1. Звук как физическое явление — это механические колебания упругой среды в диапазоне слышимых частот. Звук как физиологическое явление — это ощущение, воспринимаемое органом слуха при воздействии на него звуковых волн.

Звуковые волны возникают всегда, если в упругой среде имеется колеблющееся тело или когда частицы упругой среды (газообразной, жидкой или твердой) колеблются вследствие воздействия на них любой возбуждающей силы. Однако не все колебательные движения воспринимаются органом слуха как физиологическое ощущение звука. Ухо человека может слышать лишь колебания, частота которых составляет от 16 до 20 000 в 1 с. Ее измеряют в герцах (Гц). Колебания с частотой до 16 Гц называются инфразвуком, более 20 000 Гц — ультразвуком, и ухо их не воспринимает. В дальнейшем будет идти речь лишь о слышимых ухом звуковых колебаниях.

Звуки могут быть простыми, состоящими из одного синусоидального колебания (чистые тона), и сложными, характеризующимися колебаниями различных частот. Звуковые волны, распространяемые в воздухе, называются воздушным звуком. Колебания звуковых частот, распространяющиеся в твердых телах, называют звуковой вибрацией, или структурным звуком.

Часть пространства, в которой распространяются звуковые волны, называют звуковым полем. Физическое состояние среды в звуковом поле, или, точнее, изменение этого состояния (наличием волн), характеризуется звуковым давлением (р). Это избыточное переменное давление, возникающее дополнительно к атмосферному в среде, где проходят звуковые волны. Измеряют его в ньютонах на квадратный метр (Н/м2) или в паскалях (Па).

Звуковые волны, возникающие в среде, распространяются от точки их появления — источника звука. Необходим определенный отрезок времени, чтобы

ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ШУМА

звук достиг другой точки. Скорость распространения звука зависит от характера среды и вида звуковой волны. В воздухе при температуре 20 °С и нормальном атмосферном давлении скорость звука составляет 340 м/с. Скорость звука (с) не следует смешивать с колебательной скоростью частиц (у) среды, являющейся знакопеременной величиной и зависящей как от частоты, так и от величины звукового давления.

2. 4.1. Динамический диапазон

Динамический диапазон определяет максимальное изменение уровня звука в аудиоматериале, он выражается в децибелах и равен разности между самой громкой и самой тихой частью аудиоматериала. Иногда на фоне шумов самая тихая часть музыкального фрагмента может оказаться неслышимой, в этом случае динамический диапазон будет определяться разностью между самой громкой частью музыкального произведения и уровнем шумов.

Динамический диапазон используется и для характеристики звуковых систем. Любая звуковая система имеет собственный шум, являющийся остаточным электронным шумом системы. Динамический диапазон звуковой системы равен разности между пиковым уровнем звука на выходе и уровнем внутренних шумов.

Динамический диапазон рок-н-рольной музыки

Для рок-н-рольной музыки характерен самый широкий динамический диапазон. Уровень звукового давления у микрофонов (не в аудитории) на таких концертах может изменяться от 40 дБ (что соответствует шуму в аудитории при кратковременных паузах в исполнении, улавливаемому микрофоном) до 130 дБ (это выше болевого порога, но звуки такой громкости исполнители издают в микрофон, а до слушателей они доходят менее громкими). Чтобы определить динамический диапазон такого концерта, следует из пикового уровня звукового давления вычесть уровень шумов:

Динамический диапазон = Пиковый уровень - Уровень шумов = 130 дБ - 40 дБ = 90 дБ.

Примечание. дБ - это отношение двух сигналов, и в этом случае мы описываем, как соотносятся сигналы 130 дБ SPL и 40 дБ SPL. Разница между ними составляет 90 дБ, но данное значение никак не связано с уровнем звука 90 дБ SPL, отнесенного к 0,0002 дин/см2. Динамический диапазон всегда указывается в дБ, его никогда не следует выражать в единицах дБ SPL, дБm, дБu, отнесенных к какому-то абсолютному значению.

