COLEGIUL NATIONAL MIHAI EMINESCU 2008

Fizica si muzica

Introducere in acustica

Acustica este stiinta sunetului, considerata ca fiind acea parte a fizicii care se ocupa cu studiul

fenomenelor privind producerea, propagarea, receptia sunetelor precum si efectele acestora.

Spunem ca un sunet se propaga atunci cand el acopera o arie mare. Sunetul se propaga si dupa modul in care este construit locul unde el este emis, daca acesta are proprietatile unei sali de spectacol sunetul va lovi peretii salii si se va propaga in toata sala. Ecoul se observa de multe ori si este defapt totalitatea de unde reflectate care pot fi percepute distinct in raport cu undele directe. In viata de zi cu zi, insa, folosim notiunea de ecou in sensul unei repetari ale unui sunet datorata reflectarii undelor sonore de un obstacol. Fenomenul ecoului auditiv este observat mai bine in padure, in munti sau intr-o sala goala.

In folosirea curenta, termenul sunet se refera nu numai la fenomenul din aer responsabil pentru senzatia de auzire dar si la om sau animal. Sunt considerate ca sunet si perturbatiile cu frecvente joase (infrasunetele) sau cu frecvente inalte (ultrasunetele) care sunt receptionate de un organ auditiv uman sau animal; se poate vorbi de sunet subacvatic, sunet in solide sau sunet in structuri.

Domeniul larg al acusticii si al ariei de interes sunt atribuite multiplelor aplicatii ca:

a) existenta naturii omniprezenta a perturbatiilor mecanice generate de cauze naturale si de activitatea umana;

b) existenta senzatiei de auzire, a abilitatii vocale umane, a comunicarii prin sunet impreuna cu

varietatea de influente psihologice pe care sunetul le are asupra organului auditiv. Domenii ca

vorbirea,muzica, inregistrarea si reproducerea sunetului, telefonia, audiologia, acustica arhitecturala

si controlul zgomotului au o puternica asociere cu senzatia auditiva.

Sunetul este un mijloc de transmitere a informatiei, independent de abilitatea noastra naturala de a auzi, este un factor semnificativ mai ales in acustica subacvatica. Efectele fizice ale sunetului asupra

substantelor si corpurilor cu care interactioneaza reprezinta alte arii de interes si de aplicatie.

Istoric

Consideratia ca sunetul este un fenomen de unda a luat nastere din observatiile referitoare la

undele de apa. Notiunea de unda inseamna o perturbatie oscilatorie care se deplaseaza departe de

sursa si nu transporta nici o cantitate de materie la distante mari de propagare.

Interpretarea undei a fost deasemenea compatibila cu afirmatia lui Aristotel (384 - 322 I.H.) referitoare la faptul ca miscarea aerului este generata de o sursa care impinge inainte intr-o asemenea maniera aerul invecinat incat sunetul se propaga nealterat pe distante mari pana cand perturbatia aerului se stinge.

Un rezultat experimental pertinent cu antecedente de pe vremea lui Pitagora (550I.H) arata ca miscarea aerului generata de un corp (sursa) care oscileaza avand o singura nota muzicala este deasemenea o miscare oscilatorie si are aceeasi frecventa ca si corpul (sursa); istoric aceasta este legata de dezvoltarea legilor pentru frecventele naturale ale corzilor vibratoare si pentru interpretarea fizica a consonantelor muzicale.

Principalii autori ai acestor interpretari au fost filozoful francez Marin Mersenne (1588 - 1648) care a fost denumit parintele acusticii si Galileo Galilei (1564 - 1642) a carui carte Mathematical Discourses Concerning Two New Sciences (1638) contine cea mai credibila afirmatie, data pana atunci, privind echivalenta frecventei.

Descrierea lui Mersenne in cartea Harmonic universelle (1636) a primei determinari absolute a frecventei unui ton audibil (la 84 Hz) denota faptul ca el deja a demonstrat ca raportul frecventelor absolute a doua corzi care oscileaza radiind in spatiu (aer) un ton muzical si octavele acestuia este 1 : 2; raportul frecventelor oscilatiilor este deasemenea 1 : 2 care este compatibil cu ipoteza echivalentei dintre sursa in aer si frecventa de miscare a aerului.

Analogia cu undele de apa a fost intarita de convingerea ca miscarea aerului asociata cu sunetele

muzicale este oscilatorie si de observatia ca sunetul se propaga cu o viteza finita. O alta problema

cunoscuta a fost aceea ca sunetul se indoaie la colturi,care sugereaza difractia, un fenomen deseori

observat in undele de apa. Deasemenea, experimentul clasic al lui Robert Boyle (1640) asupra radiatiei sunetului cu ajutorul unui ceas desteptator introdus intr-un vas de sticla partial gol, asigura faptul ca aerul este necesar pentru producerea si propagarea sunetului.

Un punct de vedere deosebit asupra undei l-a avut Gassendi (contemporan cu Marsenne si

Galileo) care a sustinut ca sunetul se datoreaza unei furtuni de atomi emisi de corpul care emite sunet, viteza sunetului este viteza atomilor iar frecventa reprezinta numarul de atomi emisi in unitatea de timp.

Conflictul aparent dintre teoriile razei si a undei a jucat un rol important in istoria stiintei surori, optica, insa teoria sunetului s-a dezvoltat inca de la inceput ca o teorie a undei.

Cand s-au folosit conceptele de raza pentru a se explica fenomenul acustic, asa cum au facut Reynolds si Rayleigh in secolul XIX, acestea au fost privite ca apoximatii matematice ale teorie undei.

Includerea cu succes a opticii geometrice in teoria undei a demonstrat ca modelele aproximate, viabile, ale fenomenului de unda pot fi experimentate in termeni ai conceptelor de raza.(Aceasta recunoastere a influentat puternic dezvoltarile din secolul XX in acustica arhitecturala, subacvatica si controlul zgomotului.)

Teoria matematica a propagarii sunetului aratata in lucrarea lui Isaac Newton (1642 - 1727)

intitulata Principia (1686) a inclus o interpretare matematica a sunetului ca fiind pulsuri de presiune

transmise prin particule de fluid inconjuratoare.. Analiza matematica a fost limitata la unde de frecventa constanta deoarece necesita un numar de dispozitive,circuite si aproximatii care puteau influenta variabilitatea frecventei.Un progres substantial al dezvoltarii unei teorii viabile a propagarii sunetului care sa se bazeze pe conceptele matemetice si fizice s-a produs in secolul XVIII de catre Euler (1707 - 1783), Lagrange (1736 - 1813) si de dAlembert (1717 - 1783) cand teoria campului a inceput sa primeasca o structura matematica definita; teoriile moderne pot fi privite ca imbunatatiri ale teoriei dezvoltate de Euler si de contemporanii lui.

Organul auditiv uman

In timpul miscarii sau ciocnirii intre ele, obiectele produc unde sonore. Acestea sunt vibratii ale aerului,care sunt percepute de ureche, care le transforma in senzatie auditiva. In ureche ajung numeroase sunete de la zumzetul insectelor pana la zgomotul infernal provocat de avioanele cu reactie.

Atunci cand auzim ceva, de fapt urechea noastra este atinsa de vibratiile unduitoare ale presiunii atmosferice. Urechea transforma undele sonore in impulsuri electrice, pe care le transmite mai departe, la creier, care la randul sau decodifica semnalele. Urechea se obisnuieste treptat cu sunetele, iar cu timpul invatam si sensul acestora.

Urechea este impartita in trei parti : externa, urechea interna si medie. De urechea externa apartine pavilionul, singura componenta vizibila precum si conductul auditiv extern.

1. canalul urechii
2. timpanul
3. ciocan
4. nicovala
5. scarita
6. fereastra ovala
   
   Partea vizibila a urechii numita si pavilionul urechii, capteaza undele sonore din aer asemenea unei antene parabolice si le transmite prin canalul auditiv spre urechea anterioara, undele sonore captate de urechea exterioara trecand prin canalul auditiv exterior pun in miscare membrana timpanului dar printr-un conduct subtire, numit trompa lui Hustache comunica si cu cavitatea nazala. Din acest motiv presiunea externa corespunde cu presiunea din urechea medie. Daca presiunea atmosferica se modifica brusc, urechea se adapteaza in scurt timp la schimbare dar pana atunci e posibil sa 'pocneasca'.
   
   

In cavitatea urechii medii se gasesc trei oscioare, asa numitele oscioare auditive. Vibratiile membranei timpanice se transmit mai intai la ciocanas, apoi la nicovala si scarita, iar de acolo la

fereastra ovala, situata la limita dintre urechea medie si cea interna.

In urechea interna, cochleea (sau melcul) transforma vibratile in impulsuri electrice care simt transmise la creier, avand totodata un rol important in mentinerea echilibrului.

Legatura dintre urechea interna si creier este realizata prin intermediul nervului auditiv care la nivelul melcului trimite mai multe prelungiri. Cele trei conducte semicirculare umplute cu un lichid, respectiv cavitatea numita vestibulum, care este compartimentata in sacula si utricula, sunt de fapt organele echilibrului.

Melcul este strabatut de trei canale umplute cu lichid.In canalul cochlear se gasesc niste cili situati in mai multe randuri totalitatea acestor celule senzoriale impreuna cu membrana tectoriala alcatuind organul lui Corti : acesta este centrul organului auditiv. Vibratiile care trec prin canalul cochlear pun in miscare membrana bazala si membrana tectoriala care vor actiona asupra cililor. Din aceste celule vor porni semnalele catre creier unde se transforma in senzatie auditiva.

Odata cu inaintarea in varsta, auzul slabeste treptat, mai ales datorita reducerii mobilitatii oscioarelor auditive care nu mai pot transmite vibratiile la urechea interna.

Sunetul

Din punct de vedere fiziologic, sunetul constituie senzatia produsa asupra organului auditiv de catre vibratiile materiale ale corpurilor si transmise pe calea undelor acustice. Urechea umana este sensibila la vibratii ale aerului cu frecvente intre 20 Hz si 20 kHz, cu un maxim de sensibilitate auditiva in jur de 3500 Hz. Acest interval depinde mult de amplitudinea vibratiei si de varsta si starea de sanatate a individului. Sub amplitudinea de 20 μPa vibratiile nu mai pot fi percepute. Odata cu varsta intervalul de sensibilitate se micsoreaza, in special frecventele inalte devin inaudibile.

