ЧАСТОТНЫЙ ДИАПАЗОН И СПЕКТРЫ.

Акустический сигнал имеет изменяющиеся форму и состав спектра. Спектры разделяются на сплошные, дискретные, низко- и высокочастотные. Каждому источнику звука присущи свои особенности состава спектра, которые делают индивидуальную окраску звука. Эту окраску называют темрбом. Тембр (от фр. - timbre) означает "качество тона", "окраску тона" (tone quality). Для оценки тембра звучания важен не только момент его распознавания (т.е. способность отличить один инструмент от другого), но и возможность оценить изменение тембра в процессе исполнения. Здесь важнейшую роль играет динамика изменения спектральной огибающей во времени на всех этапах звучания: атаки, стационарной части, спада. Сущест­вуют понятия тембра скрипки, тромбона, органа и т. и., а также тембра голоса: звонкий, когда подчеркнуты высокочастотные составляющие; глухой, когда они по­давлены. В первую очередь представляют интерес сред­ний спектр для источников звука каждого типа, а для оценки искажений сигнала — спектр, усредненный за длительный интервал времени (15 с для информацион­ных сигналов и 1 мин для художественных). Усреднен­ный спектр может быть, как правило, сплошной и дос­таточно сглаженный по форме.

Сплошные спектры характеризуются зависимостью спектральной плотности от частоты (эту зависимость называют энергетическим спектром). Спектральной плотностью называется интенсивность звука в полосе частот шириной, равной единице частоты.Для акусти­ки эту полосу берут равной 1 Гц.

Частотный диапазон акустического сигнала определя­ют из частотной зависимости спектральных уровней. Это определение можно сделать или по спаду спектра­льных уровней или приближенно, на слух. Субъектив­ными границами считают заметность ограничения диа­пазона для 75% слушателей. Приведем частотные диа­пазоны для ряда первичных источников акустического сигнала, Гц:

Речь.................................................... 70—7000

Скрипка.........................................250—15 000

Треугольник................................1000—16 000

Бас-труба............................................. 50—6000

Орган-...................................................20—15 000

симфонический оркестр ………… 30—15000

Если спектры имеют плавный спад в ту или иную сто­рону, то их еще оценивают тенденцией, т. е. средним наклоном спектральных уровней в сторону низких или высоких частот. Нап­ример, речевой спектр имеет тенденцию, рав­ную — 6 дБ/окт (спад в сторону высоких ча­стот).

К акустическим сигналам также относятся и акустические шумы. Различают три типа шумов: розовый, белый и речевой. Речевые шумы создаются при одновременном разговоре нескольких человек. “Белые” шумы имеют одинаковую спектральную плотность во всем частотном диапазоне. “Розовые” шумы имеют тенденцию спада плотности на 3 дБ/окт в сторону высоких частот.

- Спектр розового цвета получается, если сила света убывает по гиперболическому закону в сторону фиолетового цвета. Анало­гично ему введено понятие «розового» шума Характер поведения каждого обертона во времени также несет важнейшую информацию о тембре. Например, в звучании колоколов особенно четко видна динамика изменения, как по составу спектра, так и по характеру изменения во времени амплитуд его отдельных обертонов: если в первый момент после удара в спектре отчетливо видно несколько десятков спектральных составляющих, что создает шумовой характер тембра, то через несколько секунд в спектре остаются несколько основных обертонов (основной тон, октава, дуодецима и минорная терция через две октавы), остальные затухают, и это создает особый тонально окрашенный тембр звучания.

Иногда спектр представляют в виде дискретного набора обертонов с разными амплитудами. Спектры могут быть представлены в виде спектрограмм, где по вертикальной оси отложена частота, по горизонтальной - время, а амплитуда представлена интенсивностью цвета.

Сплошные спектры характеризуются зависимостью спектральной плотности от частоты (эту зависимость называют энергетическим спектром). Спектральной плотностью называют интенсивность звука в полосе частот шириной, равной единице частоты. Спектральный состав речи в значительной степени зависит от пола, возраста и индивидуальных особенностей говорящего. Для различных людей отклонение уровней сигналов, измеренных в октавных полосах, от типовых уровней может составлять ± 6 дБ.