Составляющие непрерывной звуковой волны Непрерывная звуковая волна может быть разбита на несколько составляющих, которые определяют основные характеристики звука. В звуковой аппаратуре звук представляется либо непрерывным электрическим сигналом, либо набором цифр (нулей и единиц). Чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина интенсивности звука.
Непрерывная зависимость
Как уже было сказано, ударная волна — это резкий скачок уплотнения в среде, параметры которого во много раз превышают обычные отклонения, вроде звуковых волн. При этом, как говорил сам Мах, по принципу относительности не обязательно разгонять какой-то предмет в среде, чтобы вызвать такой скачок, можно разгонять саму среду здесь Галилей довольно перевернулся в гробу на другой бок. Вода, по сравнению с газом, сжимается крайне плохо, но все-таки сжимается, поэтому если резко остановить ее течение в герметичном сосуде, в точке, где скорость слишком быстро стала равна нулю образуется ударный фронт с высокой плотностью и давлением. Это происходило при резком закрытии шарового крана или остановке циркуляционного насоса, когда давление в трубе достигало таких значений, что выбивало сами краны или просто расширяло трубу! Гидроудары также возникают в поршневых двигателях, когда в рабочий цилиндр попадает несжимаемая слабосжимаемая жидкость, например, вода. В своей работе Жуковский предложил различные способы решения проблемы, например медленное закрытие крана, замена шаровых кранов на винтовые задвижки или вентили. До сих пор по его советам во всем мире применяются демпфирующие устройства гасители гидравлического удара , разрушаемые мембраны и обратные клапаны.
Еще немного ударных волн. Извержение вулкана Кракатау по многим данным было самым громким событием в нашей истории. Правда, слово «громкий» здесь стоит воспринимать больше как силу давления, ведь по примерным оценкам в тот момент она составила около 310 децибел, а наши перепонки могут выдержать максимальную «громкость» лишь в 140-145 дБ. Так что такие волны на самом деле воспринимаются человеком не как звук, а как удар отсюда и название , и понятие «громкость» здесь означает силу этого удара. Менее мощные, но не менее опасные ударные волны возникают при ядерных взрывах 280 дБ или падении метеоритов. Например, Тунгусский взрыв оценивают в 300 дБ, что не намного меньше Кракатау, а падение метеорита в Челябинске в 2013 году вызвало ударную волну, выбившую стекла в большинстве зданий города.
К тому же, помимо атмосферного фронта, крупные метеориты способны вызвать ударные волны прямо в земной коре — то есть в твердом теле. Есть еще много подобных примеров, но я все-таки хочу закончить любимой классикой - ударной волной самолета при переходе на сверхзвук, сила которой составляет обычно около 160 дБ. Так вот, разумеется, мощные ударные волны способны нанести серьезный урон людям и постройкам, но даже небольшие скачки уплотнения бывают крайне нежелательны, особенно в таком тонком деле как авиация. Явление ударной волны, которое объяснил Мах еще в 19 веке впоследствии сильно попортило жизнь авиаторам в веке двадцатом. Хотя… это уже совсем другая история. Эффект Прандтля — Глоерта.
Паровой конус, появляющийся при движении самолета на околозвуковых скоростях. Помните, что этот конус не является индикатором ударной волны, хотя появляется при скачках уплотнения.
Слайд 10 Описание слайда: Частота дискретизации это количество измерений громкости звука за одну секунду. Чем больше измерений производится за 1 секунду, тем точнее «лесенка» цифрового звукового сигнала повторяет кривую аналогового сигнала. Слайд 11 Глубина кодирования звука это количество информации, которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука. Слайд 14 Описание слайда: Качество оцифрованного звука Самое низкое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству телефонной связи, получается при частоте дискретизации 8000 раз в секунду, глубине дискретизации 8 битов и записи одной звуковой дорожки режим «моно». Слайд 15 Описание слайда: Качество оцифрованного звука Самое высокое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству аудио-CD, достигается при частоте дискретизации 48000 раз в секунду, глубине дискретизации 16 битов и записи двух звуковых дорожек режим «стерео». Слайд 17 Описание слайда: Звуковые редакторы позволяют не только записывать и воспроизводить звук, но и редактировать его наглядно с помощью мыши, а также микшировать звуки и применять различные акустические эффекты.
