplitudę). Zniekształcenia i przesunięcia fazowe są bodajże największą bolączką urządzeń grających, służących do odtwarzania muzyki – zwłaszcza konstrukcji głośnikowych.

Prędkość rozchodzenia się dźwięku w powietrzu wynosi 340 metrów na sekundę. Oznacza to, że np. po zobaczeniu błyskawicy w odległości 1 km, dźwięk grzmotu dotrze do nas po mniej więcej 1 sekundzie. Ma ona ścisły związek z charakterem ośrodka, jego gęstością i cechami fizycznymi. Dla przykładu, prędkość dźwięku w wodzie wynosi 1500 m/s, a w stali nawet do 6000 m/s.

Korekcja A, czyli inaczej krzywe Fletchera-Munsona, uwzględniają realną czułość naszego słuchu na głośność dźwięku w zależności od jego częstotliwości. Czy to znaczy, że…? Dokładnie tak – nasz słuch nie jest liniowy i w drodze ewolucji znacznie lepiej wykształcił się w zakresie średnich tonów, które są dużo lepiej słyszalne niż wysokie, a te z kolei nieco lepiej słyszalne niż niskie. Jeśli chodzi o umowny poziom głośności dowolnego dźwięku, dostosowany do ludzkiego słuchu, określa się ją w fonach, która to wielkość w przybliżeniu jest poziomem ciśnienia akustycznego SPL z uwzględnieniem krzywej słyszenia A (Rys.). Fon jest liczbowo równy poziomowi (w dB) tonu o częstotliwości 1 kHz, którego głośność dla innej częstotliwości jest tak samo słyszalna. Dźwięki o tej samej liczbie fonów wywołują to samo wrażenie głośności, jednak w zależności od częstotliwości, ich bezwzględny poziom ciśnienia może się znacznie różnić, jednak ucho ludzkie słyszy je na podobnym poziomie głośności. Jeśli przeanalizujemy dokładnie rysunek, okaże się, że nasz słuch jest najczulszy dla częstotliwości 1 – 6 kHz. Przy najniższym poziomie dźwięku do usłyszenia pełnego pasma potrzeba o 20 dB większej głośności wysokich tonów, a w zakresie najniższego basu ta głośność musi być większa nawet o 50 dB! Im głośniejszy sygnał, tym mniejsze różnice i słuch ludzki jest bardziej liniowy – dla progu bólu i uszkodzenia słuchu (120 dB) różnice te wynoszą odpowiednio: 10 dB powyżej 10 kHz i mniej więcej tyle samo poniżej kilkuset Hz.

Widoczne na rysunku krzywe przedstawiające tę „przypadłość” ludzkiego słuchu to izofony.

Dolna granica słyszalności i granica bólu wyznaczają obszar (powierzchnię) słyszalności. Zakres odbieranych częstotliwości wynosi średnio od 20 Hz do 20 kHz, a poziomów (dla częstotliwości 3 kHz) od -10 dB do 130 dB.

To portal poświęcony wszystkiemu co związane ze sprzętem audio, dźwiękiem oraz muzyką. Autorem wszystkich artykułów jest Radosław Pasternak - pasjonat muzyki, na co dzień pracownik krakowskiego salonu muzycznego Nautilus.

Aktualności

/ /