Категории

Частотный диапазон шума

Тест для ушей

Слышимый частотный диапазон звука и терминология условного деления

Часто у людей (даже тех кто хорошо разбирается в вопросе) возникает путаница и затруднения в чётком понимании того, как именно слышимый человеком частотный диапазон звука делится на общие категории (низкие, средние, высокие) и на более узкие подкатегории (верхние басы, нижнаяя середина и т.п.). В тоже самое время эта информация крайне важна не только для экспериментов c автозвуком, но и полезна для общего развития. Знания обязательно пригодятся во время настройки аудиосистемы любой сложности и, главное, поможет правильно оценить сильные или слабые стороны той или иной акустической системы или же нюансы помещения прослушивания музыки (в нашем случае актуальнее салон автомобиля), ведь оно оказывает непосредственное влияние на конечное звучание. Если есть хорошее и чёткое понимание преобладания тех или иных частот в звуковом спектре на слух, то элементарно и быстро можно оценить звучание той или иной музыкальной композиции, при этом отчётливо услышать влияние акустики помещения на окрашивании звука, вклад самой акустической системы в звук и более тонко разобрать все нюансы, к чему и стремится идеология "хай-фай" звучания.

Разделение слышимого диапазона на основные три группы

Терминология разделения слышимого спектра частот пришла к нам частично из музыкального, частично из научного миров и в общем виде она знакома практически каждому. Самое простое и понятное деление, которое может испытать частотный диапазон звука в общем виде выглядит следующим образом:

  • Низкие частоты. Границы диапазона низких частот находятся в пределах 10 Гц (нижняя граница) - 200 Гц (верхняя граница). Нижняя граница начинается именно с 10 Гц, хотя в классическом представлении человек способен слышать от 20 Гц (всё что ниже попадает уже в область инфразвука), оставшие 10 Гц всё ещё могут частично прослушиваться, а так же ощущаться тактильно в случае глубокого низкого баса и даже влиять на психологический настрой человека. Низкочастотный диапазон звука несёт функцию обогащения, эмоционального насыщения и конечного отклика - если провал в низкочастотной части у акустики или изначальной записи будет сильным, то это никак не скажется на узнаваемости той или иной композиции, мелодии или голоса, но звук будет восприниматься скудно, обеднённо и посредственно, при этом субъективно будет более резким и острым в плане восприятия, поскольку средние и высокие частоты будут выпячиваться и преобладать на фоне отсутствия хорошей насыщенной басовой области.
    Достаточно большое количество музыкальных инструментов воспроизводят звуки в диапазоне низких частот, в том числе мужской вокал может опускаться в область до 100 Гц. Наиболее выраженным инструментом, который играет с самого начала слышимого диапазона (от 20 Гц) можно смело назвать духовой орган.
  • Средние частоты. Границы диапазона средних частот находятся в пределах 200 Гц (нижняя граница) - 2400 Гц (верхняя граница). Средний диапазон всегда будет фундаментальным, определяющим и составлять фактически основу звука или муз композиции, потому его значимость трудно переоценить. Объясняется это по-разному, но главным образом данная особенность человеческого слухового восприятия обуславливается эволюцией - так сложилось за многие годы нашего формирования, что слуховой аппарат наиболее остро и отчётливо улавливает среднечастотный диапазон, т.к. в его пределах находится человеческая речь, а она является главным инструментом для эффективной коммуникации и выживания. Этим же объясняется некоторая нелинейность слухового восприятия, всегда нацеленная на преобладание средних частот при прослушивании музыки, т.к. наш слуховой аппарат наиболее чувствителен к этому диапазону, а так же автоматически подстраивается под него как бы больше "усиливая" на фоне остальных звуков.
    В среднем диапазоне находится абсолютное большинство звуков, музыкальных инструментов или же вокала, даже если затрагивается узкий диапазон сверху или снизу, то всё равно диапазон обычно простирается до верхней или нижней середины. Соответственно, в среднечастотном диапазоне располагается вокал (как мужской так и женский), а так же почти все хорошо известные инструменты, такие как: гитара и прочие струнные, пианино и другие клавишные, духовые инструменты и т.д.
  • Высокие частоты. Границы диапазона высоких частот находятся в пределах 2400 Гц (нижняя граница) - 30000 Гц (верхняя граница). Верхняя граница, как и в случае с низкочастотным диапазоном, получается несколько условной и также индивидуальной: среднестатистический человек не может слышать выше 20 кГц, однако встречаются редкие люди с чувствительностью до 30 кГц. Так же, ряд музыкальных обертонов теоретически может заходить в область свыше 20 кГц, а как известно - обертона в конечном счёте отвечают за окраску звучания и окончательное тембральное восприятия целостной картины звучания. Вроде бы "неслышимые" ультразвуковые частоты могут влиять явным образом на психологическое состояние человека, хоть и не будут при этом прослушиваться в привычной манере. В остальном же роль высоких частот, опять-таки по аналогии с низкими, больше обогатительная и дополняющая. Хотя высокочастотный диапазон куда больше влияет на узнаваемость конкретного звука, достоверность и сохранение первоначального тембра, нежели НЧ секция. Высокие частоты придают музыкальным трекам "воздушность", прозрачность, чистоту и ясность.
    Многие музыкальные инструменты играют также в диапазоне высоких частот, в том числе вокал может заходить в область 7000 Гц и выше с помощью обертонов и гармоник. Наиболее выраженная группа инструментов в высокочастотном сегменте - это струнные и духовые, а более полно в звучании доходят почти до верхней границы слышимого диапазона (20 кГц) тарелки и скрипка.

