Для чего используют кривые равной громкости

Кривые равной громкости. Уровень громкости, фоны, высота, тембр и громкость звука: определения, расчетные формулы.

Кривые равной громкости используются при построении шумомеров, предназначенных для измерения уровня громкости шумов.

Кривые равной громкости, приведенные на рис. 119, показывают, как должен изменяться уровень силы звука в зависимости от частоты для сохранения неизменной громкости звука. Кривые приведены для разных уровней громкости. На частоте 1000 гц уровни громкости звука и уровни силы звука совпадают. При малых уровнях громкости ухо менее чувствительно к звукам низких и высоких частот, чем к звукам средних частот.

Вид семейства кривых равной громкости объясняет причину изменения тембра передачи при прослушивании на разных уровнях громкости.

Наибольшее соответствие кривым равной громкости обеспечивает схема на рис. 2.133, где используются потенциометр с двумя дополнительными отводами и две корректирующие ЯС-цепи.

Для чистых тонов кривые равной громкости были определены эмпирически. Наряду с частотной зависимостью известно, что убывание чувствительности уха к звуку низких частот в зонах низких уровней намного больше, чем в зонах высоких уровней.

На диаграмме представлены кривые равной громкости. Они позволяют определить, какую величину должны иметь при данной частоте уровень интенсивности звука и звуковое давление, чтобы воспринималась определенная громкость.

На диаграмме представлены кривые равной громкости. Они позволяют определить, какую величину должны иметь при данной частоте уровень интенсивности звука и звуковое давление, чтобы воспринималась определенная громкость. Кривые равной громкости позволяют без вычислений определять громкость Ln для каждого тона по частоте и звуковому давлению или по частоте и уровню интенсивности звука.

Частотные характеристики фильтров соответствуют кривым равной громкости при различных ин-тенсивностях звука.

Частотные характеристики фильтров соответствуют кривым равной громкости при различных интенсивностях звука.

Если еще принять во внимание кривые равной громкости, изображенные на фиг.

Величины уровней громкости L определяют по кривым равной громкости.

1.3.Излучение звука

Поршневой излучатель звука. Фронт излучаемой волны. Направленность поршневого излучателя на разных частотах. Сопротивление излучения излучателя и его зависимость от частоты. Дифракция звуковых волн излучателя («акустическое» КЗ). Волна прямая и обратная. Способы устранения дифракции волн у излучателя Колебания поршня в отверстии стенки закрытого ящика. Влияние гибкости воздуха внутри ящика на частоту резонанса поршневого излучателя

Низкочастотный поршневой излучатель предназначен для работы в газовых средах и может быть использован как для сигнализации, так и для акустической интенсификации тепломассообменных процессов, протекающих в газовой среде или на границе с жидкостью и твердым телом, например при сушке или для коагуляции аэрозолей. Сущность изобретения заключается в том, что поршень не касается стенок трубы и направляется в ней с помощью подшипников качения, так что трение скольжения заменено на трение качения. А для того чтобы через зазор между стенками трубы и поршнем не происходило перетекание газа, выравнивающее давление по обе стороны поршня, и не происходило акустическое короткое замыкание, препятствующее излучению, величина зазора не должна превышать длину вязкой волны на частоте колебаний поршня. В этом случае вязкость газа в зазоре и его инерция обеспечивают необходимую герметизацию зазора. 3 з. п. ф-лы, 1 ил.

Источник

Кривые равной громкости

Кривые равной громкости – это графическое отображение нелинейности восприятия звука человеком.

Кривые равной громкости или кривые Флетчера-Мэнсона показывают, какое звуковое давление необходимо создать, чтобы различные частоты воспринимались как одинаково громкие.

Давайте посмотрим на рисунок.

По вертикали – уровень звукового давления в дБ.

По горизонтали – частота в Гц.

Глядя на кривые можно сделать вывод, что звук с частотой 1 кГц и уровнем 20 дБ будет казаться таким же громким (субъективно) как и звук с частотой 90 Гц и уровнем 55 дБ. Звук с частотой 2 кГц и уровнем 40 дБ, будет казаться таким же громким, как и звук с частотой 7 кГц и уровнем 50 дБ.

Таким образом, можно сделать вывод, что человек воспринимает низкие и высокие частоты значительно хуже, чем средние. Это связано в первую очередь с тем, что именно в диапазоне средних частот лежит человеческая речь. Кроме того, стоит обратить внимание, что лучше всего воспринимаются частоты в диапазоне от 1 до 5 кГц. Именно эта область отвечает за разборчивость.

