Хорошо, мы уточнили объем и восприятие. Но как узнать, насколько громкими будут колонки и достаточно ли они громки, чтобы сотрясти нужную комнату?
Физика звука? Что такое громкость? Разбор
Если вы когда-нибудь брали в руки музыкальную колонку, вы поймете, что это не так просто, особенно если вы не являетесь экспертом в области звукорежиссуры. И хорошо, если вы можете послушать свои колонки в магазине, но если вы не можете, как вы узнаете?
Чем больше ватт, тем громче, верно? Но громкость в децибелах…
Интенсивность звука в децибелах или ваттах, диапазон частот — что все это значит? А если вы спросите о соотношении сигнал/шум? И это не значит, что звук — дело вкуса.
Насколько хорошо звучат музыкальные колонки? Насколько силен бас? Может ли он оживить комнату, дом или целый район? Почему и как мы слушаем, и как производители принимают это во внимание и воплощают в советы. Сегодня мы хотим показать вам, как выбрать лучший динамик для вас.
Что такое звук?
Для начала давайте кратко вспомним уроки физики и то, что такое звук. Это механическая вибрация, распространяющаяся в воздухе, в жидкости или даже в твердом теле в виде волн. Но для нас звук — это, по большей части, просто вибрация давления в воздухе.
Давление меняется, наша барабанная перепонка воспринимает эти изменения, и мы слышим звук!
Чем больше колебания давления, тем громче звук. Кажется, что это так просто. Но именно здесь физика начинает смешиваться с человеческими чувствами, и все становится сложнее.
Восприятие громкости
Во-первых, давайте рассмотрим значение децибел. Все думают, что это как-то связано с громкостью звука. На самом деле, дБ — это универсальная величина, которая относится к значениям в очень широких диапазонах. Поскольку децибелы находятся в логарифмической шкале, их формула представляет собой логарифм отношения двух величин. То есть логарифм показывает не то, насколько громким является звук, а то, на сколько порядков звук сильнее базового уровня.
Например, утверждение «громкость звука составляет 30 дБ» означает, что громкость звука в 1 000 раз превышает порог слышимости человека. Но все не так просто. Изменения давления воздуха измеряются в децибелах, но наше восприятие интенсивности звука измеряется другой величиной — фоновым уровнем!
Начнем с того, что все мы слышим частоты по-разному. Дело в том, что чувствительность нашего уха к разным частотам сильно отличается. Поэтому громкость больше связана с нашими ощущениями, чем с давлением.
Фон (греческий звук)
Фоном служат кривые интенсивности, основанные на среднем опыте нормально слышащих людей в возрасте от 18 до 25 лет. Для этого даже существует ГОСТ, ISO 226. Так что не волнуйтесь — все официально. Были протестированы люди с промытыми ушами.
Шкала фонов отличается от шкалы децибел тем, что соотносит значения интенсивности с чувствительностью человеческого слуха на разных частотах.
Например, тон частотой 1000 Гц начинает быть слышимым при 0 децибел, то есть точно на пороге слышимости. Тон 20 Гц, с другой стороны, можно услышать только на уровне около 80 децибел.
По этой причине басовые колонки нуждаются в больших и мощных динамиках для воспроизведения низких частот. JBL Partybox 310 имеет два таких динамика, каждый диаметром 176 мм. Но и здесь, разумеется, за высокие частоты отвечают два динамика, причем меньшего диаметра — 65 мм.
Кстати, с этими кривыми есть интересный момент. Если построить на графике звуки разных языков, то окажется, что наша речь попадает точно в промежуток на графике — примерно от 250 до 5000 Гц. То есть, конечно, у нас есть некий материальный усилитель для речи. И мы слышим свист громче. Это причина, по которой они нас раздражают.
Во-вторых, мы воспринимаем громкость нелинейно. Мы можем различать тихие звуки гораздо лучше, чем громкие.
Именно поэтому шкала громкости, которую мы называем децибелами, также не линейная, а логарифмическая. Это означает, что если мы увеличим громкость в 10 раз, то получим +10 дБ, а если в 100 раз, то +20 дБ. Это объясняет, почему разница между громкой музыкой в 110 децибел и шумом оружия (200 дБ) не кажется такой большой в децибелах. Мы знаем, что вы можете стать шумовой пушкой даже при 100 децибелах, но это зависит от выбора песни.
От чего зависит громкость звука
Вы найдете это интересным: Функции и основные направления деятельности классного руководителя: понятие, методы воспитания детей, цели и задачи педагога.
