Лютий 18, 2016

Світ домашніх розваг досить різноманітний і може включати: перегляд кіно на хорошій домашній кінотеатральній системі; захоплюючий та захоплюючий ігровий процес або прослуховування музичних композицій. Як правило, кожен знаходить щось своє в цій галузі, або поєднує все одразу. Але якими б не були цілі людини з організації свого дозвілля і в яку крайність не вдарялися - всі ці ланки міцно пов'язані одним простим і зрозумілим словом - "звук". Справді, у всіх випадках нас буде вести за ручку звуковий супровід. Але питання це не таке просте і тривіальне, особливо в тих випадках, коли з'являється бажання досягти якісного звучання в приміщенні або будь-яких інших умовах. Для цього не завжди обов'язково купувати дорогі hi-fi або hi-end компоненти (хоча буде вельми доречним), а буває достатнім гарне знання фізичної теорії, яка здатна усунути більшість проблем, що виникають у всіх, хто поставив за мету отримати озвучення високої якості.

Далі буде розглянуто теорію звуку та акустики з погляду фізики. В даному випадку я постараюся зробити це максимально доступно для розуміння будь-якої людини, яка, можливо, далека від знання фізичних законів або формул, але пристрасно мріє втіленням мрії створення досконалої акустичної системи. Я не беруся стверджувати, що для досягнення хороших результатів у цій галузі в домашніх умовах (або в автомобілі, наприклад) необхідно знати ці теорії досканально, проте розуміння основ дозволить уникнути безліч дурних і абсурдних помилок, а також дозволить досягти максимального ефекту звучання від системи будь-якого рівня.

Загальна теорія звуку та музична термінологія

Що ж таке звук? Це відчуття, яке сприймає слуховий орган "вухо"(саме собою явище існує і без участі «вуха» в процесі, але так простіше для розуміння), що виникає при збудженні барабанної перетинки звуковою хвилею. Вухо у разі виступає у ролі " приймача " звукових хвиль різної частоти.
Звукова хвиляж є по суті послідовний ряд ущільнень і розряджень середовища (найчастіше повітряного середовища в нормальних умовах) різної частоти. Природа звукових хвиль коливальна, викликана і вироблена вібрацією будь-яких тіл. Виникнення та поширення класичної звукової хвилі можливе у трьох пружних середовищах: газоподібних, рідких та твердих. При виникненні звукової хвилі в одному з цих типів простору неминуче виникають деякі зміни в середовищі, наприклад, зміна щільності або тиску повітря, переміщення частинок повітряних мас і т.д.

Оскільки звукова хвиля має коливальну природу, то вона має така характеристика, як частота. Частотавимірюється в герцах (на честь німецького фізика Генріха Рудольфа Герца), і позначає кількість коливань за період часу, що дорівнює одній секунді. Тобто. наприклад, частота 20 Гц позначає цикл 20 коливань за одну секунду. Від частоти звуку залежить суб'єктивне поняття його висоти. Чим більше звукових коливань відбувається за секунду, тим вище здається звучання. У звукової хвилі також є ще одна найважливіша характеристика, що має назву - довжина хвилі. Довжиною хвиліприйнято вважати відстань, яка проходить звук певної частоти за період, що дорівнює одній секунді. Наприклад, довжина хвилі найнижчого звуку в чутному діапазоні людини частотою 20 Гц становить 16,5 метрів, а довжина хвилі найвищого звуку 20000 Гц становить 1,7 сантиметра.

Людське вухо влаштоване таким чином, що здатне сприймати хвилі лише в обмеженому діапазоні, приблизно 20 Гц - 20000 Гц (залежить від особливостей конкретної людини, хтось здатний чути трохи більше, хтось менше). Таким чином, це не означає, що звуків нижче або вище за ці частоти не існує, просто людським вухом вони не сприймаються, виходячи за кордон чутного діапазону. Звук вище чутного діапазону називається ультразвуком, звук нижче чутного діапазону називається інфразвуком. Деякі тварини здатні сприймати ультра та інфра звуки, деякі навіть використовують цей діапазон для орієнтування у просторі (кажани, дельфіни). У разі, якщо звук проходить через середовище, яке безпосередньо не стикається з органом слуху людини, такий звук може бути не чуємо або сильно ослабленим згодом.

У музичній термінології звуку є такі важливі позначення, як октава, тон і обертон звуку. Октаваозначає інтервал, в якому співвідношення частот між звуками становить 1 до 2. Октава зазвичай дуже добре помітна на слух, тоді як звуки в межах цього інтервалу можуть бути дуже схожими один на одного. Октавой також можна назвати звук, який робить удвічі більше коливань, ніж інший звук, в однаковий часовий період. Наприклад, частота 800 Гц, є ні що інше, як вища октава 400 Гц, а частота 400 Гц у свою чергу є наступною октавою звуку частотою 200 Гц. Октава у свою чергу складається з тонів та обертонів. Змінні коливання в гармонійній звуковій хвилі однієї частоти сприймаються людським вухом як музичний тон. Коливання високої частоти можна інтерпретувати як звуки високого тону, коливання низької частоти як звуки низького тону. Людське вухо здатне чітко відрізняти звуки з різницею один тон (в діапазоні до 4000 Гц). Незважаючи на це, в музиці використовується дуже мало тонів. Пояснюється це з міркувань принципу гармонійної співзвучності, все ґрунтується на принципі октав.

Розглянемо теорію музичних тонів з прикладу струни, натягнутої певним чином. Така струна, залежно від сили натягу, матиме налаштування на якусь одну конкретну частоту. При дії на цю струну чимось із однією певною силою, що викличе її коливання, стабільно спостерігатиметься якийсь один певний тон звуку, ми почуємо шукану частоту налаштування. Цей звук називається головним тоном. За основний тон у музичній сфері офіційно прийнято частоту ноти "ля" першої октави, що дорівнює 440 Гц. Однак більшість музичних інструментів ніколи не відтворюють одні чисті основні тони, їх неминуче супроводжують призвуки, іменовані обертонами. Тут варто згадати важливе визначення музичної акустики, поняття тембру звуку. Тембр- це особливість музичних звуків, які надають музичним інструментам та голосам їх неповторну впізнавану специфіку звучання, навіть якщо порівнювати звуки однакової висоти та гучності. Тембр кожного музичного інструменту залежить від розподілу звукової енергії обертонами в момент появи звуку.