Так как же использовать кривые равной громкости при создании музыки?

Эти кривые позволяют понять, какое соотношение низких, средних и высоких частот является оптимальным. В процессе работы над треком необходимо равняться на АЧХ приближённую к кривым равной громкости.

Возьмите свои любимые треки и проанализируйте их частотную характеристику. Я думаю, что она будет очень похожа на кривые Флетчера-Мэнсона, с той лишь разницей, что высокие частоты будут иметь плавный спад (вместо подъёма). Этот спад вызван спецификой самих высоких частот. Чрезмерное их количество режет и раздражает слух.

Вот несколько примеров.

Armin van Buuren — Hystereo (Original Mix)

Hardwell — Eclipse (Original Mix)

Bobina — Winter (Original Mix)

Еще несколько слов о зависимости восприятия от уровня звукового давления. Чем выше уровень давления (уровень громкости), тем более линейно выглядят кривые. То есть на высокой громкости низкие частоты воспринимаются намного лучше.

И в завершение хочу сказать следующее.

АЧХ – это не самое главное. В первую очередь доверяйте своим ушам.

Источник

Громкость, звуковое давление и кривые равной громкости

Громкость, вроде бы, простое понятие, но часто ли мы задумываемся о том, что громкость с интенсивностью звука (на различных частотах слышимого диапазона) связаны совсем не линейно? И часто ли вспоминаем об этой нелинейности в своем желании иметь акустические системы, как можно более линейно отыгрывающие весь этот диапазон?

Давайте начнем с определений. Итак: звуковое давление — Sound Pressure Level (SPL) — это переменное избыточное давление, возникающее в упругой среде при прохождении через неё звуковой волны. Иначе: в нашей упругой среде (воздух) колеблется источник звука, создавая волну. Чем интенсивнее волна, тем выше звуковое давление. При распространении звуковой волны звуковое давление в точке измерения не будет постоянным, поэтому учитывают среднеквадратичное значение этой величины. Звуковое давление измеряется в Паскалях относительно опорного давления Рspl = 20 мкПа (на частоте 1 кГц это соответствует порогу слышимости).

Практически это неудобно, тем более что диапазон слышимых звуков (по их интенсивности) достаточно широк, а измерять его лучше не линейной, а логарифмической шкалой. Поэтому популярной единицей измерения звукового давления стали децибелы SPL(в дБ)=20lg(P/20мкПа).

Это более практичная и понятная единица. Имея откалиброванный измерительный микрофон и соответствующий софт, можно измерить звуковое давление от динамической головки (акустической системы), что дает нам возможность определять и чувствительность динамиков. Однако, являясь субъективным ощущением, громкость все же имеет свои единицы измерения.

Абсолютной единицей громкости является сон — громкость непрерывного чистого синусоидального тона частотой 1 кГц, создающего звуковое давление 2 мПа., уровень же громкости выражают в относительных единицах — фонах. 1 фон равен уровню звукового давления в 1 дБ, создаваемого синусоидальным тоном частотой 1 кГц такой же громкости, как и измеряемый звук.

Кривые равной громкости (Флетчера-Мэнсона и Робинсона и Датсона)

Мы уже отметили, что громкость звука зависит не только от его давления, но и от частоты. Кривые равной громкости, отражающие особенности слуха человека в зависимости от высоты тона, были опубликованы Флетчером и Мэнсоном в 1933 г.

Пользоваться данным инструментом несложно. Достаточно на любой из линий выбрать две точки и к каждой провести горизонтальную линию (показывающую уровень звукового давления в децибелах) и вертикальную (опущенную на горизонтальную ось координат и определяющую частоту звука в герцах (килогерцах)). Громкость первого пересечения будет равна громкости второго пересечения (так как они лежат на одной линии равной громкости).

Например: громкость звука на 100 герцах при звуковом давлении 36-37 дБ будет равна громкости звука на 500 герцах при звуковом давлении 20 дБ. Далее мы видим, что линия идет горизонтально, поэтому та же громкость звука получится при давлении 20 дБ и на 1 и на 1,5 кГц, однако ближе к 2 кГц зависимость снова перестает быть линейной.

Таким образом, в целом чувствительность нашего слухового аппарата максимальна на средних частотах (что соответствует диапазону речи человека), а на более высоких и низких частотах она менее значима. Менее значима, кстати, и сама информация, передаваемая в этих диапазонах. На этих особенностях звуковосприятия строятся так называемые психоакустические модели, которые используют при разделении более и менее значимой аудиоинформации при работе кодеков сжатия звука с потерей информации. Об этом читайте «Форматы сжатия аудиоданных с потерями (lossy)».