Электрический динамический диапазон звуковой системы

Электрический уровень сигнала звуковой системы (в дБu) пропорционален уровню звукового давления (в дБ SPL) у микрофона. Реальные уровни электрического сигнала, определяются чувствительностью микрофонов, уровнем усиления предусилителей мощности и другой аппаратурой, но эти величины являются постоянными и соответствуют тем, что приведены в спецификациях.

При уровне звукового давления у микрофона 130 дБ SPL максимальные линейные уровни на выходе микшерного пульта могут достигать +24 дБu (12,3V), а максимальные уровни на выходе каждого усилителя мощности - пиковых значений 250 Вт (подобных усилителей может быть и несколько). При уменьшении уровня звука до 40 дБ SPL минимальный линейный уровень уменьшается до 66 дБu (388 мV), а уровень сигнала на выходе усилителя мощности снижается до 250 нВт.

При этом динамический диапазон аудиоматериала на выходе микшерного пульта остается таким же, как у сигнала, снимаемого с микрофона: Динамический диапазон = Пиковый уровень - Уровень шумов = +24 дБu - (-66 дБu) = 90 дБ.

А что можно сказать относительно динамического диапазона на выходе усилителя мощности? Как соотносятся в децибелах 250 Вт и 250 нВт можно легко рассчитать, используя формулы, приведенные в главе 3: дБ = 10 log (P1/P0)= 10 log (250/0,000000250) = 10 log (1000000000) =10 · 9 = 90 дБ.

Соответствие величин дБ SPL и дБu, дБm или дБW сохраняется на всех участках звуковой системы от источника звука у микрофона до выхода на систему громкоговорителей. При изменении уровня звука на 90 дБ, электрическая мощность изменится на столько же. В электрической цепи, которая возбуждается данным звуком (предполагается, что усиление носит линейный характер, т.е. в системе не применяется компрессия, эквализация, ограничение и отсечку сигналов) разность между двумя уровнями звукового давления, выраженная в децибелах, всегда соответствует разности мощностей в дБm или разности напряжений в дБu. Такое соотношение характерно для систем любого типа: звукоусиления, звукозаписи, вещательных.

Диапазон частот — полоса излучаемых источником частот, которой зачастую присвоено условное наименование, одно из важнейших понятий радиотехники, а также физико-технических дисциплин в целом. Это понятие имеет общий характер, то есть можно говорить или о диапазоне частот какого-либо конкретного излучателя (природного или искусственного происхождения), или о диапазоне, выделенном какой-то радиослужбе, или, например, об обобщённой разбивке всей полосы радиочастот. Примеры выделенных радиодиапазонов

• Диапазон средних волн с амплитудной модуляцией (530—1610 кГц).

• Различные диапазоны коротких волн (5,9—26,1 МГц).

• Гражданский диапазон (26,965—27,405 МГц).

• Частоты телевизионных каналов (48,5—862,0 МГц).

• Диапазон ультракоротких волн c частотной модуляцией (87,5—108 МГц, кроме 76—90 МГц в Японии; в России также 65,9—74 МГц).

• ISM диапазон.

• Диапазоны военных частот. 42-48 МГц , (224-280 МГц военная авиация)

• Диапазоны частот гражданской авиации (108-118 навигационные для ILS , VOR)(118—136,975 МГц).

• Международный морской диапазон 156,050-162,025 МГц. Речной диапазон (Россия) 300-337 МГц .

[Править]Диапазоны радиочастот в гражданской радиосвязи

В России для гражданской радиосвязи с использованием радиоэлектронных устройств, не требующих регистрации в территориальных гос. органах по надзору в сфере связи, выделены три диапазона частот:

• 27 МГц (гражданский диапазон), с разрешённой выходной мощностью передатчика до 10 Вт;

• 433 МГц (LPD), выделено 69 каналов для носимых радиостанций с выходной мощностью передатчика не более 0,01 Вт;

• 446 МГц (PMR), выделено 8 каналов для носимых радиостанций с выходной мощностью передатчика не более 0,5 Вт.

Данные диапазоны совершенно безнаказанно можно использовать в практических целях.

Естественно, возможность системы играть гормко -- это существенный, но не главный параметр правильно построенного звука. Важно, чтобы музыкальный или кинотеатральный комплекс мог при этом звучать без искажений, охватывая весь слышимый частотный диапазон. Что же такое частотный диапазон и насколько он должен быть широк?

