УНИВЕРСИТЕТСКИ РЕЧНИК - ОСНОВНИ ПОНЯТИЯ

 

 

Звукът e даденост и затова ние не сме склонни да му обръщаме особено голямо внимание. Той се възприема чрез сетивото за слух, еволюирало в различните организми. Звукът, заедно с образите, е от най-важните дразнители от външния свят, чрез които човекът и животните се ориентират и комуникират.

 

Звукът е слухово усещане, породено от звуковите вълни, които се образуват във въздуха или друга среда при трептенето на пъргавите тела. Като звук може да се дефинира всяко произволно акустично явление, независимо от това дали то произхожда от един или повече източници. За да се овладее звукът е необходимо да се познават неговите характеристики, начините на изменянето му, а така също явленията, съпътстващи неговата поява и съществуване.

 

Обкръжаващият човека свят е наситен с най-разнообразни по характер и сила звуци, като се почне от почти неуловимото бръмчене на насекоми се стигне до грохота на разразила се буря. Човек общува с обкръжаващия го свят също с помощта на произвеждани или чувани от него звуци и звукосъчетания. Информацията, получена чрез звука и самото негово предназначение могат да бъдат разнородни. Така например шумът на вятъра носи информация за промяна във времето, шумът на автомобила – за неговото движение, предаването по радиото съобщава за различни прояви в обществото или създава определено настроение с излъчваната музика. Някои от звуците доставят удоволствие, други предизвикват неприятно усещане.

 

И когато човек се движи в звукова среда само рязката промяна на звуковата картина ще предизвика някаква реакция. Например – изскърцване на спирачки или взрив, или изобщо някакъв шум.

 

Така или иначе звук има навсякъде. Като се има предвид, че много от звуците са неприятни и се наричат шумове – защо ли трябва да се захващаме с описанието им. Ако тишината на нощта е раздирана от аларми или викове, от крамолата на съседски неволи или шумни дейности, свързани с ремонти – това са звуци или шумове? И ние трябва да се съобразяваме с тези шумове. Ние ги възприемаме противно на нашата воля. Ние възприемаме резултата – звука, съзнателно или несъзнателно даже и по времето за почивка.

 

Звукът, също така, може да разрушава и убива. Звук с честота 6-7 херца може да убие човек. Явлението резонанс е налице. Инфраниските честоти попадат в резонанс с костната система на човека. Или: ако хора преминават с маршова стъпка през мост, защото конструкцията на моста може да изпадне в резонанс и моста може да се срути. Или внушение за страх чрез звук. По време на концерт на Pink Floyd, се използват звуци с много ниски честоти и публиката има усещане за земетресение. Примери има много. Да не говорим за взривната вълна, която може да бъде разрушителна. Всичките звукови компоненти са подчинени на характеристиките на звука.

 

Характеристиките на звука се определят от четири параметъра: височина, сила, трайност и тембър.

 

* Височината на звука е отражение на честотата на трептене на пъргавите тела в човешкото съзнание.

* Сила или интензивност на звука е количеството звукова енергия, преминаваща през 1 квадратен сантиметър от звуковото поле за 1 секунда.

* Продължителност на времето на звучене или трайност е времето, през което звукът се чува. Трайностите на отделните тонове, например, определят музикалния ритъм – едно от най-силните изразни средства в музиката.

* Тембърът е от основно значение в характеристиките на звука, а всяка звукова картина се определя от съвкупността тембри.

 

В природата простият синусоиден звук се среща много рядко. Звукът на музикалните инструменти, човешкият глас и звуковите явления в заобикалящата човека среда са обикновено съставни звуци, чието значение може лесно да се илюстрира. Не са необходими някакви музикални познания, за да бъдат разпознати само по звука цигулката или флейтата, свирещи един и същ тон.

 

На звуковото налягане трябва да обърнем изключително голямо внимание, не само защото звукът се дефинира със звуковото налягане, което ухото приема и с което трябва да се съобразяваме. Но освен факта, че може да счупи стъкла звукът може да наруши и слуховите способности на човешкото ухо – ако се слуша с голяма сила (интензивност, ниво).