Это - кинематика. Для волны процессы очень похожие. Если звуковая волна может раскачать препятствие — она его раскачивает, и вся энергия колебаний передаётся препятствию. А если волны не могут раскачать поверхность на которую натыкаются - происходит отражение.
Эхо от лат. Мы воспринимаем эхо как повторение звука: сначала мы слышим сам звук, затем звук отражённый от препятствия. Эмпирическим путём было установлено, что человеческий слуховой аппарат воспринимает смещённые по времен звуки как один звук, если смещение между ними меньше чем 0,06 секунд. Этим объясняется, что в квартирах даже в бетонных домах вы не слышите эха.
Способы хранения или записи звука разделяются на аналоговые и цифровые. При аналоговой записи на носителе размещается непрерывный «слепок» звуковой волны. Так, на грампластинке пропечатывается непрерывная канавка, изгибы которой повторяют амплитуду и частоту звука, а на магнитной ленте параметры звука сохраняются в виде намагниченности рабочей поверхности, а степень намагниченности непрерывно изменяется, повторяя параметры звука. В компьютерах применяется исключительно цифровая форма записи звука. При цифровой записи звук необходимо подвергнуть временной дискретизации и квантованию. Временная дискретизация звука.
Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму с помощью временной дискретизации. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, для каждого такого участка устанавливается определенная величина интенсивности звука. Такой процесс называется оцифровкой звука. Таким образом, непрерывная зависимость громкости звука от времени A t заменяется на дискретную последовательность уровней громкости. На графике это выглядит как замена гладкой кривой на последовательность "ступенек". Временная дискретизация звука Качество полученного звука зависит от количества измерений уровня громкости звука в единицу времени, т.
Чем большее количество измерений производится за 1 секунду, тем выше качество записанного звука. Частота дискретизации звука — это количество измерений громкости звука за одну секунду. Одно измерение в секунду соответствует частоте 1Гц, 1000 измерений в секунду — 1 кГц.
Ударной звуковой волной по бармалеям.
Чтобы уменьшить проблему высокой несущей частоты, звуковой поток разбивается на несколько однобитных потоков, где каждый поток отвечает за свою группу разряда, что эквивалентно кратному увеличению несущей частоты от числа потоков. Для того чтобы произвести оцифровку сигнала, необходимо разбить непрерывную звуковую волну на отдельные участки, т. е. рассматривать наборы состояний, а значит нужно выполнить дискретизацию звука. Непрерывная звуковая волна разбивается на на отдельные маленькие участки, и для каждого такого участка устанавливается своя амплитуда. Это звуковые волны с постоянно меняющейся амплитудой и частотой.
Почему при преодолении звукового барьера слышится хлопок?
Колебания предмета вызывают колебаниями напряжения в электрической цепи. Эти самые колебания напряжения и есть аналоговый сигнал. Таким образом, чтобы «прослушать» цифровой сигнал, необходимо вернуться от него к аналоговому сигналу. А чтобы «услышать» аналоговый сигнал нужно с его помощью организовать колебания диффузора громкоговорителя. Спектральное разложение сигналов — тема обширная и сложная.
Мы постараемся раскрыть эту тему, не слишком вдаваясь в ее теоретические подробности. Французский математик Фурье 1768-1830 и его последователи доказали, что любую, обязательно периодическую функцию, в случае ее соответствия некоторым математическим условиям можно разложить в ряд сумму косинусов и синусов с некоторыми коэффициентами, называемый тригонометрическим рядом Фурье. Проводить рассмотрение сухой математики этого метода разложения мы не будем. То есть, ряд Фурье — это как бы альтернативный способ записи функцию f x.
