Psychoakustika, vědní obor hraničící mezi fyzikou a psychologií, studuje údaje o sluchovém vjemu člověka, když je na ucho aplikován fyzický stimul – zvuk. Bylo nashromážděno velké množství dat o lidských reakcích na sluchové podněty. Bez těchto údajů je obtížné správně porozumět fungování systémů přenosu zvuku. Uvažujme o nejdůležitějších rysech lidského vnímání zvuku.
Člověk cítí změny akustického tlaku při frekvenci 20-20 000 Hz.
Zvuky s frekvencemi pod 40 Hz jsou v hudbě poměrně vzácné a v mluvené řeči neexistují.
Při velmi vysokých frekvencích mizí hudební vjem a objevuje se určitý neurčitý zvukový vjem v závislosti na individualitě posluchače a jeho věku. S věkem se sluchová citlivost člověka snižuje, především v horních frekvencích zvukového rozsahu.
Bylo by však mylné usuzovat na tomto základě, že přenos širokého frekvenčního pásma zařízením pro reprodukci zvuku je pro starší lidi nedůležitý. Experimenty ukázaly, že lidé, i když sotva vnímají signály nad 12 kHz, velmi snadno poznají nedostatek vysokých frekvencí v hudebním přenosu.
Frekvenční charakteristiky sluchových vjemů
Rozsah zvuků slyšitelných pro člověka v rozsahu 20-20 000 Hz je co do intenzity omezen prahy: pod - slyšitelnost a nad - bolest.
Práh sluchu se odhaduje podle minimálního tlaku, přesněji řečeno, minimální přírůstek tlaku vzhledem k hranici je citlivý na frekvence 1000-5000 Hz - zde je práh sluchu nejnižší (akustický tlak asi 2-10 Pa). Směrem k nižším a vyšším zvukovým frekvencím citlivost sluchu prudce klesá.
Protože rozsah změn intenzity je 130 dB, je elementární skok vjemů v průměru v rozsahu amplitud 0,8 dB, což odpovídá změně intenzity zvuku 1,2krát.
Při nízkých úrovních sluchu dosahují tyto skoky 2-3 dB; při vysokých úrovních se snižují na 0,5 dB (1,1krát). Zvýšení výkonu zesilovací cesty o méně než 1,44 krát lidské ucho prakticky nezaznamená. Při nižším akustickém tlaku vyvinutém reproduktorem nemusí ani zdvojnásobení výkonu koncového stupně přinést znatelný výsledek.
Subjektivní zvukové vlastnosti
Kvalita přenosu zvuku se posuzuje na základě sluchového vnímání. Proto je možné správně určit technické požadavky na cestu přenosu zvuku nebo jeho jednotlivé vazby pouze studiem vzorců spojujících subjektivně vnímaný vjem zvuku a objektivní charakteristiky zvuku jsou výška, hlasitost a zabarvení.
Koncept výšky znamená subjektivní hodnocení vnímání zvuku v celém frekvenčním rozsahu. Zvuk je obvykle charakterizován nikoli frekvencí, ale výškou.
Tón je signál určité výšky, který má diskrétní spektrum (hudební zvuky, samohlásky řeči). Signál, který má široké spojité spektrum, jehož všechny frekvenční složky mají stejný průměrný výkon, se nazývá bílý šum.
Postupné zvyšování frekvence zvukových vibrací od 20 do 20 000 Hz je vnímáno jako postupná změna tónu od nejnižšího (basy) k nejvyššímu.
Míra přesnosti, s jakou člověk určuje výšku zvuku sluchem, závisí na bystrosti, muzikálnosti a trénovanosti jeho ucha. Je třeba poznamenat, že výška zvuku závisí do určité míry na intenzitě zvuku (při vysokých úrovních se zvuky s větší intenzitou zdají nižší než slabší.
Lidské ucho dokáže jasně rozlišit dva tóny, které jsou si výškově blízké. Například ve frekvenčním rozsahu přibližně 2000 Hz může člověk rozlišit dva tóny, které se od sebe frekvenčně liší o 3-6 Hz.
Oktáva je poměrně velký interval změny výšky tónu; člověk rozlišuje výrazně menší intervaly. V deseti oktávách vnímaných uchem lze tedy rozlišit více než tisíc gradací výšky tónu. Hudba používá menší intervaly zvané půltóny, které odpovídají změně frekvence přibližně 1,054krát.
Oktáva se dělí na půloktávy a třetinu oktávy. Pro posledně jmenovaný je standardizován následující rozsah frekvencí: 1; 1,25; 1,6; 2; 2,5; 3; 3,15; 4; 5; 6,3:8; 10, což jsou hranice jedné třetiny oktávy. Pokud jsou tyto frekvence umístěny ve stejných vzdálenostech podél frekvenční osy, dostanete logaritmickou stupnici. Na základě toho jsou všechny frekvenční charakteristiky zařízení pro přenos zvuku vyneseny na logaritmické stupnici.
Hlasitost přenosu závisí nejen na intenzitě zvuku, ale také na spektrálním složení, podmínkách vnímání a délce expozice. Dva znějící tóny střední a nízké frekvence, mající stejnou intenzitu (nebo stejný akustický tlak), tedy člověk nevnímá jako stejně hlasité. Proto byl pro označení zvuků stejné hlasitosti zaveden koncept úrovně hlasitosti v pozadí.
Za hladinu hlasitosti v pozadí se považuje hladina akustického tlaku v decibelech stejné hlasitosti čistého tónu s frekvencí 1000 Hz, tj. pro frekvenci 1000 Hz jsou úrovně hlasitosti v pozadí a decibelech stejné.
Při jiných frekvencích se zvuky mohou zdát hlasitější nebo tišší při stejném akustickém tlaku.
Významná úroveň hlasitosti a doba její expozice způsobují nevratné jevy ve sluchovém orgánu. Bylo zjištěno, že prahy sluchu mladých lidí se v posledních letech prudce zvýšily.
Důvodem byla vášeň pro populární hudbu, která se vyznačuje vysokou úrovní hlasitosti.
Hladina hlasitosti se měří pomocí elektroakustického zařízení - zvukoměru. Měřený zvuk je nejprve mikrofonem převeden na elektrické vibrace. Po zesílení speciálním napěťovým zesilovačem jsou tyto oscilace měřeny ukazovacím přístrojem nastaveným v decibelech. Aby údaje přístroje co nejpřesněji odpovídaly subjektivnímu vnímání hlasitosti, je přístroj vybaven speciálními filtry, které mění jeho citlivost na vnímání zvuku různých frekvencí v souladu s charakteristikou citlivosti sluchu.
Důležitou vlastností zvuku je zabarvení. Schopnost sluchu jej rozlišit umožňuje vnímat signály s širokou paletou odstínů. Zvuk každého z nástrojů a hlasů se díky jejich charakteristickým odstínům stává vícebarevným a dobře rozpoznatelným.
Zabarvení, které je subjektivním odrazem komplexnosti vnímaného zvuku, nemá žádné kvantitativní hodnocení a je charakterizováno kvalitativními pojmy (krásný, měkký, šťavnatý atd.).
Při přenosu signálu po elektroakustické cestě ovlivňují výsledná zkreslení především zabarvení reprodukovaného zvuku. Podmínkou správného přenosu témbru hudebních zvuků je nezkreslený přenos spektra signálu. Spektrum signálu je soubor sinusových složek komplexního zvuku.
Nejjednodušší spektrum je tzv. čistý tón obsahuje pouze jednu frekvenci. Zvuk hudebního nástroje je zajímavější: jeho spektrum se skládá z frekvence základního tónu a několika „nečistotných“ frekvencí zvaných podtóny (vyšší tóny jsou násobkem frekvence základního tónu a mají obvykle menší amplitudu). .
Rozdíly v zabarvení jsou způsobeny především nízkofrekvenčními složkami signálu, proto je se signály ležícími ve spodní části frekvenčního rozsahu spojeno velké množství barev. Signály patřící do jeho horní části při zvětšování stále více ztrácejí témbrové zabarvení, což je dáno postupným odchodem jejich harmonických složek za hranice slyšitelných frekvencí. To lze vysvětlit skutečností, že až 20 nebo více harmonických se aktivně podílí na tvorbě zabarvení nízkých zvuků, středních 8 - 10, vysokých 2 - 3, protože zbytek je buď slabý, nebo spadá mimo rozsah slyšitelnosti. frekvence.
Proto jsou vysoké zvuky zpravidla chudší na barvu.
Téměř všechny přirozené zdroje zvuku, včetně zdrojů hudebních zvuků, mají specifickou závislost témbru na úrovni hlasitosti. Této závislosti je přizpůsoben i sluch – je pro něj přirozené určovat intenzitu zdroje podle barvy zvuku. Hlasitější zvuky jsou obvykle drsnější.
Hudební zdroje zvuku
Na kvalitu zvuku elektroakustických systémů má velký vliv řada faktorů charakterizujících primární zdroje zvuku.
Akustické parametry hudebních zdrojů závisí na složení interpretů (orchestr, soubor, skupina, sólista a druh hudby: symfonická, folková, popová atd.).
Vznik a utváření zvuku na každém hudebním nástroji má svá specifika spojená s akustickými charakteristikami tvorby zvuku v konkrétním hudebním nástroji.