 

Звуковият или шумов източник произвежда също определена звукова енергия за единица време ( Joule/sec.).

 

Границата, от която човек започва да чува най-слабия звук, се нарича праг на чуваемост. Но пък звуковото налягане с приблизителната стойност от 100 Ра (паскала) е толкова голямо, че това е причината тази граница да се нарича праг на болката. Мерната единица за звуково налягане е, от една страна, паскал и, от друга страна, dВ (децибел). Предимството за използването на мерната единица децибел е очебийна. Линейната скала на Ра е твърде огромна, докато логаритмичната на dВ е по-ясна. Чуваемият обхват е от 0 до 130 dВ.

 

Ние сме заобиколени с най-различни източници на звук. Източници на звук са музикалните инструменти, най-различните видове говор, пеенето, тихото шумолене на листата и много други примери. Накъдето и да се обърнем, ще чуем някакъв източник на звук. Градското движение е шумов източник на звук.

 

Звуковите термини ехо, реверберация и закъснение се използват много често в звуковата практика. Но в никакъв случай тези три термина не са еднозначни. Важното е да се разбере, че тези понятия съществуват и то не само като понятия, а и като реално съпътстващи звука елементи.

 

Между формата на вълната и нейната честота има взаимовръзка. Честотният анализ на тази форма показва от кои честотни съставки и с какво ниво присъстват в тази форма. Или накратко: Всеки звуков сигнал има форма, която може да се представи като графика. И тъй като в един звук се съдържат много честотни компоненти, във всички случаи тази форма е комплексна.

 

Филтрите служат за да повдигнат или понижат някоя честотна съставка. Филтърът може да действа само за определен обхват от цялата честотна скала – той действа само за определена честотна лента. Съществуват нискочестотни, високочестотни октавни, терц-октавни и т.н. филтри. Ширината на лентата на октавния филтър – както личи от названието е една октава – а на терц-октавния е една трета от октавата. А най-прецизно филтриране на звука се получава с графични, параметрични и цифрови филтри.

 

Ако говорим за несъвършенството на човешкото ухо, не може да не споменем ефекта маскиране, при който определени честотни съставки с по-ниско ниво се заглушават за сметка на други. Силата на прослушване за тези звукови сигнали трябва да компенсира тези недостатъци.

 

Звукът има своя естетика, базирана на общоприетите критерии за неговото възприемане. На всички ни е пределно ясно кои са хубави, красиви и кои са грозни, неприятни звуци.

 

Кои са показателите, според които класифицираме звуците като „красиви” и „грозни”? Кои са общоприетите критерии и трябва ли да има такива? Да се опише звукът с думи е доста трудна задача. За да опишем звука, съобразявайки се с общоприетите критерии, може би най-добре е да започнем с познати музикални звуци.

 

Музикалните тонове са съставни звуци. Те представляват сбор от различни по честота и амплитуда синусоидални трептения, чието наслагване дава характерния за всеки инструмент тембър.

 

До тук ставаше дума главно за физиологичното и сетивно влияние на звуците. За да се характеризират съставните звуци обаче, по-целесъобразно би било вместо субективното влияние върху слуховото усещане да се въведе обективен метод на сравнение.

 

Може да се докаже както по математически път, така и чрез измервания, че между формата на трептенето и компонентите на звука съществува еднозначна зависимост. Според нея трептенето с произволна форма може да се разложи на сума от елементарни хармонични трептения с различна честота, амплитуда и фаза. По такъв начин чрез сумиране на синусоидни трептения с подходящо подбрани честота и амплитуда може да се създаде произволна форма на трептенето. Методът за определяне на отделните компоненти на трептенето е анализът на Фурие, разработен от френския математик Фурие. Теоретичният метод се доказва и с измерения, чрез които се определят честотите и амплитудите на съответните трептения, като измерените резултати се нанасят на координатната система – честотите в Hz на абсцисата и амплитудите в dB на ординатата. Полученият по този метод резултат се нарича спектър на трептенето. Той показва какви по честота и амплитуда съставки трябва да се сумират, за да се получи търсената форма на звука.

