Оригинал материала: http://www.cs.bu.edu/fac/snyder/cs591/Lectures/Audio%20Lecture%2001.ppt.pdf
Автор перевода: Барнацкий Е.А.
Звук производится путем вибрации носителей, которые производят волновые давления в воздухе, скоростью 340,29 метров/сек , которые воспринимаются ухом и интерпретируется мозгом. Эти волны - продольные волны (движение происходит по направлению движения),
в отличие от поперечных волн (движение под прямым углом к направлению). Данные волны, как правило, описывается в виде графических кривых, запись давления (на оси Y) в зависимости от времени (по оси X);
Звуко–волновые свойства
Длина волны:
Расстояние между волнами (влияет шаг – высокий или низкийзвучит); измеряется в метрах.
Амплитуда:
Количество энергии (давления воздуха) в волне в частности момент времени, измеряется в децибелах.
Частота:
Количество раз, в теченииозникает в секунду.Измеряется в герцах (Гц) или килогерц (кГц).
Фаза:
Где в колебаний волны в конкретной точке во времени (например, по сравнению с другими волнами), определяется как смещения вокруг круга, в радианах
Звуковые–волновые свойства: Частота
Частота и длина волны являются обратными друг другу:
λ = длина волны
е = Частота
V = скорость звука в воздухе = 340.29 м / с
λ = V / F или F = V / λ
Пример: 440 Гц
λ = 340 м / с / 440 / с
λ = 0,772 м
Частота является абсолютным показателем, и тесно связана, но не совсем идентична понятию диапазона частоты.
Диапазон частоты – воспринимаемая частота звука. Некоторые диапазоны частот:
Звуковые Волновые свойства: синусоиды
Звук представляет собой волну, но простые волны не очень интересны:
Давайте посмотрим на синусоиду частотой 220 [Гц]. Фундаментальный факт о звуке состоит в том, что:
Звуковые волны являют собой принцип суперпозиции – (сумма амплитуд) индивидуального синуса волны различной амплитуды, частоты и фазы.
Вот хорошая веб–страница, показывающая ряд примеров двух синусоид взаимодействующих друг с другом:
http://www.acs.psu.edu/drussell/demos/superposition/superposition.html
Наложение двух или более волн может создавать различные синусоиды, и
может даже компенсировать друг друга (создать тишину):
Основы цифрового звука
Аналоговый звук преобразуется в цифровой формат с помощью периодического измерения амплитуды ) и записи числового значение.
Для WAV файлов (как правило) эти измерения сделан 44100 раз в секунду (44,1 кГц) и регистрируется в качестве:
Но что, если функция между этими тремя контрольными точками – не синусоида? Что, если ее график какой-нибудь причудливой формы и получается так, что АЦП, основываясь только на трех контрольных точках, превращает этот график в синусоиду? Дело в том, что даже самая сумасшедшая функция раскладывается на синусоидальные составляющие. И если эти синусоидальные составляющие находятся в слышимом диапазоне частот, то АЦП их правильно захватывает. А если же эти синусоиды слишком быстры для нашей частоты дискретизации – то ничего страшного, мы все равно их не услышим.
Помните, цифровой звук – это не столько звук, сколько математика. Как только поступают данные с АЦП, компьютер преобразует биты в гладкую непрерывную кривую звуковой волны. И не важно, сколько у вас контрольных точек, 3 или 300, построенный по ним компьютером звук будет звучать одинаково.