Обертони формують специфічне забарвлення основного тону, яким ми легко можемо визначити й дізнатися конкретний інструмент, а як і чітко відрізнити його звучання від іншого інструмента. Обертони бувають двох типів: гармонійні та негармонічні. Гармонічні обертониза визначенням кратні частоті основного тону. Навпаки, якщо обертони не кратні і помітно відхиляються від величин, вони називаються негармонічними. У музиці практично виключається оперування некратними обертонами, тому термін зводиться до поняття "обертон", маючи на увазі гармонічний. У деяких інструментів, наприклад, фортепіано, основний тон навіть не встигає сформуватися, за короткий проміжок відбувається наростання звукової енергії обертонів, а потім так само стрімко відбувається спад. Багато інструментів створюють так званий ефект "перехідного тону", коли енергія певних обертонів максимальна в певний момент часу, зазвичай на самому початку, але потім різко змінюється і переходить до інших обертонів. Частотний діапазон кожного інструменту можна розглянути окремо, і він зазвичай обмежується частотами основних тонів, який здатний відтворювати цей конкретний інструмент.

Теоретично звуку також є таке поняття як ШУМ. Шум- це будь-який звук, який створюється сукупністю неузгоджених між собою джерел. Всім добре знайомий шум листя дерев, колихається вітром і т.д.

Від чого залежить гучність звуку?Очевидно, що подібне явище безпосередньо залежить від кількості енергії, що переноситься звуковою хвилею. Для визначення кількісних показників гучності існує поняття - інтенсивність звуку. Інтенсивність звукувизначається як потік енергії, що пройшов через якусь площу простору (наприклад, см2) за одиницю часу (наприклад, за секунду). При звичайній розмові інтенсивність становить приблизно 9 або 10 Вт/см2. Людське вухо здатне сприймати звуки досить широкого діапазону чутливості, у своїй сприйнятливість частот неоднорідна не більше звукового спектра. Так найкраще сприймається діапазон частот 1000 Гц - 4000 Гц, який найбільш широко охоплює людську мову.

Оскільки звуки настільки сильно різняться за інтенсивністю, зручніше розглядати її як логарифмічну величину та вимірювати в децибелах (на честь шотландського вченого Олександра Грема Белла). Нижній поріг слухової чутливості людського вуха становить 0 Дб, верхній 120 Дб, він ще називається "больовий поріг". Верхня межа чутливості також сприймається людським вухом не однаково, а залежить від конкретної частоти. Звуки низьких частот повинні мати набагато більшу інтенсивність, ніж високі, щоб викликати больовий поріг. Наприклад, больовий поріг на низькій частоті 31,5 Гц настає при рівні сили звуку 135 дБ, коли на частоті 2000 Гц відчуття болю з'явиться вже при 112 дБ. Є також поняття звукового тиску, яке фактично розширює звичне пояснення поширення звукової хвилі повітря. Звуковий тиск- це змінний надлишковий тиск, що виникає в пружному середовищі в результаті проходження через неї звукової хвилі.

Хвильова природа звуку

Щоб краще зрозуміти систему виникнення звукової хвилі, уявімо класичний динамік, що знаходиться в трубі, наповненій повітрям. Якщо динамік здійснить різке рух уперед, повітря, що у безпосередній близькості дифузора на мить стискається. Після цього повітря розшириться, штовхаючи тим самим стисну повітряну область вздовж труби.
Ось цей хвильовий рух і буде згодом звуком, коли досягне слухового органу і збудить барабанну перетинку. У разі звукової хвилі у газі створюється надлишковий тиск, надлишкова щільність і відбувається переміщення частинок з постійною швидкістю. Про звукові хвилі важливо пам'ятати те, що речовина не переміщається разом із звуковий хвилею, а виникає лише тимчасове обурення повітряних мас.

Якщо уявити поршень, підвішений у вільному просторі на пружині і здійснює повторювані рухи "вперед-назад", то такі коливання будуть називатися гармонійними або синусоїдальними (якщо уявити хвилю у вигляді графіка, то отримаємо в цьому випадку чисту синусоїду з спадами, що повторюються). Якщо уявити динамік в трубі (як і в прикладі, описаному вище), що здійснює гармонічні коливання, то в момент руху динаміка "вперед" виходить відомий ефект стиснення повітря, а при русі динаміка "назад" зворотний ефект розрядження. У цьому випадку по трубі буде поширюватися хвиля стиснень і розріджень, що чергуються. Відстань уздовж труби між сусідніми максимумами або мінімумами (фазами) називатиметься довжиною хвилі. Якщо частки коливаються паралельно до напряму поширення хвилі, то хвиля називається поздовжній. Якщо ж вони коливаються перпендикулярно до напряму поширення, то хвиля називається поперечної. Зазвичай звукові хвилі в газах і рідинах - поздовжні, у твердих тілах можливе виникнення хвиль обох типів. Поперечні хвилі у твердих тілах виникають завдяки опору до зміни форми. Основна різниця між цими двома типами хвиль полягає в тому, що поперечна хвиля має властивість поляризації (коливання відбуваються у певній площині), а поздовжня – ні.

Швидкість звуку

Швидкість звуку безпосередньо залежить від характеристик середовища, в якому він поширюється. Вона визначається (залежна) двома властивостями середовища: пружністю та щільністю матеріалу. Швидкість звуку в твердих тілах безпосередньо залежить від типу матеріалу та його властивостей. Швидкість у газових середовищах залежить лише від одного типу деформації середовища: стиснення-розрідження. Зміна тиску в звуковій хвилі відбувається без теплообміну з навколишніми частинками і зветься адіабатичним.
Швидкість звуку в газі залежить в основному від температури - зростає у разі підвищення температури і падає при зниженні. Так само швидкість звуку в газоподібному середовищі залежить від розмірів і маси самих молекул газу, - чим маса і розмір частинок менше, тим "провідність" хвилі більша і більша відповідно до швидкості.