Din punct de vedere fizic, sunetul are o definitie mai larga, el nefiind legat de senzatia auditiva: orice perturbatie (energie mecanica) propagata printr-un mediu material sub forma unei unde se numeste sunet. In aceasta definitie se includ si vibratii la frecvente din afara domeniului de sensibilitate al urechii: infrasunete (sub 20 Hz) si ultrasunete (peste 20 kHz).

Prin unda se intelege fenomenul de propagare a unei oscilatii intr-un mediu elastic. In general, undele se pot propaga transversal sau longitudinal. In ambele cazuri, doar energia miscarii undei este propagata prin mediu; nici o parte din mediu nu se misca prea departe. Ca exemplu, o sfoara poate fi legata de un stalp la un capat, iar celalalt capat este tras pana sfoara se intinde, iar apoi sfoara este scuturata o data. O unda va trece pe sfoara pana la stalp, iar aici va fi reflectata si ea se va intoarce la mana. Nici un punct de pe sfoara nu se misca longitudinal spre stalp, dar parti succesive din sfoara se misca transversal. Acest tip de miscare se numeste unda transversala. De asemenea, daca o piatra este aruncata intr-o piscina, o serie de unde transversale pleaca din punctul de impact al pietrei. Un dop de pluta plutind in apropiere se va misca in sus si in jos, adica se va misca transversal respectand si directia de miscare a undei, dar nu se va deplasa prea mult longitudinal. O unda sonora, insa, este o unda longitudinala.

In timp ce energia miscarii undei se propaga in exteriorul sursei, moleculele de aer care duc sunetul se misca in fata si in spate, paralel la directia de miscare a undei. Asadar, o unda sonora este o serie de compresii si extensii alternative ale aerului. Fiecare molecula da energia moleculei vecine, dar dupa ce unda sonora a trecut, fiecare molecula ramane in aceeasi pozitie ca la inceput.

Un caz particular de sunet este zgomotul, care se remarca prin lipsa obiectiva sau subiectiva a unei incarcaturi informationale. Zgomotul deranjeaza fie prin senzatia neplacuta pe care o produce, fie prin efectul negativ asupra transmiterii de informatie. Orice zgomot poate fi perceput ca sunet util daca i se atribuie o valoare informationala. . Zgomotul este un sunet complex, o mixare de multe diferite frecvente, sau note care nu sunt legate armonic.

Din punct de vedere muzical (sau estetic), sunetul este o entitate caracterizata de patru atribute: inaltime, durata, intensitate si timbru. Inaltimii ii corespunde frecventa (masurata in Hz). Intensitatii ii corespunde nivelul de intensitate sonora (masurat in dB).

Amplitudinea

Amplitudinea este caracteristica undelor sonore pe care o percepem ca volum. Distanta maxima pe care o unda o parcurge de la pozitia normala, sau zero, este amplitudinea; aceasta corespunde cu gradul de miscare in moleculele de aer ale unei unde. Cand gradul de miscare in molecule creste, acestea lovesc urechea cu o forta mai mare. Din cauza aceasta, urechea percepe un sunet mai puternic. O comparatie de unde sonore la amplitudine scazuta, medie, si inalta demonstreaza schimbarea sunetului prin alterarea amplitudinii. Aceste trei unde au aceeasi frecventa, si ar trebui sa sune la fel doar ca exista o diferenta perceptibila in volum.
Amplitudinea unei unde sonore poate fi exprimata in unitati masurand distanta pe care se intind moleculele de aer, sau diferenta de presiune intre compresie si extensie ale moleculelor, sau energia implicata in proces. Cand cineva vorbeste normal, de exemplu, se produce energie sonora la o rata de aproximativ o suta de miime dintr-un watt.

Toate aceste masuratori sunt extrem de dificil de facut, si intensitatea sunetului este exprimata, in general, prin compararea cu un sunet standard, masurat in decibeli.

Caracteristici fizice:

Orice sunet simplu, cum ar fi o nota muzicala, poate fi descrisa in totalitate, specificand trei caracteristici perceptive: inaltime, intensitate, si calitate (timbru). Aceste caracteristici corespund exact a trei caracteristici fizice: frecventa, amplitudine, si constitutia armonica, sau respectiv forma undei.

Frecventa:

Noi percepem frecventa ca sunete mai 'inalte' sau sunete mai 'joase'. Frecventa unui sunet este numarul de perioade, sau oscilatii, pe care o unda sonora le efectueaza intr-un timp dat. Frecventa este masurata in hertzi, sau perioade pe secunda. Undele se propaga si la frecvente mari si la frecvente joase, dar oamenii nu sunt capabili sa le auda in afara unei raze relativ mici. Sunetele pot fi produse la frecvente dorite prin metode diferite. De exemplu, un sunet de 440 Hz poate fi creat activand o boxa cu un oscilator care actioneaza pe aceasta frecventa. Un curent de aer poate fi intrerupt de o roata dintata cu 44 de dinti, care se roteste cu 10 rotatii/secunda; aceasta metoda este folosita la sirena. Sunetul produs de boxa si cel produs de sirena, la aceeasi frecventa este foarte diferit in calitate dar corespund la inaltime.

Daca stim ca un anumit fenomen se repeta la un interval de timp T, putem calcula frecventa lui prin simpla inversie matematica:

Pentru masurarea frecventei se pot folosi si alte unitati. De exemplu, pulsul inimii si tempoul muzical se exprima in batai pe minut, rotatia motoarelor in rotatii pe minut etc.

Alte exemple:

• Curentul electric alternativ are in Romania frecventa standardizata de 50 Hz, ceea ce inseamna ca intr-o secunda polaritatea tensiunii trece de la plus la minus si inapoi de 50 de ori. In Statele Unite ale Americii frecventa curentului alternativ din reteaua publica este de 60 Hz.

• Frecventa sunetelor este direct legata de senzatia de inaltime muzicala. Astfel, nota La din gama centrala a pianului este definita ca avind frecventa de 440 Hz, desi de-a lungul timpului au fost in vigoare si diverse alte valori. Aceasta inseamna ca aerul pus in miscare de o astfel de unda sonora oscileaza de 440 de ori in fiecare secunda. Urechea omului este sensibila la sunete cu frecvente cuprinse aproximativ intre 20 Hz si 20 kHz (20.000 Hz), cu diferente apreciabile de la un individ la altul.

• Undele radio se intind pe o banda larga de frecvente. De exemplu, undele de radio FM obisnuite sunt emise in 'banda vest' - CCIR (88-108 MHz) si 'banda est' - OIRT (65-74 MHz).

• Lumina vizibila este o unda electromagnetica cu frecventa medie de 500 THz (50010¹² Hz, adica 500 de milioane de milioane de oscilatii pe secunda).

Spectru Armonic

Spectru Armonic = Sunetul este un manunchi de simple vibratii la diferite fecvente (armonice) care dau sunetului un caracter particular. Aceasta corespunde muzical termenuli de timbru sonor.

Synthesis = (greaca veche) integrarea a doua sau mai multe elemente, pre-existente, care are ca rezultat o noua creatie. Sinteza chimica, sinteza mentala, sinteza literara, sinteza sonora

Sinteza sonora = conceptul general al unui synthesizer (sintetizator sonor, audio) este de a pune impreuna elementele unui sunet, de la generatoare de sunet, filtre, procesare, si a forma in final un sunet audio care este apoi amplificat (amplificator audio - boxe audio) si care in final ajung prin unde sonore la urechea noastra.

Synthesizer = *echipament electronic compus din module electrice care au ca scop generarea, filtrarea, modifcarea parametrilor unui **semnal electric care 'descriu' un sunet. (*) chiar si softsynth-urile au la baza un computer, altfel nu are unde sa ruleze programul (**) si intr-un Vsti (softsynth) are loc o modelare matematica, procesie a unui semnal electric motiv pentru care modulele se mai numesc si DSP (digital sound processing).

Modulele - elementele unui synthesizer

Schema simpla a unui synthesizer arata ca in figura de mai jos. Elementele de baza sunt Oscilatorul, cel ce genrereaza semnalul electric, forma de unda; Filtrul, care modifica spectrul armonic, extrage de obicei armonici (flltru substractiv), fenomen prin care se modifica forma de unda; Dinamica, numita Amplificare (a nu se confunda cu amplificarea audio sau a unui semnal electric), defineste caracteristica dinamica, in amplitudine, a sunetului. In final avem un output spre amplifcarea audio (numita si monitorizare in studio) care poate intra intr-un canal de mixer sau direct amplificata de un sistem audio (amplficator audio + boxe audio).

cele 3 elemente de baza ale unui sytnhesizer
generatorul + filtrarea + amplitudinea

O diagrama mai detaliata, a unui synthesizer modern (de exemplu MiniMoog sau MS20), in care se observa doua oscilatoare si un generator de noise (zgomot) care este si el un oscilator defapt, un sumator de semnal care 'aduna' cele 2/3 forme de unde generate de oscilatoare;

2 OSC + NOISE sumate

3 OSC + NOISE + Input Extern (External Audio In)

In imaginea de sus este o versiune cu 3 oscilatoare un noise generator si input extern, toate sumate, filtru dual, semnalul sumat poate iesi MIX OUT sau inainte de filtru sa intram cu un semnal extern FILTER IN. Observati ca se intrerupe semnalul de iesire al sumatorului, deci vom filtra numai ceea ce intra pe FILTER IN. In imaginea de jos filtru (VCF) si amplificarea (VCA) care sunt modifcate ca evolutie in timp de curbele generate de EG1 si EG2 (generator de evolutie) si un element de 'activare', care initiaza procesul de generare prin semnal CV (controll voltage) a oscilatoarelor si care are rol si de trigger (starter) pentru EG1 si EG2, adica porneste evolutia (evolutia este o curba in axa timpului, desfasurata in timp).

(sus) fara trigger ; (jos) cu element de control keyboard (CV-trigger) si detune

de mentionat ca este afisat traseul CV (Controll Voltage), semnalul de control al synthesizerului

Sa intram totusi in detaliu, si sa 'demontam' synthesizer-ul, si sa vedem ce poate sa faca fiecare modul in parte.