 

Обратно на математическия, практическият метод не дава информация за относителното място на фазата на отделните съставки, а само за абсолютните стойности на техните амплитуди. Това в общия случай се нарича абсолютен спектър (наричан по-нататък за краткост само спектър). Спектърът може да образува различна форма на трептене, ако отделните компоненти са с различни фази.

 

Експериментално се доказва, че човешкото ухо не долавя фазово различие в отделните съставки, т.е. то е чувствително само към спектъра като цяло. От гледна точка на звученето спектърът съдържа цялата съществена информация, докато във формата на трептене се съдържа и „излишна” информация. Важно е да се отбележи, че под тембър обикновено се разбира субективното слухово възприятие, докато спектърът съдържа физически измеримите стойности на компонентите, от които той е образуван.

 

Основните субективни параметри, които определят тембъра са спектърът и характерът на преходните процеси. Допълнителни признаци, влияещи върху тембровото възприятие на звука, са реверберацията, видовете модулации, разстоянията до източника на звука, нелинейността на кривите с еднаква гръмкост, даващи представа за отражението на силата на звука в съзнанието на слушателя. Това са кривите на Флетчер и Мансон (или Вебер Фехнер направили независими изследвания). Нелинейността на кривите на слуха е също от значение.

 

За тембровото възприятие на звука оказват влияние освен това условията за неговото възпроизвеждане, психологическото състояние на слушателя, индивидуалните особености на слуха, музикалният вкус на слушателя, а също и обстоятелството, че хората с различно естетическо възпитание възприемат различно не само музиката, но и отделните тембри на звука.

Спектърът на звуковия сигнал е нехармоничен, ако съотношенията не са кратни на основния сигнал. При наличие на достатъчен брой източници може да се получи точно определен спектър на сигнала. Всеки сигнал се определя като съвкупност от хармонични съставки. Получаването на новите нюанси на звуковия сигнал зависи от методите на обработка чрез които се променя този състав.  

 

Необходимият спектър се получава чрез независимо сумиране на хармоничните съставки. Богатството на звука, получен по този метод, зависи следователно от броя на тези хармонични съставки.

 

Да разгледаме звука от друг ъгъл – като обект на изследване на физиката. Физичните свойства съществуват извън нашите моментни възприятия. И само промяна на звука ни навежда на мисълта, че той съществува.

Акустичното трептене е движение на частиците на една еластична среда около едно равновесно положение. В зависимост от това, дали акустичните трептения могат или не могат непосредствено да се приемат от човека чрез неговия слухов орган, те се разделят на звук, инфразвук, ултразвук.

 

* Звук – акустично трептене, което може да предизвика слухово възприятие у човека или може да възбуди чувство на чуване.

 

* Инфразвук – акустично трептене, чиято честота е по-ниска от долната гранична честота на звука, която се намира в интервала от 16 до 20 Hz.

 

* Ултразвук – акустично трептене, чиято честота е по-висока от горната гранична честота на звука, която за човек с нормален слух се намира в интервала от 16000 до 20000 Hz. Тя зависи от възрастта на човека (у хора с напреднала възраст границата може да намалее до 8000 Hz). Прието е за граница между звука и ултразвука да се смята акустичното трептене с честота 20000 Hz. Трептенията с много висока честота се наричат хиперзвук.

 

Освен това звукът може да бъде:

* Чист звук – звук, създаван от синусоидалното акустично трептене.

* Сложен, съставен звук – звук, съставен от два или повече чисти звука.

* Вобел (виещ) звук – звук, чиято честота се изменя периодично около една средна стойност.

 

Съгласно определенията на Международната електротехническа комисия, понятието звук е общо понятие, съвпадащо по съдържание с понятията акустично трептене и вибрация, като се разделя на чуваем звук, инфразвук и ултразвук. У нас понятието звук включва само онзи спектър от акустични трептения, който може да се възприема слухово от човека. Когато се каже звуков спектър, се има пред вид честотния спектър от 20 Hz до 20000 Hz. Като обобщаващо понятие се използва терминът акустично трептене.

