Высота тона
Гармоники
Звуковые волны
Соотношение между частотой и периодом
Рассмотрим графики сигналов на рис. 3.3. Период сигнала, частотой 5 Гц в 5 раз меньше, чем период сигнала частотой 1 Гц А. При увеличении частоты сигнала его период уменьшается, и наоборот.
Частота = 1/период (в герцах), или f = 1/T(в герцах),
Период = 1/частоту (в секундах), или Т = 1/f (в секундах).
Звуковые волны возникают в воздухе, например, когда кто-нибудь говорит или при работе громкоговорителя. Звуковые волны изменяют давление воздуха, и воздух необходим им для распространения. Интенсивность звуковых волн характеризуется громкостью, тон характеризует их частоту. При изменении частоты изменяется тон звука. Диапазон звуковых частот, которые воспринимаются ухом человека, называется диапазоном аудиочастот. Он простирается от 20 Гц до 20 кГц. Звуки частотой ниже 20 Гц и выше 20 кГц человек не слышит.
При сложении нескольких различных по частоте синусоидальных колебаний возникает сложное колебание. И наоборот, сложный сигнал можно разложить на ряд входящих в него чистых синусоидальных колебаний. Среди этих простых синусоидальных колебаний различают основную, или первую, гармонику и набор гармоник. Таким образом, любой сложный сигнал может быть разложен на следующие компоненты:
1. первая, или основная, гармоника. Простое синусоидальное колебание, имеющее тот же период, что и исходное сложное колебании;
2. набор гармоник. Простые синусоидальные колебания, частоты которых кратны частоте основной гармоники.
Например, если частота первой гармоники равна 100 Гц, то частота 2-й гармоники = 2×100 = 200 Гц, частота 3-й гармоники = 3 ×100 = 300 Гц, частота 4-й гармоники = 4×100 = 400 Гц и т. д. Чем больше номер гармоники, т. е. чем выше ее частота, тем меньше ее амплитуда. Поэтому высшими гармониками обычно пренебрегают.
Высота тона звуковой волны указывает, в какой части диапазона звуковых частот находится ее частота. Звуки высокой тональности занимают верхнюю половину диапазона аудиочастот, а звуки низкой тональности — нижнюю половину. Женские голоса обычно имеют более высокую тональность, чем мужские. Барабан издает низкие звуки, а флейта — очень высокие. В сложном колебании частота основной гармоники определяет тональность сигнала.
Качество звука. Качество звука определяется числом гармоник сигнала, которые воспроизводятся аппаратурой без искажения.
Примеры некоторых сложных сигналов
Рис. 3.5. Основная гармоника + 3-я гармоника (аппроксимация прямоугольного сигнала).
Рис. 3.6. Основная гармоника + 2-я гармоника (аппроксимация пилообразного сигнала).