2.12.4. Звук

Определение. Звук – это волновые колебания в упругой среде (в воздухе, воде, металле и т.п.). Для обозначения звука часто используется термин звуковая волна.

Основными параметрами любой волны и звуковой в частности, является частота и амплитуда колебаний. Частота звука измеряется в герцах (Гц, количество колебаний в секунду). Человеческое ухо способно воспринимать звук в достаточно широком диапазоне частот: от 16 Гц до 20кГц. В нетехнических областях (например, в музыке) вместо термина частота используют термин тон.

Амплитуда звуковых колебаний характеризует воспринимаемую громкость звука и называется звуковым давлением или силой звука. Абсолютную величину звукового давления измеряют в единицах давления паскалях (Па).

Человеческое ухо может воспринимать огромный разброс значений амплитуды звуковой волны. Порог слышимости – самые слабые различимые человеческим ухом звуки – имеют амплитуду колебаний около 20 мкПа. Самые сильные звуки, которые еще не травмируют органы слуха, могут иметь амплитуду до 200 Па. Звуковая волна такой силы называется болевым порогом.

В силу строения человеческого уха увеличение амплитуды в десятки раз человеком воспринимается как незначительное увеличением силы звука. Поэтому на практике для измерения амплитуды звука обычно используется адаптированная для человека логарифмическая шкала децибелов.

Эта шкала работает с относительной силой звука, или уровнем звука. Уровень звука определяют как логарифм отношения абсолютной величины звукового давления к величине порога слышимости, скорректированный с помощью специального коэффициента: L= 20lg(P_зв/P_пс), где L – это величина звука, измеряемая в децибелах (дБ).

Приведем некоторые значения уровней звука:

Порог слышимости	0 дБ
Шорох листьев, шум слабого ветра	10–20 дБ
Шепот (например, на задней парте)	20–30 дБ
Разговор средней громкости	50–60 дБ
Автомагистраль с интенсивным движением	80–90 дБ
Авиадвигатели	120–130 дБ
Болевой порог	140 дБ

2.12.5. Понятие звукозаписи

Люди давно научились записывать различные звуки и потом воспроизводить их. Сам процесс сохранения информации о параметрах звуковых волн называется звукозаписью. Сначала люди освоили аналоговые способы записи и хранения звуковой информации. При аналоговой записи на носителе размещается непрерывный «слепок» звуковой волны. Например, на музыкальные пластинки наносится непрерывная канавка, изгибы которой повторяют амплитуду и частоту звука, на магнитофонной ленте параметры звука сохраняются в виде намагниченности рабочей поверхности, намагниченность поверхности непрерывно изменяется, повторяя параметры звука.

С появлением компьютеров люди захотели хранить звук в компьютере и воспроизводить его с помощью ЭВМ. Однако аналоговая запись не подошла для такого хранения. В компьютере используется только цифровая форма записи звука. При цифровой записи звук необходимо подвергнуть подготовительным процедурам, а именно временной дискретизации и квантованию. Дискредитация выполняется для того, чтобы от бесконечного количества информации, которое содержит звук, перейти к конечному количеству информации.

При цифровой звукозаписи значения амплитуды звукового сигнала измеряются не непрерывно, а через равные небольшие промежутки времени (временная дискретизация) и записываются с некоторой точностью, то есть округляются до некоторого значения – уровня, на которые предварительно разбивается диапазон всех возможных значений (квантование). Из-за этих процедур цифровая запись, в отличие от аналоговой, несет двойное искажение. Во-первых, теряется информация о реальном значении амплитуд в моменты времени между замерами, а во-вторых, сами измеренные значения записываются с некоторой точностью.

В компьютер приходит не сам звук, а электрический сигнал, снимаемый с какого-либо устройства: микрофона, преобразующего звуковое давление в электрические колебания, магнитофона, радио, эхолота или любого другого устройства, вырабатывающего электрические сигналы. Электрические сигналы переводятся в цифровую запись способом импульсно-кодовой модуляции.