Интересно, что Флетчером и Мэнсоном использовали при своих измерениях наушники, а несколько позже их коллеги Робинсон и Датсон повторили эксперимент, но используя акустические системы, и получили несколько скорректированные кривые. Кривые Робинсона и Датсона считаются более точными и в 1986 г. послужили основой стандарта ISO 226.

Пожалуй, более объективно делать замеры в озвученном помещении (хотя мы не знаем его акустических свойств, а равно характеристик мониторов Робинсона и Датсона). Еще большую вариабельность в подобные измерения может вносить сам испытуемый, ведь индивидуальные особенности слуха тоже отрицать невозможно. Кстати, в медицине исследование индивидуальных характеристик звуковосприятия носит название «аудиометрия».

Для нас с вами из этого вытекают следующие выводы:

Тембральная окраска музыки на разной громкости будет разной. Думаю, каждый это знает на практике, ведь прослушивать музыку на низкой громкости, надо полагать, приходилось всем. И мы с вами знаем, что низких и высоких частот нам в этом случае не хватает, рука сама тянется к эквалайзеру. Это вполне нормально и не имеет ничего общего с привычкой прибавить басов на большой громкости. Существуют усилители, имеющие даже специальную кнопку тонкомпенсации.

Индивидуальные особенности восприятия звука разными людьми тоже нужно учитывать. Кроме того, слух тренируется. Если вы не слышите какие-то особенности фонограммы, а другой человек слышит, ничего страшного. Это может иметь место. Возможно, после некоторого опыта прослушивания вы их услышите.

При этом объективным аппаратным ухом остается измерительный микрофон. Конечно, качество таких микрофонов может варьироваться, но в любом случае их характеристики более линейны, чем характеристики нашего органа слуха.

И последнее: микрофон микрофоном, а музыку слушаем мы всё же ушами, поэтому конечный результат правильного звучания должен оцениваться на слух.

Источник

Для чего используют кривые равной громкости

ГОСТ Р ИСО 226-2009

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

СТАНДАРТНЫЕ КРИВЫЕ РАВНОЙ ГРОМКОСТИ

Acoustics. Normal equal-loudness-level contours

Дата введения 2010-12-01

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Автономной некоммерческой организацией «Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем» (АНО «НИЦ КД») на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии международного стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 358 «Акустика»

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Июль 2019 г.

Введение

В ходе пересмотра настоящего стандарта ввиду необходимости установления порогов слышимости и выявившейся недостаточности данных об уровнях громкости принято решение разделить пороговые и не относящиеся к порогам слышимости данные на два отдельных документа. Пороги слышимости установлены ИСО 389-7:1996 «Акустика. Опорный нуль для калибровки аудиометрического оборудования. Часть 7. Опорные пороги слышимости в условиях свободного и диффузного звукового поля» как части серии международных стандартов, относящихся к опорным нулевым значениям для калибровки аудиометрического оборудования. Кривые равной громкости представлены в настоящем стандарте. Они уточнены по сравнению с ИСО 226:1987.

1 Область применения

a) звуковое поле при отсутствии испытуемого образовано свободно распространяющейся плоской волной;

b) источник звука находится прямо перед испытуемым;

c) звуковые сигналы являются чистыми тонами;

d) УЗД измеряют в точке расположения центра головы испытуемого, но при его отсутствии;

e) прослушивание является бинауральным;

f) испытуемыми являются люди с нормальным слухом в возрасте от 18 до 25 лет включительно.

В приложении А в графическом виде и в табличном в приложении В приведены данные для третьоктавного ряда частот от 20 до 12500 Гц включительно в соответствии с ИСО 266.

2 Нормативные ссылки

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 человек с нормальным слухом (otologically normal person): Человек с нормальным состоянием здоровья, не имеющий симптомов ушных болезней, без серных пробок в ушных каналах, не подвергавшийся в прошлом чрезмерному воздействию звука, токсичных для ушей веществ и не имеющий в роду наследственной потери слуха.

3.2 свободное звуковое поле (free sound field): Звуковое поле, в котором влиянием ограждающих поверхностей помещения на звуковые волны можно пренебречь.

3.3 уровень громкости (loudness level): Величина в фонах, численно равная УЗД опорного звука в децибелах, созданного фронтально падающей плоской бегущей синусоидальной волной частотой 1000 Гц, громкость которого равна громкости оцениваемого звука.

