Multimedia i grafika
komputerowa
C
yfrowa obróbka dźwięku
Mateusz Pańkowski / ZSL
2011
2. Właściwości dźwięku
Multimedia i grafika
komputerowa
C
yfrowa obróbka dźwięku
Mateusz Pańkowski / ZSL
2011
2. Właściwości dźwięku
Multimedia i grafika
komputerowa
Mateusz Pańkowski / ZSL
2011
Odbierane dźwięki człowiek rozróżnia na podstawie:
- wysokości
- głośności
- barwy
Dla nas są to wartości subiektywne, które zależą od
percepcji. Da się je jednak opisać fizycznymi
wielkościami, charakteryzującymi falę dźwiękową.
Właściwości fizyczne
Właściwości
psychoakustyczne
częstotliwość drgań
wysokość dźwięku
natężenie
głośność
widmo
barwa
Im więcej cykli, tym dla nas dźwięk jest wyższy. Jeśli
cykli jest mniej – dźwięk jest wyższy.
Multimedia i grafika
komputerowa
Mateusz Pańkowski / ZSL
2011
Częstotliwość
- przez człowieka słyszana jest jako
wysokość dźwięku. Jest to liczba docierających do
ludzkiego ucha szczytów i dolin fali dźwiękowej w
określonym czasie. Wyrażana jest w cyklach na
sekundę. 1 cykl = 1 szczyt i 1 dolina. Miarą
częstotliwości jest herc (Hz). Określa on ile cykli
występuje w czasie 1 sekundy.
Człowiek słyszy fale dźwiękowe tylko z zakresu od 16 do
22 kHz.
Fale:
< 16 Hz - są to
infradźwięki
> 22 kHz – są to
ultradźwięki
Oba typy fal są dla ludzi niesłyszalne.
częstotliw
ość
t
Multimedia i grafika
komputerowa
Mateusz Pańkowski / ZSL
2011
Wysokość dźwięku
– subiektywna cecha przez
każdego człowieka inaczej postrzegana. Zależy ona od
częstotliwości. Dźwięki wysokie to dźwięki o dużej
częstotliwości drgań, natomiast niskie to dźwięki o
małej częstotliwości. Zakres słyszalnej częstotliwości
drgań można podzielić na 3 poziomy:
• dźwięki niskie z przedziału 16 - 300 Hz
• dźwięki średnie z przedziału 300 - 3000 Hz
• dźwięki wysokie z przedziału 3000 Hz - 22 kHz
Na dźwięki z przedziału 300 – 3000 Hz ludzki narząd
słuchu reaguje najczulej.
Multimedia i grafika
komputerowa
Mateusz Pańkowski / ZSL
2011
Okres
- jest to czas potrzebny na wykonanie 1 pełnego
cyklu. Długość okresu zależy bezpośrednio od
częstotliwości. Im jest ona wyższa, tym krótszy jest
okres drgań i odwrotnie - im niższa częstotliwość, tym
okres jest dłuższy. Jednostką miary jest sekunda (s).
częstotliwo
ść
okres
Multimedia i grafika
komputerowa
Mateusz Pańkowski / ZSL
2010
Długość fali dźwiękowej
- jest to odległość (droga)
jaką pokonuje fala akustyczna w ciągu jednego cyklu.
Długość zależy od częstotliwości drgań i prędkości
propagacji. Im wyższa częstotliwość tym mniejsza
długość fali. Z kolei od długości fali zależy wysokość
dźwięku. Większa długość - niższy dźwięk i odwrotnie,
im mniejsza długość, tym wyższy dźwięk.
Fala dźwiękowa porusza się w powietrzu o temp. 21 °C
z prędkością 340 m/s. Oto przykłady.
Prędkość
propagacji
Częstotliwość
Długość fali
340 m/s
16 Hz (dolna
granica)
12.25 m
20 Hz
17 m
50 Hz
6.8 m
100 Hz
3.4 m
20 kHz (górna
granica)
1.7 cm
l =
c/f
l - długość
c - propagacja
f - częstotliwość
Multimedia i grafika
komputerowa
Mateusz Pańkowski / ZSL
2010
Natężenie dźwięku
- ilość energii, którą niesie fala
dźwiękowa przepływająca w jednostce czasu przez
jednostkę powierzchni prostopadłą do kierunku
rozchodzenia się fali dźwiękowej. Miarą natężenia jest
wat na metr kwadratowy (W/m
2
). Źródłem energii fal
jest źródło dźwięku (układ drgający).
