Как найти высоту тона

Звуковые
волны, как и другие волны, характеризуются
такими объективными величинами, как
частота, амплитуда, фаза колебаний,
скорость распространения, интенсивность
звука и другими. Но. кроме этого, они
описываются тремя субъективными
характеристиками. Это — громкость
звука, высота тона и тембр.

Чувствительность
человеческого уха различна для разных
частот. Для того чтобы вызвать звуковое
ощущение, волна должна обладать некоторой
минимальной интенсивностью, но если
эта интенсивность превышает определенный
предел, то звук не слышен и вызывает
только болевое ощущение. Таким образом,
для каждой частоты колебаний существует
наименьшая (порог слышимости) и наибольшая
(порог болевого ощущения) интенсивность
звука, которая способна вызвать звуковое
ощущение.

Громкость
звука –
качество слухового ощущения, которое
позволяет располагать все звуки по
шкале от тихих до громких.

Сон
– единица громкости звука.

1
сон – эта примерная громкость приглушенного
разговора, а громкость самолета – 264 сон.
Звуки, обладающие еще большей громкостью,
будут вызывать болевые ощущения.

Уровень
звукового давления измеряется в белах
(Б) или в децибелах (Д) – 1/10 часть бела
(Б), и равен уровню громкости звука,
который выражается в фонах.

Громкость
выше 180 дБ может вызвать разрыв барабанной
перепонки.

Акустика
– раздел физики, который изучает звуковые
явления.

Звуки
бывают двух видов: естественные и
искусственные.

Естественные
– голос, шум моря, звуки животных и т. д.

Искусственные
– струна, колокол, дудочка.

Высота
тона
— качество звука, определяемое человеком
субъективно на слух и зависящее от
частоты звука. Чем больше частота, тем
выше тон звука.

Высота
тона звука — это величина, пропорциональная
частоте той составляющей звукового
сигнала, которая слышна как наиболее
громкая. Если одновременно происходят
интенсивные звуковые колебания на
разных частотах, то человек различает
в них звуки с разными высотами тона.

Восприятие
звука органами слуха зависит от того,
какие частоты входят в состав звуковой
волны.

Звук,
который мы слышим тогда, когда источник
его совершает гармоническое колебание,
называется музыкальным тоном или,
коротко, тоном. Во всяком музыкальном
тоне мы можем различить на слух два
качества: громкость и высоту.

Высота
тона зависит от того , как часто колеблются
источники звука. Чем больше частота
колебаний тем громче звук. Самым простой
вид колебаний – гармонические колебания.
Чистым тоном является звук камертона.

Чистый
тон –
это звук , совершающий гармонические
колебания одинаковой частоты. В
музыкальном тоне можно на звук различит
два качества – громкость и высоту.

Звуки
разных источников ( например разные
музыкальные инструменты , человеческий
голос , звуки посторонних предметов и
т.д ) вместе состовляют совокупность
гармонических колебаний разных частот.

Основной
частотой называется самая маленькая
частота этого многосоставного звука ,
а звук который ей соответствует и он
определенной высоты называется основным
тоном.

Обертонами
называются
все остальные составляющие этого
многосоставного звука ( его частота
может быть в несколько раз больше частоты
основного тона).

Обертоны
определяют тембр
звука
– это то , что нам позволяет различать
звуки , например , мы очень легко сможем
различить звук телевизора и стиральной
машинки , звуки гитары и барабана и т.п.

Высоту
звука еще измеряют в мелах
–
это шкала высот, которая позволяет
устанавливать равенство высот двух
звуков.

Тоном
Шепарда ( акустические иллюзии) называется
звук , с кажущейся , то повышающейся , то
понижающейся высотой.

Высота
звука определяется частотой его основного
тона , если частота основного тона
больше, то звук громче , если частота
основного тона меньше , то и звук будет
тише.

Шумы
— это звуки, образующие сплошной спектр,
состоящий из набора частот, т.е. в шуме
присутствуют колебания всевозможных
частот.

Источником
шума является любой процесс, вызывающий
местное изменение давления или
механические колебания в твердых, жидких
или газообразных средах.