В любом случае, роль абсолютно всех частот слышимого человеческим ухом диапазона внушительна и проблемы в тракте на любой частоте скорее всего будут хорошо заметны, особенно натренированному слуховому аппарату. Целью воспроизведения высокоточного звучания "хай-фай" класса (или выше) ставится достоверное и максимально ровное звучание всех частот друг с другом так, как оно происходило на момент записи фонограммы в студии. Наличие сильных провалов или же пиков в АЧХ акустической системы свидетельствует о том, что в силу своих конструктивных особенностей она не способна воспроизвести музыку так, как изначально задумывалось автором или звукорежиссёром на момент записи.
Слушая музыку, человек слышит совокупность звучания инструментов и голоса, каждый из которых звучит в каком-то своём отрезке частотного диапазона. У некоторых инструментов может быть весьма узкий (ограниченный) диапазон частот, у других же он наоборот может простираться буквально от нижней до верхней слышимой границы. Необходимо учитывать, что несмотря на одинаковую интенсивность звуков на разных частотах диапазонах, человеческое ухо воспринимает эти частоты с разной громкостью, что опять-таки обусловлено механизмом биологического устройства слухового аппарата. Природа этого явления так же объясняется во многом биологической необходимостью адаптации преимущественно к среднечастотному звуковому диапазону. Так на практике, звук, имеющий частоту 800 Гц при интенсивности в 50 дБ, будет восприниматься субъективно на слух как более громкий по сравнению со звуком той же силы, но с частотой 500 Гц.

Более того, у разных звуковых частот, наводняющих слышимый частотный диапазон звука, будет различная пороговая болевая чувствительность! Болевой порог эталонно считается на средней частоте 1000 Гц при чувствительности примерно 120 Дб (может слегка варьироваться в зависимости от индивидуальных особенностей человека). Как и в случае с неравномерным восприятием интенсивности на разных частотах при нормальных уровнях громкости, примерно такая же зависимость наблюдается и в отношении болевого порога: быстрее всего он наступает на средних частотах, а вот по краям слышимого диапазона порог становится выше. Для сравнения, болевой порог на средней частоте 2000 Гц составляет 112 Дб, тогда как болевой порог на низкой частоте 30 Гц будет уже 135 Дб. Болевой порог на низких частотах всегда выше, чем на средних и высоких.
Аналогичная неравномерность наблюдается и в отношении порога слышимости - это нижний порог, после которого звуки становятся слышимыми человеческим ухом. Условно порогом слышимости считается значение 0 Дб, но справедливо оно опять-таки для эталонной частоты 1000 Гц. Если же для сравнения взять низкочастотный звук частотй 30 Гц, то он станет слышимым только при интенсивности излучения волны в 53 Дб.

Перечисленные особенности человеческого слухового восприятия конечно же оказывают непосредственное влияние тогда, когда ставится вопрос прослушивания музыки и достижения определённого психологического эффекта восприятия. Мы помним из теории строения слухового аппарата, что звуки интенсивностью выше 90 Дб вредны для здоровья и способны привести к деградации и значительному ухудшению слуха. Но при этом слишком тихий звук низкой интенсивности будет страдать от сильной частотной неравномерности из-за биологических особенностей слухового восприятия, которое по природе нелинейно. Таким образом, музыкальный тракт громкостью 40-50 Дб будет восприниматься как обеднённый, с явно выраженным недостатком (можно сказать провалом) низких и высоких частот. Названная проблема хорошо и давно известна, для борьбы с ней даже придумана небезызвестная функция под названием тонокомпенсация, которая путём эквализации выравнивает уровни низких и высоких частот близко к уровню середины, тем самым устраняя нежелательный провал без необходимости поднимать уровень громкости, делая слышимый частотный диапазон звука субъктивно равномерным по степени распределения звуковой энергии.
С учётом интересных и уникальных особенностей человеческого слуха полезно отметить, что с повышением громкости звука кривая нелинейности частот выравнивается, и примерно на отметке 80-85 дБ (и выше) звуковые частоты станут субъективно равнозначными по интенсивности (с отклонением 3-5 Дб). Хотя выравнивание происходит не до конца и на графике всё ещё будет видна пусть и сглаженная, но кривая линия, которая будет сохранять тенденцию в сторону преобладания интенсивности средних частот по сравнению к остальным. В аудиосистемах подобная неравномерность может решаться либо при помощи эквалайзера, либо же с помощью раздельных регулировок громкости в системах с раздельным поканальным усилением.

