Частота, длина, амплитуда и фаза звуковой волны

[Steph]

Частота, длина, амплитуда и фаза звуковой волны

Количество колебаний воздуха в секунду называется частотой звука. Волны с разной частотой воспринимаются нами как звук разной высоты: волны с малой частотой воспринимаются как низкие, басовые звуки, а волны с большой частотой - как высокие. Частота измеряется в Герцах (Гц): 1 Гц = 1 колебание в секунду; или килогерцах (кГц): 1кГц = 1000 Гц. Большинство людей от 18 до 25 лет реально способны слышать колебания воздуха с частотой от 20 до 20000 Герц (с возрастом верхняя граница восприятия уменьшается). Именно этот диапазон волн называется звуковым диапазоном. Кстати говоря, наши уши устроены таким образом, что когда мы слышим два звука, частоты которых относятся как 2:1, то нам кажется, что эти звуки близки друг к другу и при одновременном воспроизведении они для нас как бы сливаются. Именно на этом эффекте основана музыкальная шкала высоты звуков, у которой одна и та же нота повторяется каждую октаву. То есть в натуральном звукоряде частоты одинаковых нот соседних октав соотносятся между собой как 2:1.

Частота волны обратно пропорциональна длине волны - отрезку на оси распространения волны, в котором умещается полный цикл (период) изменения плотности воздуха. Чем больше частота звука, тем меньше длина волны и наоборот. Длину волны очень легко вычислить по формуле l=C/f, где C - скорость звука (340 м/с), а f - частота звуковых колебаний. Например, волна, имеющая частоту 100 Гц, имеет длину 340/100=3.4 м.

Амплитудой звуковой волны называется половина разницы между самым высоким и самым низким значением плотности. На графике амплитуде будет соответствовать разница между самой высокой (или низкой) точкой волны и горизонтальной осью графика.

Для описания относительных временных свойств двух звуковых волн (или разных частей одной волны) вводится понятие фазы звуковой волны. Посмотрите на рисунок. На первом графике показаны две волны, которые полностью совпадают друг с другом. В этом случае говорят, что волны находятся в фазе. На третьем графике в том месте, где у одной волны находится область высокой плотности, у другой - область низкой плотности. В этом случае говорят, что волны находятся в противофазе. При этом, если волны одинаковые, происходит их взаимное уничтожение (в природе это бывает крайне редко, чаще противофазные волны при наложении сильно искажают звук). Средний график показывает некое промежуточное положение. В этом случае говорят, что фаза одной волны сдвинута относительно другой.

[egahajaa]

Спасибо! Очень полезная инфа. Коротко и ясно. Наконец то понял "противофазу".

[Steph]

Не за что ;) Главное при установке микрофонов, записи, а так же в процессе микширования, не забывать про возможные конфликты фаз. Многие это не дооценивают.

И добавлю, что каждый процессор, любое вмешательство в звук, включая эквалайзеры, компрессоры, естественно ревербы и delay'и - ведут к нарушению фазы сигнала. Поэтому стоит уделять больше времени подготовке к записи и самой записи, что бы минимльно прибегать к редактированию в процессе микса.

[Саныч]

Доброго времени суток! Позволю себе несколько комментов.
1. Говорить, что частота колебания обратно пропорциональна длине волны некорректно - это видно из единиц измерения: 1 герц= 1/сек, а не 1/м. https://www.ugex.ru/images/smilies2/128fs4765852.gif Поэтому частота колебания обратно пропорциональна периоду колебания. А длину волны лучше определить как расстояние, которое проходит фронт волны за интервал времени равный одному периоду колебания. При этом полезно отметить и влияние свойств самой упругой среды, в которой распространяется звук: в воздухе, в металле и в воде для одной и той же частоты колебаний длины волн будут существенно различаться.
2. Приведенные картинки отражают не разные фазы колебаний,а сдвиг фаз между двумы колебаниями, т.е. задержку одного сигнала по отношению к другому. Это может ввести в заблуждение. Разность фаз определяют в фиксированный момент времени (на любом из графиков, где оба колебания существуют одновременно).

[Steph]

Спасибо, Саныч за замечания, если говорить о приведённой формуле, то само собой никто не будет бегать с линейкой по студии. Просто во время записи можно эксперементировать с положением микрофона или исходного звука, есть шансы что звук станет лучше.

2. Приведенные картинки отражают не разные фазы колебаний,а сдвиг фаз между двумы колебаниями, т.е. задержку одного сигнала по отношению к другому. Это может ввести в заблуждение. Разность фаз определяют в фиксированный момент времени (на любом из графиков, где оба колебания существуют одновременно).

Приведённые картинки показывают различные конфликты (положения) фаз. Всё равно как это понимать, это может быть и с одного сигнала и с двух разных и при записи в стерео и при записи в моно. Естественно, на картинке всё фиксированно и в одной композиции будет целая пачка всяких волн, фаз и прочего. Один сигнал, может смешиваться с гармониками другого и вооще создавать конфликт где то в других частотах. Главное понимать, а если нет логики, то нет и смысла писать все возможные примеры.

[Барон]

Говорить, что частота колебания обратно пропорциональна длине волны некорректно - это видно из единиц измерения: 1 герц= 1/сек, а не 1/м.Поэтому частота колебания обратно пропорциональна периоду колебания.

Че это не корректно то? Все норм вроде, обратная пропорциональность. Чем больше частота, тем меньше длина. Я что то из единиц измерения ничего не вижу... То что частота обратно пропорциональна периоду это да, но это уже из другой формулы то...и там в единице измерения периода тоже метров не особо) там тож еденицы измерения времени.

[realMakS]

Имелось ввиду, что период имеет единицу измерения "секунда" в СИ. Обратная величина будет 1/сек, что и есть Герц.

Steph, Я извиняюсь, что так поздно, но можно, я тоже немного придерусь? :) Ты упоминал там у волны некие области плотности, а лучше было бы про амплитуду сказать всё же. Но это так, мелочи, на картинке и так ясна идея.

[work]

На третьем графике в том месте, где у одной волны находится область высокой плотности, у другой - область низкой плотности. В этом случае говорят, что волны находятся в противофазе.

А как лучше написать?

[work]

Это перевод статьи это не авторская.

[realMakS]

Можно такие: значение сигнала, отклонение от положения равновесия (displacement). Но, может, плотность есть более правильное слово тут. А ладно, забей, чувак :)