Dar inainte de asta, sa mentionez ceva: initial synthesizerul era modular, adica modulele se conectau intre ele prin cabluri, numite si patch-uri, motiv pentru care in termeni de synth user, un setup de sound (configuratie de sunet) se mai numeste si pe scurt patch setup sau simplu patch, sau o librarie de sunete - patch library sau patch bank (se regaseste acest termen si in synth-uri digital si softsynth). Voi folosii terminologia engleza, deoarece majoritatea manualelor de synth-uri, help-uri, internet, uzeaza acesti termeni.

1. VCO, DCO - Oscilatorul (generatorul oscilatiei)
(Volt Controlled Oscillator, Digital Controlled Oscillator)

Din fizica se stie ca oscilatorul electronic este dispozitivul care genereaza o oscilatie. Oscilatia este o variatie periodica a unui semnal electric, care descrie o unda, o forma de unda mai precis. Cu ajutorul unui osciloscop poate fi vizualizat forma de unda a unui semnal electric. Formele de unda folosite in sinteza sonora sunt: zgomotul alb (white noise), zgomotul roz (pink noise), sinusoida (sinus), dreptunghiular (square), puls (pulse), dinte de ferastrau (sawtooth), triunghiular (triangle). Forma de unda, creaza si specificul timbrului, de exemplu: flaut (sinus), oboi (triangle).

forme de unda ale oscilatorului

In unele synthesizere se foloseste si termenul de partial, deoarece sinteza are la baza 2,3,4 sau mai multe oscilatoare, partiale, care mai apoi sunt sumate si procesate prin filtru sau sunt procesate paralel (Vector Synthesis). In special synth-urile digitale (sinteza PCM, Wavetable, Vector) folosesc termenul de partiale. Sa revenit la OSC (oscilatoare) decand cu moda retro a synthesizer-elor analogice (vintage synths). I majoritate Softsynth-urilor se gasesc Oscilatoare, modelate matematic (functii).

2. VCF - Filtrul (filtrarea armonicilor)
(Volt Controlled Filter)

Filtru este poate partea cel mai funny si radical modul, ea modifica cel mai mult spectrul sonor, armonicile sunetului (semnalului generat de oscilator). Filtru folosit cel mai mult, este filtrul subtractiv. Pentru a intelege ce face un filtru si cum functioneaza, putem sa facem o analogie cu un EQ de combina muzicala. Pe panoul unui EQ (LCD, LED) sunt afisate mai multe benzi de frecventa, care imparte spectrul auzibil de la 20 hz pana la 20Khz (teoretic) in mai multe fasii. Un EQ pe 12 benzi, il imparte in 12 fasii, echidinstante, egale. Observam ca daca dam un play la un CD, acestea incep sa 'joace', indicand prin amplitudinea coloanei nivelul de frecvente din spectru. Daca facem si o corectie, taiem inaltele, vom percepe atat audio cat si prin afisarea EQ, o scadere in amplitudine a frecventelor inalte. Avem de a face cu o filtrare gen LPF (Low Pass Filter), faptul ca sau taiat inaltele (High), culmea, denumirea filtrarii e data de ceea ce s-a lasat, nu ce sa taiat, adica joasele au ramas (Low). In manualele de electronica se intalneste termenul de 'filtru trece jos' si este unul si acelasi lucru. Filtrul elemina o parte din frecvente, armonici, fiind si variabil, fecventa de taiere este controlabila (Frequency Cutoff COntrol), se numeste filtru activ.

Mai jos sunt prezentate cele 4 tipuri de filtre folosite in sintze audio: LPF - Low Pass Filter, HPF - High Pass filter, BPF - Band Pass FIlter, BRF/(BSF) - Band Reject Filter/(Band Stop Filter). In romana: LPF - filtru trece jos, HPF - filtru trece sus, BPF - filtru trece banda, BRF/BSF - filtru elimina banda.

tipuri de filtre: LPF (low-pass), HPF (high-pass), BPF (band-pass), BRF (band-rejected) sau BSF (band-stop)

Filtru are anumite caracteristici de baza: o frecventa de taiere - Fc (Cutoff, Filter Cutoff), o panta masurata in dB (decibel pe octava), si factorul de calitate al filtrului - Q (Quality factor, Q factor).

elementele de baza, caracteristici ale filtrului

Fc reprezinta frecventa de la care are loc 'taierea' semnalului fiind variabil, filtru se numeste activ, daca ar avea o valoare fixa se numeste filtru pasiv. Panta filtrului releva cat de mult, 'adanc', sa taie filtrul. Deobicei se foloseste filtru de -12dB sau -24dB pe octava, adica reprezinta raportul de atenuare a semnalului. Dupa panta filtrului, filtrele sunt cu 2 poli (-12dB are panta, specific lui Oberheim SEM) sau 4 poli (-24dB are panta, specific synthesizerelor Moog modulare din anii '60 si '70). Faptul ca filtrarea este diferita si in contextul audio, se mai spune ca filtrul 2 pole este 'bright' iar cel 4 pole este 'deep', acesta din urma 'omoara' filtreaza mult mai radical spectrul audio. Factorul Q, factorul de calitate al filtrului, reprezinta efectul rezistentei electrice din circuitul care defineste filtrul. Filtrele pot intra untrun fenomen de feedback, ceea ce duce la un fenomen numit rezonanta, de aceea Q se mai numeste si resonance, sau rezonanta filtrului.

situatie unui filtru in care se modiica Q - fenomen de rezonanta al filtrului

Filtrul activ, cum se mai numesc aceste filtre, au fost introduse de R.P. Sallen si E. L. Key in cadrul MIT's Lincoln Laboratory in 1955, si se mai numeste Salen Key filter.

3. LFO - Generator Frecventa Joasa (Modulator)
(Low Frequency Oscillator)

Un generator, tot oscilator, dar de frecvente joase. Este folosit pentru a controla, modula modulele dintr-un synthesizer. Exemplu de semnal triunghiular modulat de unul dreptunghiular:

(sus) modulatorul LFO; (jos) semnalul triangle modulat de LFO

Cu un LFO se pot modula parametrii de OSC, VCF si chiar VCA in unele situatii. LFO-ul poate avea si el mai mult forme oscilatie, de unda numita si shape (sine, triangle, sawtooth, square). De multe ori

avem de a face cu un SH (Sample and Hold) care de obicei este separat intr-un synthesizer avand posibilitati mai variate de modulare, dar in versiuni mai simplificate, SH este integrat in LFO - in selectia de shape exista si SH sau unii il mai numesc random shape, care este un caz particluar de SH.

4. EG - Generator Contur (Conturarea Semnalului - Modulator)
(Envelope Generator)

O Envelopa (contur, curba) descrie conturul dupa care va evolua o anumita caracteristica a sunetului. De exemplu un sunet de coarda: cand ciupim o coarda, prima parte a sunetului este puternica si prezenta, mai 'deschis', apoi are loc un fade, adica o scadere atat in dinamica, volum cat si sunetul este mai infundat, 'inchis'. Aceste evolutii ale sunetelor pot fi create, moduland VCF sau/si VCA cu un EG - Envelope Generator (generator de contur). Curba/conturul este caracterizat prin 4 zone: Attack, Decay, sustain, Release.

EG poate modula atat VCF cat si VCA, in unele cazuri si VCO dar mai rar. Unele synthesizere au un singur EG care deserveste la modularea VCF/VCA cu acelasi contur, altele au cate un EG separat, independent pentru VCF si VCA in parte. EG poate fi modulat de LFO in multe configuratii.

5. VCA - Amplificatorul (Amplitudinea, dinamica)
(Volt Controlled Amplifier)

Este modulul care controleaza amplificarea sunetului inainte de iesire a semnalului din synthesizer (spre un mixer sau un amplificator de putere). In general EG pentru VCA nu apare separat, fiind integrat in modulul VCA, motiv pentru care potentiometrele (butoanele) ADSR apar afisate in modulul VCA urmate de un buton pt. reglat volumul Master.

In general tensiunile sunt mici din synthesizere, la output, ele trebuiesc amplificate (mixer, PA), unele fiind dotate cu iesire pt. casti (iesire amplificata de casti).

6. MOD MATRIX - Matricea de Modulare (interconectarea modulelor, modulatii)
(Modullation Matrix / Modullation Bus)

In cadrul unui synthesizer, mai ales unul modular, exista posibilitatea interconectari modulelor, precum si modulari complexe. Ele se fac de regula cu patch-uri, cabluri scurte cu jack-uri mono. O varianta mai convenabila este Modulation Bus sau Modulation Matrix, un modul care contine diverse configuratii de modulare in care se selecteaza dobicei [1] sursa de modulare - Modulation Source) [2] destinatia modularii sau ce se moduleaza - Modulation Destination [3] amplitudinea modularii - Modulation Amount. In figura de ai jos este un exemplu de Modulation Bus al lui Moog Voyager Performer.

Intensitatea sunetului:

Intensitatile sunetului sunt masurate in decibeli(dB). De exemplu, intensitatea la minimul auzului este 0 dB, intensitatea soaptelor este in medie 10 dB, si intensitatea fosnetului de frunze este de 20 dB. Intensitatile sunetului sunt aranjate pe o scara logaritmica, ceea ce inseamna ca o marire de 10 dB corespunde cu o crestere a intensitatii cu o rata de 10. Astfel, fosnetul frunzelor este de aproape 10 ori mai intens decat soapta. Distanta la care un sunet poate fi auzit depinde de intensitatea acestuia, care reprezinta rata medie a cursului energiei pe unitatea de suprafata perpendiculara pe directia de propagare. In cazul undelor sferice care se raspandesc de la un punct sursa, intensitatea variaza invers proportional cu patratul distantei, cu conditia sa nu se piarda energie din cauza vascozitatii, caldurii, sau alte efecte de absorbtie. Astfel, intr-un mediu perfect omogen, un sunet va fi de 9 ori mai intens la distanta de 1 unitate de origine decat la 3 unitati. In propagarea sunetului in atmosfera,schimbarile in proprietatile fizice ale aerului, cum ar fi temperatura, presiune si umiditate,produc scaderea amplitudinii undei sau imprastierea acesteia, asa ca legea de mai sus nu este aplicabila in masurarea intensitatii sunetului in practica.

