Уровень громкости

Условились за уровень громкости любого звука принимать уровень в дБ равногромкого с ним тона частотой 1 кГц. За 1 уровня громкости принята единица фон. Обозначается L_{G фон}=L_{I 1000 Гц, дБ}. Чтобы определить уровень громкости нужно взять чистый тон 1 кГц и изменять его уровень интенсивности до тех пор, пока его громкость не будет на слух одинаковой с громкостью определяемого звука. При этом искомая величина громкости этого звука в фонах будет численно равна уровню интенсивности эталонного звука.

Эффект маскировки

В условиях шума и помех порог слышимости для приема слабого звука возрастает. Это повышение порога слышимости – маскировка. Величина маскировки определяется величиной повышения порога слышимости для принимаемого звукового сигнала: M=L_псш-L_пст. При повышении порога слышимости соответственно изменяется и уровень ощущения. Уровень ощущения в условиях шума , где- интенсивность звука порога слышимости в условиях шума., М – маскировка. Уровень ощущения звукового сигнала изменяется при изменении уровня шумовых помех, даже при неизменном уровне самого сигнала. Низкочастотные тона сильнее маскируют высокочастотные, чем наоборот. При разности частот около нескольких 10-ков Гц величина маскировки начинает уменьшаться из-за биений и при равенстве частот она имеет минимум. Такие же минимумы наблюдаются и на частотах, кратных частоте маскирующего тона. Это вызывает появление биений между маскирующим тоном и его субъективными гармониками.

Кривые маскировки для ряда частот и их уровней

По оси Х отложена частота маскируемого тона, по оси ординат – величина маскировки. Параметры кривых – уровень ощущений маскируемого тона.

(РИСУНОК)

Громкость сложных звуков

Если тональные или шумовые составляющие попадают в одну и туже частотную группу, то их суммирование происходит по интенсивности. Громкость такого сложного звука определяется суммарной интенсивностью, т.е. суммарный уровень для двух составляющих с одинаковым уровнем будет на 3 дБ выше и на столько же увеличится уровень громкости (если уровень составляющих выше 70 дБ). Если несколько тонов или узкополосных шумов расположены на частоте так далеко друг от друга, что их взаимной маскировкой можно пренебречь, то их суммарная громкость будет равна сумме громкостей каждой из составляющих. Если составляющие сложного звука расположены по частоте близко друг к другу и наблюдается взаимная маскировка между ними, то громкость такого сложного звука будет меньше суммы громкостей всех составляющих.

Первичные акустические сигналы и их источники

К первичным сигналам относят сигналы, создаваемые речью, а также шумовые сигналы. Акустические сигналы относятся к случайным процессам. В музыкальных сигналах очень большие участки могут иметь периодический характер, но в среднем для больших интервалов времени и музыкальные сигналы могут считаться случайными. Поэтому акустические сигналы определяют распределениями по времени, по уровню и частоте, средним значением по уровню, динамическим диапазоном, формой спектра, частотным диапазоном и временем корреляции отдельных участков сигнала.

Динамический диапазон и уровни

В процессе передачи речевой информации уровень акустического сигнала непрерывно изменяется . Диапазон изменения может быть довольно широким. На рисунке показана зависимость уровней сигнала от времени, называемая уровнеграммой. Она представляет собой временную зависимость уровня.

(РИСУНОК)

 - динамический диапазон, П - пик-фактор, ω – вероятность превышения заданного уровня.

С определенной степенью точности можно считать, что уровень сигнала изменяется по случайному закону, поэтому его можно характеризовать интегральным распределением и средними значениями для этого распределения. Установлено, что среднее распределение уровней, полученных для первичных речевых сигналов, близко к нормальному. Введено понятие квазимаксимального уровня сигнала. Для этого уровня относительная длительность существования уровней не ниже L_макс, равна 1% для речевых и информационных сигналов. Квазиминимальный уровень – для этого уровня относительная длительность существования уровней выше L_мин составляет 99 %. Что адекватно относительной длительности существования уровней не выше L_мин, равной 1-2 %.

Разность между квазимаксимальным и квазиминимальным уровнями называется динамическим диапазоном речевого сигнала. Т.о. , находят динамические диапазоны для ряда первичных акустических сигналов, включая речевой. Вещательный диапазон очень широк, поэтому в большинстве случаев не может быть передан через тракты вещательных каналов без предварительной обработки, например сжатие или компрессия динамического диапазона. Речевой сигнал имеет широкий динамический диапазон по отношению к трактам связи, поэтому при передачи его также приходится предварительно сжимать.

Поскольку уровень акустического сигнала изменяется в широких пределах, то введено понятие ср. уровня. Ср. уровень интенсивности акустического сигнала можно определить или исходя из того, как человек его ощущает, или как он воспринимается соответствующей аппаратурой: т.е. как среднестатистический для участков и интервалов времени, достаточно длительных, или как средний уровень, измеряемый прибором, имеющим большую постоянную времени (порядка 5 с.). Для первичных сигналов необходимо знать эти средние значения, т. к. первичный сигнал в системах связи принимается и человеком и аппаратурой. Все эти средние значения можно измерить, если соответственно подобрать постоянную времени. Для получения усредненного значения постоянную времени берут порядка 15 с. Пик-фактор – разность между квазимаксимальным и усредненным за длительное время (около 15 с. для речи) уровнями. Пик-фактор показывает, на сколько ниже надо взять усредненный уровень передачи по сравнению с уровнем ограничения в канале, чтобы не перегружать канал.



f(t) – временная зависимость интенсивности сигнала.

В таблице приведены данные для речи пиковой мощности и пик-фактора.

Условия произнесения речи	Расстояние, см	Среднее звуковое давление, Па	Пиковое значение мощности, мВт	Пик-фактор, дБ	Область пиков, Гц
Телефонная речь:
- средняя	2,5	2	0,24	12	250…500
- громкая	2,5	4	4	18	500…1000
- тихая	2,5	1	0,025	8	250…500
Обычный разговор	100	0,05	0,5	10	250…500
Оратор	100	0,1	2	12	250…500