Właściwości dźwięku

Dźwięk – wrażenie słuchowe, spowodowane falą akustyczną rozchodzącą się w ośrodku sprężystym (ciele stałym, cieczy,gazie). Częstotliwośc i fal, które są słyszalne dla człowieka, zawarte są w paśmie między wartościami granicznymi od ok. 16 Hzdo ok. 20 kHz.

Wysokość dźwięku  W muzyce, częstotliwość tonu podstawowego. Wysokość dźwięku zależna jest od ilości drgań na sekundę: im większa częstotliwość drgań, tym wyższy jest dźwięk.

Częstotliwość Wielkość fizyczna określająca liczbę cykli zjawiska okresowego występujących w jednostce czasu. W układzie SI jednostką częstotliwości jest herc (Hz). Częstotliwość 1 herca odpowiada występowaniu jednego zdarzenia (cyklu) w ciągu 1 sekundy. Najczęściej rozważa się częstotliwość w ruchu obrotowym, częstotliwość drgań, napięcia, fali.

Głośność Cecha wrażenia słuchowego, która umożliwia odróżnianie dźwięków cichszych i głośniejszych. Zwana również czasem amplitudą lub siłą ludzkiego głosu[. Jest pojęciem psychoakustycznym i nie może być utożsamiana z parametrami fizycznymi, chociaż od nich zależy, np. od ciśnienia, struktury widmowej, czasu trwania. Wrażenie głośności określa się przez poziom głośności w fonach lub przez głośność w sonach.

Barwa dźwięku Cecha dźwięku, która pozwala odróżnić brzmienia różnych instrumentów lub głosu. Uzależniona jest od ilości, rodzaju i natężenia tonów składowych, ponieważ jest związana ze spektrum harmonicznym. Barwa danego instrumentu może zmieniać się nieznacznie w zależności od: sposobu wzbudzania drgań (pociągnięcie smyczkiem, szarpnięcie lub uderzenie) siły wzbudzenia (zatem i głośności dźwięku) częstotliwości (różne struny mogą wydawać dźwięki nieco różniące się barwą) zmian w czasie (obwiednia dźwięku)

Natężenie dźwięku Miara energii fali akustycznej, której jednostką jest W/m2. Jest ona równa średniej wartości strumienia energii akustycznej przepływającego w czasie 1 s przez jednostkowe pole powierzchni (1 m2) zorientowanej prostopadle do kierunku rozchodzenia się fali.

Widmo akustyczne (widmo dźwięku) Rozkład natężenia składowych dźwięku w zależności od częstotliwości tych składowych. Widma uzyskuje się metodami spektroskopii lub jako wynik analizy fourierowskiej przebiegu falowego dźwięku.

Rodzaje zniekształceń Drgania cząstkowe Jak każdy wie, membrana głośnika porusza się do przodu i tyłu z jednakową amplitudą drgań na całej swojej powierzchni. Jednak w praktyce sprawa jest bardziej skomplikowana. W materiale membrany, jakikolwiek on by nie był, rozchodzą się fale, które rozchodzą się od jej centralnej części aż do obrzeża. Tam fale odbijają się, zarazem nakładają się na fale biegnące i w ten sposób mogą powstać fale stojące w membranie, czyli tzw. drgania własne. Przy okazji pewna część powierzchni membrany przesuwa się do przodu, a pozostała część do tyłu. Efektem tego zjawiska jest zanik emisji dźwięku, a jego położenie zmienia się wraz z częstotliwością i przez to uzyskujemy nierównomierną charakterystyka częstotliwościową głośnika, zwłaszcza w zakresie dużych częstotliwości. Zniekształcenia liniowe amplitudowe Zniekształcenia amplitudowe to łatwe do zauważenia przez słuchacza niedoskonałości brzmienia, gdy wyemitowane ciśnienie akustyczne jest w sposób odczuwalny uzależnione od częstotliwości, a więc dźwięk o różnej częstotliwości odtwarzany jest z różnymi amplitudami. Na przykład zbyt duża "ilość" niskich tonów. Trzeba wziąć pod uwagę, że zniekształcenia takie powodowane mogą być nie tylko przez głośnik, ale i przez samo pomieszczenie, w którym dokonuje się odsłuchu.

Rodzaje zniekształceń Zniekształcenia nielinearne Zniekształcenia te pojawiają się, gdy wychylenie membrany może być tak duże, że cewka opuszcza jednorodne pole magnetyczne, albo zawieszenie może mechanicznie ograniczać wychylenie. Wtedy wierzchołki wychylenia zostają spłaszczone. Pojawiają się wyższe harmoniczne będące wielokrotnościami tonu podstawowego. Ze względu na niedoskonałość ludzkiego ucha przy normalnej muzyce nie reaguje ono zbyt mocno na tego typu zniekształcenia, gdyż każdy dźwięk składa się z tonu podstawowego i harmonicznych. Słyszalne będą na poziomie od 1 – 5%, w zależności od rodzaju muzyki. Interferencje Z interferencją mamy do czynienia w przypadku, gdy spotkają się dwie fale i zgodnie z położeniem wierzchołków lub dolin fali wzmacniają się lub znoszą. Jest to częsty problem z jakim zmagają się konstruktorzy zestawów wielodrożnych, w których pod pewnym kątem składowe dźwięku mogą się całkowicie znosić, ponieważ mają do przebycia różne drogi. Jest to tzw. przesunięcie fazowe. Następstwem tego zjawiska jest nierówny przebieg charakterystyki częstotliwościowej, co objawia się zniekształceniami brzmienia. Im bardziej oddalone są poszczególne membrany głośników w zestawie, tym silniej występuje ten efekt. Z tego powodu w zestawach wielodrożnych głośniki powinny być jak najbliżej siebie. Poza tym powinny być one umieszczone nad sobą, a nie obok siebie, gdyż słuchacz z reguły przemieszcza się w pioziomie względem nich.

Rodzaje zniekształceń Zniekształcenia modulacji częstotliwości (dopplerowskie) Efekt Dopplera pojawia się, jeśli z jednej membrany emitowane są tony o różnych częstotliwościach, np. w głośnikach szerokopasmowych. Jeśli membrana drga z dużym wychyleniem dla dwóch bardzo różnych częstotliwości np. 50 Hz i 1000 Hz, to patrząc od strony słuchacza źródło dźwięku tonu 1000-hercowego wędruje tam i z powrotem 50 razy na sekundę. W rezultacie powstaje modulacja częstotliwości tonu wysokiego tonem niskim. W wyniku tego ton wysoki brzmi szorstko. Efekt ten występuje tym silniej, im większe są wychylenia membrany przy mniejszych przekrojach membrany. Intermodulacja Są to jedne z najbardziej uciążliwych zniekształceń spowodowanych również przez nieliniowe ruchy cewki przetwornika. Jeśli głośnik równocześnie odtwarza dwie częstotliwości, np. 50 Hz i 1000 Hz, to wyższa częstotliwość  wyemitowana zostanie w sposób zniekształcony, jeśli ton o niższej wysokości na skutek dużego wychylenia spowoduje spłaszczenie wierzchołków ruchu membrany. Powstają przy tym następujące częstotliwości mieszane: 950 Hz oraz 1050 Hz. Zniekształcenia intermodulacyjne powstają tylko wtedy, kiedy odtwarzana jest większa ilość dźwięków o różnej częstotliwości i membrana nie może odtwarzać liniowo całego przebiegu. Zniekształcenia te można zmniejszyć przez podział zakresu częstotliwości między poszczególne głośniki za pomocą zwrotnicy.