Perceptia notelor:

Daca urechea unei persoane tinere este testata de un audiometru, se va observa ca este sensibila la toate sunetele de la 15-20 Hz pana la 15.000-20.000 Hz. Auzul persoanelor in virsta este mai putin acut, mai ales la frecvente mai inalte. Gradul in care o ureche normala poate separa doua note de volum putin diferit sau de frecventa putin diferita variaza in diferite raze de volum si frecventa a notelor. O diferenta in inaltime de aproape 20%(1 decibel,dB), si o diferenta in frecventa de 1/3%(aproximativ 1/20 dintr-o nota) poate fi distinsa in sunete de intensitate moderata la frecventele la care urechea este sensibila (intre 1.000-2.000 Hz). Tot in acest interval, diferenta intre cel mai mic sunet care poate fi auzit si cel mai puternic sunet care poate fi perceput ca sunet (sunetele mai puternice sunt 'simtite', sau percepute ca stimuli durerosi) este de aproape 120 dB(de aproximativ 1 trilion de ori mai puternic).

Toate aceste teste de senzitivitate se refera la note pure, cum ar fi cele produse de un oscilator electronic. Chiar si pentru astfel de note urechea este imperfecta. Note de frecventa identica dar cu intensitate foarte diferita par ca difera putin in inaltime. Mai importanta este diferenta intre intensitati aparent relative cu frecvente diferite. La volum inalt urechea este aproximativ la fel de sensibila la toate frecventele, dar la volum mai mic urechea este mai sensibila la frecventele mijlocii decat la cele mari sau mici. Astfel, aparatele care reproduc sunetele si functioneaza perfect, par ca nu reproduc corect notele cele mai mici si cele mai mari, daca volumul este scazut.

Reflexia:

Sunetul este guvernat de reflexie de asemenea, respectand legea fundamentala ca unghiul de reflexie este egal cu cel de incidenta. Rezultatul reflexiei este ecoul. Sistemul de radar subacvatic depinde de reflexia sunetelor propagate in apa. Un megafon este un tub tip cornet care formeaza o raza de unde sonore reflectand unele dintre razele divergente din partile tubului. Un tub similar poate aduna undele sonore daca se indreapta spre sursa sonora capatul mai mare; astfel de aparat este urechea externa a omului.

      Refractia:

Sunetul, intr-un mediu cu densitate uniforma, se deplaseaza inainte intr-o linie dreapta. Insa, ca si lumina, sunetul este supus refractiei, care indeparteaza undele sonore de directia lor originala. In regiuni polare, de exemplu, unde aerul de langa pamant este mai rece decat cel ce se afla la inaltimi mai ridicate, o unda sonora indreptata in sus care intra in zona mai calda din atmosfera este refractata inspre pamant. Receptia excelenta a sunetului in directia in care bate vantul si receptia proasta invers directiei vantului se datoreaza tot refractiei. Viteza vantului este, de obicei, mai mare la altitudini ridicate decat la nivelul pamantului; o unda sonora verticala care se deplaseaza in directia vantului este refractata inspre pamant in timp ce aceeasi unda indreptata invers directiei vintului, este refractata in sus.

Trei tipuri importante de sunete obisnuite:

In discutie, muzica, si zgomot, notele pure sunt rareori auzite. O nota muzicala contine in plus de o frecventa fundamentala, tonuri mai inalte care sunt armonici ale frecventei fundamentale. Vocea contine un amestec complex de sunete, dintre care unele (nu toate) sunt in relatie armonica intre ele. Zgomotul consista intr-un amestec de multe frecvente diferite intr-un anumit interval; este astfel comparabil cu lumina alba, care consta intr-un amestec de lumini de culori diferite. Zgomote diferite sunt distinse prin diferite distributii ale energiei in mai multe intervale de frecventa.

Cand o nota muzicala continand niste armonici ale unei note fundamentale, dar lipsindu-i unele armonici sau chiar fundamentala insasi, este transmisa la ureche, urechea formeaza diferite sunete sub forma sumei sau diferentei frecventelor, astfel producand armonicile sau fundamentala lipsa in sunetul original. Aceste note sunt si ele armonici ale notei fundamentale. Aceasta anomalie a urechii poate fi folositoare. Aparatele ce reproduc sunete si nu au boxe foarte mari, de exemplu, nu pot produce, in general, sunete de inaltime mai mica de anumite valori; totusi, o ureche umana ce asculta la astfel de echipament poate reda nota fundamentala rezolvand frecventele sunetului din armonicile sale. O alta imperfectie a urechii in prezenta sunetelor normale este incapabilitatea de a auzi note de frecventa inalta cand este prezent sunet de frecventa joasa de intensitate considerabila. Acest fenomen se numeste mascare.

In general, vocea este inteligibila si cantecele pot fi satisfacator intelese daca sunt reproduse doar frecventele intre 250 si 3.000 Hz, intervalul de frecventa a telefoanelor, chiar daca unele sunete din limbajul nostru au frecvente de aproape 6.000 Hz. Pentru naturalete, insa, trebuie reproduse frecventele de la 100 la 10.000 Hz. Sunetele produse de unele instrumente muzicale, pot fi reproduse natural doar la frecvente relativ scazute, si unele zgomote pot fi reproduse doar la frecvente relativ inalte.

Unde sonore caracteristice:

Fiecare instrument produce o anumita vibratie caracteristica. Vibratiile calatoresc prin aer sub forma undelor sonore care ajung la urechile noastre, dandu-ne posibilitatea sa identificam instrumentul chiar si daca nu il vedem. Cele patru unde sonore aratate in poza arata forma vibratiilor unor instrumente comune. Un diapazon scoate un sunet pur, vibrand regulat intr-o forma curbata. O vioara genereaza un sunet voios si o unda sonora cu forme ascutite. Flautul produce un sunet tandru, adevarat, si o forma relativ curbata. Diapazonul, vioara, si flautul, cantau toate aceeasi nota, de aceea, distanta dintre punctele inalte ale undei este aceeasi pentru fiecare unda. Un gong nu vibreaza intr-un sablon obisnuit ca celelalte trei instrumente. Forma undei este ascutita si libera, iar inaltimea sa nu este, in general, recunoscuta.

Poluare sonora


Poluarea sunetului este considerata de catre specialistii zilelor noastre, foarte daunatoare mediului inconjurator si totodata urechilor noastre chiar daca sunetul face parte din natura.

In salbaticie, volumul sunetului ar fi de 35 de decibeli, pe cand traficul din zilele noastre are cel putin 90 de decibeli. Dupa 140 de decibeli sunetul devine dureros pentru urechea umana provocand surzirea.


Taria reprezinta insusirea senzatiei auditive care permite ordonarea sunetelor pe o scara de la 'incet' la 'tare'. Aceasta depinde de puterea acustica, de frecventa si forma undei sunetului considerat. Urechea omeneasca nu are o sensibilitate liniara ca ochiul, ci una logaritmica. Pentru a dubla senzatia auditiva acustica, puterea acustica a sursei trebuie multiplicata cu zece. Sunetul este cu atat mai puternic cu cat intensitatea acustica este mai mare.

Intensitatea N a senzatiei auditive variaza cu logaritmul intensitatii sunetului emis si este data de legea fiziologica Weber-Fechner.

Pentru a se putea face legatura cu marimea fizica reprezentata prin nivelul de presiune, se foloseste nivelul de tarie. Estimarea cantitativa a nivelului de tarie se face prin metoda compararii subiective a sunetului masurat cu un sunet etalon avand frecventa de 1 000 Hz. S-a convenit, pentru a evalua un zgomot, ca un ascultator audio logic normal, ascultand alternativ acest zgomot si sunetul cu o frecventa de 1 000 Hz (acesta din urma cu o singura ureche) care se

presupune ca se propaga prin unde plane, de la o singura sursa spre ascultator, compara zgomotul si regleaza intensitatea acustica a sunetului de referinta, astfel ca sa egalizeze impresiile sonore pe care le percepe la auditia alternativa a zgomotului si a sunetului de referinta. Cand aceasta egalitate este realizata, numarul de decibeli masurati in unda plana, reprezinta in mod conventional valoarea in foni a zgomotului masurat.


Traficul, indiferent sub ce forma se gaseste el, este, se pare, cea mai mare forma de amenintare a noastra. Dar mai ales traficul din orase este problema cu care statul, si nu numai, se confrunta, deoarece masinile care claxoneaza contribuie decisiv la autodistrugerea noastra, a oamenilor.

Traficul naval, deasupra si pe sub apa este daunator omenirii si mai ales a animalelor acvatice, care comunica prin sunetele ce se confunda cu sunetele provenite de la noile detectoare.

Datorita acestor factori, omul nu va mai putea suporta zgomotul; nici somnul necesar organismului nu va mar putea fi respectat, acesta ducand la probleme grave si boli cardiovasculare.

In ultimii 30 de ani SUA si alte cateva state au depus eforturi maxime pentru a controla poluarea sunetului, dar cu toate acestea, toate posibilitatile au dat gres.

Incercarile guvernelor de a inlatura poluarea fonica s-a dovedit a fi fara rezultate, deci trebuie sa ne pazim singuri de ceea ce se poate intampla daca nu facem ceva acum. Nu este vorba numai de noi ci de intreaga planeta.


In 1994, a fost efectuat de catre un grup de cercetatori un test foarte simplu. In doua incaperi pline cu flori au fost difuzate diferite melodii. In prima camera, a fost pusa muzica rock la intensitate peste medie. In cea de-a doua camera, a fost pusa muzica de opera si anume Vivaldi. Fiind alcatuita o fisa de observatie, s-a constatat ca in prima zi, florile se dezvoltau normal. In restul zilelor insa, s-a renuntat la fisa de observatie lasand benzile sa functioneze non-stop. Dupa 6 zile, efectul a fost mai mult decat evident: florile din prima camera erau 56,2% ofilite iar florile din cea de-a doua camera erau chiar cu 18% mai dezvoltate.

In acest fel s-a demonstrat partial ca efectul sunetelor nocive dauneaza grav auzului, existand sanse de peste 14% de a ramane incapacitati din punct de vedere sonor.

Poluarea sonora este deci, inca un lucru pentru care ar trebui sa ne ingrijoramja fel ca si celelate poluari.