Jednou z charakteristik každého hudebního nástroje je jeho frekvenční rozsah.
Kromě základních frekvencí se každý nástroj vyznačuje dalšími kvalitními součástmi - podtóny (nebo, jak je v elektroakustice zvykem, vyššími harmonickými), které určují jeho specifický témbr.
Je známo, že zvuková energie je nerovnoměrně distribuována v celém spektru zvukových frekvencí vyzařovaných zdrojem.
Většina nástrojů se vyznačuje zesílením základních frekvencí, ale i jednotlivých podtónů, v určitých (jednom nebo více) relativně úzkých frekvenčních pásmech (formantech), pro každý nástroj odlišných. Rezonanční frekvence (v hertzech) formantové oblasti jsou: pro trubku 100-200, lesní roh 200-400, pozoun 300-900, trubku 800-1750, saxofon 350-900, hoboj 800-1500, fagot 0250-9003 -600.
Další charakteristickou vlastností hudebních nástrojů je síla jejich zvuku, která je dána větší či menší amplitudou (rozpětím) jejich znějícího těla nebo vzduchového sloupce (větší amplituda odpovídá silnějšímu zvuku a naopak). Hodnoty špičkového akustického výkonu (ve wattech) jsou: pro velký orchestr 70, basový buben 25, tympány 20, malý buben 12, trombón 6, klavír 0,4, trubka a saxofon 0,3, trubka 0,2, kontrabas 0.( 6, malá flétna 0,08, klarinet, lesní roh a trojúhelník 0,05.
Poměr zvukové síly získané z nástroje při hře „fortissimo“ k síle zvuku při hře „pianissimo“ se obvykle nazývá dynamický rozsah zvuku hudebních nástrojů.
Dynamický rozsah hudebního zdroje zvuku závisí na typu vystupující skupiny a povaze vystoupení.
Uvažujme dynamický rozsah jednotlivých zdrojů zvuku. Dynamický rozsah jednotlivých hudebních nástrojů a souborů (orchestrů a sborů různého složení), ale i hlasů, je chápán jako poměr maximálního akustického tlaku vytvořeného daným zdrojem k minimu, vyjádřený v decibelech.
Dynamický rozsah pro daný zdroj zvuku není konstantní hodnotou. Záleží na charakteru vykonávané práce a na akustických podmínkách místnosti, ve které se představení odehrává.
Dozvuk rozšiřuje dynamický rozsah, který typicky dosahuje svého maxima v místnostech s velkou hlasitostí a minimální absorpcí zvuku. Téměř všechny nástroje a lidské hlasy mají nerovnoměrný dynamický rozsah napříč zvukovými rejstříky. Například úroveň hlasitosti nejnižšího zvuku na forte pro zpěváka se rovná úrovni nejvyššího zvuku na klavíru.
Dynamický rozsah konkrétního hudebního programu je vyjádřen stejným způsobem jako u jednotlivých zdrojů zvuku, ale maximální akustický tlak je zaznamenán dynamickým tónem ff (fortissimo) a minimální tónem pp (pianissimo).
Nejvyšší hlasitost, uvedená v notách fff (forte, fortissimo), odpovídá hladině akustického tlaku přibližně 110 dB a nejnižší hlasitost, uvedená v notách ppr (piano-pianissimo), přibližně 40 dB.
Je třeba poznamenat, že dynamické nuance výkonu v hudbě jsou relativní a jejich vztah k odpovídajícím hladinám akustického tlaku je do jisté míry podmíněný. Dynamický rozsah konkrétního hudebního programu závisí na povaze skladby. Dynamický rozsah klasických děl Haydna, Mozarta, Vivaldiho tedy jen zřídka přesahuje 30-35 dB. Dynamický rozsah populární hudby obvykle nepřesahuje 40 dB, zatímco u taneční a jazzové hudby je to jen asi 20 dB. Většina děl pro orchestr ruských lidových nástrojů má také malý dynamický rozsah (25-30 dB). To platí i pro dechovku. Maximální hladina zvuku dechovky v místnosti však může dosáhnout docela vysoké úrovně (až 110 dB).
Maskovací efekt
Experimenty na určení stupně maskování jednoho zvukového signálu jiným ukazují, že tón jakékoli frekvence je maskován nižšími tóny mnohem efektivněji než vyššími. Pokud například dvě ladičky (1200 a 440 Hz) vydávají zvuky se stejnou intenzitou, pak přestaneme slyšet první tón, je maskován druhým (zhasnutím vibrací druhé ladičky uslyšíme první znovu).
Pokud současně existují dva komplexní zvukové signály skládající se z určitých zvukových frekvenčních spekter, dochází ke vzájemnému maskování. Navíc, pokud hlavní energie obou signálů leží ve stejné oblasti zvukového frekvenčního rozsahu, pak bude maskovací efekt nejsilnější. Při přenosu orchestrální skladby se tedy v důsledku maskování doprovodem může zhoršit part sólisty. srozumitelné a neslyšitelné.
Dosažení čistoty nebo, jak se říká, „průhlednosti“ zvuku při přenosu zvuku orchestrů nebo popových souborů je velmi obtížné, pokud nástroj nebo jednotlivé skupiny orchestrálních nástrojů hrají v jednom nebo podobných rejstřících současně.
Režisér při nahrávání orchestru musí vzít v úvahu rysy maskování.
Na zkouškách s pomocí dirigenta nastoluje rovnováhu mezi zvukovou silou nástrojů jedné skupiny i mezi skupinami celého orchestru. Zřetelnosti hlavních melodických linek a jednotlivých hudebních částí je v těchto případech dosaženo úzkým umístěním mikrofonů k interpretům, záměrným výběrem zvukařů nejdůležitějších nástrojů v daném místě působení a dalším speciálním zvukem. inženýrské techniky.
Proti fenoménu maskování stojí psychofyziologická schopnost sluchových orgánů vyčlenit z obecného množství zvuků jeden nebo více, které nesou nejdůležitější informace. Například, když hraje orchestr, dirigent si všimne sebemenších nepřesností v provedení partu na jakémkoliv nástroji.
Časové charakteristiky sluchového vnímání
Sluchadlo, stejně jako jakýkoli jiný oscilační systém, je inerciální. Když zvuk zmizí, sluchový vjem nezmizí okamžitě, ale postupně, klesá až k nule. Doba, za kterou se hladina hluku sníží o 8-10 pozadí, se nazývá časová konstanta sluchu. Tato konstanta závisí na řadě okolností a také na parametrech vnímaného zvuku. Dorazí-li k posluchači dva krátké zvukové impulsy shodné frekvenčním složením a úrovní, ale jeden z nich je zpožděný, pak budou vnímány společně se zpožděním nepřesahujícím 50 ms. Při velkých intervalech zpoždění jsou oba impulsy vnímány odděleně a dochází k ozvěně.
Tato vlastnost sluchu se bere v úvahu při navrhování některých zařízení pro zpracování signálu, například elektronických zpožďovacích linek, dozvuků atd.
Je třeba poznamenat, že díky zvláštní vlastnosti sluchu závisí pocit hlasitosti krátkodobého zvukového pulzu nejen na jeho úrovni, ale také na době trvání dopadu pulzu na ucho. Krátkodobý zvuk, trvající pouze 10-12 ms, je tedy sluchem vnímán tišeji než zvuk stejné úrovně, ale ovlivňující sluch např. na 150-400 ms. Proto při poslechu vysílání je hlasitost výsledkem zprůměrování energie zvukové vlny za určitý interval. Lidský sluch má navíc setrvačnost, zejména při vnímání nelineárních zkreslení je necítí, pokud je trvání zvukového impulsu kratší než 10-20 ms. Proto jsou v indikátorech úrovně domácích radioelektronických zařízení pro záznam zvuku okamžité hodnoty signálu zprůměrovány za období zvolené v souladu s časovými charakteristikami sluchových orgánů.
Prostorová reprezentace zvuku
Jednou z důležitých lidských schopností je schopnost určit směr zdroje zvuku. Tato schopnost se nazývá binaurální efekt a vysvětluje se tím, že člověk má dvě uši. Experimentální data ukazují, odkud zvuk pochází: jeden pro vysokofrekvenční tóny, jeden pro nízkofrekvenční tóny.
Zvuk se šíří kratší vzdálenost k uchu obrácenému ke zdroji než k uchu druhému. V důsledku toho se tlak zvukových vln ve zvukovodech mění ve fázi a amplitudě.
Rozdíly amplitud jsou významné pouze při vysokých frekvencích, kdy se vlnová délka zvuku stává srovnatelnou s velikostí hlavy. Když rozdíl v amplitudě překročí prahovou hodnotu 1 dB, zdroj zvuku se zdá být na straně, kde je amplituda větší. Úhel odchylky zdroje zvuku od středové linie (čáry symetrie) je přibližně úměrný logaritmu poměru amplitud.
Pro určení směru zdroje zvuku s frekvencemi pod 1500-2000 Hz jsou významné fázové rozdíly. Člověku se zdá, že zvuk přichází ze strany, ze které do ucha dopadá vlna, která je ve fázi napřed. Úhel odchylky zvuku od střední čáry je úměrný rozdílu v době příchodu zvukových vln do obou uší. Trénovaný člověk může zaznamenat fázový rozdíl s časovým rozdílem 100 ms.
