1. Звук и его характеристики

Говоря о природе звука следует различать звук как физическое явление (распространение колебаний частиц упругой среды, например, воздуха) и звук как физиологическое явление (специфическое ощущение, вызываемое действием звуковых волн).

Звук как физическое явление характеризуется скоростью распространения, интенсивностью и частотой. Скорость звука в воздухе примерно 330 м/сек. Интенсивность характеризуется переносимой энергией или давлением во фронте звуковой волны. Частота измеряется в Гц.

Человек способен отличать звуки, которые отличаются этими параметрами, в определенных диапазонах.

Сначала о скорости, важна ли она? Когда звук снимается двумя микрофонами, разница во времени, которая требуется для достижения каждого из них, может влиять на качество звука. Видеокадр длится порядка 1/30 секунды, звук распространяется за это время примерно на 10 м. метров. Если у вас отснят некий субъект на другой стороне улицы, а источниками аудио сигнала были микрофон, установленный на камере, и петличный микрофон на воротнике субъекта, то два этих трека будут рассинхронизованы на один кадр. Если вы видите, как кто-то стреляет из винтовки на другой стороне футбольного поля, хло­пок дойдет до вас спустя пять кадров после того, как вы увидели вспышку. Натренированный человек может заметить ошибки синхронизации в полкадра. В большой студии это может стать проблемой, потому что режиссер может сидеть в 5 метрах от экрана.

Есть гигантские кинотеатры, такие как Radio City Music Hall, они проигрывают саундтрек с опережением на два или три кадра, чтобы он был синхронизован для кого-либо, сидя­щего в центре зала. А полной синхронизации здесь добиться для всей аудитории невозможно.

Частота. В книгах по Hi-Fi обычно говорится, что мы можем слышать частоты между 20 Гц и 20 кГц. Некоторые специалисты считают, что важен также звук до 30 кГц. Ну а объективно?

Лишь немногие способны слышать 20 кГц. Молодые люди могут слышать вплоть до 17 кГц или около того. Но даже самый чуткий слух деградирует с годами (может быть "убит" и раньше продолжительным воздействием громкого звука). Очень немногие взрослые люди слышат тихие звуки выше 15 кГц, хотя натренированное ухо часто может чувст­вовать своего рода "открытость", когда присутствуют более высокие частоты.

Таким образом в диапазоне 15 кГц — 20 кГц мало что происходит еще и потому, что за очень редким исключением мы воспринимаем частоту как отношение между двумя тонами (нотный ряд), а не как абсолютное число в Гц. Абсолютная разница между нотами верхних октав гораздо больше, чем нижних. Такая нелинейность нашего слуха означает, что нижние частоты содержат больше информации, чем верхние.

Поскольку диапазон большей части монтажного оборудования составляет 20 Гц — 20 кГц, то непосвященный человек может подумать, что середина этой полосы находится на равном расстоянии от ее крайних точек — 10 кГц. Однако, если рассуждать в терминах отношений, серединой этой полосы будет 1 кГц, поскольку 50 Гц от­носится к 1 кГц как 20:1, ну и 1 кГц относится к 20 кГц точно в такой же пропорции. Убедиться в этом можно сравнивая специально записанные звуки разных частот. Ну а октава – это не диапазон, равный какому-то определенному числу герц, а просто другое название для коэффициента пропорциональности 1:2.

Научиться приблизительно определять частотный диапазон — это один из важнейших шагов к правильному использованию эквалайзера.

Раз все главное находится в нижней части воспринимаемого диапазона, то какова же роль верхней. Звук очень редко бывает на одной частоте, обычно это спектр. Любой инструмент издает звук не на одной частоте, а на нескольких, обычно кратных основной. Эти кратные частоты называются гармониками. Вот они у каждого инструмента свои. Благодаря этому мы и различаем источники звука (например, флейту и рояль) даже тогда, когда они издают одну т ту же ноту. Поэтому очень важно, чтобы звуковая система передавала частоты выше 5 кГц (основная частота самого высокого оркестрового инструмента). Для большинства инструмен­тов пакет гармоник почти весь укладывается в 10 кГц. Следует иметь в виду, что большинство компьютеров, мультимедийного оборудования и колонок домашнего уровня очень далеко не дотягивают до 20 КГц.