Разделение слышимого диапазона на более мелкие подгруппы

Помимо общепринятого и хорошо известного деления на три общие группы, иногда возникает необходимость более детально и развёрнуто рассмотреть ту или иную узкую часть, тем самым разделить частотный диапазон звука на ещё более мелкие "фрагменты". Благодаря этому появилось более детальное разделение, пользуясь которым можно элементарно быстро и достаточно точно обозначить предполагаемый отрезок звукового диапазона. Рассмотрим это разделение:

  • Нижние басы (от 10 Гц до 80 Гц) представляют собой самые низкие слышимые звуки с самой большой длиной волны, эти звуки зачастую ощущаются тактильно при условии достаточной интенсивности, эффект можно описать фразой "ощущаешь звук всем телом". Нижние басы так же зачастую входят в резонанс со многими объектами или предметами в помещении/объёме прослушивания и хорошо узнаются по этим паразитным призвукам. Однако бас в обозначенном отрезке диапазона медленный, тягучий, иногда гулкий и протяжный. Он отвечает за такие характеристики звучания, как: мягкость, бархатистость, "обволакивание". С потерей нижних басов в музыкальном тракте звук теряет насыщенность, глубину и объём. Он становится плоским и безжизненным, ощущается обеднённо и порой излишне резко. Нижние басы так же во многом определяют реалистичность звука и дают эффект присутствия, который зависит не только от непосредственного ощущения силы и мощи звучания того или иного инструмента, но так же и от тактильных вибраций, когда звуковая волна проходит сквозь тело и вызывает эффект резонанса.
    В качественных и грамотных аудиосистемах диапазон нижнего баса чаще всего отдаётся сабвуферам, т.к. именно они специально разработаны для этих целей и призваны отыгрывать бас с должной степенью напора, мощи и реалистичности. Важной особенностью диапазона нижнего баса является то, что звуки этих частот (10-80 Гц) не локализуются в пространстве на слух, поскольку так устроен человеческий слуховой аппарат и восприятие звука в целом. Более понятным языком это означает, что звук нижнего баса будет всегда восприниматься играющим спереди со сцены, а точнее он будет восприниматься играющим как бы "везде", заполняющим пространство. Поэтому необходимо чётко запомнить, что независимо от физического расположения низкочастотного динамика/сабвуфера в пространстве (он может быть размещён спереди в составе динамиков фронтальной сцены, или же позади слушателя за несколько метров, например в багажнике автомобиля или в любом другом произвольном месте), - звуки примерно до 80 Гц не разрушат целостность сцены и будут восприниматься, словно они играют спереди, нисколько не разрушая правильную фронтальную подачу инструментальной или вокальной партии.
    Именно благодаря этой уникальной слуховой особенности появляется возможность располагать правильно "порезанный" сабвуфер в любой точке пространства, не опасаясь за целостность виртуальной сцены. Теоретически, локализация звуков органами слуха начинается в районе 100 Гц, однако этот момент индивидуален и некоторые люди вполне могут локализовать звуки уже от 80 Гц, что в конечном счёте и будет самой оптимальной верхней границей, на которой следует обрезать рабочий диапазон сабвуфера в системе (чтобы он не играл выше).

    В область самого нижнего баса и тем более суб-баса опускается небольшое избранное число инструментов: контрабас (40-300 Гц), виолончель (65-7000 Гц), фагот (60-9000 Гц), туба (45-2000 Гц), валторны (60-5000 Гц), бас-гитара (32-196 Гц), бас-барабан (41-8000 Гц), саксофон (56-1320 Гц), пианино (24-1200 Гц), синтезатор (20-20000 Гц), орган (20-7000 Гц), арфа (36-15000 Гц), контрафагот (30-4000 Гц). Указанные диапазоны с учётом всех гармоник инструментов.

  • Верхние басы (от 80 Гц до 200 Гц) представлены верхними нотами классических басовых инструментов, а так же самыми нижними слышимыми частотами отдельных струнных, например гитары. Диапазон верхнего баса ответственен за ощущения силы и передачу энергетического потенциала звуковой волны. Он же дарует ощущение драйва, верхний бас призван раскрыть в полной мере ударный ритм танцевальных композиций. В противовес нижнему басу, верхний отвечает за скорость и напор басовой области и всего звука, потому в качественной аудио системе он всегда выражается быстрым и хлёстким, как ощутимый тактильный удар одновременно с непосредственным восприятием звука. Поэтому именно верхний бас ответственен за атаку, напор и музыкальный драйв, а так же только этот узкий отрезок звукового диапазона способен подарить слушателю ощущение легендарного "панча" (от англ. punch - удар), когда мощный звук воспринимается ощутимым и сильным ударом в грудь. Таким образом, распознать хорошо оформленный и правильный быстрый верхний бас в музыкальной системе можно по качественной отработке энергичного ритма, собранной атаке и по хорошей оформленности инструментов в нижнем регистре нот, таких как виолончель, рояль или духовые инструменты.

    В аудиосистемах отрезок диапазона верхнего баса целесообразнее всего отдать мидбасовым динамикам достаточно большого диаметра 6.5"-10" и с хорошими мощностными показателями, сильным магнитом. Подход объясняется тем, что именно такие по конфигурации динамики в полной мере смогут раскрыть энергетический потенциал, заложенный в этой весьма требовательной области слышимого диапазона. Но не стоит забывать и о детализированности и разборчивости звука, эти параметры так же важны в процессе воссоздания того или иного музыкального образа. Поскольку верхний бас уже хорошо локализуется/определяется в пространстве на слух, то диапазон выше 100 Гц необходимо отдавать исключительно фронтально расположенным динамикам, которые будут формировать и строить сцену. В отрезке верхнего баса отлично прослушивается стереопанорама, если она предусмотрена самой записью.

    Область верхнего баса охватывает уже достаточно большое число инструментов и даже низкий по тональности мужской вокал. Поэтому среди инструментов те же, что играли низкий бас, но к ним добавляются многие другие: томы (70-7000 Гц), малый барабан (100-10000 Гц), перкуссия (150-5000 Гц), тенор-тромбон (80-10000 Гц), труба (160-9000 Гц), тенор-саксофон (120-16000 Гц), альт-саксофон (140-16000 Гц), кларнет (140-15000 Гц), альт-скрипка (130-6700 Гц), гитара (80-5000 Гц). Указанные диапазоны с учётом всех гармоник инструментов.