Schopnost určit směr zvuku ve vertikální rovině je mnohem méně rozvinutá (asi 10x). Tento fyziologický rys je spojen s orientací sluchových orgánů v horizontální rovině.
Specifický rys prostorového vnímání zvuku člověkem se projevuje v tom, že sluchové orgány jsou schopny vnímat celkovou integrální lokalizaci vytvořenou pomocí umělých ovlivňovacích prostředků. Například v místnosti jsou dva reproduktory instalovány podél přední části ve vzdálenosti 2-3 m od sebe. Posluchač je umístěn ve stejné vzdálenosti od osy spojovacího systému, přísně ve středu. V místnosti jsou z reproduktorů vydávány dva zvuky stejné fáze, frekvence a intenzity. V důsledku identity zvuků procházejících do sluchového orgánu je člověk nemůže oddělit, jeho pocity dávají představy o jediném, zdánlivém (virtuálním) zdroji zvuku, který je umístěn přísně ve středu na ose symetrie.
Pro ilustraci integrální lokalizace uvádíme příklad. Vzdálenost mezi reproduktory je 2 m, vzdálenost od přední linie k posluchači je 2 m; aby se zdroj posunul o 40 cm doleva nebo doprava, je nutné podat dva signály s rozdílem úrovně intenzity 5 dB nebo s časovým zpožděním 0,3 ms. Při rozdílu úrovní 10 dB nebo časové prodlevě 0,6 ms se zdroj „posune“ 70 cm od středu.
Pokud tedy změníte akustický tlak vytvářený reproduktorem, vzniká iluze pohybu zdroje zvuku. Tento jev se nazývá souhrnná lokalizace. Pro vytvoření souhrnné lokalizace je použit dvoukanálový stereofonní systém přenosu zvuku.
V primární místnosti jsou instalovány dva mikrofony, z nichž každý pracuje na svém vlastním kanálu. Sekundární má dva reproduktory. Mikrofony jsou umístěny v určité vzdálenosti od sebe podél linie rovnoběžné s umístěním emitoru zvuku. Při pohybu zvukového zářiče bude na mikrofon působit různý akustický tlak a čas příchodu zvukové vlny se bude lišit v důsledku nestejné vzdálenosti mezi zvukovým zářičem a mikrofony. Tento rozdíl vytváří celkový lokalizační efekt ve vedlejší místnosti, v důsledku čehož je zdánlivý zdroj lokalizován v určitém bodě prostoru mezi dvěma reproduktory.
Je třeba říci o systému přenosu binaurálního zvuku. U tohoto systému, nazývaného systém umělé hlavy, jsou v primární místnosti umístěny dva samostatné mikrofony, které jsou od sebe vzdáleny ve vzdálenosti rovné vzdálenosti mezi ušima osoby. Každý z mikrofonů má samostatný kanál pro přenos zvuku, jehož výstupem ve vedlejší místnosti jsou telefony pro levé a pravé ucho. Pokud jsou kanály přenosu zvuku identické, takový systém přesně zprostředkuje binaurální efekt vytvořený v blízkosti uší „umělé hlavy“ v primární místnosti. Mít sluchátka a muset je používat delší dobu je nevýhoda.
Sluchový orgán určuje vzdálenost ke zdroji zvuku pomocí řady nepřímých znaků as určitými chybami. V závislosti na tom, zda je vzdálenost ke zdroji signálu malá nebo velká, se pod vlivem různých faktorů mění jeho subjektivní hodnocení. Bylo zjištěno, že pokud jsou stanovené vzdálenosti malé (do 3 m), pak jejich subjektivní hodnocení téměř lineárně souvisí se změnou hlasitosti zdroje zvuku pohybujícího se po hloubce. Dalším faktorem pro komplexní signál je jeho zabarvení, které se stává stále „těžším“, jak se zdroj přibližuje k posluchači. Je to způsobeno rostoucím zesílením nízkých podtónů ve srovnání s vysokými podtóny, což je způsobeno výsledným zvýšením úrovně hlasitosti.
Pro průměrné vzdálenosti 3-10 m bude oddálení zdroje od posluchače doprovázeno proporcionálním snížením hlasitosti a tato změna bude platit stejně pro základní frekvenci a harmonické složky. V důsledku toho dochází k relativnímu posílení vysokofrekvenční části spektra a témbr se stává jasnějším.
S rostoucí vzdáleností se energetické ztráty ve vzduchu budou zvyšovat úměrně druhé mocnině frekvence. Zvýšená ztráta vysokých podtónů registru bude mít za následek snížení jasu timbrálu. Subjektivní hodnocení vzdáleností je tedy spojeno se změnami jeho objemu a zabarvení.
V uzavřené místnosti jsou signály prvních odrazů, zpožděné oproti přímému odrazu o 20-40 ms, vnímány sluchovým orgánem jako přicházející z různých směrů. Jejich narůstající zpoždění zároveň vytváří dojem značné vzdálenosti od bodů, od kterých k těmto odrazům dochází. Podle doby zpoždění lze tedy posuzovat relativní vzdálenost sekundárních zdrojů nebo, co je stejné, velikost místnosti.
Některé rysy subjektivního vnímání stereofonního vysílání.
Stereofonní systém přenosu zvuku má ve srovnání s konvenčním monofonním systémem řadu významných vlastností.
Kvalita, která odlišuje stereofonní zvuk, hlasitost, tzn. přirozenou akustickou perspektivu lze posoudit pomocí některých dalších indikátorů, které nedávají smysl u techniky přenosu monofonního zvuku. Mezi takové další indikátory patří: úhel sluchu, tzn. úhel, pod kterým posluchač vnímá stereofonní zvukový obraz; stereo rozlišení, tzn. subjektivně určená lokalizace jednotlivých prvků zvukového obrazu v určitých bodech prostoru v rámci úhlu slyšitelnosti; akustická atmosféra, tzn. efekt dává posluchači pocit přítomnosti v primární místnosti, kde dochází k přenášené zvukové události.
O roli akustiky místnosti
Barevného zvuku je dosaženo nejen pomocí zařízení pro reprodukci zvuku. I s docela dobrým vybavením může být kvalita zvuku špatná, pokud poslechová místnost nemá určité vlastnosti. Je známo, že v uzavřené místnosti dochází k nosnímu zvukovému fenoménu zvanému dozvuk. Ovlivněním sluchových orgánů může dozvuk (v závislosti na délce trvání) zlepšit nebo zhoršit kvalitu zvuku.
Člověk v místnosti vnímá nejen přímé zvukové vlny vytvářené přímo zdrojem zvuku, ale také vlny odražené od stropu a stěn místnosti. Odražené vlny jsou slyšet ještě nějakou dobu po zastavení zdroje zvuku.
Někdy se má za to, že odražené signály hrají pouze negativní roli a narušují vnímání hlavního signálu. Tato myšlenka je však nesprávná. Určitá část energie počátečních odražených echo signálů, která se do lidského uší dostane s krátkými zpožděními, zesílí hlavní signál a obohatí jeho zvuk. Naproti tomu později odražené ozvěny. jejichž doba zpoždění přesahuje určitou kritickou hodnotu, tvoří zvukové pozadí, které ztěžuje vnímání hlavního signálu.
Poslechová místnost by neměla mít dlouhou dobu dozvuku. Obývací pokoje mají zpravidla malý dozvuk kvůli své omezené velikosti a přítomnosti povrchů pohlcujících zvuk, čalouněného nábytku, koberců, závěsů atd.
Překážky různého charakteru a vlastností se vyznačují koeficientem zvukové pohltivosti, což je poměr pohlcené energie k celkové energii dopadající zvukové vlny.
Pro zvýšení zvukově pohltivých vlastností koberce (a snížení hluku v obývacím pokoji) je vhodné zavěsit koberec ne těsně ke stěně, ale s mezerou 30-50 mm.
Akustické principy jsou často ne zcela správně interpretovány a v důsledku toho nesprávně aplikovány v praxi.
Mnoho z toho, co by mělo být považováno za znalosti a zkušenosti v této oblasti, se často ukazuje jako nekompetentnost. Tradiční přístup většiny stavebníků k řešení problémů zvukové izolace a korekce prostorové akustiky vychází z praxe a zkušeností, které často omezují nebo dokonce snižují celkový akustický efekt. Úspěšné akustické projekty bývají prosty mylných představ a pseudovědeckých závěrů a jejich obsah je zaměřen na zajištění toho, že investované peníze a úsilí přinesou přínosné a předvídatelné výsledky.
Níže uvádíme některé z nejčastějších akustických mýtů, se kterými se neustále setkáváme při komunikaci s našimi klienty.
Mýtus č. 1: Zvuková izolace a pohlcování zvuku jsou to samé
fakta: Absorpce zvuku je snížení energie odražené zvukové vlny při interakci s překážkou, například stěnou, příčkou, podlahou, stropem. Provádí se rozptýlením energie, její přeměnou na teplo a vzrušujícími vibracemi. Zvuková pohltivost se posuzuje pomocí bezrozměrného koeficientu zvukové pohltivosti αw ve frekvenčním rozsahu 125-4000 Hz. Tento koeficient může nabývat hodnoty od 0 do 1 (čím blíže k 1, tím vyšší je absorpce zvuku). Pomocí materiálů pohlcujících zvuk se zlepší podmínky pro sluch uvnitř místnosti.