Emituje on energię przemieszczającą się w ośrodku
wraz z dźwiękiem. Ilość energii przekazanej w jednostce
czasu do ośrodka nazywane jest mocą źródła
dźwięku.
Zakres natężenia dźwięku słyszany przez człowieka określa tzw.
próg słyszenia (słyszalności) i próg (granica) bólu.
Próg słyszalności to minimalna wartość natężenia dźwięku, jaki
człowiek może usłyszeć.
Próg bólu to maksymalna wartość natężenia dźwięku. Po jej
przekroczeniu fala nie jest odbierana jako dźwięk, a odczuwana
jako ból.
Multimedia i grafika
komputerowa
Mateusz Pańkowski / ZSL
2010
Ponieważ wat na metr kwadratowy (W/m
2
) nie jest
zbyt wygodną jednostką do określania poziomu
natężenia dźwięku, postanowiono przyjąć jednostkę
względną. Jest nią
decybel
(dB). Nie ma on jakiejś
konkretnej wartości (metr, kilogram), ale przedstawia
jedynie proporcję między dwiema wartościami.
Próg słyszalności został przyjęty jako 0 dB, natomiast
próg bólu to 130 dB.
Częstotliwos
ć
Zwiększenie
natężenia
Wzrost poziomu
głośności
1000 Hz
2 x
o 3.01 dB
4 x
o 6.02 dB
10 x
o 10 dB
100 x
o 20 dB
1000 x
o 30 dB
Multimedia i grafika
komputerowa
Mateusz Pańkowski / ZSL
2011
Głośność dźwięku
- subiektywne, zależne od
indywidualnych cech człowieka odczucie, jakie
wywołuje natężenie dźwięku. Im większe natężenie tym
większa głośność.
Człowiek nie wszystkie dźwięki o tym samym poziomie
głośności słyszy jednakowo dobrze. Głośność zależy od
natężenia dźwięku i częstotliwości. Przykładem będzie
dźwięk o głośności 10 dB i częstotliwości 1000 Hz oraz 10 dB
i 25 Hz. Pierwszy będzie dobrze słyszalny, natomiast drugi
odebrany zostanie jako cisza. Jednostką poziomu głośności
jest fon; 1 fon = 1 dB przy 1000 Hz.
Źródło dźwięku
Głośność [dB]
tykanie zegara
20
cicha rozmowa
40
głośna rozmowa
60
krzyk
80
młot
pneumatyczny
100
koncert rockowy
120
startujący
odrzutowiec
130
Multimedia i grafika
komputerowa
Mateusz Pańkowski / ZSL
2011
Widmo dźwięku
- suma częstotliwości składowych
dźwięku złożonego, czyli tonów. Częstotliwość najniższa
to inaczej częstotliwość podstawowa – określa wysokość
dźwięku. Częstotliwości wyższe nazywane są
przytonami – decydują one on unikalnym brzmieniu, co
pozwala odróżnić dźwięki tej samej wysokości, ale
pochodzące z różnych źródeł (np. różne instrumenty).
Widmo najczęściej przedstawia się jako wykres. Rozróżnia się
trzy rodzaje:
•
widmo prążkowe
- każdej częstotliwości tworzącej dźwięk
odpowiada
jeden prążek o wysokości reprezentującej jej
amplitudę.
•
widmo ciągłe
- prezentuje zależności poziomu natężenia
od
częstotliwości poszczególnych tonów składowych
dźwięku. Oś x -
częstotliwości tonów, oś y - ich natężenia.
•
widmo trójwymiarowe
- zmienność amplitudy i
częstotliwości w czasie.
Multimedia i grafika
komputerowa
Mateusz Pańkowski / ZSL
2011
Częstotliwość
(Hz)
A
m
p
lit
u
d
a
Widmo prążkowe
Multimedia i grafika
komputerowa
Mateusz Pańkowski / ZSL
2011
Widmo ciągłe
Multimedia i grafika
komputerowa
Mateusz Pańkowski / ZSL
2011
Widmo trójwymiarowe