При этом, не смотря на то, что ряд Фурье может быть бесконечным, предлагаемая им форма записи оказывается очень удобной при проведении анализа и обработки о том, что это нам дает применительно к звуковым сигналам, мы еще поговорим. Это означает, что ряд Фурье функции f x можно представить графически, отложив по оси абсцисс значение k, а по оси ординат — величины коэффициентов a k и b k в некоторой форме. Рассмотрим в качестве примера функцию:. График функции представлен на рис.
Это периодическая функция с периодом 2П. Разложение этой функции в ряд Фурье дает следующий результат: То есть, коэффициенты a k равны нулю для всех k, а коэффициенты b k не равны нулю только для нечетных k. Этот ряд Фурье можно представить графически в виде графика, как показано на рис. Так можно поступить с периодическими функциями.
Однако, как на практике, так и в теории, далеко не все функции являются периодическими. Чтобы получить возможность раскладывать непериодическую функцию f x в ряд Фурье, можно воспользоваться «хитростью». Как правило, при рассмотрении некоторой сложной непериодической функции нас не интересуют ее значения на всей области определения; нам достаточно рассматривать функцию лишь на определенном конечном интервале [ x 1, x 2] для некоторых x 1 и x 2. Для ее разложения в ряд Фурье на интервале [ x 1, x 2] мы можем искусственно представить в виде некоторой периодической функции , полученной путем «зацикливания» значений функции f x из рассматриваемого интервала.
После этой процедуры, непериодическая функция f x превращается в периодическую , которая может быть разложена в ряд Фурье. До сих пор мы говорили о математике. Как же все сказанное соотносится с практикой? Действительно, рассмотренный нами способ разложения в ряд Фурье работает для функций, записанных в виде аналитических выражений.
К сожалению, на практике записать функцию в виде аналитического выражения возможно лишь в единичных случаях. В реальности чаще всего приходится работать с изменяющимися во времени величинами, никак неподдающимися аналитической записи. Кроме того, значения анализируемой величины чаще всего известны не в любой момент времени, а лишь тогда, когда производится их регистрация иными словами, значения анализируемой величины дискретны. В частности, интересующие нас сейчас реальные звуковые колебания, являются как раз такой величиной.
Оказывается, к таким величинам тоже может быть применена вариация анализа Фурье. Для разложения в ряд Фурье сигналов, описанных их дискретными значениями, применяют Дискретное Преобразование Фурье ДПФ — специально созданная разновидность анализа Фурье. БПФ очень широко используется буквально во всех областях науки и техники. Частотные составляющие спектра - это синусоидальные колебания так называемые чистые тона , каждое из которых имеет свою собственную амплитуду, частоту и фазу.
Любое, даже самое сложное по форме колебание например, звук голоса человека , можно представить в виде суммы простейших синусоидальных колебаний определенных частот и амплитуд. На рис. На графике по оси абсцисс откладывается время, а по оси ординат - амплитуда волны измеренная в децибелах. Спектр этого звукового сигнала представлен в виде графика на рис.
На графике спектра по оси абсцисс откладывается частота спектральных составляющих измеренная в Гц , а по оси ординат — амплитуда этих спектральных составляющих. Обратим внимание на один очень важный момент: даже самую сложную зависимость функцию спектральное разложение превращает в некоторый математический ряд строго определенного вида ряд может быть конечным и бесконечным. Таким образом, спектральное разложение как бы преобразует график в график: график функции превращается в график спектра функции. А что, если наша функция — это звуковой сигнал некоторой длительности?
Выходит, что в результате спектрального преобразования он тоже превратится в статичную картинку спектра; таким образом, информация о временных изменениях будет утеряна — перед нами будет единый статичный спектр всего сигнала. Как же проследить динамику изменения спектра сигнала во времени? Чтобы получить представление об изменении спектра во времени, аудио сигнал необходимо анализировать не целиком, а по частям говорят «блоками» или «окнами». Например, трехсекундный аудио сигнал можно разбить на 30 блоков.