Zvuková izolace - snížení hladiny zvuku, když zvuk prochází plotem z jedné místnosti do druhé. Účinnost zvukové izolace se posuzuje indexem vzduchové neprůzvučnosti Rw (průměrně v rozmezí nejtypičtějších frekvencí pro bydlení - od 100 do 3000 Hz), u mezipodlažních podhledů také indexem snížené hladiny kročejového hluku pod strop Lnw. Čím více Rw a čím méně Lnw, tím vyšší je zvuková izolace. Obě veličiny jsou měřeny v dB (decibelech).
rada: Pro zvýšení zvukové izolace se doporučuje použít nejmasivnější a nejtlustší uzavírací konstrukce. Samotné dokončení místnosti pomocí materiálů pohlcujících zvuk je neúčinné a nevede k výraznému zvýšení zvukové izolace mezi místnostmi.
Mýtus č. 2: Čím vyšší je hodnota indexu vzduchové neprůzvučnosti Rw, tím vyšší je zvuková izolace plotu.
fakta: Index vzduchové neprůzvučnosti Rw je integrální charakteristika používaná pouze pro frekvenční rozsah 100-3000 Hz a je určena pro hodnocení hluku domácího původu (mluvená řeč, rádio, TV). Čím vyšší je hodnota Rw, tím vyšší je zvuková izolace přesně tento typ.
V procesu vývoje metodiky pro výpočet Rw indexu nebyl brán v úvahu vzhled domácích kin a hlučných technických zařízení (ventilátory, klimatizace, čerpadla atd.) v moderních obytných budovách.
Nastává situace, kdy lehká rámová příčka ze sádrokartonu má index Rw vyšší než zděná stěna stejné tloušťky. Rámová přepážka v tomto případě mnohem lépe izoluje zvuky hlasu, běžící televize, zvonícího telefonu nebo budíku, ale cihlová zeď účinněji sníží zvuk subwooferu domácího kina.
rada: Před postavením příček v místnosti analyzujte frekvenční charakteristiky stávajících nebo potenciálních zdrojů hluku. Při výběru konstrukčních možností příček doporučujeme spíše než indexy Rw porovnávat jejich zvukovou izolaci ve třetinooktávových frekvenčních pásmech. Pro odhlučnění zdrojů nízkofrekvenčního hluku (domácí kino, mechanická zařízení) se doporučuje použít uzavírací konstrukce z hutných pevných materiálů.
Mýtus č. 3: Hlučné inženýrské zařízení může být umístěno v kterékoli části budovy, protože je vždy lze odhlučnit speciálními materiály
fakta: Správné umístění hlučných technických zařízení je prvořadým úkolem při vývoji architektonického a plánovacího řešení budovy a opatření k vytvoření akusticky příjemného prostředí. Zvukově izolační konstrukce a materiály tlumící vibrace mohou být velmi drahé. Navzdory tomu použití zvukotěsných technologií nemůže vždy snížit akustický dopad technických zařízení na standardní hodnoty v celém rozsahu zvukových frekvencí.
rada: Hlučná technická zařízení musí být umístěna mimo chráněné prostory. Mnoho materiálů a technologií izolujících vibrace má omezení ve své účinnosti v závislosti na kombinaci hmotnostních a rozměrových charakteristik zařízení a stavebních konstrukcí. Mnoho typů technických zařízení má výrazné nízkofrekvenční charakteristiky, které je obtížné izolovat.
Mýtus č. 4: Okna s dvojskly (3 tabule) mají vyšší zvukově izolační vlastnosti ve srovnání s okny s jednokomorovými dvojskly (2 tabule)
fakta: Vzhledem k akustické vazbě skel a výskytu rezonančních jevů v tenkých vzduchových mezerách (obvykle 8-10 mm), okna s dvojitým zasklením zpravidla neposkytují výraznější zvukovou izolaci od vnějšího hluku ve srovnání s jednoskly. komorová dvojskla o stejné šířce a celkové tloušťce skla. Při stejné tloušťce oken s dvojitým zasklením a celkové tloušťce skla v nich bude mít jednokomorové okno s dvojitým zasklením vždy vyšší hodnotu indexu vzduchové neprůzvučnosti Rw ve srovnání s dvoukomorovým.
rada: Pro zvýšení zvukové izolace okna se doporučuje použít dvojitá okna o maximální možné šířce (alespoň 36 mm), skládající se ze dvou masivních skel, nejlépe různé tloušťky (například 6 a 8 mm) a co nejširší distanční pás. Pokud je použito dvoukomorové okno s dvojitým zasklením, pak se doporučuje použít sklo různé tloušťky a vzduchové mezery různých šířek. Profilový systém musí zajistit tříokruhové těsnění křídla po obvodu okna. V reálných podmínkách kvalita křídla ovlivňuje zvukovou izolaci okna ještě více než vzorec okna s dvojitým zasklením. Je třeba vzít v úvahu, že zvuková izolace je frekvenčně závislá charakteristika. Někdy může být skleněná jednotka s vyšší hodnotou indexu Rw v některých frekvenčních rozsazích méně účinná ve srovnání se skleněnou jednotkou s nižší hodnotou indexu Rw.
Mýtus č. 5: Použití rohoží z minerální vlny v rámových příčkách je dostatečné pro zajištění vysoké zvukové izolace mezi místnostmi
fakta: Minerální vlna není zvukotěsný materiál, může být pouze jedním z prvků zvukotěsné konstrukce. Například speciální zvukově pohltivé desky z akustické minerální vlny mohou zvýšit zvukovou izolaci sádrokartonových příček v závislosti na jejich provedení o 5-8 dB. Na druhou stranu překrytí jednovrstvé rámové příčky druhou vrstvou sádrokartonu může zvýšit její neprůzvučnost o 5-6 dB.
Je však třeba pamatovat na to, že použití libovolných izolačních materiálů ve zvukově izolačních konstrukcích vede k mnohem menšímu efektu nebo nemá na zvukovou izolaci vůbec žádný vliv.
rada: Pro zvýšení zvukové izolace obvodových konstrukcí se důrazně doporučuje použití speciálních desek z akustické minerální vlny z důvodu vysoké míry pohltivosti zvuku. Akustická minerální vlna se však musí používat v kombinaci s metodami zvukové izolace, jako je stavba masivních a/nebo akusticky oddělených obvodových konstrukcí, použití speciálních protihlukových spojovacích prostředků atd.
Mýtus č. 6: Zvukovou izolaci mezi dvěma místnostmi lze vždy zvýšit postavením příčky s vysokou hodnotou indexu zvukové izolace
fakta: Zvuk se z jedné místnosti do druhé šíří nejen přes dělicí příčku, ale i všemi přilehlými stavebními konstrukcemi a inženýrskými sítěmi (příčky, strop, podlaha, okna, dveře, vzduchovody, vodovodní, topné a kanalizační potrubí). Tento jev se nazývá nepřímý přenos zvuku. Všechny stavební prvky vyžadují zvukově izolační opatření. Pokud například postavíte příčku s indexem zvukové izolace Rw = 60 dB a poté do ní nainstalujete dveře bez prahu, pak bude celková zvuková izolace plotu prakticky určena zvukovou izolací dveří a nebude větší než Rw = 20-25 dB. Totéž se stane, pokud obě izolované místnosti propojíte společným vzduchotechnickým potrubím vedeným přes zvukově izolační příčku.
rada: Při výstavbě stavebních konstrukcí je nutné zajistit „rovnováhu“ jejich zvukově izolačních vlastností tak, aby každý z kanálů šíření zvuku měl přibližně stejný vliv na celkovou zvukovou izolaci. Zvláštní pozornost by měla být věnována ventilačnímu systému, oknům a dveřím.
Mýtus č. 7: Vícevrstvé rámové příčky mají vyšší zvukově izolační vlastnosti ve srovnání s běžnými 2vrstvými
fakta: Intuitivně se zdá, že čím více se střídají vrstvy sádrokartonu a minerální vlny, tím vyšší je zvuková izolace plotu. Zvuková izolace rámových příček ve skutečnosti nezávisí pouze na hmotnosti obkladu a na tloušťce vzduchové mezery mezi nimi.
Různá provedení rámových přepážek jsou znázorněna na obr. 1 a jsou uspořádána tak, aby se zvýšila schopnost zvukové izolace. Jako prvotní návrh zvažte příčku s dvojitým sádrokartonovým obkladem na obou stranách.
Pokud přerozdělíme vrstvy sádrokartonu v původní příčce tak, že se budou střídat, rozdělíme stávající vzduchovou mezeru na několik tenčích segmentů. Zmenšení vzduchových mezer vede ke zvýšení rezonanční frekvence konstrukce, což výrazně snižuje zvukovou izolaci, zejména při nízkých frekvencích.
Při stejném počtu sádrokartonových desek má největší zvukovou izolaci příčka s jednou vzduchovou mezerou.