У рідкому та твердому середовищах принцип поширення та швидкість звуку аналогічні тому, як хвиля поширюється в повітрі: шляхом стиснення-розрядження. Але в цих середовищах, крім тієї ж залежності від температури, досить важливе значення має щільність середовища та її склад/структура. Чим менша щільність речовини, тим швидкість звуку вища і навпаки. Залежність від складу середовища складніше і визначається у кожному конкретному випадку з урахуванням розташування та взаємодії молекул/атомів.

Швидкість звуку повітря при t, °C 20: 343 м/с
Швидкість звуку у дистильованій воді при t, °C 20: 1481 м/с
Швидкість звуку сталі при t, °C 20: 5000 м/с

Стоячі хвилі та інтерференція

Коли динамік створює звукові хвилі в обмеженому просторі, неминуче виникає ефект відображення хвиль від кордонів. В результаті цього найчастіше виникає ефект інтерференції- коли дві чи більше звукових хвиль накладаються друг на друга. Особливими випадками явища інтерференції є утворення: 1) биття хвиль або 2) стоячих хвиль. Биття хвиль- це випадок, коли відбувається складання хвиль з близькими частотами та амплітудою. Картина виникнення биття: коли дві схожі за частотою хвилі накладаються одна на одну. У якийсь момент часу при такому накладенні амплітудні піки можуть збігатися "по фазі", а також можуть збігатися і спади по "протифазі". Саме так і характеризуються биття звуку. Важливо пам'ятати, що на відміну стоячих хвиль, фазові збіги піків відбуваються не завжди, а через якісь тимчасові проміжки. На слух така картина биття відрізняється досить чітко, і чується як періодичне наростання і зменшення гучності відповідно. Механізм виникнення цього ефекту гранично простий: у момент збігу піків гучність наростає, у момент збігу спадів гучність зменшується.

Стоячі хвилівиникають у разі накладання двох хвиль однакової амлітуди, фази та частоти, коли при "зустрічі" таких хвиль одна рухається у прямому, а інша – у зворотному напрямку. У ділянці простору (де утворилася стояча хвиля) виникає картина накладання двох частотних амплітуд, з чергуванням максимумів (т.зв. пучностей) і мінімумів (т.зв. вузлів). У разі цього явища вкрай важливе значення має частота, фаза і коефіцієнт згасання хвилі у місці відбиття. На відміну від хвиль, що біжать, у стоячій хвилі відсутня перенесення енергії внаслідок того, що утворюють цю хвилю пряма і зворотна хвилі переносять енергію в рівних кількостях і в прямому і в протилежному напрямках. Для наочного розуміння виникнення стоячої хвилі, представимо приклад із домашньої акустики. Припустимо, у нас є акустичні системи підлоги в деякому обмеженому просторі (кімнаті). Змусивши їх грати якусь композицію з великою кількістю басу, спробуємо змінити розташування слухача в приміщенні. Таким чином слухач, потрапивши в зону мінімуму (віднімання) стоячої хвилі, відчує ефект того, що баса стало дуже мало, а якщо слухач потрапляє в зону максимуму (складання) частот, то виходить зворотний ефект суттєвого збільшення басової області. При цьому ефект спостерігається у всіх октав базової частоти. Наприклад, якщо базова частота становить 440 Гц, то явище "додавання" або "віднімання" буде спостерігатися також на частотах 880 Гц, 1760 Гц, 3520 Гц і т.д.

Явище резонансу

Більшість твердих тіл є власна частота резонансу. Зрозуміти цей ефект досить просто на прикладі звичайної труби, відкритої лише з одного кінця. Уявімо ситуацію, що з іншого кінця труби приєднується динамік, який може грати якусь одну постійну частоту, її також можна змінювати. Так от, труба має власну частоту резонансу, кажучи простою мовою - це частота, на якій труба "резонує" або видає свій власний звук. Якщо частота динаміка (в результаті регулювання) співпаде із частотою резонансу труби, то виникне ефект збільшення гучності у кілька разів. Це відбувається тому, що гучномовець збуджує коливання повітряного стовпа в трубі зі значною амплітудою до тих пір, поки не знайдеться та сама «резонансна частота» і відбудеться ефект додавання. Виникне явище можна описати наступним чином: труба в цьому прикладі "допомагає" динаміку, резонуючи на конкретній частоті, їх зусилля складаються і "виливаються" в гучний ефект. На прикладі музичних інструментів легко простежується це явище, оскільки конструкції більшості присутні елементи, звані резонаторами. Неважко здогадатися, що має на меті посилити певну частоту або музичний тон. Для прикладу: корпус гітари з резонатором у вигляді отвору, що сполучається з об'ємом; Конструкція трубки у флейти (і всі труби взагалі); Циліндрична форма корпусу барабана, який сам собою є резонатором певної частоти.

Частотний спектр звуку та АЧХ

Оскільки практично практично не зустрічаються хвилі однієї частоти, виникає необхідність розкладання всього звукового спектру чутного діапазону на обертони чи гармоніки. Для цього існують графіки, які відображають залежність відносної енергії звукових коливань від частоти. Такий графік називається графіком частотного діапазону звуку. Частотний спектр звукубуває двох типів: дискретний та безперервний. Дискретний графік спектра відображає частоти окремо, розділені порожніми проміжками. У безперервному спектрі присутні відразу всі звукові частоти.
У випадку музики або акустики найчастіше використовується звичайний графік Амплітудно-Частота Характеристики(Скорочено "АЧХ"). На такому графіку представлена ​​залежність амплітуди звукових коливань від частоти протягом усього діапазону частот (20 Гц - 20 кГц). Дивлячись на такий графік легко зрозуміти, наприклад, сильні або слабкі сторони конкретного динаміка або акустичної системи в цілому, найбільш сильні ділянки енергетичної віддачі, частотні спади та підйоми, згасання, а також простежити крутість спаду.