 

Първоначално понятието звук е включвало всичко онова, което може да се чуе, т.е. периодични и непериодични трептения на въздуха в обхвата от честоти, възприемани от човешкото ухо. Обаче трябва да се има пред вид, че не само във въздуха, но и във всяко вещество независимо от агрегатното му състояние (твърдо, течно или газообразно) могат да възникнат акустични трептения, ако веществото в съответното агрегатно състояние притежава еластични свойства. Тези трептения могат да се възприемат като звук непосредствено от човешкото ухо или чрез въздуха като свързваща среда, се извършват с честота от звуковия спектър. Ако честотата на трептене се намира извън звуковия спектър, не се възбужда чувство на чуване – трептенето представлява инфразвук или ултразвук.

 

Шумове са всички слухови усещания, породени от непериодични трептения, чиито частични тонове (обертонове) не са хармонични, т.е. не са кратни на основния тон. Шумът притежава всички познати параметри на звука: сила, тембър и трайност, но няма точно определена или лесно определима височина. Съществуват най-различни по сила и особено по тембър шумове, всеки от които известен с определено наименование: шепот, шумолене, бръмчене, свистене, трясък, стон, бумтене, гръм, смях и пр. Като шум могат да бъдат възприети и безразборните несъгласувани звукове, издавани от музикални инструменти, например, при настройване в оркестър.

 

И така – шум (noise) е условно понятие за звук, който не е организиран с някаква определена цел. Говорът също може да се превърне в шум, макар че езикът е знакова система за комуникация и дори най-безсмислените изрази имат смисъл с оглед на ситуацията и говорещото лице. Говоренето заедно на група хора води до неразличаване на смисъла и тогава говорът се възприема като шум.

 

Музиката може да се възприема и като шум, независимо че е създадена с естетически и структуриращи намерения. Приятната за някого музика се окачествява от другиго като шум.

 

Шумът е част от нашето всекидневие. Възприятията са различни. Негова най-характерна особеност е спектърът, тъй като именно той показва средната енергия при различните честоти. При апериодичните шумове частичните тонове са разположени гъсто и неравномерно. В т. нар. „бял шум” се съдържат всички честоти и компоненти с определена амплитуда.

 

Точните методи на акустичния спектрален анализ показват, че в музиката се използват хармонични и нехармонични звукове. Много повече са звуковите процеси, при които се променят съставът и интензивността на отделните частични тонове — явления, които би трябвало да се причислят към областта на шумовете. Те възникват в началото на създаването на звука чрез внезапни освобождавания на енергия в система, намираща се дотогава в покой.

 

Добавянето на шум към звуковия сигнал в определени граници може понякога да звучи дори привлекателно. Обективното присъствие на по-силни шумови компоненти е типично за някои стилове съвременна музика.

 

Шумовият сигнал може да бъде модулиран. Особено привлекателни са новите шумови тембри с почти определена тонова височина, получени чрез използване на отделни частични тонове в широк спектър или чрез ограничаването им в тясна честотна област. Когато се използват звуци, приличащи на пукот, или импулси или пращене, те в своята много бърза последователност могат да се превърнат, въпреки шумовата си характеристика, в определен музикален звук.

 

Шумът представлява непостоянно, статистически случайно акустично трептене. Той може да бъде определен още и като неприятен, нежелателен звук или друго смущение със случаен характер. Шумът може да бъде:

* Случаен шум – акустично трептене, дължащо се на съвкупността на голям брой елементарни смущения със случайно разпределение във времето.

* Бял шум – шум, чиято спектрална плътност на звуковото налягане е независима от честотата.

* Розов шум – шум, чиято спектрална плътност на звуковото налягане е обратно пропорционална на честотата.