  • Нижняя середина (от 200 Гц до 500 Гц) - наиболее обширная область, захватывающая большинство инструментов и вокала, как мужского так и женского. Поскольку область диапазона нижней середины фактически переходит из энергетически насыщенного верхнего баса, то можно сказать, что она "перехватывает эстафету" и так же отвечает за правильную передачу ритм-секции в совокупности с драйвом, хотя это влияние уже идёт на спад в сторону диапазона чистых средних частот. В данном диапазоне сосредотачиваются нижние гармоники и обертона, наполняющие голос, соответственно он крайне важен для правильной передачи вокала и насыщенности. Так же именно в нижней середине располагается весь энергетический потенциал голоса исполнителя, без которого не будет соответствующей отдачи и эмоционального отклика. По аналогии с передачей человеческого голоса, многие живые инструменты тоже прячут свой потенциал энергии в этом отрезке диапазона, особенно те, у которых нижняя слышимая граница начинается от 200-250 Гц (гобой, скрипка). Нижняя середина позволяет слышать мелодичность звучания, но не даёт возможность чётко различать инструменты.

    Соответственно, нижняя середина отвечает за правильное оформление большинства инструментов и голоса, насыщая последние и делая их узнаваемыми по тембральной окраске. Так же нижняя середина крайне требовательна в отношении правильной передачи полноценного басового диапазона, поскольку она "подхватывает" драйв и атаку основного ударного баса и предполагается, что она же должна его правильно поддержать и плавно "закончить", постепенно сводя на нет. Ощущения чистота звука и разборчивости баса лежат именно в этой области и, если имеются проблемы в нижней середине от переизбытка или наличия резонансных частот - то звук будет утомлять слушателя, он будет грязным и слегка бубнящим. Ежели ощущается нехватка в области нижней середины, то пострадает правильное ощущение баса и достоверная передача вокальной партии, которая будет лишена напора и энергетической отдачи. Тоже самое касается большинства инструментов, которые без поддержки нижней середины потеряют "своё лицо", станут оформлены неправильно и звучание их заметно обеднеет, даже если останется узнаваемым, оно уже будет не таким полным.

    При построении аудиосистемы диапазон нижней середины и выше (до верхней) обычно отдаётся среднечастотным динамикам (СЧ), которые без сомнения должны располагаться во фронтальной части перед слушателем и строить сцену. Для этих динамиков не так важен размер, он может быть 6.5" и ниже, как важна детализация и способность раскрыть нюансы звучания, что достигается конструктивными особенностями самого динамика (диффузором, подвесом и прочими характеристиками). Так же, для всего среднечастотного диапазона жизненно важна правильная локализация и буквально малейший наклон или доворот динамика может оказывать ощутимое влияние на звучание с точки зрения правильного реалистичного воссоздания образов инструментов и вокала в пространстве, хотя зависеть это во многом будет от конструктивных особенностей самого диффузора динамика.

    Нижняя середина охватывает почти все существующие инструменты и человеческие голоса, правда не несёт фундаментальную роль, но всё ещё очень важна для полноценного восприятия музыки или звуков. Среди инструментов будет тот же набор, который был способен отыгрывать нижний диапазон басовой области, но к ним добавляются и другие, которые начинаются уже с нижней середины: тарелки (190-17000 Гц), гобой (247-15000 Гц), флейта (240-14500 Гц), скрипка (200-17000 Гц). Указанные диапазоны с учётом всех гармоник инструментов.

  • Средняя середина (от 500 Гц до 1200 Гц) или просто чистая середина, почти по теории равновесия данный отрезок диапазона можно считать фундаментальным и основополагающим в звуке и по праву окрестить "золотой серединой". В представленном отрезке частотного диапазона можно найти основные ноты и гармоники абсолютного большинства инструментов и голоса. От насыщенности середины зависит ясность, разборчивость, яркость и пронзительность звучания. Можно сказать, что весь звук как бы "растекается" в стороны от основания, которым является среднечастотный диапазон.
    В случае провала середины звучание становится скучным и невыразительным, теряет звонкость и яркость, вокал перестаёт завораживать и фактически сходит на "нет". Так же середина отвечает за разборчивость основной информации, исходящей от инструментов и вокала (в меньшей степени, т.к. согласные звуки идут диапазоном выше), помогая хорошо различать их на слух. Большинство существующих инструментов оживают в этом диапазоне, становятся энергичными, информативными и осязаемыми, тоже самое происходит и с вокалом (в особенности женским), который наполняется энергией в середине.
    Среднечастотный фундаментальный диапазон охватывает абсолютное большинство инструментов, которые уже были перечислены ранее, а так же раскрывают весь потенциал мужского и женского вокала. Свою жизнь на средних частотах начинают лишь редкие избранные инструменты, играющие в относительно узком диапазоне изначально, например малая флейта (600-15000 Гц).
  • Верхняя середина (от 1200 Гц до 2400 Гц) представляет собой очень тонкий и требовательный участок диапазона, с которым необходимо обращаться бережно и осторожно. В этой области не так много основополагающих нот, составляющих фундамент звучания инструмента или голоса, зато большое количество обертонов и гармоник, благодаря которым звук окрашивается, приобретает резкость и яркий характер. Управляя этой областью частотного диапазона можно фактически играться окраской звучания, делая его либо живым, искрящимся, прозрачным и острым; или же наоборот суховатым, умеренным, но в тоже время более напористым и драйвовым.
    А вот чрезмерное подчёркивание этого диапазона сказывается крайне нежелательно на звуковой картине, т.к. она начинает заметно резать слух, раздражать и даже вызывать болезненные неприятные ощущения. Потому верхняя середина требует с собой деликатного и осторожного отношения, т.к. из-за проблем в этой области очень легко испортить звучание, или же наоборот сделать его интересным и достойным. Обычно окраска в области верхней середины во многом определяет субъективный момент жанровой принадлежности акустической системы.