Поширення звукових хвиль, фаза та протифаза

Процес поширення звукових хвиль відбувається у всіх напрямках джерела. Найпростіший приклад для розуміння цього явища: камінчик, кинутий у воду.
Від місця, куди впав камінь, починають розходитися хвилі по поверхні води у всіх напрямках. Однак, уявимо ситуацію з використанням динаміка в певному обсязі, допустимо закритому ящику, який підключений до підсилювача і відтворює якийсь музичний сигнал. Неважко помітити (особливо за умови, якщо подати потужний НЧ сигнал, наприклад бас-бочку), що динамік здійснює стрімкий рух "вперед", а потім такий самий стрімкий рух "назад". Залишається зрозуміти, що коли динамік здійснює рух уперед, він випромінює звукову хвилю, яку чуємо згодом. А ось що відбувається, коли динамік здійснює рух назад? А відбувається парадоксально те саме, динамік робить той же звук, тільки поширюється він у нашому прикладі повністю в межах обсягу ящика, не виходячи за його межі (скринька закрита). В цілому, на наведеному вище прикладі можна спостерігати досить багато цікавих фізичних явищ, найбільш значущим є поняття фази.

Звукова хвиля, яку динамік, перебуваючи в обсязі, випромінює у напрямку слухача - знаходиться "у фазі". Зворотна хвиля, яка йде в об'єм ящика, буде відповідно протифазною. Залишається тільки зрозуміти, що мають на увазі ці поняття? Фаза сигналу- Це рівень звукового тиску в даний момент часу в якійсь точці простору. Фазу найпростіше зрозуміти на прикладі відтворення музичного матеріалу звичайною стерео-парою підлоги домашніх акустичних систем. Уявімо, що дві такі колонки встановлені в деякому приміщенні і грають. Обидві акустичні системи у разі відтворюють синхронний сигнал змінного звукового тиску, причому звуковий тиск однієї колонки складається зі звуковим тиском інший колонки. Відбувається подібний ефект рахунок синхронності відтворення сигналу лівої і правої АС відповідно, іншими словами, піки і спади хвиль, випромінюваних лівими і правими динаміками збігаються.

А тепер уявімо, що тиск звуку, як і раніше, змінюються однаковим чином (не зазнали змін), але тільки тепер протилежно один одному. Подібне може статися, якщо підключити одну акустичну систему з двох у зворотній полярності ("+" кабель від підсилювача до "-" клеми акустичної системи, і "-" кабель від підсилювача до "+" клеми акустичної системи). У цьому випадку протилежний у напрямку сигнал викличе різницю тисків, яку можна представити у вигляді чисел наступним чином: ліва акустична система буде створювати тиск "1 Па", а права акустична система буде створювати тиск "мінус 1 Па". В результаті, сумарна гучність звуку в точці розміщення слухача дорівнюватиме нулю. Це називається протифазою. Якщо розглядати приклад більш детально для розуміння, то виходить, що два динаміки, що грають "у фазі" - створюють однакові області ущільнення та розряджання повітря, ніж фактично допомагають один одному. У випадку з ідеалізованою протифазою, область ущільнення повітряного простору, створена одним динаміком, буде супроводжуватися областю розрядження повітряного простору, створеної другим динаміком. Виглядає це приблизно як явище взаємного синхронного гасіння хвиль. Щоправда, практично падіння гучності до нуля немає, і ми почуємо сильно спотворений і ослаблений звук.

Найдоступнішим чином можна описати це так: два сигнали з однаковими коливаннями (частотою), але зрушені за часом. Зважаючи на це, зручніше уявити ці явища зміщення на прикладі звичайного круглого стрілочного годинника. Уявимо, що на стіні висить кілька однакових годин. Коли секундні стрілки цього годинника біжать синхронно, на одному годиннику 30 секунд і на іншому 30, то це приклад сигналу, який знаходиться у фазі. Якщо ж секундні стрілки біжать зі зміщенням, але швидкість, як і раніше, однакова, наприклад, на одному годиннику 30 секунд, а на іншому 24 секунди, то це і є класичний приклад зсуву (зсуву) по фазі. Таким же чином фаза вимірюється в градусах, у межах віртуального кола. У цьому випадку, при зміщенні сигналів один на 180 градусів (половина періоду), і виходить класична протифаза. Нерідко на практиці виникають незначні зміщення по фазі, які можна визначити в градусах і успішно усунути.

Хвилі бувають плоскі та сферичні. Плоский хвильовий фронт поширюється лише одному напрямку і рідко зустрічається практично. Сферичний хвильовий фронт є хвилі простого типу, які виходять з однієї точки і поширюється у всіх напрямках. Звукові хвилі мають властивість дифракції, тобто. здатністю огинати перешкоди та об'єкти. Ступінь обгинання залежить від відношення довжини звукової хвилі до розмірів перешкоди чи отвору. Дифракція виникає і у разі, коли на шляху звуку виявляється якась перешкода. У цьому випадку можливі два варіанти розвитку подій: 1) Якщо розміри перешкоди набагато більші за довжину хвилі, то звук відбивається або поглинається (залежно від ступеня поглинання матеріалу, товщини перешкоди і т.д.), а позаду перешкоди формується зона "акустичної тіні" . 2) Якщо ж розміри перешкоди можна порівняти з довжиною хвилі або навіть менше її, тоді звук дифрагує певною мірою в усіх напрямках. Якщо звукова хвиля під час руху в одному середовищі потрапляє на межу розділу з іншим середовищем (наприклад, повітряне середовище з твердим середовищем), то може виникнути три варіанти розвитку подій: 1) хвиля відобразиться від поверхні розділу 2) хвиля може пройти в інше середовище без зміни напрямку 3) хвиля може пройти в інше середовище зі зміною напряму на кордоні, це називається "заломлення хвилі".

