5. Представление звуковой информации.

Звук — это волновые колебания давления в упругой среде (в воздухе, воде, металле и т. д.). Для обозначения звука часто используют термин «звуковая волна».

Основные параметры любых волн, и звуковых в том числе, — частота и амплитуда колебаний. Частоту звука измеряют в герцах (Гц, количество колебаний в секунду). Человеческое ухо способно воспринимать звук в широком диапазоне частот, примерно от 16 Гц до 20 кГц. В нетехнических областях (например, в музыке) вместо термина «частота» нередко используют термин «тон».

Амплитуду звуковых колебаний называют звуковым давлением или силой звука, эта величина характеризует воспринимаемую громкость звука. Абсолютную величину звукового давления измеряют в единицах давления — паскалях (Па). Самые слабые, едва различимые звуки имеют амплитуду около 20 мкПа (2×10^-5 Па, так называемый порог слышимости). Самые сильные звуки, еще не выводящие слуховые органы из строя, могут иметь амплитуду до 200 Па (так называемый болевой порог). Из-за столь широкого диапазона значений (максимальное и минимальное значения отличаются на 6-7 порядков!) абсолютными величинами звукового давления пользоваться крайне неудобно, на практике обычно используют логарифмическую шкалу децибелов.

Относительную силу звука, или уровень звука, определяют как логарифм отношения абсолютной величины звукового давления к величине порога слышимости, умноженный на некоторый постоянный коэффициент. Уровень звука измеряют в особых единицах — децибелах (обозначаются дБ). Ниже приводится формула расчета уровня звука:

,

где L – уровень звука (в дБ), P_пс – порог слышимости(2×10^-5 Па), P_зв – давление измеряемого звука (в Па).

Логарифмическая шкала децибелов на практике весьма удобна, хотя поначалу пользоваться ей непривычно:

• весь диапазон слышимых звуков составляет 0-140 дБ: 0 дБ — порог слышимости, 140 дБ — болевой порог;

• человеческое ухо способно уловить различие в громкости, если звуки отличаются по силе не менее, чем на 10%, что соответствует разнице в уровнях примерно на 1 дБ;

• двукратное различие в амплитуде звуков соответствует различию уровней в 6 дб;

• если уровни звуков отличаются на 20 дБ, то амплитуды отличаются в 10 раз, а разница в 40 дБ соответствует 100-кратному различию в амплитудах.

Приведем некоторые значения уровней звука: