Intensitatea și volumul sunetelor

Intensitatea sunetelor

Intensitatea sunetului, cunoscută și sub denumirea de intensitate acustică, este definită ca fiind puterea purtată de undele sonore pe unitatea de suprafață într-o direcție perpendiculară pe acea suprafață. Unitatea SI de intensitate, care include intensitatea sunetului, este watt pe metru pătrat (W/m²). O aplicație este măsurarea zgomotului intensității sunetului în aer la locația ascultătorului ca o cantitate de energie sonoră.

Intensitatea sunetului este diferită de presiunea sunetului. Auzul este sensibilă direct la presiunea acustică, care este legată de intensitatea sunetului. În electronica audio de consum, diferențele de nivel se numesc diferențe de „intensitate”, dar intensitatea sunetului este o cantitate definită în mod specific și nu poate fi detectată de un microfon simplu. Rata la care energia sunetului trece printr-o unitate de suprafață perpendicular pe direcția propagării undelor sonore se numește intensitatea sunetului.

Definiție matematică

Intensitatea sunetului, notată I, este definită de

I = p v

unde p este presiunea acustică; v este viteza particulelor.

Atât I cât și v sunt vectori, ceea ce înseamnă că ambii au atât o direcție, cât și o magnitudine. Direcția intensității sunetului este direcția medie în care curge energia.

De asemenea,

Intensitatea sunetului = 2π²n²A²ρv

unde n este frecvența sunetului, A este Amplitudinea undei sonore, v este viteza sunetului, și ρ este densitatea mediului în care sunetul se deplasează.

Pentru o undă sonoră sferică, intensitatea în direcția radială ca funcție de distanța r de la centrul sferei este dată de

I(r) = P/A(r) = P/4πr²,

unde P este puterea sonoră; A(r) este aria unei sfere de rază r.

Nivelul intensității sonore, sau intensitatea acustică, este nivelul (o cantitate logaritmică) a intensității sunetului față de o valoare de referință.

O metodă de măsurare a intensității sunetului implică utilizarea a două microfoane situate aproape unul de celălalt, în mod normal în direcția fluxului de energie sonoră. Un analizor de semnal este utilizat pentru a calcula puterea transversală între presiunile măsurate și intensitatea sunetului derivată din (proporțional cu) partea imaginară a puterii transversale.

Volumul sonor (Loudness)

(Axa orizontală arată frecvența în Hz)

În acustică, volumul sonor este percepția subiectivă a presiunii acustice. Mai formal, se definește ca: „Acel atribut al senzației auditive în termenii căruia sunetele pot fi ordonate pe o scară care se extinde de la liniștit la zgomotos”. Relația atributelor fizice ale sunetului cu volumul sonor perceput constă în componente fizice, fiziologice și psihologice. Studiul volumului sonor aparent este inclus în tema psihoacustică și utilizează metode de psihofizică.

În diferite industrii, volumul sonor poate avea semnificații diferite și diferite standarde de măsurare. Unele definiții, cum ar fi LKFS, se referă la volumul sonor relativ al diferitelor segmente ale sunetelor reproduse electronic, cum ar fi pentru radiodifuziune și cinema. Altele, cum ar fi ISO 532A (volumul sonor Stevens, măsurat în soni), ISO 532B (volumul sonor Zwicker), DIN 45631 și ASA/ANSI S3.4, au un domeniu de aplicare mai general și sunt adesea folosite pentru a caracteriza volumul sonor al zgomotului ambiental.

Volumul sonor, o măsură subiectivă, adesea a fost confundată cu măsurarea fizică a puterii sonore, cum ar fi presiunea acustică, nivelul presiunii acustice (în decibeli), intensitatea sunetului sau puterea sonoră. Filtrele, cum ar fi A-weighting și ITU-R BS.1770, încearcă să compenseze măsurătorile pentru a corespunde cu volumul sonor perceput de omul tipic.

Explicaţie

Percepția volumului sonor este legată de nivelul presiunii sunetului, conținutul de frecvențeă și durata sunetului. Relația dintre nivelul presiunii sunetului și volumul sonor al unui singur ton poate fi aproximată de legea puterii lui Stevens în care nivelul presiunii sunetului are un exponent al 0.67. Măsurătorile mai precise indică faptul că volumul sonor crește cu un exponent mai mare la niveluri scăzute și înalte și cu un exponent mai scăzut la niveluri moderate.

Sensibilitatea urechii umane se modifică ca o funcție a frecvenței, așa cum se arată în graficul volumului sonor de intensitate egală. Fiecare linie de pe acest grafic prezintă nivelul presiunii sunetului necesar pentru ca frecvențele să fie percepute ca de volum egal, iar diferite curbe se referă la diferite niveluri de presiune a sunetului. De asemenea, arată că oamenii cu auz normal sunt cei mai sensibili la sunete în jurul valorii de 2-4 kHz, sensibilitatea scăzând în ambele părți ale acestei regiuni. Un model complet al percepției de intensitate va include integrarea nivelului presiunii sunetului după frecvență.

Din punct de vedere istoric, volumul sonor a fost măsurat folosind un audiometru cu „echilibrare după ureche”, în care amplitudinea unei unde sinusoidale a fost ajustată de către utilizator pentru a echivala volumul sonor perceput al sunetului evaluat. Standardele contemporane pentru măsurarea volumului sonor se bazează pe sumarea energiei în benzile critice.

Compensare și normalizare

Controlul „volumului sonor” asupra unor aparaturi audio stereo de consum modifică curba de răspuns a frecvenței pentru a corespunde aproximativ cu caracteristica volumului sonor a sunetului. Compensarea volumului sonor este destinată să facă sunetul muzicii înregistrată mai natural atunci când este redat la un nivel inferior prin creșterea frecvențelor joase, la care urechea este mai puțin sensibilă la niveluri mai scăzute ale presiunii acustice.

Normalizarea volumului sonor este un tip specific de normalizare audio care egalizează nivelul perceput astfel încât, de exemplu, reclamele să nu sune mai tare decât programele de televiziune. Există scheme de normalizare a volumului sonor pentru o serie de aplicații audio.