Рис. 1.3. График изменения во времени давления имеет вид волнообразной линии. Повышение давления воздуха в зоне сжатия относительно нормального значения изображается на графике “горбом” (1). Точки пересечения графика с осевой линией — точки перехода через нуль — соответствуют нормальному давлению воздуха (2). Понижение давления воздуха в зоне разрежения относительно нормального значения изображается на графике “впадиной” (3)
Частота
Когда повторяющиеся колебания давления воздуха достигают наших ушей, мы воспринимаем их не как отдельные, повторяющиеся флуктуации давления воздуха, а как непрерывный звук. Наш слуховой аппарат и наш мозг обладают способностью в высшей степени точно определять количество “горбов” и “впадин” волны, укладывающихся на определенном временном интервале.
Чем чаще “горбы” и “впадины” следуют друг за другом, тем чаще барабанная перепонка под их воздействием выгибается и тем выше звук, который мы слышим; чем реже “горбы” и “впадины” следуют друг за другом, тем меньше их достигает барабанной перепонки за тот же временной интервал и, соответственно, мы слышим более низкий звук (рис. 1.4).
В науке количество “горбов” (или “провалов” звуковой волны), проходящих через данную точку пространства за заданный интервал времени, называется частотой. Частота периодического процесса определяется как количество периодов, укладывающихся на интервале времени, равном одной секунде. Период волны состоит из двух полуволн — верхней и нижней (“горб” плюс ‘“провал”). Частота измеряется в герцах (Гц) и означает количество периодов, или полных колебаний (“горб” плюс “провал”), которые совершает волна за одну секунду.
Другой широко используемой характеристикой звуковых волн является длина волны — расстояние между соседними “горбами” (или соседними “провалами”). Длина волны обратно пропорциональна ее частоте, т.е. чем больше длина волны, тем ниже ее частота, и наоборот, чем меньше длина волны, тем выше ее частота. Это несложно понять: чем больше расстояние между соседними гребнями волны, тем меньше их достигает уха за определенный временной интервал. Эта взаимосвязь иллюстрируется на рис. 1.4.
Рис. 1.4. Мы различаем высоту звука по частоте колебания давления воздуха. Чем больше “горбов” и “провалов” звуковой волны достигает уха за определенный временной интервал (т.е. чем выше частота волны или, соответственно, чем меньше длина волны), тем выше тон звука
Синусоидальные волны и форма звукового сигнала
В мире реальных звуков вы не встретите сигналов идеальной синусоидальной формы — энергия практически любого звукового сигнала распределена по спектру частот. Эта закономерность является фундаментом, на котором базируется принцип действия таких устройств цифровой обработки звука, как эквалайзеры и фильтры (см. главу 7). Но в аудиотехнике такая идеальная волна оказалась очень полезной абстракцией — своего рода эталоном, или стандартным элементом, используемым в анализе сигналов сложной формы. Синусоидальная волна имеет постоянную частоту колебаний и ее энергия сосредоточена на одной частоте.