Нужно учитывать, однако, что чем меньше анализируемый блок сигнала, тем менее точен менее информативен спектр этого блока. Таким образом, при проведении спектрального анализа мы сталкиваемся с дилеммой, решение которой строго индивидуально для каждого конкретного случая. Стремясь получить высокое временное разрешение, с тем, чтобы суметь распознать изменения спектра сигнала в динамике, мы «дробим» анализируемый сигнал на большое количество блоков, но при этом для каждого получаем огрубленный спектр. И наоборот, стремясь получить как можно более точный и ясный спектр, нам приходится жертвовать временным разрешением и делить сигнал на меньшее количество блоков.
Эта дилемма называется принципом неопределенности спектрального анализа. Психоакустика Слуховая система человека — сложный и вместе с тем очень интересно устроенный механизм. Чтобы более ясно представить себе, что для нас есть звук, нужно разобраться с тем, что и как мы слышим. В анатомии ухо человека принято делить на три составные части: наружное ухо, среднее ухо и внутреннее ухо.
К наружному уху относится ушная раковина, помогающая сконцентрировать звуковые колебания, и наружный слуховой канал. Звуковая волна, попадая в ушную раковину, проходит дальше, по слуховому каналу его длина составляет около 3 см, а диаметр - около 0. Барабанная перепонка преобразует звуковую волну в вибрации усиливая эффект от слабой звуковой волны и ослабляя от сильной. Эти вибрации передаются по присоединенным к барабанной перепонке косточкам - молоточку, наковальне и стремечку — во внутреннее ухо, представляющее собой завитую трубку с жидкостью диаметром около 0.
Эта трубка называется улиткой. Внутри улитки находится еще одна мембрана, называемая базилярной, которая напоминает струну длиной 32 мм, вдоль которой располагаются чувствительные клетки более 20 тысяч волокон. Толщина струны в начале улитки и у ее вершины различна. В результате такого строения мембрана резонирует разными своими частями в ответ на звуковые колебания разной высоты.
Так, высокочастотный звук затрагивает нервные окончания, располагающиеся в начале улитки, а звуковые колебания низкой частоты — окончания в ее вершине. Механизм распознавания частоты звуковых колебаний достаточно сложен. В целом он заключается в анализе месторасположения затронутых колебаниями нервных окончаний, а также в анализе частоты импульсов, поступающих в мозг от нервных окончаний. Существует целая наука, изучающая психологические и физиологические особенности восприятия звука человеком.
Эта наука называется психоакустикой. В последние несколько десятков лет психоакустика стала одной из наиболее важных отраслей в области звуковых технологий, поскольку в основном именно благодаря знаниям в области психоакустики современные звуковые технологии получили свое развитие. Давайте рассмотрим самые основные факты, установленные психоакустикой.
Компьютер запоминает цвет каждой точки, а пользователь из таких точек собирает рисунок. При этом зная количество пикселей по вертикале и горизонтали, мы сможем найти — разрешающую способность изображения. В процессе дискретизации каждый пиксель может принимать различные цвета из палитры цветов. При этом зная количество цветов, которые можно использовать в палитре и воспользовавшись формулой Хартли, мы сможем найти количество информации, которое используется для кодирования цвета точки, что мы будем называть глубиной цвета. Каким именно образом возможно закодировать пиксель? Для этого используются кодировочные палитры. Но цвет в компьютере надо стандартизировать, чтобы его можно было распознать. Поэтому надо определить, что такое каждый цвет. В экспериментах по производству цветных стекол М. Ломоносов показал, что получить любой цвет возможно, используя три различных цвета. Этот факт был обобщен Германом Грассманом в виде законов аддитивного синтеза цвета.
Непрерывная звуковая волна разбивается на на отдельные маленькие участки, и для каждого такого участка устанавливается своя амплитуда. Дискретизация — это преобразование аналоговой информации непрерывнго звука в набор дискретных значений, каждому из которых присваивается значение его кода. На графике показана зависимость амплитуды звукового сигнала от времени.