Відношенням надлишкового тиску звукової хвилі до коливальної об'ємної швидкості називається хвильовий опір. Говорячи простими словами, хвильовим опором середовищаможна назвати здатність поглинати звукові хвилі або "опиратися" їм. Коефіцієнти відображення та проходження безпосередньо залежать від співвідношення хвильових опорів двох середовищ. Хвильовий опір у газовому середовищі набагато нижчий, ніж у воді або твердих тілах. Тому якщо звукова хвиля в повітрі падає на твердий об'єкт чи поверхню глибокої води, то звук або відбивається від поверхні, або поглинається значною мірою. Залежить це від товщини поверхні (води чи твердого тіла), яку падає шукана звукова хвиля. При низькій товщині твердого або рідкого середовища звукові хвилі практично повністю "проходять", і навпаки, при великій товщині середовища хвилі частіше відбивається. У разі відображення звукових хвиль відбувається цей процес за добре відомим фізичним законом: "Кут падіння дорівнює куту відображення". У цьому випадку, коли хвиля із середовища з меншою щільністю потрапляє на кордон із середовищем більшої щільності – відбувається явище рефракції. Воно полягає у вигині (заломленні) звукової хвилі після "зустрічі" з перешкодою, і обов'язково супроводжується зміною швидкості. Рефракція залежить також від температури середовища, в якому відбувається відбиття.

У процесі поширення звукових хвиль у просторі неминуче відбувається зниження їхньої інтенсивності, можна сказати загасання хвиль та ослаблення звуку. На практиці зіткнутися з подібним ефектом досить просто: наприклад, якщо двоє людей встануть у поле на деякій близькій відстані (метр і ближче) і почнуть щось говорити один одному. Якщо згодом збільшувати відстань між людьми (якщо вони почнуть віддалятися один від одного), той самий рівень розмовної гучності ставатиме все менш чутним. Подібний приклад наочно демонструє явище зниження інтенсивності звукових хвиль. Чому це відбувається? Причиною цього є різні процеси теплообміну, молекулярної взаємодії та внутрішнього тертя звукових хвиль. Найчастіше практично відбувається перетворення звукової енергії на теплову. Подібні процеси неминуче виникають у будь-якому з трьох середовищ поширення звуку і їх можна охарактеризувати як поглинання звукових хвиль.

Інтенсивність та ступінь поглинання звукових хвиль залежить від багатьох факторів, таких як: тиск та температура середовища. Також поглинання залежить від певної частоти звуку. При поширенні звукової хвилі в рідинах або газах виникає ефект тертя між різними частинками, що називається в'язкістю. В результаті цього тертя на молекулярному рівні і відбувається процес перетворення хвилі зі звукової на теплову. Іншими словами, чим вище теплопровідність середовища, тим менший ступінь поглинання хвиль. Поглинання звуку в газових середовищах залежить і від тиску (атмосферний тиск змінюється з підвищенням висоти щодо рівня моря). Щодо залежності ступеня поглинання від частоти звуку, то зважаючи на вищезгадані залежності в'язкості та теплопровідності, поглинання звуку тим вище, чим вища його частота. Наприклад, при нормальній температурі і тиску в повітрі поглинання хвилі частотою 5000 Гц становить 3 Дб/км, а поглинання хвилі частотою 50000 Гц складе вже 300 Дб/м.

У твердих середовищах зберігаються всі вищезгадані залежності (теплопровідність і в'язкість), проте до цього додається ще кілька умов. Вони пов'язані з молекулярною структурою твердих матеріалів, яка може бути різною, зі своїми неоднорідностями. Залежно від цієї внутрішньої твердої молекулярної будови, поглинання звукових хвиль у разі може бути різним, і від типу конкретного матеріалу. При проходженні звуку через тверде тіло хвиля зазнає ряд перетворень і спотворень, що найчастіше призводить до розсіювання та поглинання звукової енергії. На молекулярному рівні може виникнути ефект дислокацій, коли звукова хвиля викликає усунення атомних площин, які потім повертаються у вихідне положення. Або ж, рух дислокацій призводить до зіткнення з перпендикулярними ним дислокаціями або дефектами кристалічної будови, що викликає їхнє гальмування і як наслідок деяке поглинання звукової хвилі. Однак звукова хвиля може і резонувати з даними дефектами, що призведе до спотворення вихідної хвилі. Енергія звукової хвилі в останній момент взаємодії з елементами молекулярної структури матеріалу розсіюється внаслідок процесів внутрішнього тертя.

У я постараюся розібрати особливості слухового сприйняття людини та деякі тонкощі та особливості поширення звуку.

Якщо говорити про об'єктивні параметри, якими можна охарактеризувати якість, звичайно немає. Запис на вініл або касету завжди передбачає внесення додаткових спотворень та шуму. Але річ у тому, що такі спотворення та шум суб'єктивно не псують враження від музики, а часто навіть навпаки. Наш слух та система аналізу звуків працюють досить складно, те, що є важливим для нашого сприйняття, і те, що можна оцінити як якість з технічного боку – це трохи різні речі.

MP3 – це взагалі окрема тема, це однозначне погіршення якості з метою зменшення розміру файлу. Кодування MP3 передбачає видалення тихіших гармонік і розмивання фронтів, що означає втрату деталізації, "замилювання" звуку.

Ідеальний варіант з точки зору якості та чесної передачі всього, що відбувається - це цифровий запис без стиску, причому якість CD - 16 біт, 44100 Гц - це вже давно не межа, можна збільшувати як бітність - 24, 32 біт, так і частоту - 48000, 82200, 96000, 192000 Гц. Битность впливає динамічний діапазон, а частота семплювання - на частотний. При тому, що людське вухо чує в кращому випадку до 20000 Гц і за теоремою Найквіста має цілком вистачати частоти дискретизації 44100 Гц, але реально для точної передачі складних коротких звуків, таких як звуки барабанів, краще мати частоту побільше. Динамічний діапазон краще теж мати більше, щоб без спотворень можна було записати більш тихі звуки. Хоча реально чим більше збільшуються ці два параметри, тим менше можна помітити змін.