Это значение зависит от частоты звука и длины волны, звукового давления и энергии звукового потока. Но сначала о главном.
От чего зависит интенсивность звука? В физике давно известно, что интенсивность звука определяется свойствами волны. Чем быстрее вибрирует источник звука, тем выше частота волны и тем короче ее длина. Мы описываем высокочастотные звуки как мягкие, мы воспринимаем их как тонкие. Из-за короткой длины волны мы можем слышать их только на небольшом расстоянии. Низкочастотные звуки воспринимаются как резкие и громкие и слышны на расстоянии.
Акустическое давление и звуковой поток
От чего зависит громкость звука? Помимо свойств волны, она также зависит от звукового давления. Это давление, которое выше атмосферного и создается вибрирующим телом. Когда источник звука движется с большой амплитудой и низкой частотой, давление значительно возрастает.
Давление создает энергию звукового потока. Эта величина измеряется в Вт/м2 и показывает, сколько кинетической энергии проходит через поверхность за 1 секунду. Чем выше давление, тем интенсивнее ток.
Громкость звука и его энергия
Вопрос о том, насколько громким является звук, зависит от физики и дает нам ответ: поток звуковой энергии. Если предположить, что энергия увеличивается в 10 раз, то объем увеличивается на один промилле (1б). бел — это единица объема, но для простоты и точности измерения было решено использовать децибелы (1 дб = 0,1 б).
Обозначим исходную энергию звука как E0. Если она увеличена в 10 раз и равна 10 E0, то интенсивность звука увеличивается на 10 дБ, если увеличена в 100 раз, то интенсивность звука увеличивается на 20 дБ и т.д. Вариации звуковой энергии, которые может воспринять человеческое ухо, ограничены. Его диапазон составляет 10 триллионов раз, что соответствует изменению интенсивности на 130 дБ. Минимальный уровень звуковой энергии составляет E0=10-12 Вт/м2. Не все могут услышать этот тихий звук, кроме людей с очень хорошим слухом. Все звуки сравниваются с E0, чтобы классифицировать их как тихие или громкие.
Для наглядности приведем примеры наиболее распространенных звуков и сравним их интенсивность и уровень энергии. Предполагается, что звуки воспринимаются людьми на расстоянии нескольких метров.
Звуковая энергия (Ватт/м2)
От чего зависит громкость?
Существует несколько параметров, от которых в основном зависит интенсивность звука. К ним относятся частота и амплитуда, а также индивидуальные особенности человека.
Другим важным фактором является расстояние от источника. Когда содержание энергии в звуковой волне уменьшается, расстояние до источника звука увеличивается прямо пропорционально.
Более высокий звук получается при частых вибрациях. Эти свойства используются людьми для создания различных музыкальных инструментов.
Следует сказать, что постоянное воздействие шума может привести к появлению симптомов. К ним относятся: повышенное нервное возбуждение, быстрая утомляемость и повышение артериального давления.
По этой причине для защиты от громких шумов используются специальные шумоподавляющие наушники, например, в строительной отрасли.
Следует сказать, что качество звуковой волны улучшается в твердых телах. В воде звук распространяется в пять раз быстрее, чем в воздухе.
В целом, следует сказать, что за изучение звука, его параметров и свойств отвечает соответствующий раздел физики, изучаемый на школьных уроках.
Как можно измерить?
Следует отметить, что каждый человек воспринимает звук по-разному, поэтому были разработаны специальные приборы для его измерения.
Самый распространенный способ измерения звука — с помощью датчика. Датчик уровня звука измеряет энергию звуковых волн, приходящих в единицу времени на единицу площади приемника. Эта величина называется интенсивностью звука или интенсивностью шума и измеряется в мВт/м2 (микроваттах на квадратный метр).
Узнать, как определяются децибелы и истинный уровень сигнала, можно здесь. Каждые 6 дБ уровень сигнала изменяется дважды.
Почему эта величина принимается во внимание? Децибел — это логарифм отношения двух равных значений энергии, которые затем умножаются на 10. Амплитуда, с другой стороны, не является энергетической величиной и поэтому должна быть преобразована в подходящее значение.
Кроме того, для измерения интенсивности шума в разных местах часто используется специальный прибор, называемый шумомером.
Человеческое ухо — это сложный биологический датчик и детектор звука, который может распознавать звуки, отличающиеся друг от друга в миллионы раз.