    Благодаря верхней середине окончательно оформляется вокал и многие инструменты, они становятся хорошо различаемыми на слух и появляется разборчивость звучания. Особенно это касается нюансов воспроизведения человеческого голоса, ведь именно в верхней середине помещается спектр согласных звуков и продолжаются гласные, появившиеся в ранних диапазонах середины. В общем смысле, верхняя середина выгодно подчёркивает и раскрывает в полной мере те инструменты или голоса, которые насыщенны верхними гармониками, призвуками. В частности, по-настоящему живо и натурально в верхней середине раскрывается женский вокал, многие смычковые, струнные и духовые инструменты.
    В верхней середине всё ещё играет подавляющее большинство инструментов, хотя многие уже представлены лишь ввиде обертнов и гармоник. Исключение составляют отдельные редкие, изначально отличающиеся ограниченным низкочастотным диапазоном, например туба (45-2000 Гц), которая заканчивает своё существование в верхней середине полностью.

  • Нижние высокие (от 2400 Гц до 4800 Гц) - это зона/область повышенных искажений, которые, если присутствуют в тракте, обычны становятся заметными именно в данном отрезке. Так же нижние высокие наводняют различные гармоники инструментов и вокала, которые при этом несут вполне конкретную и важную роль в окончательном оформлении воссозданного искусственным путём музыкального образа. Нижние высокие несут в себе основную нагрузку высокочастотного диапазона. В звучании они проявляются по большей части остаточными и хорошо прослушиваемыми гармониками вокала (преимущественно женского) и не утихающими сильными гармониками некоторых инструментов, которые завершают образ последними штрихами естественной звуковой окраски.
    Они же практически не несут в себе роль по части различения инструментов и узнавания голоса, хотя нижний верх остаётся крайне информативной и основополагающей областью. По сути, эти частоты очерчивают музыкальные образы инструментов и вокала, они обозначают их присутствие. В случае провала нижнего высокого отрезка частотного диапазона речь станет сухой, безжизненной и незавершённой, примерно тоже самое происходит с инструментальными партиями - теряется яркость, искажается сама суть источника звука, он становится отчётливо незавершённым и недооформленным.

    В любой нормальной аудиосистеме роль высоких частот принимает на себя отдельный динамик под названием твитер (высокочастотный). Обычно небольшой по размеру, он нетребователен к подводимой мощности (в разумных пределах) по аналогии с серединой и в особенности НЧ секции, однако так же предельно важен для того, чтобы звук играл правильно, реалистично и как минимум красиво. Твитер охватывает весь слышимый высокочастотный диапазон от 2000-2400 Гц до 20000 Гц. В случае с высокочастотными динамиками, почти по аналогии с СЧ секцией, очень важно правильное физическое расположение и направленность, поскольку твитеры максимально задействованы не только в формировании звуковой сцены, но так же и в процессе её тонкой настройки.
    При помощи твитеров можно во многом управлять сценой, приближать/отдалять исполнителей, менять форму и подачу инструментов, играться с окраской звучания и его яркостью. Как и в случае регулировки СЧ динамиков, на правильное звучание твитеров влияет практически всё, причём зачастую очень и очень чувствительно: поворот и наклон динамика, его расположение по вертикали и горизонтали, удалённость от близлежайших поверхностей и т.д. Однако, успех правильной настройки и привередливость ВЧ секции зависит от конструкции динамика и его диаграмы направленности.

    Инструменты, которые доигрывают до нижних высоких, они делают это преимущественно за счёт гармоник, а не основных нот. В остальном в диапазоне нижних высоких "живут" практически все те же, что были и в среднечастотном отрезке, т.е. практически все существующие. Тоже самое и с голосом, который особенно активен в нижних высоких частотах, особенную яркость и влияние можно услышать в женских вокальных партиях.

  • Средние высокие (от 4800 Гц до 9600 Гц) Диапазон частот средних высоких зачастую считается пределом восприятия (например по медицинской терминологии), хотя на практике это не соответствует действительности и зависит как от индивидуальных особенностей человека, так и от его возраста (чем старше человек, тем сильнее порог восприятия снижается). В музыкальном тракте эти частоты дают ощущение чистоты, прозрачности, "воздушности" и некой субъективной завершённости.