Mnohem větší vliv na konečný výsledek neprůzvučnosti má tedy použití správného technického řešení při návrhu zvukotěsných příček a optimální kombinace zvukotěsných a obecných konstrukčních materiálů než pouhá volba speciálních akustických materiálů.
rada: Pro zvýšení zvukové izolace rámových příček se doporučuje použít konstrukce na samostatných rámech, dvojité nebo i trojité opláštění sádrokartonem, vyplnit vnitřní prostor rámů speciálním zvuk pohlcujícím materiálem, použít elastická těsnění mezi vodicími profily a stavebními konstrukcemi a pečlivě utěsněte spoje.
Nedoporučuje se používat vícevrstvé struktury se střídajícími se hustými a elastickými vrstvami.
Mýtus č. 8: Pěnový polystyren je účinný zvukotěsný a zvuk pohlcující materiál.
Fakt A: Polystyrenová pěna je k dispozici v deskách různých tlouštěk a objemových hmotností. Různí výrobci nazývají své výrobky různě, ale podstata se nemění – jde o pěnový polystyren. Jedná se o vynikající tepelně izolační materiál, který však nemá nic společného se zvukovou izolací hluku šířeného vzduchem. Jediné provedení, u kterého může mít použití pěnového polystyrenu pozitivní vliv na odhlučnění, je položení pod potěr v konstrukci plovoucí podlahy. A i tak to platí pouze pro snížení kročejového hluku. Zároveň účinnost vrstvy pěnového plastu o tloušťce 40-50 mm pod potěrem nepřekračuje účinnost většiny tlumicích zvukotěsných materiálů o tloušťce pouze 3-5 mm. Drtivá většina stavebníků doporučuje pro zvýšení zvukové izolace nalepit desky z pěnového plastu na stěny nebo stropy a poté je omítnout. Ve skutečnosti se taková „zvukotěsná konstrukce“ nezvýší a ve většině případů dokonce nesníží (!!!) zvuková izolace plotu. Faktem je, že obklad masivní stěny nebo stropu vrstvou sádrokartonu nebo omítky s použitím akusticky tuhého materiálu, jako je pěnový polystyren, vede ke zhoršení zvukové izolace takové dvouvrstvé konstrukce. To je způsobeno rezonančními jevy ve středofrekvenční oblasti. Pokud je například takový obklad namontován na obou stranách těžké stěny (obr. 3), může být snížení zvukové izolace katastrofální! V tomto případě se získá jednoduchý oscilační systém (obr. 2) „hmotnost m1-hmotnost pružiny m2-hmotnost pružiny m1“, kde: hmotnost m1 je vrstva omítky, hmotnost m2 je betonová zeď, pružina je vrstva pěnového plastu.
|
|
|
|
|
Rýže. 2 ÷ 4 Zhoršení izolace vzduchového hluku stěnou při instalaci dodatečného obkladu (omítka) na elastickou vrstvu (pěnový plast).
a - bez dodatečného opláštění (R’w=53 dB);
b - s přídavným obložením (R’w=42 dB).
Jako každý oscilační systém má tato konstrukce rezonanční frekvenci Fo. V závislosti na tloušťce pěny a omítky se bude rezonanční frekvence této struktury pohybovat ve frekvenčním rozsahu 200÷500 Hz, tzn. spadá do středu rozsahu řeči. V blízkosti rezonanční frekvence bude pozorován pokles zvukové izolace (obr. 4), který může dosáhnout hodnoty 10-15 dB!
Je třeba poznamenat, že stejného katastrofálního výsledku lze dosáhnout použitím materiálů, jako je pěnový polyetylen, polypropylenová pěna, některé typy tvrdých polyuretanů, plochý korek a měkké dřevovláknité desky místo polystyrenu v takové konstrukci a místo omítky lepené sádrokartonové desky , překližkové desky, dřevotříska, OSB .
Fakt B: Aby materiál dobře absorboval zvukovou energii, musí být porézní nebo vláknitý, tzn. větrané. Expandovaný polystyren je větruodolný materiál s uzavřenou buněčnou strukturou (se vzduchovými bublinami uvnitř). Vrstva pěnového plastu namontovaná na tvrdém povrchu stěny nebo stropu má mizivě nízký koeficient zvukové pohltivosti.
rada: Při montáži dodatečných zvukotěsných obkladů se doporučuje použít jako tlumicí vrstvu akusticky měkké materiály pohlcující zvuk např. na bázi tenkého čedičového vlákna. Je důležité použít speciální materiály pohlcující zvuk a ne náhodnou izolaci.
A nakonec asi nejdůležitější mylná představa, jejíž odhalení vyplývá ze všech výše uvedených skutečností:
Mýtus č. 9: Místnost můžete odhlučnit před hlukem přenášeným vzduchem nalepením nebo připevněním tenkých, ale „účinných“ zvukotěsných materiálů na povrch stěn a stropu
fakta: Hlavním faktorem, který odhaluje tento mýtus, je přítomnost samotného problému se zvukovou izolací. Pokud by takové tenké zvukotěsné materiály v přírodě existovaly, pak by byl problém protihlukové ochrany vyřešen již ve fázi projektování budov a konstrukcí a vedl by pouze k výběru vzhledu a ceny takových materiálů.
Výše bylo řečeno, že pro izolaci hluku přenášeného vzduchem je nutné použít zvukově izolační konstrukce typu „hmotnost-elasticita-hmotnost“, ve kterých by mezi vrstvami odrážejícími zvuk byla vrstva akusticky „měkká“ materiál, dostatečně silný a mající vysoké hodnoty koeficientu pohltivosti zvuku. Všechny tyto požadavky nelze splnit v rámci celkové tloušťky konstrukce 10-20 mm. Minimální tloušťka zvukotěsného obkladu, jehož účinek by byl zřejmý a hmatatelný, je minimálně 50 mm. V praxi se používají obklady o tloušťce 75 mm a více. Čím větší je hloubka rámu, tím vyšší je zvuková izolace.
Někdy „experti“ uvádějí příklad technologie zvukové izolace karoserií s použitím tenkých materiálů. V tomto případě funguje zcela jiný protihlukový mechanismus - tlumení vibrací, účinný pouze pro tenké plechy (v případě automobilu - kov). Materiál tlumící vibrace musí být viskoelastický, mít vysoké vnitřní ztráty a mít větší tloušťku než izolační deska. Ve skutečnosti, i když je zvuková izolace automobilu tlustá pouze 5-10 mm, je 5-10krát silnější než samotný kov, ze kterého je karoserie vyrobena. Představíme-li si mezibytovou stěnu jako izolovanou desku, je zřejmé, že nebude možné odhlučnit masivní a silnou cihlovou zeď metodou „automobilového“ tlumení vibrací.
rada: Provádění zvukotěsných prací v každém případě vyžaduje určitou ztrátu užitné plochy a výšky místnosti. Doporučuje se kontaktovat specialistu na akustiku již ve fázi návrhu, abyste minimalizovali tyto ztráty a zvolili nejlevnější a nejefektivnější variantu odhlučnění místnosti.
Závěr
V praxi stavební akustiky existuje mnohem více mylných představ, než je popsáno výše. Uvedené příklady vám pomohou vyhnout se některým závažným chybám při stavebních nebo opravárenských pracích ve vašem bytě, domě, nahrávacím studiu nebo domácím kině. Tyto příklady slouží k ilustraci toho, že byste neměli bezpodmínečně věřit opravářským článkům z nablýskaných časopisů nebo slovům „zkušeného“ stavitele – „...A my to vždy děláme takto...“, která nejsou vždy založena na vědeckých akustických zásady.
Spolehlivou záruku správného provedení souboru protihlukových opatření zajišťujících maximální akustický efekt mohou poskytnout kompetentně sestavená doporučení akustického inženýra pro odhlučnění stěn, podlah a stropů.
Andrey Smirnov, 2008
Reference
SNiP II-12-77 „Ochrana hluku“ / M.: „Stroyizdat“, 1978.
„Příručka pro MGSN 2.04-97. Projektování zvukové izolace obvodových konstrukcí obytných a veřejných budov“/- M.: Státní jednotný podnik „NIAC“, 1998.
„Příručka ochrany před hlukem a vibracemi obytných a veřejných budov“ / ed. V.I. Záborov. - Kyjev: ed. "Budevelnik", 1989.
„Příručka pro návrháře. Ochrana proti hluku“ / ed. Yudina E.Ya - M.: "Stroyizdat", 1974.
„Příručka pro výpočet a návrh zvukové izolace obvodových plášťů budov“ / NIISF Gosstroy SSSR. - M.: Stroyizdat, 1983.
„Snížení hluku v budovách a obytných oblastech“ / ed. G.L. Osipová / M.: Strojizdat, 1987.
8417 0
Ať už je při audiologickém studiu sluchových funkcí použita jakákoli výzkumná metoda, představy o základních fyzikálních charakteristikách zvukových signálů jsou zásadní. Níže představíme pouze nejzákladnější pojmy akustiky a elektroakustiky.
Hodnoty rychlosti šíření zvukové vlny při různých teplotách
Zvuk se v přírodě šíří formou časově proměnlivého narušení elastického prostředí. Oscilační pohyby částic takového elastického prostředí, vznikající vlivem zvuku, se nazývají zvukové vibrace a prostorem šíření zvukových vibrací vzniká zvukové pole. Pokud je prostředí, ve kterém se zvukové vibrace šíří, kapalné nebo plynné, pak částice v těchto prostředích vibrují podél linie šíření zvuku, a proto jsou obvykle považovány za podélné vibrace.