В России существует специальный стандарт для установления равных звуковых кривых. Это ГОСТ Р ИСО 226-2009, озаглавленный «Акустика. Стандартные кривые для равной громкости.
Существует как минимум три способа измерения громкости: на основе максимального пика, на основе среднего уровня сигнала и на основе метрики ReplayGain. Из всех этих методов ReplayGain является лучшим. Он воспроизводит воспринимаемый уровень громкости и учитывает физиологические и когнитивные особенности восприятия звука.
Сегодня существует несколько методов физического выражения амплитуды звуковых колебаний, которые используются в различных областях.
Тест на усвоение материала урока
Если вы хотите проверить свои знания по теме этого урока, вы можете пройти короткую викторину из нескольких вопросов. Только 1 ответ может быть правильным для каждого вопроса. После того как вы выбрали вариант, система автоматически перейдет к следующему вопросу. Баллы, которые вы получите, зависят от правильности ваших ответов и времени, затраченного на ответ. Обратите внимание, что вопросы каждый раз разные, а варианты — смешанные.
Обратите внимание, что для правильной работы страницы необходимо включить cookies, javascript и iframe. Если вы видите это сообщение в течение длительного периода времени, настройки вашего браузера не позволяют нашему порталу функционировать должным образом.
А теперь пришло время перейти к теме озвучивания.
Мощность
Если вы помните уроки физики, мощность — это энергия, выделяемая в единицу времени. Поэтому более сильный звук не означает, что он громче. Мощность имеет большее отношение к механической надежности акустической системы, чем к громкости ее звучания. Чтобы было понятно, номинальная мощность, указанная производителем в техническом паспорте громкоговорителя или системы, гарантирует, что данный уровень мощности не приведет к выходу из строя динамика. Поэтому мощность — это не параметр звука, а технический параметр, влияющий на громкость звука.
Мощность акустической системы может быть измерена различными способами и при различных условиях. Однако наиболее важной характеристикой, приводимой производителем в описаниях колонок, является значение мощности в ваттах (RMS). Однако важно помнить, что уровень звукового давления — это мера интенсивности звука, поэтому не стоит судить о громкости системы по ее номинальной мощности.
Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ )
Что такое RMS? Это график, показывающий разность амплитуд выходного и входного сигналов (вертикальная ось) в зависимости от частоты (горизонтальная ось). Амплитуда колебаний на частоте 1 кГц принимается равной 0 дБ. Идеальная АФК — это прямая линия, которая, к сожалению, нереальна. Таким образом, чем неровнее кривая, тем больше частотных искажений следует ожидать.
Итак, что означают цифры, описывающие неровность АЧХ устройства? Давайте рассмотрим пример. Например, если указано 50 Гц — 16 кГц (±3 дБ), то это следует понимать следующим образом: Акустическая система имеет достоверное звучание в этом диапазоне, но на частотах вне этого диапазона неравномерность резко возрастает, а частотная характеристика имеет «провал» (резкий спад частотной характеристики).
Неравномерность частотной характеристики заметна на высоких и низких участках кривой. Уменьшение уровня низких частот приводит к потере насыщенности басов, а увеличение уровня низких частот приводит к появлению гула. Кстати, о высоких частотах: Их провалы приведут к нечеткому звучанию, в то время как аноды будут раздражать вас шипением и свистом.
По отношению к наушникам АЧХ показывает их тональный баланс. В зависимости от АЧХ, следует выбирать наушники для конкретных целей (бас, вокал, классическая музыка и т.д.). Тип АЧХ наушников зависит от их импеданса и импеданса усилителя.
Нелинейные искажения
Поскольку динамики являются сложными устройствами, в которых сигнал усиливается, выходной звук неизбежно имеет нелинейные искажения, в том числе гармонические искажения, которые придают звуку тембр и вызывают потери звука.
Гармонические искажения измеряются коэффициентом гармонических искажений (HF), который выражается в процентах или децибелах. Чем выше уровень гармонических искажений, тем хуже звук. Значение TH акустической системы зависит от силы входящего сигнала.
Итак, рассмотрев основные характеристики звука, можно сказать, что правило «чем выше число, тем лучше» не всегда работает. Поэтому либо осваивайте теорию и осознанно подходите к выбору необходимого вам оборудования, либо нет и продолжайте доверять советам опытных продавцов-консультантов. Что касается основных звуковых характеристик микрофона, то эта тема должна быть освещена более подробно и стать предметом отдельной статьи, которая выйдет в ближайшее время.
Удачных покупок и творческих успехов!