Шум
имеет определенную частоту, или спектр,
выражаемый в герцах, и интенсивность –
уровень звукового давления, измеряемый
в децибелах. Для человека область
слышимых звуков определяется в интервале
от 16 до 20 000 Гц. Наиболее чувствителен
слуховой анализатор к восприятию звуков
частотой 1000—3000 Гц (речевая зона).

Измерение,
анализ и регистрация спектра шума
производятся специальными приборами
— шумомерами и вспомогательными
приборами (самописцы уровней шума,
магнитофон, осциллограф, анализаторы
статистического распределения, дозиметры
и др.). Поскольку ухо менее чувствительно
к низким и более чувствительно к высоким
частотам, для получения показаний,
соответствующих восприятию человека,
в шумомерах используют систему
корректированных частотных характеристик
— шкалы А, В, С, D и линейную шкалу, которые
отличаются по восприятию. В практике
применяется в основном шкала А.

Для
шумов характерна сильная не периодичность
формы колебаний: либо это – длительное
колебание, но очень сложное по форме
(шипение, скрип), либо отдельные выбросы
(щелчки, стуки). С этой точки зрения шумам
следует отнести и звуки, выражаемые
согласными (шипящими, губными и т.д.).

Во
всех случаях шумовые колебания состоят
из огромного количества гармонических
колебаний с разными частотами.

Таким
образом, у гармонического колебания
спектр состоит из одной-единственной
частоты. У периодического колебания
спектр состоит из набора частот –
основной и кратных ей. У консонирующих
созвучий мы имеем спектр, состоящий из
нескольких таких наборов частот, причем
основные относятся как небольшие целые
числа. У диссонирующих созвучий основные
частоты уже не находятся в таких простых
отношениях. Чем больше в спектре разных
частот, тем ближе мы подходим к шуму.
Типичные шумы имеют спектры, в которых
присутствуют чрезвычайно много частот.

Термин
“шум” применяется ко всему,что маскирует
полезный сигнал,поэтому шумом может
оказаться какой-нибудь другой
сигнал(“помеха”);но чаще всего этот
термин означает “случайный” шум
физической(чаще всего тепловой) природы.
Шум характеризуется своим частотным
спектром,распределением амплитуды и
источником(происхождением).

а) Классификация шумов

По
спектру:

стационарные
и нестационарные.

По
характеру спектра:

• широкополосный
  шум с непрерывным спектром шириной
  более 1 октавы;

• тональный
  шум, в спектре которого имеются выраженные
  тона. Выраженным тон считается, если
  одна из третьоктавных полос частот
  превышает остальные не менее, чем на 7
  дБ.

По
частоте (Гц):

• низкочастотный
  (<400 Гц)

• среднечастотный
  (400-1000 Гц)

• высокочастотный
  (>1000 Гц)

По
временны́м характеристикам:

• постоянный;

• непостоянный,
  который делится на:

• колеблющийся,
  прерывистый и импульсный.

По
природе возникновения:

• Механический

• Аэродинамический

• Гидравлический

• Электромагнитный

б) Цвета шумов

Цвета
шумов—
система
терминов, приписывающая некоторым видам
шумовых сигналов определённые цвета
исходя из аналогии между спектром
сигнала произвольной природы (точнее,
его спектральной плотностью или, говоря
математически, параметрами распределения
случайного процесса) и спектрами
различных цветов видимого света. Эта
абстракция широко используется в
отраслях техники, имеющих дело с
шумом(акустика,электроника,физика и т.
д.).

Белый
шум—
стационарный шум, спектральные
составляющие которого равномерно
распределены по всему диапазону
задействованных частот. Примерами
белого шума являются шум близкого
водопада(отдаленный шум водопада—
розовый, так как высокочастотные
составляющие звука затухают в воздухе
сильнее низкочастотных), или шум Шоттки
на клеммах большого сопротивления.
Название получил от белого света,
содержащего электромагнитные волны
частот всего видимого диапазона
электромагнитного излучения.

В
природе и технике «чисто» белый шум (то
есть белый шум, имеющий одинаковую
спектральную мощность на всех частотах)
не встречается (ввиду того, что такой
сигнал имел бы бесконечную мощность),
однако под категорию белых шумов попадают
любые шумы, спектральная плотность
которых одинакова (или слабо отличается)
в рассматриваемом диапазоне частот.