 

От даденото определение се вижда, че звукът представлява състояние на средата, състояние на веществото, характеризиращо се с това, че частиците му трептят около едно равновесно положение. Всяка частица при трептенето си привежда в трептене съседните си частици; тя предава своето състояние и на съседните частици. Така звукът се предава, разпространява в определена посока или във всички посоки. Предаванията на трептенията от частица на частица в една среда се нарича механичен вълнов процес или механично вълново движение. Казва се още, че в средата се разпространява механична вълна. Когато трептенията са акустични, се говори съответно за акустичен вълнов процес и за разпространение на акустични вълни. Предаването на звука в газова среда се осъществява посредством сгъстяване и разреждане на газа, предизвикано от акустично трептене, и се нарича звукова вълна. Областта от разпространението, в която се разпространяват звуковите вълни, се нарича звуково поле.От тази гледна точка характеристиките на звука и звуковото поле са следните:

* Статистично налягане в дадена точка на средата – налягането, което ще съществува в тази точка в съответствие на звуковата вълна (или на акустичното трептене).

* Моментно звуково налягане в дадена точка на средата – разликата между налягането, съществуващо в разглеждания момент в дадената точка и статичното налягане.

 

Звуковото налягане съществува само ако съществува звуково поле, поради което се казва моментна стойност на звуковото налягане в дадена точка на звуковото поле вместо в дадена точка на средата.

 

Съгласно Международната система за измерителни единици (СИ) единицата за звуково налягане се нарича паскал (Ра). В системата CGS звуковото налягане се изразява в микробари (рb.).

 

Максималната абсолютна стойност на моментното звуково налягане в даден интервал от време се нарича максимално звуково налягане – Рmах. Минималната абсолютна стойност на моментното звуково налягане в даден интервал от време се нарича минимално звуково налягане – Pmin.

 

* Ефективна стойност на звуковото налягане – средно квадратичната стойност на моментното звуково налягане за даден интервал от време. Ако се разглежда чист звук (чист тон), ефективната стойност се определя за един период.

* Скорост на звука – пътят, който изминава звуковата вълна в еднородна среда за единица време. Изразява се в метри за секунда време (m/s). При температура 20°С скоростта на звука е 343,7 m/s.

* Фронт на звуковата вълна – повърхността, която се получава от съединяването на всички съседни точки на дадено звуково поле, в които звуковото налягане и фазата в даден момент са равни.

* Звукова енергия – енергията, която се пренася от звуковите вълни, Измерва се в джаули (J),

* Звукова мощност – звукова енергия, пренасяна от звуковите вълни за единица време. Измерва се във ватове (W).

* Интензивност на звуковата вълна – звукова мощност, която се измерва се във ват на квадратен метър (W/m²).

* Плътност на звуковата енергия – количеството звукова енергия в единица обем. Измерва се в джаул на m³ (J/m³)

* Интерференция – взаимодействието между две или повече вълни, разпространяващи се в даден момент през определена точка на звуковото поле.

Ако звуковото поле се поражда от разпространението на чист звук, моментното звуково налягане в дадена точка на това поле ще представлява една синусоидална функция от времето. Такава звукова вълна се характеризира със следните величини (параметри):

* Фаза на звуковото налягане – стадий на изменение състоянието на средата (налягането) в разглежданата точка по отношение на което и да е нейно състояние (налягане), условно прието за начално

* Период Т – най-малкият период от време, в края на който звуковото налягане в разглежданата точка има същата фаза, както и в началото. Измерва се в секунди (s) или нейните кратни.

* Честота f – броят на периодите за една секунда. Единицата за измерване на честотата е херц (Hz).

Между честотата и периода съществува зависимостта f = 1/T.

* Амплитуда A –стойност на звуковото налягане за време един период.

* Дължина на звуковата вълна – разстояние, което изминава разпространяващата се звукова вълна за един период. Дължината на звуковата вълна е пространствен параметър и може да се представи като изменението на моментната стойност на звуковото налягане в различни точки на звуковото поле, разположени върху една права линия по посока на разпространение на звуковата вълна.

 

Между дължината на звуковата вълна X, скоростта на разпространение на звука С, честотата f и периода Т съществува следната зависимост: X = СТ = C/f

 

Тъй като скоростта на разпространение на звука е постоянна величина при дадени условия, дължината на вълната зависи само от честотата.

