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