Использование спектрограмм: Спектрограмма — это графическое представление спектра звуковой волны в зависимости от времени. Использование спектрограмм позволяет наглядно представить разделение звуковых волн и проанализировать их изменения со временем. Все эти принципы взаимодействуют друг с другом и помогают разделить непрерывную звуковую волну на ее основные компоненты. Использование высокочастотной дискретизации, фурье-преобразования, фильтров, анализа амплитуды и фазы, а также спектрограмм позволяет более точно анализировать и обрабатывать звуковые данные и применять их в различных областях, таких как музыка, речь, речь и др. Дисперсия и резонанс Дисперсия представляет собой явление, при котором различные частоты звуковой волны распространяются с различной скоростью. Это обусловлено различными свойствами среды, через которую проходит волна. Например, в среде с изменчивым показателем преломления, различные частоты могут преломляться под разными углами и, следовательно, иметь различные скорости распространения. Дисперсия может приводить к искажению формы и фазовой структуры звуковой волны.
Дифракция и дисперсия света. Не путать!
А что если объект начнет двигаться? Очевидно, что тогда круги, расходящиеся от него, уже не будут иметь общий центр, и точки окружностей спереди будут находиться ближе друг к другу, чем сзади, а значит, частота их звука будет выше. В этом заключается всем известный эффект Доплера, из-за которого появляется тот самый нисходящий вой проносящегося мимо нас поезда. А теперь представьте, что наш объект двигается все быстрее и быстрее. Бедные волны впереди вынуждены двигаться все ближе и ближе друг к другу, пока вообще не перестанут успевать распространяться по-отдельности и не сольются в один мощнейший фронт, где их плотности накладываются друг на друга, и давление достигает огромных значений. Этот фронт образуется, когда скорость движения объекта равна скорости движения звука в среде, и называется он звуковым барьером или ударной волной. То есть в грубом приближении, ударная волна — это кульминация эффекта Доплера, его максимальная стадия. Ее еще сравнивают с давкой толпы в узком проходе, когда скорость прибывающих людей больше или равна скорости тех, кто все еще пытается выйти. При этом, строго говоря, звуковой барьер - уже не совсем звук. В отличие от звуковой волны, которая представляет собой области сжатия-разрежения с малой амплитудой, не изменяющие состояние среды, фронт ударной волны — это всегда только сжатие, скачкообразное изменение всех параметров среды, особенно давления.
Причем газ после того, как он прошел ударную волну или после того, как ударная волна прошла через газ обычно имеет более высокую температуру и давление, чего не бывает с обычными звуковыми волнами. В общем, ударная волна — это эдакая аномалия при переходе с дозвуковых скоростей к сверхзвуковым. Если звук — это просто волны уплотнений и разрежений среды, то он, очевидно, может распространяться не только в газах, но и в жидкостях и даже в твердых телах. Собственно киты так и поют где-то на глубине океанов. А вот что насчет ударных волн в жидкости? Действие третье: Россия. В 1897 году профессору МГУ Николаю Егоровичу Жуковскому было поручено расследование причин внезапных разрушений в московском водопроводе. Появление разрывов труб в самых неожиданных местах было проблемой не только в России, но и в других странах. После почти двух лет опытов и исследований Жуковский в 1899 г.
Как уже было сказано, ударная волна — это резкий скачок уплотнения в среде, параметры которого во много раз превышают обычные отклонения, вроде звуковых волн. При этом, как говорил сам Мах, по принципу относительности не обязательно разгонять какой-то предмет в среде, чтобы вызвать такой скачок, можно разгонять саму среду здесь Галилей довольно перевернулся в гробу на другой бок.
Анализ амплитуды и фазы: Для полного разделения звуковых волн необходимо анализировать их не только по частоте, но и по амплитуде и фазе. Амплитуда определяет громкость звука, а фаза — его смещение во времени.
Анализ амплитуды и фазы позволяет определить соотношение компонентов звука и точно разделить их друг от друга. Использование спектрограмм: Спектрограмма — это графическое представление спектра звуковой волны в зависимости от времени. Использование спектрограмм позволяет наглядно представить разделение звуковых волн и проанализировать их изменения со временем. Все эти принципы взаимодействуют друг с другом и помогают разделить непрерывную звуковую волну на ее основные компоненты.
