Частотний спектр звуку
Матеріал з Тепловики - енциклопедія опалення
Частотний спектр звуку- графік залежності відносної енергії звукових коливань частоти. Існують два основні типи таких спектрів:дискретний і безперервний. Дискретний спектр складається з окремих ліній частот, розділених порожніми проміжками. У безперервному спектрі в межах смуги присутні всі частоти.
Насправді звукові хвилі однієї-єдиної частоти зустрічаються рідко. Але складні звукові хвилі можна розкладати на гармоніки. Такий метод називається фур'є-аналізом на ім'я французького математика Ж. Фур'є (1768-1830), який першим застосував його (в теорії теплоти).
Періодичні звукові коливання
Звукові коливання є періодичними, якщо коливальний процес, хоч би яким складним він був, повторюється через певний інтервал часу. Його спектр завжди дискретний і складається з гармонік певної частоти. Звідси і термінгармонійний аналіз. Прикладом можуть бути коливання прямокутної форми зі зміною амплітуди від +А до -А і періодом T = 1/f. Інший простий приклад - трикутні пилкоподібні коливання, показані на малюнку. Приклад періодичних коливань складнішої форми з відповідними гармонійними складовими представлений малюнку.
Спектр звукового імпульсу
Звичайним різновидом звуку є звук малої тривалості: бавовна в долоні, стукіт у двері, звук падаючого на підлогу предмета, кукування зозулі. Такі звуки є ні періодичними, ні музичними. Але їх також можна розкладати в частотний діапазон. В цьому випадку спектр буде безперервним: для опису звуку необхідні всі частоти в межах деякої смуги, яка може бути широкою. Знати такийчастотний спектр необхідний відтворення подібних звуків без спотворень, оскільки відповідна електронна система повинна однаково добре пропускати ці частоти.
Основні особливості звукового імпульсу можна з'ясувати, розглянувши імпульс простої форми. Припустимо, що звук є коливаннями тривалістюDt, при яких зміна тиску така. Зразковий частотний спектр цього випадку представлений малюнку. Центральна частота відповідає коливанням, які мали б при нескінченної протяжності того ж сигналу.
Протяжність частотного спектра назвемо шириною смугиDf.Ширина смуги— це приблизний діапазон частот, необхідний відтворення вихідного імпульсу без надмірних спотворень. Існує дуже просте фундаментальне співвідношення міжDfіDt, а саме
Таке співвідношення справедливе всім звукових імпульсів. Його сенс у тому, що чим коротший імпульс, тим більше частот він містить. Припустимо, що для виявлення підводного човна використовується гідролокатор, що випромінює ультразвук у вигляді імпульсу тривалістю 0,0005 з частотою сигналу 30 кГц. Ширина смуги становить 1/0,0005 = 2 кГц, а частоти, які реально містяться в спектрі імпульсу локатора, лежать в діапазоні від 29 до 31 кГц.