(На лабораторной работе проверьте вашу систему (и ваши уши) при помощи специально записанного трека №5).

Трек состоит из нескольких повторяющихся музыкальных фрагментов, которые попеременно проигрываются то в полном качестве, то с фильтром, обрезающим частоты выше определенной. Если ваши колонки (и уши) способны работать с такой часто­той, вы услышите, когда фильтр включается и выключается. Но если эти высокие частоты так и так не проходят через вашу систему, то фильтрация не будет иметь никакого влияния.

Попробуйте проиграть эти тесты на лучших ваших колонках и отметьте, какую самую высокую час­тоту вы слышите. Затем попробуйте загрузить трек в ваш НЛР и прослушать его там. Вы будете удивлены тем, сколько вы теряете. Но обратите также внимание, что даже при использовании довольно низкого фильтра (7,5 кГц), гармоник проходи­ло достаточно для того, чтобы музыка была узнаваема, хотя она и звучит немного глухо.

Некоторые звуки не производят регулярных колебаний, выстрел из ружья или хлопок в ладоши создают одну-единственную волну давле­ния, без какой-либо определенной частоты - хотя резонансы в окружающем пространстве могут добавить ощущение тональности. Не имеют основной частоты также и многие продолжитель­ные звуки: треск ломающихся веток, шипение газировки, раскат грома. Такие звуки, можно характеризовать доминирующими диапазонами частот. Звуки, не имеющие определенной высоты тона, практически невозможно устранить при помощи эквалайзера.

Громкость. В человеческом ухе предусмотрена механическая компенсация, чтобы справляться с невообразимо широким диапазоном громкостей; звук пролетающего неподалеку реактивного самолета ударяет в барабанную перепонку в 10 миллиардов раз сильнее, чем шепот мед­сестры при проверке вашего слуха. Мы справляемся с таким диапазоном, поскольку слышим в отношениях, а не в абсолютных интенсивностях — точно так же, как и с часто­той.

Общепринятая мера, служащая для выражения уровня как звуковых, так и элек­трических аудио сигналов, децибел (dB), является логарифмом отношения интенсивностей. На практике используют:

dBSPL для звуков в воздухе (SPL - sound pressure level, уровень звукового давления) – по отношению к пределу слышимости;

dBFS для звуков в цепи с цифровыми сигналами

dBu, dBm или dBV - используются в аналоговых линиях.

В самых тихих звукозаписывающих студиях уровень громкости для записи равен примерно +30 dB SPL, на хорошей сцене для съемок уровень должен быть +40 dB SPL, средний уровень диалога при записи на микрофон с удочкой может быть в районе +65 dB SPL, средний уровень воспроизведения в кинотеатре должен быть +85 dB SPL, но обычно он гораздо выше. Отбой­ный молоток стучит на +110 dB SPL, а болевой порог примерно 130.

Громкость звука убывает обратно пропорционально квадрату расстояния. Микрофон, закрепленный на камере на расстоянии двух метров, будет принимать четверть громкости по сравнению с микрофо­ном, который обычно располагается на расстоянии около метра, а шумы и эхо рас­пределены по всему помещению. Вот почему микрофон должен быть как можно ближе к источнику звука.

Громкость изменяется во времени, наш мозг извлекает информацию как из тональности, так и из огибающей.

Музыка и речь. Форманты.

С восприятием громкости связан ряд эффектов. Основные это изменение порога слышимости с частотой и маскировка. Они важны во многих технических приложениях, связанных кодированием и т.п. Мы рассматривали их достаточно подробно при изучении дисциплины "Системы преобразования и обработки информации ….".

Итак, главное про звук:

• Мы слышим мир в пропорциях, а не в абсолютных числах. Наше восприятие основных параметров звука (громкости и высоты тона) базируется на сравнении. Отсюда – децибелы и октавы, а не уровень звукового давления и частота.

• Звук существует только во времени, его нельзя остановить как кадр на экране и рассмотреть более внимательно. Поэтому замедление или ускорение его хода изменяет сам звук.

• Наше ухо воспринимает звук субъективно, на восприятие влияет целый ряд эффектов (кривые равной громкости, пороги слышимости, частотная маскировка).