Использование высокочастотной дискретизации, фурье-преобразования, фильтров, анализа амплитуды и фазы, а также спектрограмм позволяет более точно анализировать и обрабатывать звуковые данные и применять их в различных областях, таких как музыка, речь, речь и др. Дисперсия и резонанс Дисперсия представляет собой явление, при котором различные частоты звуковой волны распространяются с различной скоростью.
При сохранении звука в форматах со сжатием отбрасываются "избыточные" для человеческого восприятия звуковые частоты с малой интенсивностью, совпадающие по времени со звуковыми частотами с большой интенсивностью. Применение такого формата позволяет сжимать звуковые файлы в десятки раз, однако приводит к необратимой потере информации файлы не могут быть восстановлены в первоначальном виде. Контрольные вопросы 1. Как частота дискретизации и глубина кодирования влияют на качество цифрового звука? Задания для самостоятельного выполнения 1. Задание с выборочным ответом. Звуковая плата производит двоичное кодирование аналогового звукового сигнала. Какое количество информации необходимо для кодирования каждого из 65 536 возможных уровней интенсивности сигнала?
Задание с развернутым ответом. Оценить информационный объем цифровых звуковых файлов длительностью 10 секунд при глубине кодирования и частоте дискретизации звукового сигнала, обеспечивающих минимальное и максимальное качество звука: а моно, 8 битов, 8000 измерений в секунду; б стерео, 16 битов, 48 000 измерений в секунду. Определить длительность звукового файла, который уместится на дискете 3,5" учтите, что для хранения данных на такой дискете выделяется 2847 секторов объемом 512 байтов каждый : а при низком качестве звука: моно, 8 битов, 8000 измерений в секунду; б при высоком качестве звука: стерео, 16 битов, 48 000 измерений в секунду.
Чем больше частота и глубина дискретизации звука, тем более качественным будет звучание оцифрованного звука.
Какие параметры оцифровки звука применяются? В процессе кодирования непрерывного звукового сигнала производится его временная дискретизация. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды. В чем состоит принцип двоичного кодирования звука?
Согласно принципу двоичного кодирования, вся информация как данные, так и команды кодируется двоичными цифрами 0 и 1. Каждый тип информации представляется двоичной последовательностью и имеет свой формат. Что делает дискретизация? Дискретизация — это преобразование непрерывного сигнала в последовательность чисел отсчетов , то есть представление этого сигнала по какому-либо конечномерному базису.
Это представление состоит в проектировании сигнала на данный базис. Что такое разрядность кодирования звука на что она влияет? Разрядность — это количество бит цифровой информации для кодирования каждого сэмпла. Проще говоря, разрядность определяет «точность» измерения входного сигнала.
Чем больше разрядность, тем меньше погрешность каждого отдельного преобразования величины электрического сигнала в число и обратно. Как определить глубину кодирования? Чем определяется частота дискретизации звука? Частота дискретизации или частота семплирования, англ.
Измеряется в герцах. Чем определяется частота дискретизации?
Так ли хорош цифровой звук
Составляющие непрерывной звуковой волны Непрерывная звуковая волна может быть разбита на несколько составляющих, которые определяют основные характеристики звука. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды. Слайд 9Временная дискретизация звука Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки Частота.
Кодирование звуковой информации
Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные участки по времени. На что разбивается непрерывная звуковая волна. В звуковой аппаратуре звук представляется либо непрерывным электрическим сигналом, либо набором цифр (нулей и единиц). Для этого, непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, для каждого такого участка устанавливается определенная величина интенсивности звука. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды. В звуковой аппаратуре звук представляется либо непрерывным электрическим сигналом, либо набором цифр (нулей и единиц).
Кодирование звуковой информации дискретизация
Лучше всего это удается сделать на препятствиях, сопоставимых по размерам с длиной волны. В случае со светом - это очень маленькие препятствия. Дифракцией света называется явление отклонения света от прямолинейного направления при прохождении вблизи преграды. Дифракция проявляется не только для света, но и для других волн. Например, для звуковых.