При цьому оцінити всі принади якісного цифрового звуку вийде, якщо у вас є хороша звукова карта. Те, що вбудоване в більшість PC взагалі жахливо, в маках з вбудованими картами краще, але краще мати щось зовнішнє. Ну і питання звичайно в тому, де ви візьмете ці цифрові записи з якістю вище за CD:) Хоча і найвідстійніший MP3 на гарній звуковій карті буде звучати помітно краще.

Повертаючись до аналогових штук - тут можна сказати, що люди продовжують ними користуватися не тому, що вони реально якісніші та точніші, а тому, що якісний і точний запис без спотворень зазвичай не є бажаним результатом. Цифрові спотворення, які можуть виникати від поганих алгоритмів обробки звуку, низької бітності або частоти дискретизації, цифрового кліпування - вони звичайно звучать набагато противніше аналогових, але їх можна уникнути. І виявиться, що реально якісний і точний за цифровий запис звучить занадто стерильно, не вистачає насиченості. А якщо, наприклад, записати барабани на стрічку - ця насиченість з'являється і зберігається, навіть якщо потім цей запис оцифрувати. І вініл теж звучить прикольніше, навіть якщо на нього записали треки, зроблені цілком на комп'ютері. Ну і звичайно в це все вкладаються зовнішні атрибути та асоціації, те, як все це виглядає, емоції людей, які цим займаються. Цілком можна зрозуміти бажання тримати в руках платівку, послухати касету на старому магнітофоні, а не запис з комп'ютера, або зрозуміти тих, хто зараз користується багатодорожковими стрічковими магнітофонами на студіях, хоча це набагато складніше і витратніше. Але в цьому є свій певний fun.

Звуки належать до розділу фонетики. Вивчення звуків включено до будь-якої шкільної програми з російської мови. Ознайомлення зі звуками та його основними характеристиками відбувається у молодших класах. Більш детальне вивчення звуків зі складними прикладами та нюансами відбувається у середніх та старших класах. На цій сторінці даються тільки основні знанняза звуками російської у стислому вигляді. Якщо вам потрібно вивчити пристрій мовного апарату, тональність звуків, артикуляцію, акустичні складові та інші аспекти, що виходять за межі сучасної шкільної програми, зверніться до спеціалізованих посібників та підручників з фонетики.

Що таке звук?

Звук, як слово та речення, є основною одиницею мови. Однак звук не виражає жодного значення, але відбиває звучання слова. Завдяки цьому ми вирізняємо слова одне від одного. Слова відрізняються кількістю звуків (порт - спорт, ворона - вирва), набором звуків (лимон – лиман, кішка – мишка), послідовністю звуків (ніс - сон, кущ - стукіт)аж до повного розбіжності звуків (човен - катер, ліс - парк).

Які звуки бувають?

У російській мові звуки поділяються на голосні та приголосні. У російській мові 33 літери та 42 звуки: 6 голосних звуків, 36 приголосних звуків, 2 літери (ь, ъ) не позначають звуку. Невідповідність у кількості букв і звуків (крім Ь і Ъ) викликана тим, що у 10 голосних букв доводиться 6 звуків, на 21 приголосну букву — 36 звуків (якщо враховувати все комбінації приголосних звуків глухі/дзвінкі, м'які/тверді). На листі звук вказується у квадратних дужках.
Немає звуків: [е], [е], [ю], [я], [ь], [ъ], [ж'], [ш'], [ц'], [й], [ч] , [щ].

Схема 1. Літери та звуки російської мови.

Як вимовляються звуки?

Звуки ми вимовляємо при видиханні (тільки у разі вигуку «а-а-а», що виражає страх, звук вимовляється при вдиханні.). Поділ звуків на голосні та приголосні пов'язано з тим, як людина вимовляє їх. Голосні звуки вимовляються голосом за рахунок видихається повітря, що проходить через напружені голосові зв'язки і вільно виходить через рот. Згідні звуки складаються з шуму або поєднання голосу і шуму за рахунок того, що повітря, що видихається, зустрічає на своєму шляху перешкоду у вигляді смички або зубів. Голосні звуки вимовляються дзвінко, приголосні звуки - приглушено. Голосні звуки людина здатна співати голосом (повітрям, що видихається), підвищуючи або знижуючи тембр. Згодні звуки співати не вийде, вони вимовляються однаково приглушено. Твердий та м'який знаки не позначають звуків. Їх неможливо вимовити як самостійний звук. При проголошенні слова вони впливають на згодний, що стоїть перед ними, роблять м'яким або твердим.

Транскрипція слова

Транскрипція слова – запис звуків у слові, тобто фактично запис того, як слово правильно вимовляється. Звуки полягають у квадратні дужки. Порівняйте: а – літера, [а] – звук. М'якість приголосних позначається апострофом: п – буква, [п] – твердий звук, [п'] – м'який звук. Дзвінкі та глухі згодні на листі ніяк не позначаються. Транскрипція слова записується у квадратних дужках. Приклади: двері → [дв'ер”], колючка → [кал'учка”. Іноді в транскрипції вказують наголос - апостроф перед голосним ударним звуком.

Немає чіткого зіставлення літер та звуків. У російській мові багато випадків підміни голосних звуків залежно від місця наголосу слова, підміни приголосних або випадання приголосних звуків у певних поєднаннях. При складанні транскрипції слова враховують правила фонетики.

Схема кольорів

У фонетичному розборі слова іноді малюють колірні схеми: літери розмальовують різними кольорами, залежно від того, який звук вони означають. Кольори відбивають фонетичні властивості звуків і допомагають наочно побачити, як слово вимовляється і яких звуків воно складається.

Червоним тлом позначаються всі голосні літери (ударні та ненаголошені). Зелено-червоним позначаються йотовані голосні: зелений колір означає м'який приголосний звук [й '], червоний колір означає наступний за ним голосний. Згідні літери, що мають тверді звуки, фарбуються синім кольором. Згідні літери, що мають м'які звуки, забарвлюються зеленим кольором. М'який і твердий знаки фарбують сірим кольором або зовсім не фарбують.