Surse de poluare sonora

Sursele de poluare sonora sunt foarte numeroase si diferite.Acestea sunt:

a)circulatia sau transporturile

b)industria

c)constructiile si montajele

d)comertul

e)copiii in terenurile de joaca(tipetele lor inregistrand 70-80d.B.

f)terenurile sportive si stadioanele(zgomotele provenite din acestea fiind de peste 100d.B.

g)animalele(cainii,pisicile,pasarile)pot tulbura linistea mai ales noaptea.

Latratul unui caine inregistreaza intensitati sonore de 70-80d.B.

Masurile de combatere a zgomotului se impun ca o necesitate de prim ordin si ele sunt foarte numeroase.Astfel pentru diminuarea zgomotului produs de traficul rutier,perdelele forestiere constituite din arbori si arbusti au capacitatea de a reduce zgomotul cu circa 10d.B.

Poluarea sonora poate fi diminuata prin:

- plantarea arborilor pe marginile autostrazilor, strazilor (deoarece ei sunt si izolatori fonici)
- folosirea materialelor izolante fonic pentru constructia peretilor cladirilor

Ultrasunetul

Lumea minunata a armoniilor, a concordantelor si discordantelor create de oscilatii .Zilnic si permanent traim intr-o lume a oscilatiilor si undelor :valurile marii,sunetele produse de megafon,pulsul,leganatul unui balansoar,tic-tacul ceasornicului,totul este oscilatie

In natura , in tehnica , pretutindeni de altfel , permanent , urechile omului sunt expuse la cele mai diferite sunete , zgomote si pocnete.Astfel exista un univers sonor in care omul este asaltat de cele mai diverse vibratii provenite de la diferite surse sonore.Acordurile unui pian , sueratul vantului sau freamatul frunzelor ajung la urechea noastra sub forma de vibratii sonore ce provoaca asa numita senzatie auditiva. Literatura de specialitate imparte domeniul Sunetele vibratii cu frecventa vibratiilor mecanice in trei categorii: Infrasunetele vibratii cu frecvente mai mici cuprinsa intre16 si 20000 Hz ; de 16 Hz ; Vibratiile infrasonore , la intensitati mari , influenteaza comportarea si sanatatea omului.Efectele infrasunetelor sunt cumulative, dau senzatii de voma si oboseala, produc irascibilitate.Mediul inconjurator contine nenumarate surse de infrasunete : aparate de uscare prin ventilatie , automobile , tramvaie , elicoptere. Ultrasunetele - cu frecventa mai inalta de 20000 Hz .

Privind orizontul intr-o noapte senina de vara , urmarind zborul liliecilor care ocolesc cu siguranta obstacolele intalnite in cale, ne intrebam cum se explica aceasta? Cum se explica maiestria cu care se orienteaza micul mamifer care are o vedere deosebit de slaba si in acelasi timp nimereste si prada?

Cel mai dezvoltat simt al liliecilor este auzul, cu care se orienteaza uimitor de bine.Un studiu anatomic al laringelui arata ca poseda muschi puternici, care permit tensionarea coardelor vocale.Liliacul inghite un flux de aer si faringele sau il expulzeaza cu o forta exploziva.Presiunea aerului aruncat este egala cu dublul presiunii masurata intr-un cazan cu abur.Impulsul ultrasonic emis de liliac,dupa ce intalnit un obstacol in calea lui,se reflecta ,si ecoul produs este receptionat prin intermediul aparatului sau auditiv. Ultrasunetele se utilizeaza pe scara larga : In tehnica,in medicina, in agricultura.

Ultrasunele in tehnica

Ultrasunetele sunt utilizate la spalarea lanii naturale.In urma spalarii cu sapun si soda,lana isi micsoreaza rezistenta firului ,prelucrarea fiind mai dificila.Indepartarea impuritatilor se poate realiza cu ultrasunete , care produc o emulsie in prezenta sapunului .De asemenea ultrasunetele sunt aplicate cu foarte bune rezultate la vopsirea fibrelor naturale si sintetice.Sub energia ultrasunetelor,vopseaua cuprinde in mod uniform toata masa de fibre pe care se fixeaza bine. O alta aplicatie activa a ultrasunetelor consta in perforarea si taierea materialelor foarte dure (diamantul,otelurile speciale,cablurile de wolfram).Principiul metodei seamana cu procesul de eroziune a rocilor si stancilor. Ultrasunetele se utilizeaza si la comunicarile submarine,ceea ce nu se poate face cu unde electromagnetice,deoarece acestea nu se propaga prin apa cu aceeasi usurinta ca vibratiile mecanice. Ultrasunetele au si alte utilizari in tehnica contemporana la controlul materialelor metalice,observandu-se astfel unele defecte ascunse ale obiectelor.

Ultrasunetele in medicina

Diagnosticul cu ultrasunete
Tesuturile pe care le traverseaza fasciculul ultrasonic au proprietati acustice deosebite,producand absorbtii si reflexii diferite ale ultrasunetului.Astfel , ultrasunetele devin utile in detectarea unor corpuri straine in organism sau in determinarea dimensiunilor unor organe.
Ultrasonografia in oftalmologie
Nici un alt organ nu este asa de usor accesibil examinarii cu ajutorul fascicului ultrasonic ca ochiul,pentru ca investigatia nu este deranjata de tesuturi vecine,care ar da ecouri improprii globului ocular.In scop diagnostic,ultrasunetele se utilizeaza curent la determinarea distantelor in globul ocular, la diagnosticarea tumorilor,dezlipirilor de retina,la stabilirea hemoragiilor,la localizarea corpurilor straine.
Ultrasunete in neurologie
Un alt domeniu in care ultrasonografia a devenit o metoda foarte utila este explorarea sistemului nervos central.Investigatia ecoencefalografica se bazeaza pe proprietatea fasciculului ultrasonor de a traversa masa cranio-encefalica si de a fi reflectata .Medicul specialist in timpul diagnosticarii bolii cerceteaza pozitia ecourilor normale si existenta ecourilor suplimentare.
Ultrasunete in medicina interna
Prin dezvoltarea ecografiei ,a devenit posibil ca pe ecranul osciloscopului sa apara o imagine a sectiunii transversale a tesutului de studiat (ficat,vezica biliara,glanda tiroida,etc.)Un alt rol important al ecotomografiei consta in ajutorul adus medicului care dirijeza iradierea tumorilor cu radiatii gamma,pentru stabilirea exacta a formei si marimii tumorii in vederea iradierii ei.Astfel se pot feri de iradiere inutila alte organe vitale din jurul tumorii.
Ultrasunete in cardiologie
Anatomia si particularitatile fiziologice ale inimii determina o succesiune a fenomenelor mecanice care se repeta cu fiecare contractie si relaxare.Examinarea miscarilor inimii sae realizeaza prin impulsuri scurte de ultrasunete care se reflecta pe peretele inimii.Semnalele receptionate sunt amplificate si vizualizate pe ecranul unui tub catodic.
Terapia cu ultrasunete

Fizioterapia cu ultrasunete se bazeaza pe actiunea fiziologica a acestora,care consta in efecte mecanice,termice, chimice.Datorita acestor efecte , tesuturile sunt solicitate mecanic sub forma de micromasaj intern si se incalzesc,suferind reactii chimice favorabile organismului.

Infrasunetul

Infrasunetele sunt oscilatii sonore de frecvente foarte joase,situate sub 16Hz,deci urechea umana nu le aude.Fiintele marine,cum ar fi pestii,meduzele aud infrasunetele si simt aparitia furtunilor si uraganelor care coboara si sub frecventa de 16Hz.Oamenii nu sesizeaza in mod direct prezenta infrasunetelor dar unele modificari ale starilor fizico-pshice confirma ca si organismele umane sunt totusi influentate.O recenta ipoteza lansata de savanti incearca sa dea o explicatie absolut stiintifica unor 'misterioase' accidente si catastrofe.De-a lungul timpului au fost gasite pe diferite mari nave abandonate sau avand la bordul lor cadavre ale caror fete purtau expresia durerii si a groazei.Conform ipotezei amintite in timpul furtunilor sunt emise infrasunete care se propaga cu viteza sunetului,ajungand la mari departari cu mult inaintea furtunii propriu-zise,astfel incat in ciuda vremii bune se pot resimtii efectele lor.Masuratorile efectuate arata ca infrasunetele provocate de furtuni pe mari si oceane au o frecventa medie de 6Hz.S-a constatat ca infrasunetele de intensitati mari,la frecventa de 7Hz pot traumatiza grav sistemul nervos,sistemul circulator,provocand chiar moartea.Astfel s-ar putea gasi o explicatie pentru catastrofele misterioase care au avut loc pe diferite mari si oceane.

Tot pe seama actiunii infrasunetelor cercetatorii explica si senzationala distrugere a unei paduri siberiene in 1908,prin explozia in atmosfera a unui meteorit.Astazi infrasunetele pot fi produse de unele tipuri de turbine,avioane turboreactoare cum ar fi avionul Concorde.

Asa cum nu pecepe vibratiile de frecvente foarte joase(infrasunetele),urechea umana nu le percepe nici pe cele de frecvente foarte inalte(ultrasunetele).

Viteza sunetului

Viteza sunetului este unul dintre parametrii care descriu propagarea sunetului printr-un mediu. Aceasta viteza depinde de proprietatile mediului de propagare, in particular de elasticitatea si densitatea acestuia.

In fluide (gaze si lichide) participa la propagarea sunetului numai deformarea volumica a mediului; la solide mai intervin si fortele de forfecare. Formulele generale pentru viteza sunetului in aceste tipuri de mediu sint

In gaze

In aer si alte gaze viteza sunetului depinde in primul rind de temperatura. De exemplu la 0C viteza sunetului este de 331,5 m/s, iar la 20C aproximativ 343,4 m/s. Presiunea are un efect mic, iar umiditatea nu are aproape nici un efect asupra vitezei. Pentru aer, formula aproximativa de mai jos permite calculul vitezei de propagare a sunetelor in functie de temperatura, pentru un domeniu de temperaturi in jur de 0C:

unde t este temperatura aerului exprimata in grade Celsius. Aceasta formula este aproximatia liniara (primii doi termeni din seria Taylor) a functiei:

care permite calculul mai exact al acestei dependente in ipoteza ca variatia cu temperatura a capacitatii calorice a aerului este nula; erorile derivate din aceasta ipoteza sint mici in conditiile temperaturilor obisnuite din atmosfera, dar cresc in special la temperaturi inalte.