Или для волн на море. Отличный пример дифракции — это то, как мы слышим песню группы Пинк Флойд из проезжающей мимо машины, когда сами стоим за углом. Если бы звуковая волна распространялась прямо, она бы просто не достигла наших ушей, и мы бы стояли в полной тишине. Согласитесь, скучно.
Зато с дифракцией гораздо веселее. Дифракция в природе. Паутина работает, как дифракционная решетка Для наблюдения явления дифракции используется специальный прибор — дифракционная решетка. Дифракционная решетка представляет собой систему препятствий, которые по размеру сопоставимы с длиной волны.
Это специальные параллельные штрихи, выгравированные на поверхности металлической или стеклянной пластины. Расстояние между краями соседних щелей решетки называется периодом решетки или ее постоянной.
Глубина кодирования звука — это количество возможных уровней сигнала. Другими словами глубина кодирования это точность измерения сигнала. Глубина кодирования измеряется в битах. Например, если количество возможных уровней сигнала равно 255, то глубина кодирования такого звука 8 бит. Что происходит в процессе кодирования непрерывного звукового сигнала?
В процессе кодирования непрерывного звукового сигнала производится его временная дискретизация. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды. Что разбивается Непрерывная звуковая волна?
Не каждый реактивный самолет способен и рассчитан, на то, чтобы разогнаться до сверхзвуковой скорости на малой высоте. Поэтому о длительном полете на сверхзвуковой скорости у поверхности земли никто и не мечтает. Но при советской власти, ученые и инженеры всерьез ставили перед собой задачу, создания такого сверхзвукового разрушителя. Проект подобного военного самолета M-25 успешно разрабатывался и назывался в узком кругу «адский косильщик». Жаль, но данный проект так и не был реализован. M-25 адский косильщик M-25 адский косильщик Тем не менее, даже сейчас военные самолеты, обладающие мощной силовой установкой, могут кратковременно, «наделать шума» в боевых порядках противника. Но однозначно, такой боевой прием, очень опасен для летчика и сложно выполним на практике, так как разогнать самолет на сверхзвуке и управлять им на малой высоте, это не только искусство пилотирования, но и огромное везение и риск для пилота. Фактически максимального воздействия можно долбится именно в момент преодоления звукового барьера когда скорость самолета равна 1 Мах. Поэтому на практике по неподтвержденным данным советские пилоты применяли подобный прием пикируя вниз, преодолевали звуковой барьер у самой земли, в точки цели, потом сразу уходили вверх, так как важен был именно момент перехода на сверхзвук.
Виды скачков уплотнения при сверхзвуковом обтекании тел различной формы. Обычно скачки становятся присоединенными, если сверхзвуковой поток обтекает какие-либо остроконечные поверхности. Для самолета это, например, может быть заостренная носовая часть, ПВД, острый край воздухозаборника. При этом говорят «скачок садится», например, на нос. А отошедший скачок может получиться при обтекании закругленных поверхностей, например, передней закругленной кромки толстого аэродинамического профиля крыла. Различные узлы корпуса летательного аппарата создают в полете довольно сложную систему скачков уплотнения. Однако, наиболее интенсивные из них — два. Один головной на носовой части и второй — хвостовой на элементах хвостового оперения. На некотором расстоянии от летательного аппарата промежуточные скачки либо догоняют головной и сливаются с ним, либо их догоняет хвостовой. В итоге остаются два скачка, которые, вобщем-то, воспринимаются земным наблюдателем как один из-за небольших размеров самолета по сравнению с высотой полета и, соответственно,т небольшим промежутком времени между ними. Интенсивность другими словами энергетика ударной волны скачка уплотнения зависит от различных параметров скорости движения летательного аппарата, его конструктивных особенностей, условий среды и др. По мере удаления от вершины конуса Маха, то есть от самолета, как источника возмущений ударная волна ослабевает, постепенно переходит в обычную звуковую волну и в конечном итоге совсем исчезает. А от того, какой