Když se zvuk šíří v pevných látkách, spolu s podélnými vibracemi jsou pozorovány také příčné vibrace zvuku. Přirozeně, že šíření vibrací v médiu musí mít nějaký směr. Tento směr se nazývá zvukový paprsek a povrch spojující všechny sousední body zvukové vlny se stejnou fází kmitání se nazývá čelo zvukové vlny. Kromě toho se zvukové vlny v různých médiích šíří různou rychlostí. Je nutné počítat s tím, že hodnota rychlosti je dána hustotou prostředí, ve kterém se zvuková vlna šíří.
Informace o hodnotách hustoty zvukového média jsou velmi významné, protože tato hustota vytváří určitý akustický odpor proti šíření zvukové vlny. Rychlost šíření zvukové vlny je také ovlivněna teplotou média: s rostoucí teplotou média se zvyšuje rychlost šíření zvukové vlny.
Hlavní fyzikální vlastnosti zvuku pro audiologické vyšetření jsou jeho intenzita a frekvence. Proto budou zvažovány podrobněji.
Abychom přešli k fyzikální charakteristice intenzity zvuku, je třeba nejprve zvážit řadu dalších parametrů zvukových signálů souvisejících s jejich intenzitou.
Akustický tlak - p(t) - charakterizuje sílu působící na oblast umístěnou kolmo na pohyb částic. V soustavě SI se akustický tlak měří v Newtonech. Newton je síla, která uděluje zrychlení 1 m/s hmotnosti 1 kg za 1 s a působí na 1 metr čtvereční, zkráceně N/m2.
V literatuře jsou uvedeny i další jednotky měření akustického tlaku. Níže je uveden poměr hlavních použitých jednotek:
1N/m2-10 dyn/cm2=10 µbar (mikrobar)
Energie akustických vibrací (E) charakterizuje energii částic pohybujících se vlivem akustického tlaku (měřeno v joulech - J).
Energie na jednotku plochy charakterizuje akustickou hustotu, měřenou v J/m2. Skutečná intenzita zvukových vibrací je definována jako výkon nebo hustota akustického toku za jednotku času, tzn. J/m2/s nebo W/m2.
Lidé a zvířata vnímají velmi široký rozsah akustického tlaku (od 0,0002 do 200 μbar). Proto je pro usnadnění měření obvyklé používat relativní hodnoty, jmenovitě desetinné nebo přirozené logaritmické stupnice. Akustický tlak se měří v decibelech a belech (1B = 10 dB) při použití logaritmů s desetinnou základnou. Někdy (spíše zřídka) je akustický tlak měřen v nenerech (1Нн = 8,67 dB); v tomto případě se používají přirozené logaritmy, tj. logaritmy nejsou s desetinnými základy (jako je tomu u B a dB), ale s binárními základy.
Je však třeba poznamenat, že hodnocení v belech a decibelech bylo vzato jako logaritmická míra poměru výkonu. Výkon a intenzita jsou přitom úměrné druhé mocnině akustického tlaku. V den přechodu na intenzitu zvuku se tedy ustaví následující vztahy:
kde N je intenzita nebo akustický tlak (P) v belech (B) nebo decibelech (dB), I0 a P0 jsou konvenčně přijímané úrovně odečítání intenzity a akustického tlaku. Typicky se používá hladina akustického tlaku (v literatuře se často používá zkratka „SPL“ z počátečních písmen slov „sound pressure level“ a v angličtině se používá zkratka „SPL“ (z identického výrazu „Sound Tlaková hladina”) se považuje za 2x10-5 N/m2 Vztah mezi ultrazvukem a dalšími jednotkami intenzity zvuku je následující:
2x10-5 N/m2=2x10-4din/cm2=2x10-4 µbar
Podívejme se nyní na akustické charakteristiky frekvence zvukových signálů. Ve většině případů se k vyšetření sluchové funkce používají harmonické zvukové signály.
Harmonický zvukový signál (jinak sinusový signál nebo čistý tón), který má kromě akustického tlaku i počáteční fázi zapnutí tónového signálu, se vyznačuje tak důležitou fyzikální charakteristikou, jakou je vlnová délka. Všechny harmonické zvukové signály (nebo čisté tóny) mají periodicitu (tj. periodu T). V tomto případě je vlnová délka zvuku definována jako vzdálenost mezi sousedními vlnovými čely se stejnou fází kmitání a vypočítává se podle vzorce:
J = c x T
Kde c je rychlost šíření zvukových vibrací (obvykle m/s), I je jejich periodicita. V tomto případě frekvence zvukových vibrací (f) odpovídá vzorci:
f = J/T
Frekvence tónu je odhadována počtem zvukových vibrací za sekundu a je vyjádřena v Hertzech (zkráceně Hz). Na základě rozsahu frekvencí zvukových vibrací vnímaných člověkem se frekvence v rozsahu 20 - 20 000 Hz nazývají zvukové frekvence, nižší frekvence (f< 20 Гц) называют инфразвуками, а более высокие (f >20000 Hz) - ultrazvuk.
Na druhé straně, čistě z praktických důvodů, je rozsah zvukových frekvencí někdy konvenčně rozdělen na nízké - pod 500 Hz, střední - 500-4000 Hz a vysoké - 4000 Hz a výše. Všimněte si, že pro označení zvukových vibrací od 1000 Hz a výše se často používá označení kilohertz, zkráceně kHz.
Schematické znázornění tvaru a spektra řady zvukových signálů používaných v audiologickém výzkumu:
1 - tónový signál; 2 - krátký zvukový impuls (kliknutí); 3 - šumový signál; 4 - krátký tónový výbuch; 5 - amplitudově modulovaný signál (T - perioda amplitudové modulace); 6 - frekvenčně modulovaný signál.
Pokud zvukový signál obsahuje mnoho různých frekvencí (ideálně všechny frekvence zvukového spektra), objeví se tzv. šumový signál.
Jednou z metod audiologického vyšetření pacientů je měření akustické impedance. Podívejme se proto podrobněji na další fyzikální charakteristiku zvukových signálů.
Je dobře známo, že při šíření v médiích narážejí různé druhy energie na určitý odpor. Výše bylo naznačeno, že na stejný odpor naráží akustická energie při šíření zvukových vln v akustických systémech. Z následující prezentace bude zřejmé, že periferní části sluchového ústrojí, tzn. Vnější a střední ucho jsou z fyzikálního hlediska typické akustické systémy, jmenovitě akustické přijímače zvuku. Proto je nutné zvážit podstatu a charakteristiky akustického odporu s přihlédnutím k průchodu zvukových signálů periferními částmi sluchového ústrojí.
Komplexní akustická impedance neboli akustická impedance je definována jako celkový odpor vůči průchodu akustické energie v reproduktorových soustavách. Akustická impedance je poměr komplexních amplitud akustického tlaku k vibrační objemové rychlosti a je popsána vzorcem:
Za = ReZa + ilmZa
V této rovnici ReZa představuje aktivní akustickou impedanci (jinak známou jako skutečná nebo odporová impedance), která souvisí s disipací energie v samotném akustickém systému. Disipací energie se rozumí její disipace na přechod energie uspořádaných procesů (např. kinetická energie zvukových vln) na energii neuspořádaných procesů (v konečném důsledku na teplo). Druhá část rovnice ilmZa (její pomyslná část) se nazývá akustický reaktivní odpor, který je způsoben setrvačnými silami nebo silami pružnosti, poddajnosti nebo pružnosti.
Níže podrobně popíšeme postup při studiu akustické impedance středního ucha s řadou měření nezbytných pro audiologické vyšetření (tympanometrie, měření impedance).
Ya.A. Altman, G. A. Tavartkiladze
Po vydání grafických karet řady RX 400 se AMD najednou rozhodlo učinit proces přetaktování jednodušším, pohodlnějším, spolehlivějším a dát příležitost tím, že opustilo OverDrive ve prospěch WattMan, vytvořeného od nuly. K tomuto nástroji se dostanete spuštěním "Nastavení Radeon", poté klikněte myší jeden po druhém „Hry (najdete v nabídce výše)“ -> "Globální nastavení (první položka na levé straně)" -> "Globální WattMan".
Zde je třeba se podrobně zabývat každým bodem. Myslím, že na to můžete přijít sami pomocí grafů, není tam nic složitého, vývojáři pouze umožnili zbytečné body. Zde je vše ostatní, co je velmi užitečné pro přetaktování, s výjimkou několika nepochopitelných bodů.
GPU
Tato sekce obsahuje vše, co je zodpovědné za činnost grafického čipu.
"Frekvence"– umožňuje změnit frekvenci grafického čipu.
Přetažením posuvníku myší můžete změnit frekvenci v procentech vzhledem k těm, které uvádí výrobce v BIOSu, o 30 % plus mínus. Ty se přitom mění ve všech sedmi provozních režimech čipu. To není nejpohodlnější způsob přetaktování, budete si muset pro každý ze stavů zjistit provozní frekvence naprogramované do BIOSu a následně si pomocí kalkulačky spočítat, jaký bude výsledek. Navíc nás zajímají pouze maximální možné frekvence, na kterých grafický čip obvykle ve hrách pracuje, tedy pouze stav 6 a 7.