Coeficientul pentru aproximatia liniara se obtine astfel ca

Numarul lui Mach

Mach (pronuntie /mah/, dupa numele fizicianului austriac Ernst Mach) este o unitate de masura folosita in aerodinamica pentru a exprima viteza unui corp care se deplaseaza intr-un fluid: proiectil, avion, racheta etc. Viteza Mach 1 este egala cu viteza sunetului in fluidul respectiv; in conditii standard Mach 1 este egal cu 1225 km/h.

Numarul lui Mach este o marime adimensionala care arata de cite ori este mai mare viteza unui mobil decit viteza sunetului in acel mediu. Valorile subunitare ale numarului lui Mach inseamna viteze subsonice (mai mici decit viteza sunetului), iar valorile supraunitare inseamna viteze supersonice. O clasificare mai detaliata defineste in plus vitezele transsonice (intre Mach 0,8 si Mach 1,2) si vitezele hipersonice (mai mari de Mach 5).

In lichide

Viteza sunetului in lichide este mai mare decit in gaze, pentru ca desi densitatea este mai mare (ceea ce ar insemna o inertie mai mare deci o viteza inferioara), compresibilitatea lichidelor este mult mai mica decit a gazelor, ceea ce face ca o perturbatie a presiunii intr-un punct sa se propage rapid la punctele vecine. Astfel, in aer viteza sunetului este de 330-350 m/s, iar in apa este de 1400-1500 m/s.

Cunoasterea precisa a vitezei sunetului in apa este importanta intr-o serie de domenii precum cartografierea acustica a fundului oceanic, aplicatii ale sonarului subacvatic, comunicatii etc. Viteza sunetului in apa depinde de o serie de parametri:

presiune (deci si adincime);

temperatura: aproximativ 4 m/s la 1C;

salinitate: aproximativ 1 m/s la 1.

Modul in care se comporta aceasta dependenta este complicat, de aceea practic se folosesc formule empirice. O astfel de formula, suficient de simpla si de precisa, este cea propusa de Kenneth V. Mackenzie in 1981:

c(t,s,z) = a₁ + a₂t + a₃t² + a₄t³ + a₅(s - 35) + a₆z + a₇z² + a₈t(s - 35) + a₉tz³,

unde t este temperatura in grade Celsius, s este salinitatea in parti la mie, iar z este adincimea in metri. Cei noua coeficienti a₁, a₂, , a₉ sint:

a = 1448,96; a₂ = 4,591; a₃ = -5,30410^-2; a₄ = 2,37410^-4; a₅ = 1,340; a₆ = 1,63010^-2; a₇ = 1,67510^-7; a₈ = -1,02510^-2; a₉ = -7,13910^-13

Pentru parametrii t = 25C, s = 35 si z = 1000 m se obtine valoarea vitezei c = 1550,744 m/s. Eroarea de calcul a vitezei in limitele obisnuite ale parametrilor este de sub 0,2 m/s.

In solide

Intr-o bara a carei sectiune este mult mai mica decit lungimea de unda a sunetului viteza de propagare depinde de modulul lui Young si de densitatea solidului:

De exemplu, intr-o bara de otel viteza sunetului este de aproximativ 5100 m/s.

Cind dimensiunile transversale ale mediului devin comparabile cu lungimea de unda aceasta formula nu mai este corecta, viteza reala fiind mai mare. Pentru o bara cu sectiunea transversala mult mai mare decit lungimea de unda modulul lui Young trebuie inlocuit cu modulul undei plane, M, care se poate calcula din modulul lui Young si coeficientul lui Poisson, :

Viteza de propagare a sunetului calculata astfel este mai mare. De exemplu otelul are un coeficient Poisson de aproximativ 0,3, ceea ce face ca viteza sunetului intr-un bloc de otel sa fie de aproximativ 5900 m/s.

Surse sonore

Orice corp care vibreaza poate servi ca sursa de unde elastice in mediul in care se afla, adica poate fi o sura sonora. Sunetele se produc in corzi vibrante (vioara, corzile vocale umane), coloane de aer vibrante (orga, clarinet), placi si membrane vibrante (xilofon, difuzor, toba).

Diapazoanele sunt formate de obicei dintr-o furca facuta din otel, prelucrata cu multa grija pentru a avea peste tot aceeasi sectiune. Ea se aseaza pe o cutie de rezonanta deschisa la un capat si facuta din lemn de brad, cu fibrele cat mai regulate. Lungimea ei se calculeaza in asa fel incat sa cuprinda un sfert al lungimii de unda. Diapazonul se excita prin lovire, cu un ciocan de lemn sau cauciuc. Uneori i se adapteaza un dispozitiv de intretinere electrica la fel cu acela folosit pentru sonerii. Odata construit diapazonul trebuie etalonat, ca sa-i cunoastem frecventa de oscilatie.

Fluierul: este bine cunoscut, si nu are nevoie de o descriere speciala. Mentionam numai fluierul lui Galton. El produce sunete foarte inalte si ne serveste ca sa masuram limita de percepere a acestor sunete. Frecventa poate fi variata, lungind sau scurtand coloana de aer in niste suruburi micrometrice.

Coardele sau strunele : folosite in instrumentele muzicale, sunt facute de obicei din metal sau din mate de oaie uscate si rasucite. Le putem face sa vibreze prin percutie, lovire(tambal) prin piscare( chitara, harfa, mandolina), sau prin frecare(violina, violoncel, contrabas)

Tuburile sonore : au aplicatii numeroase la instrumente muzicale: orga sau instrumente de suflat, dar teoria lor este destul de complicata. Ele sunt folosite pentru anciile principalelor instrumente, si sunt facute din bucati intregi de lemn de trestie.

Sirenele: ele sunt formate dintr-un disc metalic, care se roteste in fata unui orificiu prin care vine un curent de aer, si are o serie de gauri periferice. Intreruperea si deschiderea periodica a curentului, produce un sunet, al carui frecventa este data de produsul dintre numarul gaurilor si numarul de rotatii pe secunda. Cantecul caracteristic alo turbinelor si motoarelor de turatie provine dintr-un fenomen analog. In laboratoare, sirenele nu mai au decat o insemnatate istorica, de cand tuburile electronice ne permit sa producem orice frecvente fixe sau variabile, in conditii mult mai avantajoase. Domeniul lor se limiteaza acum numai la semnalizarile acustice, in aer sau in apa, fiindca pun in joc energii acustice foarte mari.

1.Tuburile sonore

Tuburile constituie o parte principala pentru instrumentele de suflat, avand rolul rezonatorului. Sursa sonora propriu-zisa o constituie ancia prin care se produce oscilatia aerului care formeaza unde stationare in tubul sonor. Modul cum se formeaza componentele sunetului in tuburi deschise sau inchise este redat in figura 1, a si b. 

Ventrul se formeaza intotdeauna la ancie. Componentele sunetului se obtin , pentru tubul deschis, din relatia : ν_n = vn/2l, iar pentru tubul inchis din relatia : ν_n = v(2n-1)/4l.

Intr-un tub deschis frecventa fundamentala corespunde (aproximativ) unui ventru al elongatiilor la fiecare capat si unui nod al elongatiilor in mijlocul tubului .Prin urmare intr-un tub deschis frecventa fundamentala este v/2l si sunt prezente toate armonicile.

Intr-un tub inchis, capatul inchis este un nod al elongatiilor. Frecventa fundamentala este v/4l ceea ce constituie jumatate din frecventa fundamentala a unui tub deschis de aceeasi lungime. Singurele

tonuri superioare prezente sunt cele care dau un nod al elongatiilor la capatul inchis si un ventru la capatul deschis.

Sunt prezente numai armonicile impare. Inaltimea sunetelor date de un tub deschis este deci diferita de cea a unui tub inchis.  

2.Coardele sonore :

Se considera o coarda de lungime l, fixata la ambele capete. Daca ea este ciupita, se vor propaga vibratii transversale de-a lungul corzii; aceste perturbatii se reflecta pe capetele fixe si se formeaza astfel o unda stationara. Modurile proprii de vibratie ale corzii sunt astfel excitate si aceste vibratii dau nastere unor unde longitudinale in aerul inconjurator care le transmite pana la urechile noastre ca un sunet muzical.

Cand excitam vibratii in aceasta coarda in locurile in care este fixata coarda, adica la capetele ei, se formeaza noduri; iar la mijlocul coardei se va forma un ventru. Acestei vibratii ii corespunde o anumita frecventa ν₁.

Dar, in afara de aceasta unda stationara , se poate stabili in coarda o unda stationara cu trei noduri : doua la capetele coardei si unul la mijloc . Acestei vibratii ii corespunde frecventa ν₂, de 2 ori mai mare decat frecventa ν₁ a primei vibratii. Tot astfel se pot stabili unde stationare cu patru noduri de frecventa ν₃, etc. Asadar aceeasi coarda poate emite vibratii sonore nu numai cu frecventa fundamentala ν₁, ci si cu asa-anumitele armonice superioare (tonuri superioare) de frecvente ν_k=(k+1)ν₁, unde k este un numar intreg. Tonurile superioare ale caror frecvente sunt multipli intregi ai frecventei fundamentale, formeaza o serie armonica. Fundamentala este prima armonica. Frecventa 2ν₁ este primul ton superior sau a doua armonica, frecventa 3ν₁ este al doilea ton superior sau a treia armonica s.a.m.d.

Daca coarda este initial deformata astfel incat forma sa este aceeasi ca a uneia dintre armonicile posibile, ea va vibra cu frecventa acelei armonici particulare, daca este lasata libera.

Coarda sonora este sursa sonora pentru toate instrumentele cu corzi. Toate aceste instrumente emit sunete atat direct, cat si prin cutia de rezonanta care are o importanta esentiala pentru timbrul sunetului.

