Глава 3. Основы теории о высоте звука

еще не все; тонкий английский юмор предполагает продолжение. Специаль­ный датчик отключает «пищалку», когда хозяин генератора оказывается в по­мещении. Ловись мышка большая и маленькая. Ну никакого уважения к куль­товому зверю у компьютерщиков всего мира.

Диапазон слышимого звука. Чистый тон

Если звуковую волну на фафике зависимости амплитуды от времени удается изобразить в виде синусоиды, то человек слышит звук одной частоты — чис­тый тон. Пример такой синусоиды изображен на рис. 3.1. Характерно, что в качестве амплитуды сигнала в указанном случае выступает звуковое давле­ние Р, выраженное в Паскалях, то есть в линейных, а не относительных еди­ницах. И еще одно пояснение к рис. 3.1: за нулевую отметку по оси ординат принято нормальное атмосферное давление.

В некотором приближении чистый тон способен создавать лишь один аку­стический инструмент — камертон.

С целью упрощения решения конкретных задач в технической акустике и звуковой электронике считается, что частота слышимого тона совпадает с частотой в герцах синусоидального колебания. В этих разделах науки частоты звуковых колебаний подразделяют на три интервала: с низкими, средними и высокими частотами. К низким относятся частоты, находящиеся в диапазоне от 16 до 200...500 Гц, к высоким — от 2...5 до 20 кГц. Средние частоты располо­жены между низкими и высокими диапазонами частот.

Р, Па

	0,04
	0,02
	0
	-0,02
	-0,04

p(t) = Pcos(wt + ij)/T) Рис. 3.1. Синусоида

Многотоновые звуки, понятие частотного спектра

На практике звуковые колебания с одной-единственной частотой встречают­ся редко. Любые сложные (но периодические) звуковые волны можно раало-жить на сумму чистых тонов.

38

Глава 3. Основы теории о высоте звука

\

Пересчет зависимости амплитуды сигнала от времени в функцию амплиту­ды от частоты можно осуществить с помощью ряда математических преоб­разований. Одной из самых популярных методик является преобразование Фурье. Такой метод называется фурье-анализом по имени французского мате­матика Ж. Фурье (1768—1830), который первым применил его; правда, в от­ношении не звука, а теплоты. Если быть абсолютно точными, то следует за­метить, что чаще всего применяется одна из упрощенных модификаций фу-рье-анализа, называемая «быстрое преобразование Фурье» — БПФ, что в английской транскрипции имеет вид FFT — Fast Fourier transform.

Примеры графиков зависимости относительной энергии звуковых коле­баний от частоты, называемые частотными спектрами звука, представлены на рис. 3.2. Линейную размерность оси ординат при изображении спектро­грамм применять нецелесообразно, так как частотные составляющие с малы­ми уровнями окажутся отображены в виде точек, и их амплитуды невозможно будет сравнивать. В нашем случае уровни измерены в относительных лога­рифмических единицах — децибелах уровня громкости L_B,

Существуют два основных типа таких спектров: дискретный (рис. 3.2, а и рис. 3.2, б) и непрерывный (рис. 3.2, в). Дискретный спектр состоит из от­дельных линий для частот, разделенных пустыми промежутками. В непрерыв­ном спектре в пределах его полосы присутствуют все частоты.

Кстати говоря, если посмотреть, как устроена наша речь, то окажется, что часть звуков образована тонами — дискретными частотами, а часть шумами с непрерывным спектром. Та часть, которая состоит из тонов, может быть

■

W —

f-

/Гц

L,,, дБ

/,ГЦ

Рис. 3.2. Примеры частотных спектров: . а) — синусоида; б) — ряд тонов; в) — непрерывный

39