    Фактически представленный отрезок диапазона сравним с повышенной чёткостью и детализацией звучания: если провала в среднем верхе нет, то источник звука хорошо локализуется мысленно в пространстве, концентрируется в определённой точке и выражается ощущением определённого расстояния; и наоборот, если ощущается нехватка нижнего верха, то чёткость звука словно размывается и образы теряются в пространстве, звук становится мутным, зажатым и синтетически нереалистичным. Соответственно, регулирование отрезка нижних высоких частот сопоставимо с возможностью виртуально "двигать" звуковую сцену в пространстве, т.е. отдалять или приближать её.
    Частоты средних высоких в конечном счёте обеспечивают желанный эффект присутствия (точнее они довершают его в полной мере, т.к. основу эффекта составляют глубокие и проникновенные НЧ), благодаря этим частотам инструменты и голос становятся максимально реалистичными и достоверными. Так же про средние верха можно сказать, что они отвечают за детальность в звуке, за многочисленные мелкие нюансы и призвуки как в отношении инструментальной части, так и в вокальных партиях. Под конец отрезка средних высоких начинается "воздух" и прозрачность, которая так же может совершенно явственно ощущаться и оказывать влияние на восприятие.

    Несмотря на то, что звук уверенно сходит на спад, в этом отрезке диапазона всё ещё активны: мужской и женский вокал, бас-барабан (41-8000 Гц), томы (70-7000 Гц), малый барабан (100-10000 Гц), тарелки (190-17000 Гц), тромбон в форме воздушной поддержки (80-10000 Гц), труба (160-9000 Гц), фагот (60-9000 Гц), саксофон (56-1320 Гц), кларнет (140-15000 Гц), гобой (247-15000 Гц), флейта (240-14500 Гц), малая флейта (600-15000 Гц), виолончель (65-7000 Гц), скрипка (200-17000 Гц), арфа (36-15000 Гц), орган (20-7000 Гц), синтезатор (20-20000 Гц), литавры (60-3000 Гц).

  • Верхние высокие (от 9600 Гц до 30000 Гц) очень сложный и для многих непонятный диапазон, обеспечивающий по большей части поддержку определённых инструментов и вокала. Верхние высокие преимущественно обеспечивают звуку характеристики воздушности, прозрачности, кристальности, некого порой трудноуловимого дополнения и окрашивания, которое может показаться несущественными и даже неслышимым многим людям, но при этом всё ещё несёт вполне определённый и конкретный смысл. При попытке построить звучание высокого класса "hi-fi" или даже "hi-end" диапазону верхних высоких частот уделяется самое пристальное внимание, т.к. справедливо считается, что в звуке нельзя потерять ни малейшей детали.
    К тому же, помимо непосредственной слышимой части, область верхних высоких, плавно переходящая в ультразвуковые частоты, всё ещё может оказывать некое психологическое воздействие: даже если эти звуки не слышны отчётливо, но волны излучаются в пространство и могут восприниматься человеком, при этом больше на уровне формирования настроения. Так же они в конечном счёте влияют на качество звучания. В целом, эти частоты - наиболее тонкие и нежные во всём диапазоне, но они же ответственные за ощущение красоты, изящности, искристого послевкусия музыки. При нехватке энергии в диапазоне верхних высоких вполне реально ощутить дискомфорт и музыкальную недосказанность. В дополнении ко всему, капризный диапазон верхних высоких дарует слушателю ощущение пространственной глубины, словно погружения вглубь сцены и обволакивание звуком. Однако переизбыток насыщенности звука в обозначенном узком диапазоне может сделать звук излишне "песочным" и неестественно тонким.
    При обсуждении диапазона верхних высоких частот стоит так же упомянуть про ВЧ динамик под названием "супертвитер", который представляет собой фактически расширенную конструктивно версию обычного твитера. Такой динамик разрабатывается с целью охвата бОльшего участка диапазона в верхнюю сторону. Если рабочий диапазон обычного твитера заканчивается на предполагаемой ограничительной отметке, выше которой человеческий слух теоретически не воспринимает звуковую информацию, т.е. 20 кГц, то супертвитер может поднимать эту границу до 30-35 кГц.

    Идея, преследуемая реализацией такого изощрённого динамика, весьма интересна и любопытна, она пришла из мира "hi-fi" и "hi-end", где считается, что в музыкальном тракте нельзя игнорировать никаие частоты и, даже если мы их напрямую не слышим, они всё-равно изначально присутствуют во время живого исполнения той или иной композиции, а значит косвенно могут оказывать какое-то влияние. Ситуация с супертвитером осложняется только тем, что не всякая аппаратура (источники звука/проигрыватели, усилители и т.п.) способны выводить сигнал в полном диапазоне, без обрезки частот сверху. Тоже самое справедливо и в отношении самой записи, которая зачастую делается с обрезкой частотного диапазона и потерей качества.

Примерно таким описанным выше образом выглядит разделение слышимого частотного диапазона на условные отрезки в реальности, с помощью деления легче понимать проблемы в звуковом тракте с целью их устранения или для выравнивания звучания. Несмотря на то, что каждый человек представляет себе какой-то исключительно свой и понятный только ему эталонный образ звука в соответствии только лишь со своими вкусовыми предпочтениями, характер изначального звучания стремится к равновесию, а точнее к усреднению всех звучащих частот. Поэтому правильный студийный звук всегда уравновешенный и спокойный, весь спектр звуковых частот в нём стремится к ровной линии на графике АЧХ (амплитудно-частотной характеристики). То же направление пытается реализовать бескомпромиссный "hi-fi" и "hi-end": получить максимально ровное и сбалансированное звучание, без пиков и провалов на всём участке слышимого диапазона. Такой звук по характеру может показаться обычному неискушённому слушателю скучным и невыразительным, лишённым яркости и не представляющим интереса, однако именно он и является истинно правильным на самом деле, стремящийся к равновесию по аналогии с тем, как проявляют себя законы самой вселенной, в которой мы живём.