Фликкер-шум
, розовый шум—
электронный шум, наблюдаемый практически
в любых электронных устройствах; его
источниками могут являться неоднородности
в проводящей среде, генерация и
рекомбинация носителей заряда в
транзисторах и т. п. Обычно упоминается
в связи с постоянным током.

Фликкерный
шум имеет спектр розового шума, поэтому
его иногда так и называют. Однако следует
различать розовый шум, как математическую
модель сигнала определённого вида, и
фликкерный шум, как вполне определённое
явление в электрических цепях.

Красный
шум (броуновский
шум)
— шумовой сигнал, который производит
броуновское движение. Из-за того, что
по-английски он называется Brown (Brownian)
noise, его название часто переводят на
русский язык как коричневый
шум.
Спектральная
плотность красного шума пропорциональна
1/f², где f — частота. Это означает, что
на низких частотах шум имеет больше
энергии, даже больше, чем розовый шум.
Энергия шума падает на 6 децибел на
октаву. Акустический красный шум слышится
как приглушённый, в сравнении с белым
или розовым шумом.

Синий
(голубой)
шум —
вид сигнала, чья спектральная плотность
увеличивается на 3 дБ на октаву. То есть
его спектральная плотность увеличивается
с ростом частоты, и, аналогично белому
шуму, на практике он должен быть ограничен
по частоте. На слух синий шум воспринимается
более резким, нежели белый. Синий шум
получается, если продифференцировать
розовый шум; их спектры зеркальны.

Фиолетовый
шум
— вид сигнала, чья спектральная плотность
увеличивается на 6 дБ на октаву. То есть
его спектральная плотность пропорциональная
квадрату частоты и, аналогично белому
шуму, на практике он должен быть ограничен
по частоте. Фиолетовый шум получается,
если продифференцировать белый шум.
Спектр фиолетового шума зеркально
противоположен спектру красного.

Серый
шум
относится
к шумовому сигналу, который имеет
одинаковую субъективную громкость для
человеческого слуха на всём диапазоне
воспринимаемых частот. Спектр серого
шума получается, если сложить спектры
броуновского и фиолетового шумов. В
спектре серого шума виден большой
«провал» на средних частотах, однако
человеческий слух субъективно воспринимает
серый шум как равномерный по спектральной
плотности (без преобладания каких-либо
частот).

Оранжевый
шум
— квазистационарный шум с конечной
спектральной плотностью. Спектр такого
шума имеет полоски нулевой энергии,
рассеянные по всему спектру. Эти полоски
располагаются на частотах музыкальных
нот.

Красный
шум
— может быть как синонимом броуновского
или розового шума, так и обозначением
естественного шума, характерного для
больших водоёмов — морей и океанов,
поглощающих высокие частоты. Красный
шум слышен с берега от отдалённых
объектов, находящихся в океане.

Зелёный
шум
— шум естественной среды. Подобен
розовому шуму с усиленной областью
частот в районе 500 Гц

Термин
«чёрный
шум»
имеет несколько определений:

• Тишина

• Шум
  со спектром 1/f^β,
  где β > 2. Используется для моделирования
  различных природных процессов. Считается
  характеристикой “природных и
  искусственных катастроф, таких как
  наводнения, обвалы рынка и т. п. “

• Ультразвуковой
  белый шум (с частотой более 20 кГц),
  аналогичный т. н. «черному свету» (с
  частотами слишком высокими, чтобы его
  можно было воспринимать, но способному
  воздействовать на наблюдателя или
  приборы).

• Шум,
  спектр которого имеет преимущественно
  нулевую энергию за исключением нескольких
  пиков

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

A алгоритм определения высоты звука (КПК ) – это алгоритм предназначен для оценки основного тона или основной частоты квазипериодического или колеблющегося сигнала, обычно цифровой записи речи или музыкальной ноты или тона. Это можно сделать в временной области, частотной области или в обоих.

КПК используются в различных контекстах (например, фонетика, поиск музыкальной информации, кодирование речи, системы музыкального исполнения ), поэтому к алгоритму могут предъявляться различные требования. Пока не существует единого идеального КПК, поэтому существует множество алгоритмов, большинство из которых в общих чертах попадает в классы, приведенные ниже.