Традиционно считается, что наш слух воспринимает звуки примерно от 20 до 20 000 Hz. Это весьма субъективный показатель, у каждого конкретного человека он может отличаться. Сложнее всего услышать частоты ближе к верхней границе этого диапазона. Кто то вполне четко слышит пресловутые 20 000 Hz, кто то -- только 15 000... Более того, способность воспринимать высокие частоты обычно изменяется с возрастом. Как правило, дети достаточно легко слышат звуки выше 20 000 Hz, для взрослых же, особенно после 40 лет, это может быть очень непростой задачей. Тем не менее, большой трагедии здесь нет. 

Описанный частотный диапазон 20 - 20 000Hz принято разделять на поддиапазоны. Самый важный из -- средние частоты, так называемая «середина». В нем сосредоточено максимум музыкальной информации. Ее настолько много, что сами средние частоты делятся собственно на середину, верхнюю середину и нижнюю середину. Четких границ этого деления не прописано, гораздо важнее, какие именно звуки принято относить к соответствующим диапазонам. Так, середина -- это основной спектр звучания большинства музыкальных инструментов, в том числе и многих электронных. В верхней середине уже начинают работать тарелки или например треугольник. Туда же попадают явно слышимые обертона или послезвучия подавляющего большинства остальных инструментов, что придает их звучанию пышность, детальность и звонкость. Нижняя середина -- основной диапазон звучания человеческого голоса.  Низкие частоты охватывают диапазон 20-120 Гц и так же разделяются на три поддиапазона -- верхний, средний и нижний бас. Верхний бас -- это в первую очередь грудные составляющие голоса, так называемые «форманты», именно они придают голосам телесность и естественность. Там же активно отрабатывают большинство ударных, контрабас и бас-гитара. Зона среднего баса -- основной диапазон большого контрабаса, крупных барабанов и духовых. Именно на стыке верхнего и среднего баса находится тот диапазон частот, который при высоких уровнях вызывает тактильные ощущения нашего тела, когда звук воспринимается не ушами, а скорее диафрагмой. Не менее важен и нижний бас. Это зона самых низких послезвучий басовых инструментов. Низкий бас придает звуку основательность, естественность и объем. Именно низкий бас ответственен за так называемый «драматизм», особенно ярко проявляющийся при просмотре соответствующих фильмов.

Если вернуться к непосредственно к высоким частотам, в этом диапазоне сосредоточены верхние обертона ряда музыкальных инструментов, для которых основным диапазоном являются средние и верхние средние частоты.  В реальном звуковом сигнале их спектр редко превышает 19 000 Hz.  В звучании высокочастотный диапазон ответственен за такназываемую «воздушность». Избирательность человеческого слуха (т.е возможность различать звуки рядом находящихся частот) на высоких значительно ниже, чем в среднем диапазоне. При всей важности высоких частот для формирования общей картины, нам физически сложно извлекать оттуда много звуковой информации. Именно по этой причине высокочастотный диапазон не принято разделять на поддиапазоны как середину и бас.

3. Реверберация — это процесс постепенного уменьшения интенсивности звука при его многократных отражениях.^[1] Иногда под реверберацией понимается имитация данного эффекта с помощью ревербераторов. Эхосигнал представляет отражённую от препятствия звуковую волну. Явление реверберации состоит в суперпозиции различных эхосигналов от одного источника звука. Эффект реверберации можно наблюдать в закрытых помещениях после выключения источника звука. Художественно-эстетическое впечатление, создаваемое реверберацией, зависит от контекста звукового произведения и определяется в высших отделах головного мозга. Обычно избыточная длительность реверберации приводит к неприятной гулкости, «пустоте» помещения, а недостаточная — к резкому отрывистому звучанию, лишённому музыкальной «сочности». Искусственно создаваемая реверберация в определённых пределах способствует улучшению качества звучания, создавая ощущение приятного «резонанса» помещения.