Intensitatea sunetului emis este determinata de amplitudinea vibratiilor sistemului sonor. Totusi, in unele cazuri, sursa de vibratii nu da un sunet intens, chiar in cazul amplitudinilor mari. De exemplu, daca intindem o coarda intre doua cleme tari si o lovim, vom obtine un sunet foarte slab. De asemenea, daca lovim un diapazon si il tinem in mana, sunetul aproape ca nu se aude. Aceasta se explica prin faptul ca, in cazurile mentionate coarda vibranta sau piciorul diapazonului provoaca doar fluxuri turbionare inchise in aerul din vecinatate si nu formeaza comprimari si dilatari ale aerului care duc la aparitia unei unde longitudinale sonore. Legatura dintre sistemul care vibreaza si aerul inconjurator este insuficienta si sistemul radiaza slab. Pentru marirea radiatiei, trebuie sa cream conditii in care aparitia miscarilor turbionare sa fie dificila. In legatura cu aceasta, diapazoanele, pentru a li se intari sunetul, se monteaza pe cutii de lemn, iar la instrumentele muzicale (vioara, violoncel), coardele se fixeaza pe suprafete de lemn numite capace. Vibratiile coardei se transmit suprafetei mari a capacului, in jurul carora fluxurile de aer inchise devin imposibile. In vecinatatea

capacului se formeaza unde de compresie si dilatare, care dau nastere unui sunet intens. Acelasi rol il joaca si capacul pianului. Intensificarea radiatiei explica si cresterea intensitatii sunetelor in cazul rezonantei sistemului.

Instrument muzical

Un instrument muzical este un obiect, construit cu aceasta intentie, preluat din alt domeniu de utilizare sau cules din natura, folosit pentru a emite vibratii sonore ordonate intr-o maniera specifica logicii fiintelor omenesti, numita muzica. Studiul academic al instrumentelor muzicale este cunoscut sub denumirea de organologie.

Instrumente muzicale cu coarde

Instrumentele muzicale cu coarde sunt instrumente care folosesc in mod fundamental o cutie de rezonanta si un anumit numar de coarde, acordate in diferite tonalitati si produc astfel sunetele muzicale, prin diferite modalitati.

Clasificarea instrumentelor muzicale cu coarde

Prin frecare

1.Cu arcus

Familia de instrumente cu arcus cea mai raspandita astazi este familia viorii, dar in trecut au existat si alte familii, precum cea a violei da gamba (revenita intr-o oarecare masura in atentia muzicienilor, prin utilizarea unor astfel de instrumente in formatiile de muzica veche).

Vioara

Vioara este cel mai important dintre instrumentele cu coarde si arcus, avand acordajul cel mai inalt.

Principalele sale elemente sunt cutia perforata de doua f-uri, eclisele, fundul, inima viorii si gatul pe care este fixat pragusul; cele patru coarde sunt intinse de rotatia cuielor de abanos. Sonoritatea viorii este mai stralucitoare, de o bogatie mai diversa decat bogatia violei, ceea ce explica in acelasi timp succesul sau crescand si lunga neincredere fata de ea.

Viola

Viola este un instrument muzical cu coarde si cu arcus din familia viorii, dar de dimensiuni ceva mai mari, intermediare intre cele ale viorii si ale violoncelului.

• Violoncel

Violoncelul este un instrument muzical cu coarde si arcus din familia viorii, dar de dimensiuni mult mai mari si cu un registru mai grav. Se tine vertical, intre genunchi, sprijinit pe podea cu un picior (de metal sau lemn) cu varf ascutit.

• Contrabas

Contrabasul este cel mai mare si cel mai grav ca sonoritate instrument cu coarde si arcus.

• Viola da braccio
• Viola da gamba
• Viola d'amore
• Vioara cu goarna (vioara Stroh)
• Baryton
• Cheman

2.Cu o roata

Prin ciupire

Cu degetele

• Lauta

Usor de recunoscut dupa cutia de rezonanta bombata, gatul destul de scurt si cheile dispuse in unghi drept, lauta dispune de 6 coarde duble.

• Vihuela

Vihuela, instrument iesit din uz, a fost foarte la moda in Spania, ramasa in urma lautei. Repertoriul ce ii este consacrat este departe de a fi neglijabil.

• Chitara

Chitara, ca instrument clasic isi are originea in Spania de unde s-a raspandit in restul Europei. Este un instrument format din sase coarde care emit sunete prin ciupire cu degetele.

• Sitar
• Teorba
• Titera
• Lira
• Timpanon

3.Cu mecanism de claviatura

• Clavecin

Clavecinul este format dintr-o cutie continand o tabla armonica pe care sunt intinse corzile. Apasand pe o clapa, executantul face sa se ridice o limba de lemn plasata langa coarda si prevazuta cu un cioc din piele; acest cioc ciupeste coarda si o face sa vibreze, asa cum degetul ciupeste si face sa vibreze coarda chitarei.

Prin apasare

4.Cu baghete

• Tambal
• Clavicord

5.Cu mecanism de claviatura

• Pian
• Pianoforte
• Pianina

Instrumente de suflat

Instrumentele de suflat (numite si suflatori) functioneaza pe baza unui sistem de clape, de obicei placate cu argint, care atunci cand sunt apasate sau eliberate, permit aerului suflat de catre instrumentist sa treaca in diferite cantitati, rezultand note de diferite intensitati.

Suflatori din lemn (lemne)

• Flaut

Flautul este un instrument de suflat, odinioara construit din lemn, astazi placat cu argint sau in cazurile mai extravagante aur, ingust, tinut orizontal chiar sub gura si activat prin suflarea de aer printr-o deschidere de la unul din capetele instrumentului.

• Blockflte
• Oboi
• Corn englez
• Clarinet

Clarinetul este un instrument muzical de suflat, in forma de tub cilindric, de lemn largit la un capat si cu ancie simpla.

• Fagot

Fagotul este un instrument muzical de suflat din lemn, cu registru grav si timbru nazal, alcatuit dintr-un tub lung si un tub suplimentar indoit la capat, terminat cu o ancie dubla, asemanatoare cu cea a oboiului.

• Nai

Suflatori din alama (alamuri)

Instrumentele de alama sunt activate tot prin suflarea aerului in ele, dar in loc sa foloseasca o forma de ancie peste care este asezata gura, buzele sunt plasate pe sau intr-o ventuza a unei piese de suflat de metal, facand-o sa vibreze.

• Trompeta
• Corn francez
• Trombon
• Tuba

Tuba este cel mai grav instrument de suflat din alama din orchestra simfonica. Este format dintr-un pavilion larg, un tub rasucit si un mecanism de pistoane.

• Goarna
• Fligorn
• Eufoniu

Suflatori cu structura complexa

• Orga

Orga este un instrument in care sunetele sunt produse de vibratia unei coloane de aer suflat mecanic in tuburi acordate, asemanatoare unor fluiere.

• Acordeon
• Armonica
• Bandoneon
• Concertina

Instrumente de percutie

Instrumentele de percutie sunt definite ca instrumente ale caror suprafata de rezonanta este lovita de catre muzician, fie cu mana, fie cu baghete (bete). Instrumentele de percutie se impart in acordabile, care au o intensitate a sunetului bine definta sau o serie de intensitati si autofone, care produc sunetele exclusiv prin punerea in vibratie a propriului lor corp, fara interventia unor parti auxiliare (corzi, membrane).

Instrumente de percutie acordabile

• Timpan

Timpanul este format dintr-o membrana intinsa pe o emisfera de metal.

• Xilofon

Xilofonul este alcatuit dintr-un sistem de placi de lemn acordate diferit, care rasuna cand sunt lovite cu niste ciocanase de lemn.

• Celesta

Celesta este un instrument cu claviatura de tipul pianului, la care sunetul, cu timbru dulce si cristalin, se produce prin lovirea unor placi metalice cu ciocane de lemn.

• Vibrafon

Vibrafonul este un instrument de percutie format din placi de metal asezate deasupra unor tuburi de rezonanta in care elice, actionate electric, prelungesc vibratia si amplifica sunetul produs prin lovirea placilor cu baghete.

• Clopote
• Marimbafon

Marimbafonul este un instrument asemanator xilofonului fiind folosit in Africa Centrala si America de Sud. A fost preluat si in orchestrele simfonice.

Instrumente de percutie autofone

• Toba mare
• Toba mica
• Talgere (cinele)
• Trianglu

Trianglul (sau triunghiul forma iesita din uz), este format dintr-un cadru metalic triunghiular suspendat care este lovit cu o bagheta metalica.

• Castaniete

Castanietele sunt instrumente de origine spaniola, formate din doua piese de lemn in forma de cochilii legate intre ele.

• Gong

Gongul este un instrument originar din Asia, format dintr-un disc de metal usor bombat, suspendat de un cadru.

• Tam-tam
• Talanga
• Maracas
• Dramba

Alte instrumente autofone

Bici

Frunza (catalogata si ca instrument de suflat, ca o ancie rudimentara)

Zbarnaitoare

Nicovala

Instrumente de percutie complexe

• Baterie

Instrumente electronice

Instrumente cu ajutorul carora sunt create un numar de efecte care aproximeaza sunetele provenite de la oricare din instrumentele de mai sus, dar care pot produce si sunete originale. In acesta categorie de instrumente sunt orga electronica si sintetizatorul.

• Teremin
• Orga electronica
• Sintetizator

Exemple de instrumente muzicale:

Anatomia unei placi de Sunet.Producerea Sunetului

Cum functioneaza o placa de sunet. Arhitectura Standard de Industrie placa de sunet pe 16 biti

Vocea din calculatorul tau care te anunta cand ai primit un nou e-mail este facuta posibila cu ajutorul placii de sunet. De dinaintea aparitii placii de sunet, calculatoarele personale erau limitate la beep-uri dintr-un mic difuzor de pe placa de baza. Spre sfarsitul anilor 80, placile de sunet au inceput sa lucreze in calculatorul multimedia si au dus jocurile pe calculator la un nivel total diferit.

In 1989, Creative Labs a introdus placa de sunet Creative Labs SoundBlaster. De atunci, multe alte companii au introdus placi de sunet, iar Creative a continuat sa perfectioneze placile Sound Blaster.