КПК обычно оценивает период квазипериодического сигнала, а затем инвертирует это значение, чтобы получить частоту.

Содержание

• 1 Общие подходы
• 2 Подходы в частотной области
• 3 Спектральные / временные подходы
• 4 Определение высоты тона речи
• 5 См. Также
• 6 Ссылки
• 7 Внешние ссылки

Общие подходы

Одним из простых подходов было бы измерение расстояния между точками перехода через ноль сигнала (т. Е. частотой пересечения нуля ). Однако это не работает со сложными формами сигналов , которые состоят из множества синусоидальных волн с разными периодами или данных с шумом. Тем не менее, есть случаи, когда переход через нуль может быть полезной мерой, например в некоторых речевых приложениях, где предполагается единственный источник. Простота алгоритма делает его «дешевым» в реализации.

Более сложные подходы сравнивают сегменты сигнала с другими сегментами, смещенными на испытательный период, чтобы найти совпадение. AMDF (), ASMDF (функция средней квадратичной разности средних) и другие подобные алгоритмы автокорреляции работают таким образом. Эти алгоритмы могут дать довольно точные результаты для очень периодических сигналов. Однако они имеют проблемы с ложным обнаружением (часто «октавные ошибки»), иногда могут плохо справляться с зашумленными сигналами (в зависимости от реализации) и – в их основных реализациях – плохо справляются с полифоническими звуками ( которые включают несколько музыкальных нот разной высоты).

Современные алгоритмы определения высоты тона во временной области, как правило, основываются на основных методах, упомянутых выше, с дополнительными уточнениями, чтобы привести исполнение в соответствие с оценкой высоты звука человеком. Например, алгоритм YIN и алгоритм MPM основаны на автокорреляции.

подходы в частотной области

В частотной области возможно полифоническое обнаружение, обычно с использованием периодограммы для преобразовать сигнал в оценку частотного спектра . Это требует большей вычислительной мощности, поскольку желаемая точность увеличивается, хотя хорошо известная эффективность FFT, ключевой части алгоритма периодограммы, делает его подходящим образом эффективным для многих целей.

Популярные алгоритмы частотной области включают; кепстральный анализ и максимальное правдоподобие, которые пытаются сопоставить характеристики частотной области с предварительно заданными частотными картами (полезно для определения высоты тона фиксированных инструментов настройки); и обнаружение пиков из-за гармонического ряда.

Чтобы улучшить оценку основного тона, полученную из дискретного спектра Фурье, можно использовать такие методы, как перераспределение спектра (на основе фазы) или (на основе амплитуды). использоваться, чтобы выйти за рамки точности, обеспечиваемой ячейками БПФ. Другой фазовый подход предлагается Брауном и Пакеттом

Спектральные / временные подходы

Спектральные / временные алгоритмы обнаружения основного тона, например отслеживание основного тона YAAPT основано на комбинации обработки во временной области с использованием функции автокорреляции, такой как нормализованная взаимная корреляция, и обработки в частотной области с использованием спектральной информации для идентификации основного тона. Затем среди кандидатов, оцененных из двух областей, можно вычислить окончательную дорожку основного тона с использованием динамического программирования. Преимущество этих подходов состоит в том, что ошибка отслеживания в одном домене может быть уменьшена процессом в другом домене.

Определение высоты звука

Основная частота речи может варьироваться от 40 Гц для низких голосов до 600 Гц для высоких голосов.

Для определения высоты звука в методах автокорреляции требуется не менее двух периодов основного тона. Это означает, что для обнаружения основной частоты 40 Гц необходимо проанализировать не менее 50 миллисекунд (мс) речевого сигнала. Однако в течение 50 мс речь с более высокими основными частотами может не обязательно иметь одну и ту же основную частоту во всем окне.

См. Также

Ссылки

Внешние ссылки

Гипермаркет знаний>>Физика и астрономия>>Физика 8 класс>>Физика: Громкость и высота звука. Эхо

Слуховые ощущения, которые у нас вызывают различные звуки, во многом зависят от амплитуды звуковой волны и ее частоты. Амплитуда и частота являются физическими характеристиками звуковой волны. Этим физическим характеристикам соответствуют определенные физиологические характеристики, связанные с нашим восприятием звука. Такими физиологическими характеристиками являются громкость и высота звука.