При записи речи, пения, музыки, а также создания различных шумовых эффектов использование искусственной реверберации является составной частью общей обработки аудиосигнала. Такой вид обработки определяется как техническими условиями проведения записи, так и художественно-эстетическими задачами. Реверберацию используют для улучшения и подчёркивания художественной выразительности речи, пения, звучания отдельных музыкальных инструментов. Так, например, при записи музыкальных программ в помещении с неудовлетворительной акустикой или малого для данного состава исполнителей объёма обычно не удаётся получить необходимое соотношение между гулкостью и чёткостью звучания. В этом случае применение искусственной реверберации позволяет добиться улучшения качества звучания музыкальной программы. Аналогично, реверберация помогает создать необходимую акустическую окраску голоса или инструмента при записи вокалиста или солирующего инструмента, когда он «тонет» в звучании сопровождающего ансамбля.

С помощью реверберации можно создать эффект приближения и удаления источника звука. Для этого постепенно изменяют уровень реверберации, создавая иллюзию изменения акустического отношения, а значит, и впечатление изменения звукового плана. При озвучивании видеофильма или звуковом оформлении презентации нередко возникает потребность подчеркнуть акустическую обстановку того или иного места действия. Для этого также используют эффект реверберации.

Эффект реверберации может нести не только характер внешнего оформления, но и использоваться как средство усиления драматического действия. Известно, например, какое действие производит шёпот, записанный с большим временем реверберации. Необходимо также помнить, что на фоне музыки, записанной с реверберацией, наблюдается более чёткая разборчивость речи, чем при наложении на музыку, записанную без реверберации. Однако следует избегать чрезмерного увлечения реверберацией, так как это может отразиться на чёткости звучания.

Первыми устройствами, позволявшими получить управляемый искусственный эффект реверберации, были пружинные ревербераторы.

Резона́нс (фр. resonance, от лат. resono — откликаюсь) — явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний, которое наступает при приближениичастоты внешнего воздействия к некоторым значениям (резонансным частотам), определяемым свойствами системы. Увеличение амплитуды — это лишь следствиерезонанса, а причина — совпадение внешней (возбуждающей) частоты с внутренней (собственной) частотой колебательной системы. При помощи явления резонанса можно выделить и/или усилить даже весьма слабые периодические колебания. Резонанс — явление, заключающееся в том, что при некоторой частоте вынуждающей силы колебательная система оказывается особенно отзывчивой на действие этой силы. Степень отзывчивости в теории колебаний описывается величиной, называемойдобротность. Явление резонанса впервые было описано Галилео Галилеем в 1602 г в работах, посвященных исследованию маятников и музыкальных струн.

Э́хо (от нем. eсhо из лат. ēсhō от греч. ἠχώ — отзвук) — физическое явление, заключающееся в принятии наблюдателем отражённой от препятствий волны (электромагнитной, звуковой и др.)

Звуковое эхо — отражённый звук. Обычно эхо замечают, если слышат также прямой звук от источника, когда в одной точке пространства можно несколько раз услышать звук из одного источника, пришедший по прямому пути и отражённый (возможно несколько раз) от окружающих предметов. Так как при отражении звуковая волна теряет энергию, то звуковая волна от более сильного источника звука сможет отразиться от поверхностей (например стоящих друг напротив друга домов или стен) много раз, проходя через одну точку, что вызовет многократное эхо (такое эхо можно наблюдать от грома).

Эхо обусловлено тем, что звуковые волны могут отражаться твердыми поверхностями, это связано с динамической картиной разрежений и уплотнений воздуха вблизи отражающей поверхности. В случае, если источник звука расположен неподалеку от такой поверхности, повернутой к нему под прямым углом (или под углом, близким к прямому), звук, отразившись от такой поверхности, как круги на воде отражаются от берега, возвращается к источнику. Благодаря эху, говорящий может вместе с другими звуками слышать свою собственную речь, как бы задержавшуюся на некоторое время. Если источник звука находится на достаточном расстоянии от отражающей поверхности, а кроме источника звука поблизости нет никаких дополнительных звуковых источников, то эхо становится наиболее отчетливым. Эхо становится различимым на слух, если интервал между прямой и отражённой звуковой волной составляет 50-60 мсек, что соответствует 15-20 метрам, которые звуковая волна проходит от источника и обратно, при нормальных условиях.