Позначення:
— голосна, — йотована, — тверда згодна, — м'яка згодна, — м'яка чи тверда згодна.

Примітка. Синьо-зелений колір у схемах при фонетичних розборах не використовується, тому що приголосний звук не може бути одночасно м'яким та твердим. Синьо-зелений колір у таблиці вище використаний лише демонстрації те, що звук може бути або м'яким, або твердим.

Перед тим як запідозрити поломку звукової карти на комп'ютері, з особливою уважністю огляньте наявні роз'єми ПК щодо зовнішніх пошкоджень. Також слід перевірити працездатність сабвуфера з колонками або навушники, через які відтворюється звук – спробуйте підключити їх до іншого пристрою. Можливо, причина неполадок полягає саме у апаратурі, що використовується.

Можливо, що у вашій ситуації допоможе переустановка операційної системи Windows, чи то 7, 8, 10 або версія Xp, тому що просто могли збитися необхідні налаштування.

Переходимо до перевірки звукової карти

Спосіб 1

Насамперед слід зайнятися драйверами пристрою. Для цього необхідно:

Після цього драйвера буде оновлено, і проблема буде вирішена.

Також цю процедуру можна провести за наявності актуальної версії програмного забезпечення на знімному носії. У цій ситуації необхідно провести установку, вказавши шлях до конкретної папки.

Якщо аудіо карти взагалі немає в диспетчері пристроїв, переходьте до наступного варіанту.

Спосіб 2

І тут потрібно повна її діагностика щодо правильного технічного підключення. Необхідно виконати таке у визначеному порядку:

Зверніть увагу, що цей варіант підходить тільки для дискретних комплектуючих, які встановлені окремою платою.

Спосіб 3

Якщо після візуального огляду та перевірки колонок або навушників вони опинилися в робочому стані, а переустановка ОС не принесла жодних результатів, рухаємось далі:

Після того, як тест звукової карти буде завершено, система повідомить вас про її стан і якщо вона опиниться в неробочому стані, ви зрозумієте це виходячи з результатів.

Спосіб 4

Ще один варіант, як швидко і просто перевірити звукову карту на ОС віндовс:

Таким чином ми запустимо діагностику неполадок звуку на комп'ютері.

Програма запропонує вам кілька варіантів несправностей, а також вкаже підключені аудіопристрої. Якщо майстер діагностики дозволить вам швидко виявити це.

Спосіб 5

Третій варіант як можна перевірити, чи працює звукова карта, являє собою таке:

У вкладці «Драйвер» та «Відомості» ви отримаєте додаткові дані про параметри всіх пристроїв, встановлених на вашому ПК, як інтегрованих, так і дискретних. Також цей спосіб дозволяє провести діагностику неполадок та швидко її виявити шляхом програмної перевірки.

Тепер ви знаєте, як швидко та просто перевірити звукову карту кількома способами. Головна їхня перевага в тому, що для цього вам не потрібний онлайн доступ до інтернету, і всі процедури можна провести самостійно, не звертаючись до спеціалізованого сервісу.

Був час, коли питання необхідності звукової карти взагалі не стояло. Потрібен у комп'ютері звук трохи краще, ніж хрюкання динаміка в корпусі, купуй звукову карту. Не потрібен – не купуй. Коштували, щоправда, карти досить дорого, особливо поки що їх робили для доісторичного порту ISA.

З переходом на PCI з'явилася можливість перекласти частину обчислень на центральний процесор, а також використовувати оперативну пам'ять для зберігання музичних семплів (за старих часів така потреба була не тільки у професійних музикантів, а й у нормальних людей, тому що найпопулярнішим форматом музики на комп'ютерах). років тому був MIDI). Тож незабаром звукові карти початкового рівня сильно подешевшали, а потім вбудований звук з'явився у топових материнських платах. Поганий, звичайно, але зате безкоштовний. І це завдало по виробниках звукових карт сильний удар.

Сьогодні вбудований звук є абсолютно у всіх материнських платах. А в дорогих він навіть позиціонується як якісний. Ось прямо Hi-Fi. Але насправді це далеко не так. Минулого року я збирав новий комп'ютер, куди поставив одну з найдорожчих і найоб'єктивніше найкращих материнських плат. І, звичайно ж, обіцяли висококласний звук на дискретних чіпах, та ще й із позолоченими роз'ємами. Так смачно написали, що вирішив не встановлювати звукову карту, обійтися вбудованим. І обійшовся. Приблизно тиждень. Потім розібрав корпус, поставив карту і більше нісенітницею не займався.

Чому вбудований звук не дуже добрий?

По-перше, питання ціни. Пристойна звукова карта коштує 5-6 тисяч рублів. І справа не в жадібності виробників, просто компоненти недешеві, і вимоги до якості збирання високі. Серйозна материнська плата коштує 15-20 тисяч карбованців. Чи готовий виробник приплюсувати до них ще тисячі три як мінімум? Чи не злякається користувач, не встигнувши оцінити якість звуку? Краще не ризикувати. І не ризикують.

По-друге, для дійсно якісного звуку, без сторонніх шумів, наведень та спотворень, компоненти повинні знаходитися на певній відстані один від одного. Якщо подивіться на звукову карту, побачите як незвично багато на ній вільного місця. А на материнській платі його обмаль, все доводиться ставити дуже щільно. І, на жаль, зробити справді добре просто ніде.

Двадцять років тому споживчі звукові карти коштували дорожче за інший комп'ютер, і на них були слоти для пам'яті (!) для зберігання музичних семплів. На фото мрія всіх комп'ютерників середини дев'яностих - Sound Blaster AWE 32. 32 - це не розрядність, а максимальна кількість потоків, що одночасно відтворюються в MIDI

Тому інтегрований звук завжди компроміс. Я бачив плати з ніби вбудованим звуком, який, насправді, ширяв зверху у вигляді окремого майданчика, з'єднаного з "мамою" тільки роз'ємом. Так, звучало непогано. Але чи можна назвати такий звук інтегрованим? Не впевнений.