Так или иначе, желание воссоздать какой-то определённый характер звучания в рамках своей аудиосистемы лежит целиком и полностью на пристрастиях самого слушателя. Кому-то нравится звук с преобладающими мощными низами, другие любят повышенную яркость "задранных" верхов, третьи могут часами наслаждаться резковатым подчёркнутым в середине вокалом... Вариантов восприятия может быть огромное множество, а информация о частотном делении диапазона на условные отрезки как раз поможет любому желающему создать звук своей мечты, только теперь уже с более полным пониманием нюансов и тонкостей тех законов, которым подчиняется звук как физическое явление.
Понимание процесса насыщения теми или иными частотами звукового диапазона (наполнение его энергией на каждом из участков) на практике не только облегчит настройку любой аудиосистемы и сделает возможным построение сцены в принципе, но так же и даст бесценный опыт по оценке конкретного характера звучания. С опытом человек сможет моментально на слух определять недостатки звука, притом весьма точно описать проблемы в определённом участке диапазона и предположить возможное решение для улучшения звуковой картины. Корректировка звучания может проводится различными методами, где в качестве "рычагов" можно использовать эквалайзер, например, или же "играться" расположением и направлением динамиков - тем самым меняя характер ранних отражений волны, устраняя стоячие волны и т.п. Это уже будет "совсем другая история" и тема для отдельных статей.

Частотный диапазон человеческого голоса в музыкальной терминологии

Отдельно и обособленно в музыке отводится роль человеческому голосу в качестве вокальной партии, ведь природа этого явления воистину удивительна. Человеческий голос столь многогранен а диапазон его (в сравнении с музыкальными инструментами) наиболее широкий, за исключением некоторых инструментов, например фортепьяно. Более того, в разных возрастах человек может издавать различные по высоте звуки, в детском возрасте до ультразвуковых высот, во взрослом возрасте мужской голос вполне способен опускаться крайне низко. Тут, как и ранее, крайне важны индивидуальные особенности голосовых связок человека, т.к. встречаются люди, способные поражать своим голосом в диапазоне 5 октав!

Текущая музыкальная классификация делит голоса по возрасту и полу:

    Детские
  • Альт (низкий)
  • Сопрано (высокий)
  • Дискант (высокий у мальчиков)
    Мужские
  • Бас-профундо (сверхнизкий) 43.7-262 Гц
  • Бас (низкий) 82-349 Гц
  • Баритон (средний) 110-392 Гц
  • Тенор (высокий) 132-532 Гц
  • Тенор-альтино (сверхвысокий) 131-700 Гц
    Женские
  • Контральто (низкие) 165-692 Гц
  • Меццо-сопрано (средние) 220-880 Гц
  • Сопрано (высокие) 262-1046 Гц
  • Колоратурное сопрано (сверхвысокий) 1397 Гц
Источник: http://nopoint.ru/slyshimyj-chastotnyj-diapazon-zvuka-i-terminologiya-uslovnogo-deleniya/

Шум слышимого диапазона

Частотный диапазон звука




Исследование эффективности защиты от шума методами звукоизоляции и звукопоглощения

 

Цель работы: ознакомление с методикой и приборами для измерения шума различного по характеру и временным характеристикам, его гигиенической оценкой и нормированием, а также с методами защиты звукоизоляцией и звукопоглощением.

 

Теоретическая часть

 

Шум определяют как всякий нежелательный для человека звук. С физической точки зрения шум – это беспорядочное сочетание звуков различной частоты и интенсивности (силы), возникающих при механических колебаниях в твердых, жидких и газообразных средах.

Шум как акустический процесс характеризуется с физической и физиологической сторон. С физической стороны он представляет собой явление, связанное с волнообразным распределением колебаний частиц упругой среды. С физиологической стороны он характеризуется ощущением, вызванным воздействием звуковых волн на орган слуха.

Измерение производственного шума

Звук характеризуется своей интенсивностью , звуковым давлением Р [Па] и мощностью W (Вт), которая представляет собой общее количество звуковой энергии, излучаемой источником шума в окружающее пространство.

С учетом логарифмической зависимости ощущения от изменения энергии раздражителя и и удобства оперирования с цифрами принято использовать не сами величины интенсивности, звукового давления и мощности, а их логарифмические уровни

LJ = 10 lg ,

где I – интенсивность звука в данной точке, I0 – интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости, равному 10-12 Вт/м, Р – звуковое давление в данной точке пространства, Р0 – пороговое звуковое давление, равное 2×10-5 Па, Ф – мощность звука в данной точке, Ф0 - пороговая звуковая мощность, равная 10-12 Вт.

При нормальном атмосферном давлении LJ = Lp = L

Для измерения шума с целью оценки его воздействия на человека, используется уровень звукового давления . Уровень интенсивности используют при акустических расчетах помещений.

Частотный диапазон звука

Ухо воспринимает колебания среды в интервале частот от 16 до 20000 Гц. Максимальная чувствительность слуха приходится на частоты 1-3 кГц. Звуки, имеющие одинаковую энергию, но разлную частоту, воспринимаются как различные по громкости. Шум частотой в 1000 Гц принят за эталонный при оценке громкости. Наименьшее звуковое давление, вызывающее ощущение звука на частоте 1000 Гц называется порогом слышимости. Звуковое давление 200Па вызывает ощущение боли в органах слуха и называется болевым порогом.