Anatomia unei placi de Sunet

O placa de sunet contine:

Un procesor de semnal digital (DSP) care controleaza computatiile

Un convertor digital-analog (ADC) pentru audio ce intra in calculator

Memorie read-only (ROM) sau memorie Flash pentru stocare de date

Interfata pentru instrumente muzicale digitale (MIDI) pentru conectarea echipamentelor muzicale externe (pentru majoritatea placilor, game portul este folosit de asemenea pentru conectarea unui adaptor MIDI extern)

Jack-uri pentru conectarea difuzoarelor si microfonului, la fel si alte intrari si iesiri

Un game port pentru conectarea a unui joystick sau gamepad

Placile de sunet curente deobicei se instaleaza in slot-ul PCI, pe cand altele mai vechi si ieftine se instaleaza pe bus-ul ISA. Multe din calculatoarele din ziua de azi incorporeaza placa de sunet ca un chipset direct pe placa de baza. Aceasta lasa un slot liber pentru alte periferice. SoundBlaster Pro este considerata factorul standard pentru placile de sunet. Aproape toate placile de sunet de pe piata in ziua de azi includ cel putin compatibilitate cu SoundBlaster Pro.

Creative Labs SB4740 Sound Blaster 16 PCI

Deseori, diferite marci de placi de sunet de la producatori diferiti folosesc acelasi chipset. Chipset-ul de baza vine de la un producator de chipset-uri. Producatorul de placi de sunet adauga diferite functiuni si programe pentru a putea diferentia produsele lor.

Placile de sunet pot fi conectate la:

• casti

• difuzoare cu amplificator

• sursa de intrare analogica

• microfon
• radio
• deck cu caseta
• CD player
• sursa de intrare digitala      

• caseta audio digitala (DAT)

• CD-ROM

• sursa de iesire analogica deck cu caseta

• sursa de iesire digitala

• DAT

• CD inscriptibil (CD-R)

Cateva din placile de sunet foarte performante ofera iesiri pentru 4 difuzoare si o interfata de iesire digitala printr-o mufa. Pentru audiofili, exista o noua generatie de placi de sunet digitale. O placa de sunet digitala este practic pentru aplicatii care au nevoie de sunet digital, cum ar CD-R si DAT. Ramanand digital fara conversie de la sau catre analog ajuta sa previna ceea ce este numit pierdere generationala. Placile de sunet digitale au intrari si iesiri digitale, pentru a putea transfera date de pe DAT, DVD sau CD direct pe hard disk-ul din calculator.

In mod normal, o placa de sunet poate sa faca 4 lucruri cu sunet:

• sa reproduca muzica inregistrata, (de pe CD-uri sau fisiere audio, cum sunt wav sau MP3), de la jocuri sau de pe DVD-uri

• sa inregistreze audio in diferite formate media de pe diferite surse externe (microfon sau deck de caseta)

• sa sintetizeze sunete

• sa proceseze sunete existente

DAC (controler audio digital) si ADC-ul (convertor analog-digital) aduc modul pentru transmiterea in si in afara placii de sunet in timp ce DSP-ul (procesor de sunet digital) supravegheaza procesul. DSP-ul se mai ocupa si oricare alta alteratie a sunetului, cum ar fi ecoul sau sunetul 3D. Din cauza ca DSP-ul se concentreaza la procesarea sunet-ului, procesorul principal al calculatorului se poate ocupa cu alte treburi.

Placile de sunet vechi foloseau sintetizator FM pentru a crea sunete. Sintetizatorul FM ia tonuri de frecvente variate si le combina pentru a crea o aproximatie a unui anumit sunet, cum ar fi cel a unei trompete. In timp ce sintetizatorul FM s-a dezvoltat pana la punctul in care suna foarte realist, el nu se compara cu sintetizatorul wavetable. Sintetizatorul wavetable functioneaza prin inregistrarea unei mici parti din sunetul instrumentului actual. Aceasta parte este cantata in continuu pentru a suna exact ca instrumentul inregistrat cu o acuratete incredibila. Sintetizatorul wavetable a devenit noul standard pentru majoritatea placilor de sunet, dar unele marci ieftine inca mai folosesc sintetizatorul FM. Putine placi de sunet le includ pe ambele.

Placile de sunet foarte sofisticate au un suport mai mare pentru instrumente MIDI. Folosind un program de muzica, un instrument echipat cu MIDI poate fi atasat la placa de sunet pentru a-ti permite sa vezi pe ecran notele muzicale a melodiei tale.

Producerea Sunetului

Sa zicem ca vorbesti in microfonul calculatorului tau. Placa de sunet creeaza un fisier audio in format wav din intrarea de date din microfon. Procesul de transformare a acelui sunet intr-un fisier ce va fi inregistrat pe calculator este:

1. Placa de sunet primeste in continuu, sunet analog (in forma unor valuri) din jack-ul de intrare de microfon. Semnalele analogice primite variaza si in amplitudine si in frecventa.

2. Software-ul din calculator selecteaza care intrari vor fi folosite, depinzand daca sunetul este mixat cu un CD din CD-ROM.

3. Semnalul analog in forma de val mixat este procesat in timp-real de un convertor analog- digital (ADC), creand o iesire binara (digitala) de 0-uri si 1-uri.

4. Iesirea digitala de la ADC trece in DSP. DSP-ul este programat de o serie de instructiuni stocate intr-un alt chip de pe placa de sunet. Una din instructiunile DSP-ului este sa compreseze informatia digitala pentru a pastra spatiu liber. DSP-ul mai lasa si procesorului calculatorului sa lucreze alte informatii in timp ce acesta lucreaza.

5. Iesirea din DSP este transmisa in bus-ul de date al calculatorului prin modul de conectare a placii de sunet.

6. Informatia digitala este procesata de procesorul calculatorului si trimis catre controlerul hard-disk-ului. Apoi este trimis pe hard-disk ca un fisier wav inregistrat.

Pentru a asculta un fisier wav inregistrat, procesul este pur si simplu inversat:

1. Informatia digitala este citita de pe hard disk si trimisa catre procesorul central.

2. Procesorul central trimite apoi informatia catre DSP-ul de pe placa de sunet.

3. DSP-ul decompreseaza informatia digitala.

4. Informatia digitala decompresata din DSP este procesata in timp real de catre circuitul convertorului digital-analog (DAC), creand un semnal analog pe care il auzi in casti sau in difuzoare, depinzand de ce este conectat in jack-ul de iesire a placii de sunet.

Relatii energetice

Intensitatea sonora (I) = energia acustica care trece prin unitatea de suprafata in unitatea de timp:

        forta deplasare             p_ef²     p_ef²
I = __________________ = pv = ____ (30)
        suprafata timp        Z_o     ρc

Ultima relatie este valabila pentru orice tip de unda.

Nivelul presiunii sonore (sound pressure level, SPL) = logaritmul zecimal al raportului dintre presiunea acustica masurata si presiunea acustica de referinta p_o=210⁵ Pa (presiune minima audibila la 1kHz):

L_p = log₁₀(p/p_o) [in B, Bell-i] = 20log₁₀(p/p_o)     [in dB]     (31)

Nivelul intensitatii sonore = logaritmul zecimal al raportului dintre intensitatea acustica masurata si intensitatea acustica de referinta, intensitatea minima audibila la 1000 Hz, I_o=10¹² W/m²:

L_I = log₁₀(I/I_o) [in B, Bell-i] = 10log₁₀(I/I_o)         [in dB]         (32)

Nivelul unui sunet dat este acelasi in decibeli (dB) indiferent de faptul ca este exprimat ca nivel de presiune sau ca nivel de intensitate sonora.

Exemple

La cresterea cu 20 dB a nivelului intensitatii, intensitatea acustica a crescut de 100 de ori:

∆ L = L₂ L₁ = 10log(I₂ /I₁) = 10log100=20 dB

I₂ = I₁10 ^{dL(dB) /10}         (33)

iar presiunea sonora de 10 ori:

∆ L = L₂ L₁ = 20log(p₂ /p₁) = 20log10=20 dB

p₂ = p₁10 ^{dL(dB) / 20}         (34)

Nivelul acustic (loudness level) este dat in decibeli acustici dB(A) (=Foni) si reprezinta curbe de egala senzatie auditiva.

Nivelul intensitatii (dB) functie de frecventa si nivelul acustic (dB_A)

Figura 2. Curbele de nivel acustic functie de frecventa.
 

Conservarea energiei ne asigura ca puterea 'P' a sursei punctiforme ce emite izotrop (la fel pe toate directiile spatiului) se leaga de intensitatea sonora 'I' la distanta 'r' de sursa prin relatia:

P = I4л r ² I=P/(4л r ²) [I]_SI = W/m² (35)

Intensitatea undei sferice se leaga de presiunea sonora 'p' prin relatia:

I= p²/(ρ c) (36)

de unde presiunea sonora efectiva este:

p = [Pρ c/(4л )]^1/2 / r (37)

Daca sursa emite doar intr-o jumatate a spatiului (oscileaza intr-un perete) unghiul solid sub care emite este doar 2 si relatia devine:

P = I2л r ² I=P/(2л r ²) (38)

Cand sursa oscileaza pe muchia dintre doi pereti unghiul solid sub care emite este  si :

I=P/(л r ²) (39)

Cand sursa este plasata intr-un colt al camerei unghiul solid sub care emite este  /2 si :

I=2P/(л r ²) (40)

Densitatea energiei sonore (E) = energia undei din unitatea de volum

E = I/c [J/m³] pentru unda plana (41)

Pentru o unda plana avem relatiile:

I= p²/(ρc) si v =p/(ρ c) deci I= v²ρ c = ω²x²ρ c (42)

Aici produsul 'ρ c' este impedanta acustica specifica a mediului care pentru aer la 20^oC si 760 mm Hg are valoarea:

ρc = 1,21 kg/m³ 344m/s = 416 kg/(sm²)

Bibliografie

        A.Hristev - Mecanica si acustica, editura Didactica si pedagogica,Bucuresti,1982

        M.Scheffel;P.Stiuca - Dispozitive cu ultrasunete, editura Tehnica,Bucuresti,1989

        M.Gafitanu;Virgil Focsa;Vasile Merticaru;Leopold Biborosch Vibratii si Zgomote, editura Junimea,Bucuresti,1980

        Carsium,M.A.;Postelnicu M. - Indreptar de cultura generala, editura Porto-Franco,1993.

        Dorobont,A.;Costin,A. - Poluarea sonora si civilizatia contemporana, editura Tehnica,Bucuresti,1982.

        Ursoniu,C;Dumitrescu C. - Poluarea sonora si consecintele ei, editura Faclia,1976.

        https://ro.wikipedia.org/

        https://users.utcluj.ro