* Ефективната стойност на звуковото налягане се определя чрез амплитудната стойност.

* Хармоник (обертон) – звуковата вълна (чист звук), чиято честота е цяло число пъти по-висока от честотата на основната звукова вълна.

* Субхармоник (унтертон) – звукова вълна (чист звук), чиято честота е цяло число пъти по-ниска от честотата на основната звукова вълна.

* Тембър на звука – характерна особеност (окраска) на сложен звук, която се определя от количеството и интензивността на хармониците.

* Октава – интервал (честостно разстояние) между две честоти, чието отношение е равно на две.

* Честотен обхват – всички честоти, съдържащи се между две дадени честоти, които се наричат граници на честотния обхват или съответната долна fd и горна fг гранична честота на обхвата.

* Честотен спектър на звука – съвкупността от всички чисти звукове, на които може да се разложи даден сложен звук.

* Реверберация. След прекратяване действието на звуковия източник звуковото поле в закрито (затворено) помещение не изчезва веднага, тъй като звуковите вълни се отразяват от ограждащите повърхности, при което губят само част от енергията, която носят. Необходими са многократни отражения, за да се намали звуковата им енергия до нула. Продължаващото звучене в закрито помещение след прекратяване действието на звуковия източник се нарича реверберация. Времето, в течение на което интензивността на звука се намалява един милион пъти (10⁶) спрямо началната ѝ стойност, се нарича време на реверберация.

 

Сетивните органи на човека преценяват съответните дразнители чрез съпоставянето им. Невъзможно е човек да даде количествена оценка за светлината, която му въздейства, но той може да прецени, че тя се увеличава или намалява. По същия начин човек реагира и на въздействието на звуковите вълни – не може да определи количествено звуковото налягане, но може да прецени кога то е променило своята стойност.

 

Човекът е способен да се ориентира в околното пространство и да усети неговата обемност благодарение на това, че притежава по два органа за зрение и за слух.

 

Системата на пространственото звукопредаване е съставена от звукова вълна от някакъв източник, която пристига под формата на звуковото налягане в дясното и в лявото ухо. Приеманите сигнали малко ще се различават един от друг. Различието във формата на сигналите се дължи на две причини: разлика във времето на пристигане на звука до рецепторите - ушите и разлика в нивото на звуковото налягане.

 

Трудностите за обяснението на същността на звуковата картина и за използването на качествата ѝ в процеса на прослушване се дължат на непривичността на повечето хора да изразяват и описват с думи слуховите си възприятия. Цялостното адекватно възприемане на информацията като сложен отражателен процес на човешкото съзнание придобива относително завършен вид едва към средата на прослушването. Тогава у слушателя се създава и цялостна звукова картина като изражение на този индивидуално зависим процес.

 

Съществува и слухова картина. Слуховата картина може да бъде първична и вторична. Онази, която се създава вследствие на процесите на отражението на звуковата картина в съзнанието на слушателя, когато той се намира в концертната зала, е първична, а предаваната с помощта на технически средства – вторична.

 

Една и съща слухова картина би предизвикала различни процеси на отражение в съзнанието на слушателя, неговите индивидуални качества, миналия му опит, емоционалното му състояние в момента на възприемане и др. Поради това слуховата оценка от страна на слушателя на звуковите картини е субективна.

 

Обикновено в дадено помещение няма две еднакви слухови картини, въпреки че противното е идеал на акустиците – помещение, в което на всички места да се чува добре. Разбира се, дори и да се построи зала с еднаква чуваемост, навсякъде не би било възможно слуховите картини на двама слушатели да бъдат еднакви.

 

Несъмнено ролята на звука и звуковите картини в живота на човека е изключително голяма, ето защо необходимо е да вникнем в тях, анализирайки всички звукови явления и опознавайки неговите свойства. Тогава и картината на нашия живот ще стане още по-цветна.

 

 

проф. д-р Симо Лазаров