Громкость звука определяется его амплитудой: чем больше амплитуда колебаний в звуковой волне, тем громче звук. Так, когда колебания звучащего камертона затухают, вместе с амплитудой уменьшается и громкость звука. И наоборот, ударив по камертону сильнее и тем симым увеличив амплитуду его колебаний, мы вызовем и более громкий звук.

Громкость звука зависит также от того, насколько чувствительно наше ухо к данному звуку. Наибольшей чувствительностью человеческое ухо обладает к звуковым волнам с частотой 1-5 кГц.

Измеряя энергию, переносимую звуковой волной за 1 с через поверхность площадью 1 м², мы найдем величину, называемую интенсивностью звука.

Оказалось, что интенсивность самых громких звуков (при которых возникает ощущение боли) превышает интенсивность самых слабых звуков, доступных восприятию человека. в 10 триллионов раз! В этом смысле человеческое ухо оказывается намного более совершенным устройством, чем любой из обычных измерительных приборов. Ни одним из них столь широкий диапазон значений измерить невозможно (у приборов он редко превосходит 100).

Единицу громкости называют соном (от латинского “сонус” – звук). Громкостью в 1 сон обладает приглушенный разговор. Тиканье часов характеризуется громкостью около 0,1 сон. обычный разговор – 2 сон, стук пишущей машинки – 4 сон, громкий уличный шум – 8 сон. В кузнечном цехе громкость достигает 64 сон, а на расстоянии 4 м от работающего двигателя реактивного самолета – 256 сон. Звуки еще большей громкости начинают вызывать болевые ощущения.
Громкость человеческого голоса можно увеличить с помощью мегафона. Он представляет собой конический рупор, приставляемый ко рту говорящего человека (рис. 54). Усиление звука при этом происходит благодаря концентрации излучаемой звуковой энергии в направлении оси рупора. Еще большего увеличения громкости можно достичь при помощи электрического мегафона, рупор которого соединен с микрофоном и специальным транзисторным усилителем.

Рупор можно применять и для усиления принимаемого звука. Для этого его следует приставить к уху. В старые времена (когда еще не было специальных слуховых аппаратов) этим часто пользовались плохо слышащие люди.

Рупоры использовались и в первых аппаратах, предназначенных для записи и воспроизведения звука.

Механическая запись звука была изобретена в 1877 г. Т. Эдисоном (США). Сконструированный им аппарат назывался фонографом. Один из своих фонографов (рис. 55) он прислал Л. Н. Толстому.

Основными частями фонографа являются валик 1, покрытый оловянной фольгой, и мембрана 2, соединенная с иглой из сапфира. Звуковая волна, действуя через рупор на мембрану, заставляла иглу колебаться и то сильнее, то слабее вдавливаться в фольгу. При вращении ручки валик (ось которого имела резьбу) не только вращался, но и перемещался в горизонтальном направлении. На фольге при этом возникала винтовая канавка переменной глубины. Чтобы услышать записанный звук, иглу устанавливали в начало канавки и валик вращали еще раз.

Впоследствии вращающийся валик в фонографе был заменен плоской круглой пластиной и борозду на ней стали наносить в виде сворачивающейся спирали. Так появились граммофонные пластинки.

Помимо громкости, звук характеризуется высотой. Высота звука определяется его частотой: чем больше частота колебаний в звуковой волне, тем выше звук. Колебаниям небольшой частоты соответствуют низкие звуки, колебаниям большой частоты – высокие звуки.

Так, например, шмель машет в полете своими крылышками с меньшей частотой, чем комар: у шмеля она составляет 220 взмахов в секунду, а у комара – 500-600. Поэтому полет шмеля сопровождается низким звуком (жужжанием), а полет комара – высоким (писком).

Звуковую волну определенной частоты иначе называют музыкальным тоном. Поэтому о высоте звука часто говорят как о высоте тона.
Основной тон с “примесью” нескольких колебаний других частот образует музыкальный звук. Например, звуки скрипки и пианино могут включать в себя до 15-20 различных колебаний. От состава каждого сложного звука зависит его тембр.

