ГЛАВА 8. ВОПРОСЫ АКУСТИКИ

§ 46. Объективная и субъективная характеристики звука

Слуховые органы человека обладают способностью оценивать громкость звука, его высоту и тембр. Исследуя различные звуки с помощью электронного осциллографа, можно детально сопоставить объективную и субъективную оценки звука.

Так как звук есть результат колебательного процесса, происхо дящего в воздухе, то его можно описать исчерпывающим образом графиком изменения амплитуды (смещения, скорости колебания или давления — это довольно безразлично) во времени. Подобный график дает возможность выяснить, является ли процесс периодическим, и если то определить основной тон колебания.

Рис. 68.

Изучая форму кривой периодического колебания, можно установить, какие обертоны присутствуют и с какими амплитудами. Иначе и более широко говоря, график зависимости колебания от времени позволяет всегда найти спектр колебания, т. е. узнать, какие в нем присутствуют частоты и с какими амплитудами они представлены в спектре. Получение графика происходит с помощью микрофона, присоединенного к осциллографу. В более совершенных установках происходит автоматическое преобразование графика колебания в его спектр.

Упрощенная схема такого анализатора показана на рис. 68. Входной звуковой сигнал, превращенный микрофоном в

электрический, усиливается предварительным усилителем и попадает в устройство, состоящее из большого числа фильтров каждый из которых пропускает определенную полосу частот, например октавы (36—48, 48—60, 60—72 Гц и т. д.).

Рис. 69. (см. скан)

Про фильтры можно сказать, что они раскладывают сигнал в спектр и при этом с тем большей разрешающей способностью, чем меньше частотный интервал фильтра. Выделенная фильтром часть спектра подается на контакты коммутатора и далее через усилитель и детектор (выпрямитель) направляется на пластины осциллографа, отклоняющие электронный луч по вертикали. Если бы на вторую пару пластин осциллографа напряжение не подавалось, то при включении каждого из фильтров электронный луч отклонялся бы на

высоту, пропорциональную амплитуде соответствующей частотной составляющей спектра. Однако можно сделать много лучше, а именно включить при помощи второй пары пластин горизонтальную развертку электронного луча, так чтобьт автоматическое вращение коммутатора было однозначно связано с вращением коммутатора управляющего разверткой и приводимого в движение мотором Таким способом можно добиться того, чтобы амплитуды составляющих, пропущенных разными фильтрами, отмечались бы при разных, но вполне определенных горизонтальных смещениях электронного луча, задаваемых батареей 5.

Тогда на экране осциллографа возникнет спектр.

Лийейчатые спектры возникают у периодических колебаний, сплошные — у колебаний, не имеющих периода. К первым относятся музыкальные звуки, ко вторым — различного рода шумы.

Один и тот же Музыкальный тон, взятый на разных инструментах, будет иметь одну и ту же основную частоту, но разный спектр. Тембровая окраска звука определяется распределением интенсивностей обертонов (см., например, рис. 69). Чем сложнее спектр, тем богаче тембр звука в музыкальном отношении. Интересно, что фазовые сдвиги обертонов (вернитесь к формуле на стр. 91) не влияют на субъективное восприятие звука. Ухо чувствует только силу обертонов.

Анализ шумов имеет практическое значение. Если известны частоты, особенно сильно представленные в шуме, то это облегчает установление причин шума, а значит, и его устранение.