3.4 соотношение равной громкости (equal-loudness relationship): Кривая или функция, выражающая связь между уровнем громкости и УЗД чистого тона на данной частоте.

3.6 стандартная кривая равной громкости (normal equal-loudness-level contour): Кривая равной громкости, построенная по усредненным ощущениям людей с нормальным слухом в возрасте от 18 до 25 лет включительно.

3.7 порог слышимости (threshold of hearing): УЗД, при котором испытуемый в 50% случаев повторных испытаний, соответствующих определенным условиям, правильно указывает наличие звука.

4 Формулы для построения стандартных кривых равной громкости

4.1 Расчет УЗД по уровню громкости

, (1)

где ,

— показатель экспоненты для ощущения громкости;

— модуль передаточной функции линейной системы, нормированный на частоте 1000 Гц.

Значения данных величин приведены в таблице 1.

Источник

Кривые равной громкости и амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) наушников

О кривых равной громкости

Известно, что восприятие количества низких частот существенно зависит от громкости. В Hi-Fi усилителях и предусилителях часто встречается режим Loudness, поднимающий низкие частоты. Благодаря этому на тихой громкости низкочастотный регистр достаточно хорошо слышен.

На примере предусилителя Technics это выглядит как подъем низких и средних частот на 9 дБ.

Если использовать «басовитые» акустические системы в условиях тихого прослушивания, то получается естественный подъем на АЧХ, аналогичный включенному режиму Loudness.

Наглядность и практичность исходных кривых равной громкости

Последняя модель кривых равной громкости вошла в международный стандарт ISO 226-2009.

По сути, сама по себе кривизна линий мало интересна, т.к. является своеобразным эквалайзером наших ушей и при воспроизведении записей с естественным уровнем громкости будет восприниматься ровно с акустической системы с «ровной» АЧХ.

При изменении уровня громкости субъективно тональный баланс будет меняться, но АЧХ в абсолютных величинах останется такой же ровной.

Такой вид графика используется в справочных материалах и не дает прямого наглядного применения для настройки аудиосистем.

Часто этот график используют для пояснения порога слышимости, и это оставляет иной информационный акцент, где мы условно или слышим низкие частоты, или не слышим и включаем настройку Loudness. На деле же это одно из применений этого графика.

Преобразование в практичный вид кривых равной громкости

Если все линии просто свести относительно одной частоты, то будет более наглядно видно, что от уровня громкости меняется восприятие низких и верхних частот.

Если взять за основу определенный уровень (например 72 дБ SPL) и представить его в виде прямой линии, то остальные кривые мы получим как разность от этой линии. Таким образом мы получаем наглядную картину, как меняется наше восприятие АЧХ при изменении уровня громкости! Т.е. график, приведенный ранее, выпрямляется и переворачивается. По сути, эти кривые показывают настройку эквалайзера, которая накладывается на основную АЧХ наушников.

В этом нет никакого глобального открытия, но есть возможность наглядно применить эту зависимость на практике с наушниками.

Мы видим, что при повышении уровня громкости увеличивается отдача в области самых низких частот (желтые и красные кривые). А при понижении уровня наоборот отдача уменьшается (зеленые и синие кривые). Это очень похоже на ручку тембра низких частот. Если мы выставим уровень громкости ниже естественного, то будет ощущать недостаток баса, а если выше, то наоборот, избыток.

Тем не менее, если мы построим графики для разных опорных уровней, распределение кривых «громче» и «тише» останутся такими же, с погрешностью около 1 дБ.

Возможно, отсутствие наглядности в исходном графике кривых равной громкости изначально давало ложное предположение о сложности применения этих кривых к заранее неизвестному уровню громкости. Так как погрешность измерений АЧХ наушников выше, чем 1 дБ, то это позволяет применять кривые равной громкости к любому разумному уровню громкости.

Таким образом, можно привязать график к относительному изменению АЧХ, а не определенному уровню в абсолютных величинах.

Относительное субъективное изменение количества низких частот не зависит от того, какое звуковое давление мы принимаем за исходно-ровное. При повышении уровня громкости на 12 дБ, мы получим относительную прибавку в 6 дБ на 40 Гц независимо от исходного уровня. В рамках обсуждения музыки мы можем принять нормой 72 дБ для живого исполнения или спокойных жанров, а для других жанров берем другие уровни.

Какую практическую пользу из этого можно извлечь?

Зная субъективное изменение АЧХ, можно подобрать наушники с наиболее субъективно ровной АЧХ под ту громкость, под которой производится прослушивание музыки.

Источник