Изменение на 10дб ощущается как изменение громкости вдвое. За уровни громкости приняты уровни звукового давления на частоте 1000 Гц. Единица уровня громкости – фон.

Ниже 20 Гц и выше 20 кГц находятся соответственно области неслышимых человеком инфра- и ультразвука. Кривые, расположенные между кривой порога болевого ощущения и кривой порога слышимости называются кривыми равной громкости и отражают различие в восприятии звука человеком на разных частотах.

Поскольку звуковые волны представляют собой колебательный процесс, величины интенсивности звука и звуковое давление в точке звукового поля изменяются во времени по синусоидальному закону. Характерными величинами являются их среднеквадратичные значения. Зависимость среднеквадратичных значений синусоидальных составляющих шума или соответствующих им уровней в децибелах от частоты называется частотным спектром шума (или просто спектром). Спектры получают, используя набор электрических фильтров, которые пропускают сигнал в определенной полосе частот - полосе пропускания.

Для получения частотной характеристики шума звуковой диапазон по частоте разбивается на полосы с определенным соотношением граничных частот .

Октавная полоса - полоса частот, в которой верхняя граничная частота fв равна удвоенной нижней частоте , т.е. fв/fн = 2.

 

При оценке и нормировании шума используют также специфическую величину, называемую уровнем звука. Уровень звука - это общий уровень шума, измеренный по шкале А шумомера. Единица измерения уровня звука – Дб(А). Таким образом уровень в дБ(А) соответствует субъективному восприятию шума человеком.





Источник: https://megalektsii.ru/s22302t1.html

Частотный спектр шума

2. Частотный диапазон звука

Рис. 1

Ниже 20 Гц и выше 20 кГц находятся соответственно области неслышимых человеком инфра- и ультразвука. Кривые, расположенные между кривой порога болевого ощущения и кривой порога слышимости называются кривыми равной громкости и отражают различие в восприятии звука человеком на разных частотах.

Поскольку звуковые волны представляют собой колебательный процесс, величины интенсивности звука и звуковое давление в точке звукового поля изменяются во времени по синусоидальному закону. Характерными величинами являются их среднеквадратичные значения. Зависимость среднеквадратичных значений синусоидальных составляющих шума или соответствующих им уровней в децибелах от частоты называется частотным спектром шума (или просто спектром).Спектры получают, используя набор электрических фильтров, которые пропускают сигнал в определенной полосе частот -полосе пропускания.

Для получения частотной характеристики шума звуковой диапазон по частоте разбивается на полосы с определенным соотношением граничных частот (рис.2)

Рис.2

Октавная полоса- полоса частот, в которой верхняя граничная частотаfвравна удвоенной нижней частотеfн, т.е.fв/fн = 2.Например, если взять музыкальный звукоряд, то звук с частотойf= 262 Гц это «до» первой октавы. Звук сf= 262x2 = 524 Гц - «до» второй октавы. «Ля» первой октавы это 440 Гц, «Ля» второй - 880 Гц. Чаще всего применяется разбиение звукового диапазона именно на октавы, или октавные полосы. Октавная полоса характеризуется среднегеометрической частотой

_____

f с.г. = ?fн ?fв

В некоторых случаях (детальное исследование источников шума, эффективности звукоизоляции) используют деление на полуоктавные полосы (fв/fн =) и третьеоктавные полосы (fв/fн == 1,26).

3. Измерение производственного шума

Звук характеризуется своей интенсивностью и звуковым давлениемР?Па?. Кроме этого, любой источник шума характеризуется звуковой мощностью, которая представляет собой общее количество звуковой энергии, излучаемой источником шума в окружающее пространство.

Если окружить источник шума замкнутой поверхностью площадью S, то звуковая мощность источника определится как

Р = ,

где In- нормальная к поверхности составляющая интенсивности.

С учетом логарифмической зависимости ощущения от изменения энергии раздражителя (закон Вебера-Фехнера) и целесообразности унификации единиц и удобства оперирования с цифрами принято использовать не сами величины интенсивности, звукового давления и мощности, а их логарифмические уровни

LJ = 10 lg,

где I– интенсивность звука в данной точке,I0– интенсивность звука, соответствующая порогу слышимости, равному 10-12 Вт/м,Р– звуковое давление в данной точке пространства,Р0– пороговое звуковое давление, равное 2?10-5 Па,Ф– мощность звука в данной точке,Ф0- пороговая звуковая мощность, равная 10-12Вт.

При нормальном атмосферном давлении

LJ = Lp = L

Для измерения шума с целью оценки его воздействия на человека, используется уровень звукового давления Lp(часто обозначается простоL). Уровень интенсивностиLJ используют при акустических расчетах помещений.

Рис.3

При оценке и нормировании шума используют также специфическую величину, называемую уровнем звука.Уровень звука- это общий уровень шума, измеренный по шкале А шумомера. В современных шумомерах используют обычно две характеристики чувствительности - «А» и «С» (см. рис.). Характеристика «С» практически линейна во всем измеряемом диапазоне и используется для исследования спектра шума. Характеристика «А» имитирует кривую чувствительности человеческого уха. Единица измерения уровня звука –Дб(А). Таким образом уровень в дБ(А) соответствует субъективному восприятию шума человеком.

Источник: https://StudFiles.net/preview/3925157/page:2/
Похожие посты