степени интенсивностью будет обладать скачок уплотнения или ударная волна , достигший земли зависит эффект, который он может там произвести. Ведь не секрет, что всем известный «Конкорд» летал на сверхзвуке только над Атлантикой, а военные сверхзвуковые самолеты выходят на сверхзвук на больших высотах или в районах, где отсутствуют населенные пункты по крайней мере вроде как должны это делать. Эти ограничения очень даже оправданы. Для меня, например, само определение ударная волна ассоциируется со взрывом. И дела, которые достаточно интенсивный скачок уплотнения может наделать, вполне могут ему соответствовать. По крайней мере стекла из окон могут повылетать запросто. Свидетельств этому существует достаточно особенно в истории советской авиации, когда она была достаточно многочисленной и полеты были интенсивными. Но ведь можно наделать дел и похуже. Стоит только полететь пониже … Однако в большинстве своем то, что остается от скачков уплотнения при достижении ими земли уже неопасно. Просто сторонний наблюдатель на земле может при этом услышать звук, схожий с грохотом или взрывом. Именно с этим фактом связаны одно расхожее и довольно стойкое заблуждение. Люди, не слишком искушенные в авиационной науке, услышав такой звук, говорят, что это самолет преодолел звуковой барьер сверхзвуковой барьер. На самом деле это не так. Это утверждение не имеет ничего общего с действительностью по крайней мере по двум причинам. Ударная волна скачок уплотнения. Во-первых, если человек, находящийся на земле, слышит высоко в небе гулкий грохот, то это означает, всего лишь, повторяюсь :- что его ушей достиг фронт ударной волны или скачок уплотнения от летящего где-то самолета. Этот самолет уже летит на сверхзвуковой скорости, а не только что перешел на нее. И если этот же человек смог бы вдруг оказаться в нескольких километрах впереди по следованию самолета, то он опять бы услышал тот же звук от того же самолета, потому что попал бы под действие той же ударной волны, движущейся вместе с самолетом. Она перемещается со сверхзвуковой скоростью, и по сему приближается бесшумно. А уже после того, как она окажет свое не всегда приятное воздействие на барабанные перепонки хорошо, когда только на них :- и благополучно пройдет дальше, становится слышен гул работающих двигателей. Язык, к сожалению, немецкий, но схема вобщем понятна. Более того сам переход на сверхзвук не сопровождается никакими единовременными «бумами», хлопками, взрывами и т. На современном сверхзвуковом самолете летчик о таком переходе чаще всего узнает только по показанию приборов. При этом происходит, однако, некий процесс, но он при соблюдении определенных правил пилотирования ему практически не заметен. Но и это еще не все. Скажу больше. Звуковой барьер в виде именно какого-то ощутимого, тяжелого, труднопересекаемого препятствия, в который самолет упирается и который нужно «прокалывать» слышал я и такие суждения :- не существует. Строго говоря, вообще никакого барьера нет. Когда-то на заре освоения больших скоростей в авиации это понятие сформировалось скорее как психологическое убеждение о трудности перехода на сверхзвуковую скорость и полете на ней. Появились даже высказывания о том, что это вообще невозможно, тем более, что предпосылки к такого рода убеждениям и высказываниям были вполне конкретные. Однако, обо всем по порядку… В аэродинамике существует другой термин, который достаточно точно описывает процесс взаимодействия с воздушным потоком тела, движущегося в этом потоке и стремящегося перейти на сверхзвук. Это волновой кризис. Именно он как раз и делает некоторые нехорошие вещи, которые традиционно ассоциируют с понятием звуковой барьер. Итак кое-что о кризисе. Любой летательный аппарат состоит из частей, обтекание которых воздушным потоком в полете может быть не одинаково. Возьмем, к примеру, крыло, точнее обыкновенный классический дозвуковой профиль. Из основ знаний о том, как образуется подъемная сила нам хорошо известно, что скорость потока в прилежащем слое верхней криволинейной поверхности профиля разная. Там где профиль более выпуклый она больше общей скорости потока, далее, когда профиль уплощается она снижается.