У читача, який не пробував дискретні звукові рішення, може виникнути питання - а що, власне, означає "хороший звук у комп'ютері"?

1) Він банально голосніше. У звукову карту навіть бюджетного рівня вбудований підсилювач, здатний прокачати навіть великі динаміки або високоомні навушники. Багато хто дивується, що динаміки на максимумі перестають хрипіти і захлинатися. Це також "побочка" нормального підсилювача.

2) Частоти доповнюють одна одну, а не змішуються, перетворюючись на кашу. Нормальний цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП) добротно промальовує баси, серединку і верхи, дозволяючи дуже точно налаштовувати їх за допомогою софту під власний смак. При прослуховуванні музики ви раптом почуєте кожен інструмент окремо. А фільми потішать ефектом присутності. Загалом враження, немов раніше колонки, будучи накритими товстим пледом, а потім його прибрали.

3) Особливо чітко різниця відчувається в іграх. Ви здивуєтеся, що шум вітру та капання води не заглушає тихих кроків суперників за рогом. Що у навушниках, не обов'язково дорогих, з'являється розуміння – хто, звідки і на якій відстані рухається. Це впливає на результативність. Підкрастися/під'їхати нишком до вас просто не вийде.

Які звукові карти бувають?

Коли цей тип комплектуючих став цікавити лише цінителів гарного звуку, яких, на жаль, дуже небагато, виробників залишилося дуже мало. Усього два – Asus та Creative. Остання взагалі мастодонт ринку, який створив його і задав всі стандарти. Asus ж увійшла на нього відносно пізно, зате й не покидає досі.

Нові моделі виходять дуже рідко, а старі продаються подовгу, років по 5-6. Справа в тому, що у плані звуку там уже нічого не покращиш без радикального збільшення ціни. А платити за аудіофільські збочення у комп'ютері мало хто готовий. Я сказав би – ніхто не готовий. Планка якості і так задерта надто високо.

Перша відмінність – інтерфейс. Є карти, які призначені лише для стаціонарних комп'ютерів, і вони встановлюються у материнську плату через інтерфейс PCI-Express. Інші підключаються USB, і їх можна використовувати як з великими комп'ютерами, так і з ноутбуками. В останніх, до речі, звук огидний у 90% випадків, і апгрейд йому точно не завадить.

Друга відмінність – ціна. Якщо ми говоримо про внутрішні карти, то за 2-2.5 тисячіпродаються моделі, які практично аналогічні до вбудованого звуку. Їх зазвичай і купують у випадках, коли на материнській платі помер роз'єм (явище, на жаль, поширене). Неприємна особливість дешевих карток – низька стійкість до наведень. Якщо поставити їх близько до відеокарти, фонові звуки сильно дратуватимуть.

Золота середина для вбудованих карток 5-6 тисяч рублів. Тут уже є все, щоб порадувати нормальну людину: захист від наведень, якісні компоненти та гнучкий софт.

За 8-10 тисячпродаються найсвіжіші моделі, здатні відтворювати 32-бітовий звук у діапазоні 384 кГц. Це прямо ось топ-топ. Якщо знаєте, де брати файли та ігри в такій якості – неодмінно купуйте:)

Ще дорожчі звукові карти апаратно мало відрізняються від вже згаданих варіантів, зате знаходять додатковий обвіс - зовнішні модулі для підключення пристроїв, плати-компаньйони з виходами для професійного запису звуку і т.д. Тут залежить від реальних потреб користувача. Особисто мені обважування жодного разу не знадобилося, хоча в магазині здавалося - потрібен.

У USB-карт ціновий розкид приблизно такий самий: від 2 тисячальтернатива вбудованому звуку, 5-7 тисяч міцні середнячки, 8-10 хай-енді понад це все те саме, але з багатим обважуванням.

Особисто я перестаю чути різницю на золотій середині. Просто тому, що більш круті рішення вимагають і хайфайних колонок із навушниками, а я, чесно кажучи, не бачу особливого сенсу грати у World of Tanks у навушниках за тисячу доларів. Напевно для кожного завдання є свої рішення.

Декілька вдалих варіантів

Декілька звукових карт та адаптерів, які пробував і сподобалися.

Інтерфейс PCI-Express

Creative Sound Blaster Z. Продається вже 6 років, у мене в різних комп'ютерах коштує приблизно стільки ж, і досі дуже тішить. ЦАП CS4398, що використовується в цьому продукті, вже старенький, але аудіофіли порівнюють його звучання з CD-плеєрами 500-доларового діапазону. Середня ціна 5500 рублів.

Asus Strix Soar. Якщо в продукті Creative все безсоромно ув'язнено під ігри, то Asus подбала і про любителів музики. ЦАП ESS SABRE9006A за звуком порівняний з CS4398, але Asus пропонує більш тонке налаштування параметрів для тих, хто любить послухати на комп'ютері "Пінк Флойд" в HD-якості. Ціна можна порівняти, близько 5500 рублів.

Інтерфейс USB

Asus Xonar U3- невелика коробочка, будучи вставленою в порт ноутбука, переводить якість звуку на новий рівень. Незважаючи на компактні габарити, знайшлося місце навіть для цифрового виходу. І софт просто напрочуд гнучкий. Цікавий варіант, щоб спробувати – навіщо потрібна звукова карта. Ціна 2000 рублів.

Creative Sound BlasterX G5.Пристрій розміром з пачку сигарет (паління - зло) за характеристиками майже не відрізняється від внутрішньої Sound Blaster Z, але нікуди не треба лазити, досить просто встромити штекер в порт USB. І одразу тобі семиканальний звук бездоганної якості, всякі примочки для музики та ігор, а також вбудований USB порт на той випадок, якщо тобі їх мало. Наявність місця дозволило підсадити додатковий підсилювач для навушників, і одного разу почувши його у справі, важко відвикнути. Основні функції софту продубльовані апаратними кнопками. Ціна питання 10 тисяч карбованців.

Грайте та слухайте музику із задоволенням! Не так їх і багато, цих задоволень.