Přepínáním přepínače, dokud se neobjeví nápis "Dynamicky“, můžete ručně zadat požadovanou hodnotu v každém ze sedmi provozních režimů procesoru, což by mělo být násobek 10. Zde byste měli experimentovat s přetaktováním procesoru pomocí metody hrubé síly, abyste zjistili frekvenci, na které se vaše video karta bude fungovat stabilně. Vezměte prosím na vědomí, pokud se chystáte změnit frekvence, „Voltage Control“ je třeba přepnout do manuálního režimu, aby chytrý BIOS automaticky nezvýšil napětí, což vážně nezvyšuje spotřebu energie grafické karty.
"Ovládání napětí"– umožní změnit provozní napětí procesoru. Grafická karta může pracovat ve dvou režimech, které se nazývají "Automaticky"A "ručně". Ten první nás nijak zvlášť nezajímá, napětí reguluje BIOS v plně automatickém režimu. Druhý je to, co potřebujeme, kde pro každý ze stavů procesoru můžeme zadat napájecí napětí. Pokud kartu přetaktujeme, zvýšíme napětí, samozřejmě v rozumných mezích, protože spotřeba grafické karty, zahřívání procesoru a napájecího subsystému se prudce zvýší. Nezapomeňte, že ve výchozím nastavení v neupraveném továrním BIOSu lze napětí zvýšit pouze na 1,175 voltu.
Paměť
V paměti můžete vyladit paměť na grafické kartě. Nastavení je zcela shodné s grafickým procesorem, to znamená, že lze měnit pracovní frekvenci a napájecí napětí, které lze měnit posunutím posuvníků v procentech nebo posunutím přepínačů a ručním zadáním přesných hodnot. Paměť má ale na rozdíl od GPU pouze dva stavy a přetaktování frekvence v továrním BIOSu je omezeno na 2200 MHz. Navíc napájecí napětí nemění paměťové čipy, ale paměťový řadič. Často, když se napětí paměťového řadiče na grafických kartách řady RX 480 a RX 470 sníží, paměť se lépe přetaktuje.
Větrák
Tato část umožňuje konfigurovat provoz ventilátorů na grafické kartě, kde "min" toto je minimální rychlost a "Cíl" maximální možný počet otáček.
Přesunutím spínače "Rychlost" než se objeví nápis "Ručně» získáme možnost upravit rychlost ventilátorů. Budeme moci měnit minimální a maximální rychlost otáčení oběžného kola, která se bude lineárně měnit v závislosti na teplotě procesoru. To znamená, že čím vyšší teplota stoupá, tím více se ventilátory roztočí.
Také "Min. akustický limit" Toto je frekvence GPU, na kterou se ventilátory na grafické kartě začnou plynule zpomalovat, pokud teplota čipu není vyšší než „cíl“ (co to je, zjistíte níže). To znamená, že čím nižší hodnota je zde nastavena, tím déle budou otáčky ventilátorů chladicího systému resetovány, čím vyšší rychlost, tím rychlejší.
Teplota
V části Teplota můžete nakonfigurovat prahovou teplotu grafického čipu. "Cíl" grafická karta se pokusí nestoupat výše, a v případě potřeby roztočí ventilátory na maximum. "Max."— maximální přípustná teplota, při jejímž dosažení se frekvence grafického čipu vynuluje tak, aby se nad ni nezvýšila.
"Omezení spotřeby energie"– nastavíme maximální možnou úroveň spotřeby energie při jejím překročení se frekvence vynulují;
Chlad
Počínaje ovladači Radeon Software Crimson ReLive Edition AMD 16.12.1 jsou k dispozici nové Chlad kde mají uživatelé přístup k nové stejnojmenné funkci chytrého řízení energie. Zhruba řečeno, ovladač automaticky mění snímkovou frekvenci (čte zátěž na GPU), zvyšuje ji v dynamických scénách a snižuje ve statických scénách. V tuto chvíli se jedná o experimentální funkci, kterou podporuje pár desítek her a můžete ji klidně vypnout.
"Chlad"— zde tuto funkci vypneme.
Než začnete experimentovat s grafickou kartou, mějte na paměti, že grafické čipy navržené společností Polaris, RX 480 a RX 470, se při zvýšení napájecího napětí více než frekvence zahřívají. Také napájecí napětí paměti a vlastně i paměťového řadiče nemůže být nižší než napájecí napětí grafického čipu, čili ze stavů 5 až 7 procesoru napětí na čipu neklesne pod 1. volt. Navíc, jak již bylo napsáno výše, pokud se chystáte zvýšit frekvenci procesoru, musíte přepnout „Voltage Control“ do manuálního režimu, jinak grafická karta automaticky zvýší napětí, což povede k ještě větší spotřebě energie.
Než začneme cokoliv ladit, spustíme testy pomocí MSI Afterburner a HWiNFO ke sledování frekvence GPU. Pokud jsou neustále resetovány při vysokém zatížení, znamená to, že pravděpodobně grafická karta neustále překračuje povolený limit spotřeby energie. Mnoho výrobců na jistotu zpočátku velmi podceňuje spotřebu energie. V tomto případě musíte "Omezení spotřeby energie" zvyšte tento limit vytažením posuvníků doprava. V tabulce níže jsou uvedeny přibližné hodnoty maximální spotřeby naprogramované do BIOSu výrobci, na základě kterých můžete odhadnout, o kolik jste limit navýšili.
Grafické karty RX 470:
Asus Strix - 95W
MSI Gaming X - 150W
Sapphire Nitro+ - 130W
Safír Nitro+OC - 130W
Gigabyte G1 Gaming – 105W
PowerColor Red Devil – 110 W
XFX – 92W/89W/92W/87W
Grafické karty RX 480:
Asus Dual - 99W
Asus Strix – 130W
MSI Gaming X - 180W
Sapphire Nitro+ OC- 145W/140W/150W
Gigabyte G1 Gaming – 127W
Red Devil - 110W/150W/165W
XFX – 110W/115W
Pokud má vaše grafická karta 8pinový napájecí konektor, teoreticky může zátěž dosáhnout až 255 wattů. To je ale teoretické maximum, limit 180 wattů vám bude stačit.
Poté je vhodné hrát hry (všimněte si, že byste se neměli omezovat na spouštění benchmarků a nejrůznějších testovacích programů, jmenovitě skutečných hry) náročné na grafickou kartu s monitorováním frekvence GPU. Pokud není frekvence resetována a nedochází k mikrozamrznutí, můžete začít s přetaktováním. V opačném případě je pro vás lepší dosáhnout stabilního provozu grafické karty, kde kromě zvýšení spotřeby energie můžete také provést downvolt (co to je si můžete přečíst níže) a zejména v klinických případech obětovat výkon snížením maximální pracovní frekvence grafického procesoru.
Při přetaktování v sekci GPU postupně zvyšujeme frekvenci, kontrolujeme testy stability. Typicky se standardním napájecím napětím 1500 voltů RX 480 snadno dosáhne frekvence 1360 megahertzů a zvýšením napětí na 1750 dosáhne 1400 megahertzů. Totéž děláme s pamětí a díváme se na počet chyb v HWiNFO najednou. V průměru může paměť pracovat na frekvenci 2150 - 2200 megahertzů. Mějte ale na paměti, že při zvýšení frekvence se v důsledku toho automaticky zvýší časování, paměť může pracovat ještě pomaleji než na standardní frekvenci. Časování můžete změnit pouze úpravou BIOSu grafické karty, ale toto je samostatné téma diskuse.
Co se týče RX 470, situace s přetaktováním čipu je podobná jako u RX 480, ale potenciál paměti pro přetaktování závisí na výrobci. Za nejlepší paměť Samsungu je považována Sapphire RX 470 Nitro+, která bez problémů dosahuje frekvence 2000 megahertzů.
Pro downvolting, nebo jednodušeji řečeno, snížení napětí, pro snížení zahřívání a spotřeby grafické karty snížíme napětí na grafickém čipu a paměti, spustíme testy, zjistíme minimální hodnotu, při které bude vše fungovat stabilně, bez artefakty a pády ovladačů. V mém případě RX 480 na frekvenci 1290 MHz funguje skvěle s napájecím napětím 1,090 voltu a v průměru lze napájecí napětí pamětí snížit o 0,1-0,05 voltu.
Poté, co jste vybrali optimální frekvence pro grafický čip a napětí, stojí za to postarat se o ventilátory. To znamená, že je potřeba zvolit rychlost otáčení tak, aby vše moc nešumělo a přitom teplota grafického čipu a napájecího systému byla na přijatelné hodnotě. Grafický procesor může bezpečně pracovat při 80 stupních Celsia a napájení při 95-100 stupních Celsia, ale je lepší nastavit cílovou teplotu čipu na 70-75 stupňů, při které na grafických kartách většiny výrobců, ani při velmi vysokém zatížení neuslyšíte chladicí systém. Pokud jde o ohřev silových obvodů, experimentálně najděte hodnotu otáček ventilátoru tak, aby teplota nepřesáhla 80-85 stupňů.