Частота свободных колебаний струны зависит от ее размеров и натяжения. Поэтому, натягивая струны гитары с помощью колышков и прижимая их к грифу гитары в разных местах, мы изменим их собственную частоту, а следовательно, и высоту издаваемых ими звуков.

В таблице 5 приведены частоты колебаний в звуках различных музыкальных инструментов.

Диапазоны частот, соответствующие голосам певцов и певиц, можно найти в таблице 6.

При обычной речи в мужском голосе встречаются колебания с частотой от 100 до 7000 Гц, а в женском – от 200 до 9000 Гц. Наиболее высокочастотные колебания входят в состав звука согласной “с”.

Характер восприятия звука во многом зависит от планировки помещения, в котором слушается речь или музыка. Объясняется это тем, что в закрытых помещениях слушатель воспринимает, кроме прямого звука, еще и слитный ряд быстро следующих друг за другом его повторений, вызванных многократными отражениями звука от находящихся в помещении предметов, стен, потолка и пола.

Увеличение длительности звука, вызванное его отражениями от различных препятствий, называется реверберацией. Реверберация велика в пустых помещениях, где она приводит к гулкости. И наоборот, помещения с мягкой обивкой стен, драпировками, шторами, мягкой мебелью, коврами, а также наполненные людьми хорошо поглощают звук, и потому реверберация в них незначительна.

Отражением звука объясняется и эхо. Эхо – это звуковые волны, отраженные от какого-либо препятствия (зданий, холмов, леса и т. п.) и возвратившиеся к своему источнику. Если до нас доходят звуковые волны, последовательно отразившиеся от нескольких препятствий и разделенные интервалом времени t>50 – 60 мс, то возникает многократное эхо. Некоторые из таких эхо приобрели всемирную известность. Так, например, скалы, раскинутые в форме круга возле Адерсбаха в Чехии, в определенном месте троекратно повторяют 7 слогов, а в замке Вудсток в Англии эхо отчетливо повторяет 17 слогов!

С.В. Громов, Н.А. Родина, Физика 8 класс

Отослано читателями из интернет-сайтов

_{уроки физики, программы по физике, физика рефераты, физика тесты, курс физики, учебники по физике, физика в школе, разработка уроков физика, календарно тематическое планирование по физике}

Содержание урока
 конспект урока                       
 опорный каркас  
 презентация урока
 акселеративные методы 
 интерактивные технологии 

Практика
 задачи и упражнения 
 самопроверка
 практикумы, тренинги, кейсы, квесты
 домашние задания
 дискуссионные вопросы
 риторические вопросы от учеников

Иллюстрации
 аудио-, видеоклипы и мультимедиа 
 фотографии, картинки 
 графики, таблицы, схемы
 юмор, анекдоты, приколы, комиксы
 притчи, поговорки, кроссворды, цитаты

Дополнения
 рефераты
 статьи 
 фишки для любознательных 
 шпаргалки 
 учебники основные и дополнительные
 словарь терминов                          
 прочие 

Совершенствование учебников и уроков
 исправление ошибок в учебнике
 обновление фрагмента в учебнике 
 элементы новаторства на уроке 
 замена устаревших знаний новыми 

Только для учителей
 идеальные уроки 
 календарный план на год  
 методические рекомендации  
 программы
 обсуждения


Интегрированные уроки

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь – Образовательный форум.

Авторські права | Privacy Policy |FAQ | Партнери | Контакти | Кейс-уроки

©  Автор системы образования 7W и Гипермаркета Знаний – Владимир Спиваковский

При использовании материалов ресурса
ссылка на edufuture.biz обязательна (для интернет ресурсов –
гиперссылка).
edufuture.biz 2008-© Все права защищены.
Сайт edufuture.biz является порталом, в котором не предусмотрены темы политики, наркомании, алкоголизма, курения и других “взрослых” тем.

Разработка – Гипермаркет знаний 2008-

Ждем Ваши замечания и предложения на email:
По вопросам рекламы и спонсорства пишите на email:

Wiki-учебник

Поиск по сайту

Реклама от партнёров: