АКУСТИЧЕСКИЕ СИГНАЛЫ. ДИНАМИЧЕСКИЙ ДИАПАЗОН. ЧАСТОТНЫЙ ДИАПАЗОН.

Звуковые волны, передающие энергию и информацию от источника сигнала, называются акустическими, или звуковыми сигналами.

Если в любой точке звукового поля поставить измерительный прибор (например, микрофон), то можно получить зависимость мгновенного изменения звукового давления от времени для данной точки среды. Эта зависимость называется осциллограммой.

Обычно в технических приложениях, в частности при компьютерной обработке звуковых сигналов, используется запись зависимости усредненного за некоторый отрезок времени уровня звукового давления от времени. Такая зависимость называется уровнеграммой.

Если проанализировать характер изменения уровня звукового давления (или напряжения) в зависимости от времени в звуковых сигналах, то можно их классифицировать следующим образом:

— детерминированные — значение сигнала в данный момент времени позволяет предсказать его значение в последующие моменты времени — например, синусоидальная звуковая

волна (рис. 2.4.3а). Такие сигналы обычно создаются искусственным путем;

— случайные — значение сигнала в данный момент времени не позволяет предсказать его значения в последующие моменты времени, поскольку они изменяются по случайному закону например, белый шум (рис. 2.4.36);

— квазислучайные — значения которых предсказуемы на ко-

нечных отрезках времени, но в целом изменение сигнала пред-

сказать невозможно, — к таким сигналам относятся музыка и речь

(рис. 2.4.3в).

Динамическим диапазоном звукового сигнала называется разница между квазимаксимальным и квазиминимальным уровнями сигнала: D = L _Max — L _Min (dB)

Пик-фактор определяется как разность между квазимаксимальным и средним уровнями сигнала (усредненного за промежуток времени не менее 1 мин для музыки и не менее 15 с для

речи):

Пик-фактор также чрезвычайно важная величина при работе с акустическими сигналами, он показывает, насколько ниже надо взять средний уровень сигнала при обработке и записи звука по cравнению с уровнем ограничения в канале, чтобы не перегружать его при пиковых уровнях. Значения пик-фактора, например, для рояля 9,8 дБ, для трубы 12 дБ, для симфонического оркестра до 28 дБ.

Принято считать, что если ограничения по частоте распределения спектральных уровней сигнала становятся заметны на слух для более чем 75% слушателей, то такие границы определяют частотный диапазон данного источника сигналов.

Спектральный анализ позволяет разложить любой сложный акустический сигнал, создаваемый различными источниками звука, на более простые составляющие (аналогично тому, как белый свет можно разложить на его составляющие — примером может служить радуга).

В основе спектрального анализа музыкальных и речевых сигналов лежит очень важная теорема, сформулированная французским математиком Жозефом Фурье (1768-1830): «Любое периодическое колебание, какой бы сложности оно ни было, может быть представлено в виде суммы простых колебаний, чьи частоты являются гармониками основного тона (фундаментальной частоты), а амплитуды и фазы рассчитываются по определенному закону» .

Процесс разложения сложного периодического сигнала на простые гармонические составляющие называется анализом Фурье, или спектральным анализом, обратный процесс — конструирование сложного звука по его гармоническим составляющим — называется синтезом Фурье.