Než začnete experimentovat s přetaktováním grafické karty pomocí WattMan, musíte zavřít (nebo alespoň vše resetovat na výchozí hodnoty) nástroje třetích stran, jako je MSI Afterburner, s jejichž pomocí můžete měnit napětí a frekvenci grafického čipu. pokud nechcete, aby se program neukončil s chybou nebo bylo špatně nastaveno napětí, frekvence nebo rychlost ventilátoru grafické karty.
PSČlánek se neustále mění a upravuje, pokud najdete chyby, napište o nich do komentářů.
V běžném životě popisujeme zvuk mimo jiné jeho hlasitostí a výškou. Ale z hlediska fyziky je zvuková vlna periodické chvění molekul média, šířící se prostorem. Jako každá vlna je i zvuk charakterizován svou amplitudou, frekvencí, vlnovou délkou atd. Amplituda ukazuje, jak silně se vibrující médium odchyluje od svého „tichého“ stavu; Je to ona, kdo je zodpovědný za hlasitost zvuku. Frekvence nám říká, kolikrát za sekundu vibrace nastanou, a čím vyšší frekvence, tím vyšší je výška zvuku, který slyšíme.
Typické hodnoty hlasitosti a frekvence zvuku, které se nacházejí například v technických normách a vlastnostech zvukových zařízení, jsou přizpůsobeny lidskému uchu, pohybují se v rozsahu hlasitosti a frekvence, který je pro člověka příjemný. Zvuk s hlasitostí nad 130 dB (decibelů) tedy působí bolest a zvukovou vlnu o frekvenci 30 kHz člověk vůbec neuslyší. Kromě těchto „lidských“ omezení však existují i čistě fyzikální omezení hlasitosti a frekvence zvukové vlny.
Úkol
Odhadněte maximální hlasitost a maximální frekvenci zvukové vlny, která se může za normálních podmínek šířit vzduchem a vodou. Popište obecně, co se stane, když se pokusíte vydávat zvuk nad tyto limity.
Vodítko
Připomeňme, že hlasitost, měřená v decibelech, je logaritmická stupnice, která ukazuje, kolikrát je tlak ve zvukové vlně (P) silnější než nějaký pevný prahový tlak P 0 . Vzorec pro převod tlaku na objem je následující: objem v decibelech = 20 lg(P/P 0), kde lg je dekadický logaritmus. V akustice je obvyklé brát jako prahový tlak P0 = 20 μPa (ve vodě je akceptována jiná prahová hodnota: P0 = 1 μPa). Například zvuk s tlakem P = 0,2 Pa překračuje P 0 desettisíckrát, což odpovídá hlasitosti 20 lg(10000) = 80 dB. Hranice hlasitosti tedy vyplývá z maximálního možného tlaku, který může zvuková vlna vytvořit.
Chcete-li problém vyřešit, musíte se pokusit představit si zvukovou vlnu s velmi vysokým tlakem nebo velmi vysokou frekvencí a pokusit se pochopit, jaká fyzikální omezení vznikají.
Řešení
Nejprve najdeme objemový limit. V klidném vzduchu (bez zvuku) molekuly létají chaoticky, ale v průměru hustota vzduchu zůstává konstantní. Když se zvuk šíří, kromě rychlého chaotického pohybu molekuly také zažívají plynulý posun tam a zpět s určitou periodou. Kvůli tomu vznikají střídající se oblasti kondenzace a řídnutí vzduchu, tedy oblasti vysokého a nízkého tlaku. Právě tato odchylka tlaku od normy je akustický tlak (tlak ve zvukové vlně).
V oblasti redukce tlak klesá na P atm - P. Je jasné, že v plynu musí zůstat kladný: nulový tlak znamená, že v této oblasti v daném časovém okamžiku nejsou vůbec žádné částice a nemůže být méně než toto. Proto maximální akustický tlak P, který může zvuková vlna vytvořit, zatímco zůstává zvuk, je přesně roven atmosférickému tlaku. P = P atm = 100 kPa. Odpovídá teoretickému objemovému limitu rovnému 20 lg (5 10 9), což dává přibližně 195 dB.
Situace se mírně mění, mluvíme-li o šíření zvuku nikoli v plynu, ale v kapalině. Tam se tlak může stát záporným – to jednoduše znamená, že se snaží spojité médium natáhnout a roztrhnout, ale díky mezimolekulárním silám takové natahování vydrží. Řádově je však tento podtlak malý, v řádu jedné atmosféry. Vezmeme-li v úvahu jinou hodnotu pro P 0, dává to teoretický limit hlasitosti ve vodě přibližně 225 dB.
Teď se dostaneme limit frekvence zvuku. (Ve skutečnosti je to pouze jeden z možných limitů frekvence; další zmíníme v doslovu.)
Jednou z klíčových vlastností zvuku (na rozdíl od mnoha jiných, složitějších vln) je, že jeho rychlost je prakticky nezávislá na frekvenci. Ale rychlost vlny souvisí s frekvencí ν (tedy s časem na periodicita) s vlnovou délkou λ (prostorová periodicita): c = ν·λ. Čím vyšší je tedy frekvence, tím kratší je vlnová délka zvuku.
Frekvence vlny je omezena diskrétností látky. Délka zvukové vlny nemůže být menší než typická vzdálenost mezi molekulami: zvuková vlna je koneckonců kondenzační výboj částic a bez nich nemůže existovat. Navíc vlnová délka musí být alespoň dvě nebo tři z těchto vzdáleností: koneckonců musí zahrnovat jak oblasti kondenzace, tak oblasti vzácnosti. Pro vzduch za normálních podmínek je průměrná vzdálenost mezi molekulami přibližně 100 nm, rychlost zvuku je 300 m/s, takže maximální frekvence je asi 2 GHz. Ve vodě je stupnice diskrétnosti menší, přibližně 0,3 nm, a rychlost zvuku je 1500 m/s. To dává frekvenční limit asi tisíckrát vyšší, řádově několik terahertzů.
Pojďme si nyní probrat, co se stane, když se pokusíme vydat zvuk, který překračuje nalezené limity. Jako emitor zvukových vln je vhodná pevná deska ponořená do média, kterou motor pohybuje tam a zpět. Technicky je možné vytvořit zářič s tak velkou amplitudou, že v maximu vytváří tlak mnohem vyšší než atmosférický tlak - k tomu stačí pohybovat deskou rychle a s velkou amplitudou. Pak však ve fázi vakua (když se deska pohybuje zpět) bude jednoduše vakuum. Místo velmi hlasitého zvuku se tedy taková deska „rozřízne A"dýchat vzduch" do tenkých a hustých vrstev a házet je dopředu. Nebudou se moci šířit médiem – při srážce s nehybným vzduchem jej prudce zahřejí, vytvoří rázové vlny a sami se zhroutí.
Jinou situaci si lze představit, když akustický zářič kmitá s frekvencí přesahující zjištěnou mez frekvence zvuku. Takový zářič bude tlačit molekuly média, ale tak často, že jim nedá šanci vytvořit synchronní vibraci. Výsledkem je, že deska jednoduše náhodně přenese energii na blížící se molekuly, to znamená, že prostě zahřeje médium.
Doslov
Naše úvaha byla samozřejmě velmi jednoduchá a nepočítala s mnoha procesy probíhajícími ve hmotě, které také omezují šíření zvuku. Například viskozita způsobuje zeslabení zvukové vlny a rychlost tohoto útlumu se rychle zvyšuje s frekvencí. Čím vyšší frekvence, tím rychleji se plyn pohybuje tam a zpět, což znamená, že tím rychleji se energie přeměňuje na teplo v důsledku viskozity. Proto v příliš viskózním médiu vysokofrekvenční ultrazvuk prostě nestihne uletět žádnou makroskopickou vzdálenost.
V utlumení zvuku hraje roli i další efekt. Z termodynamiky vyplývá, že při rychlém stlačení se plyn zahřívá a při rychlé expanzi se ochlazuje. To se také děje ve zvukové vlně. Ale pokud má plyn vysokou tepelnou vodivost, pak s každou oscilací bude teplo proudit z horké zóny do studené zóny, čímž se oslabí tepelný kontrast a nakonec i amplituda zvukové vlny.
Je také třeba zdůraznit, že všechna zjištěná omezení platí pro kapaliny a plyny za normálních podmínek; změní se, pokud se podmínky výrazně změní. Například maximální teoretický objem samozřejmě závisí na tlaku. Proto v atmosféře obřích planet, kde je tlak výrazně vyšší než atmosférický, je možný ještě hlasitější zvuk; naopak ve velmi řídké atmosféře jsou všechny zvuky nevyhnutelně tiché.
Nakonec zmiňme ještě jednu zajímavou vlastnost velmi vysokofrekvenčního ultrazvuku při jeho šíření ve vodě. Ukazuje se, že když frekvence zvuku výrazně překročí 10 GHz, jeho rychlost ve vodě se přibližně zdvojnásobí a je přibližně srovnatelná s rychlostí zvuku v ledu. To znamená, že některé rychlé procesy interakce mezi molekulami vody začínají hrát významnou roli při oscilaci s periodou menší než 100 pikosekund. Relativně řečeno, voda v takových časových intervalech získává určitou dodatečnou pružnost, což urychluje šíření zvukových vln. Mikroskopické důvody pro tento takzvaný „rychlý zvuk“ však byly pochopeny