Die Theorie von Klang und Akustik in einer verständlichen Sprache. Diagnose der Soundkarte

Wir klären, ob es sich lohnt, diskrete oder externe Soundkarten zu kaufen. Für Mac- und Win-Plattformen.

Wir schreiben oft über hochwertigen Sound. In einem portablen Wrapper werden Desktop-Schnittstellen jedoch umgangen. Warum?

Stationäre Wohnakustik - Thema gruselige Holivar. Besonders in Fällen, in denen Computer als Tonquelle verwendet werden.

Die meisten Benutzer eines PCs ziehen eine diskrete oder externe Audiokarte in Betracht Qualitäts-Sound-Garantie. "Gewissenhaft" ist alles schuld Marketing, überzeugt uns hartnäckig von der Notwendigkeit, ein zusätzliches Gerät zu kaufen.

Was im PC verwendet wird, um den Audiostream auszugeben

Der eingebaute Sound moderner Motherboards und Laptops übersteigt bei weitem die auditiven Analysefähigkeiten des durchschnittlichen geistig gesunden, technisch versierten Zuhörers. Die Plattform spielt keine Rolle.

Einige Motherboards haben genug hochwertigen integrierten Sound. Gleichzeitig basieren sie auf den gleichen Mitteln wie in den Haushaltsgremien. Die Verbesserung wird erreicht, indem der Klangteil von anderen Elementen getrennt wird, indem eine höherwertige Elementbasis verwendet wird.


Und doch verwenden die meisten Boards denselben Codec von Realtek. Apple-Desktops sind da keine Ausnahme. Zumindest ein anständiger Teil von ihnen ist ausgestattet Realtek A8xx.

Dieser Codec (ein in einem Chip eingeschlossener Logiksatz) und seine Modifikationen sind typisch für fast alle Motherboards, die für Intel-Prozessoren entwickelt wurden. Marketer nennen es Intel HD-Audio.

Realtek Audioqualitätsmessungen

Die Implementierung von Audioschnittstellen ist weitgehend vom Hersteller des Mainboards abhängig. Qualitätskopien zeigen sehr gute Zahlen. Zum Beispiel der RMAA-Test für den Audiopfad Gigabyte G33M-DS2R:

Unebenheiten im Frequenzgang (von 40 Hz bis 15 kHz), dB: +0,01, -0,09
Geräuschpegel, dB (A): -92,5
Dynamikbereich, dB(A): 91,8
Harmonische Verzerrung, %: 0,0022
Intermodulationsverzerrung + Rauschen, %: 0,012
Durchdringung der Kanäle, dB: -91,9
Intermodulation bei 10 kHz, %: 0,0075

Alle erhaltenen Zahlen verdienen die Bewertungen „Sehr gut“ und „Ausgezeichnet“. Nicht jede externe Karte kann solche Ergebnisse anzeigen.

Benchmark-Ergebnisse

Zeit und Ausstattung erlauben es uns leider nicht, eigene Vergleichstests verschiedener eingebauter und externer Lösungen durchzuführen.

Deshalb nehmen wir das, was bereits für uns getan wurde. Im Netz finden Sie beispielsweise Daten zum doppelten internen Resampling der beliebtesten diskreten Karten der Serie Kreatives XFi. Da sie sich auf Schaltkreise beziehen, überlassen wir die Überprüfung Ihren Schultern.

Hier sind die veröffentlichten Materialien ein großes Hardware-Projekt lassen Sie viel verstehen. Beim Testen mehrerer Systeme vom eingebauten Codec z 2 Dollar Vor der audiophilen Lösung für 2000 wurden sehr interessante Ergebnisse erzielt.

Es stellte sich heraus, dass Realtek ALC889 zeigt nicht den flachsten Frequenzgang und gibt einen anständigen Tonunterschied - 1,4 dB bei 100 Hz. In Wirklichkeit ist diese Zahl zwar nicht kritisch.


Und in einigen Implementierungen (dh Motherboard-Modellen) fehlt es vollständig - siehe Abbildung oben. Es kann nur gesehen werden, wenn man eine Frequenz hört. Bei der musikalischen Komposition wird selbst ein begeisterter Audiophiler nach der richtigen Einstellung des Equalizers nicht in der Lage sein, zwischen einer diskreten Karte und einer integrierten Lösung zu unterscheiden.

Expertenmeinung

Bei allen unseren Blindtests konnten wir keinen Unterschied zwischen 44,1 kHz und 176,4 kHz oder 16-Bit- und 24-Bit-Aufnahmen feststellen. Unserer Erfahrung nach bietet 16 Bit/44,1 kHz die beste Klangqualität, die Sie erleben können. Die oben genannten Formate verschwenden nur Platz und Geld.

Das Downsampling eines Tracks von 176,4 kHz auf 44,1 kHz mit einem hochwertigen Resampler verhindert Detailverlust. Wenn Ihnen eine solche Aufnahme in die Hände gefallen ist - ändern Sie die Frequenz auf 44,1 kHz und genießen Sie.

Der Hauptvorteil des 24-Bit-Formats gegenüber 16-Bit ist der größere Dynamikbereich (144 dB vs. 98), aber das spielt keine Rolle. Viele moderne Tracks befinden sich in einem Kampf um die Lautstärke, bei dem der Dynamikumfang bereits in der Produktionsphase künstlich auf 8-10 Bit reduziert wird.

Meine Karte klingt schlecht. Was zu tun ist?

Das alles ist sehr überzeugend. Während meiner Arbeit mit Hardware gelang es mir, viele Geräte zu testen - Desktop und tragbar. Trotzdem benutze ich als Heimspieler einen Computer mit eingebauter Chip Realtek.

Und wenn der Ton Artefakte und Probleme hat? Instruktionen befolgen:

1) Deaktivieren Sie alle Effekte im Bedienfeld, stellen Sie das grüne Loch „Line-Ausgang“ im Modus „2 Kanäle (Stereo)“ ein.

2) Schalten Sie im OS-Mixer alle unnötigen Eingänge und Lautstärkeregler aus - auf das Maximum. Einstellungen sollten nur mit dem Knopf am Lautsprecher/Verstärker vorgenommen werden.

3) Installieren Sie den richtigen Player. Für Windows - foobar2000.

4) Darin stellen wir „Kernel Streaming Output“ (Sie müssen ein zusätzliches Plugin herunterladen), 24 Bit, Software-Resampling (über PPHS oder SSRC) auf 48 kHz ein. Für die Ausgabe verwenden wir WASAPI Output. Deaktivieren Sie die Lautstärkeregelung.

Alles andere ist die Arbeit Ihres Audiosystems (Lautsprecher oder Kopfhörer). Schließlich ist eine Soundkarte in erster Linie ein DAC.

Was ist das Ergebnis?

Die Realität ist, dass eine diskrete Karte im Allgemeinen keinen signifikanten Gewinn in der Qualität der Musikwiedergabe bringt (zumindest ist dies der Fall). Seine Vorteile liegen nur in Bequemlichkeit, Funktionalität und vielleicht Stabilität.

Warum empfehlen alle Publikationen immer noch teure Lösungen? Einfache Psychologie - die Leute glauben, dass man etwas kaufen muss, um die Qualität eines Computersystems zu ändern fortschrittlich, teuer. In der Tat müssen Sie Ihren Kopf in alles stecken. Und das Ergebnis kann erstaunlich sein.

Der Kosmos ist kein homogenes Nichts. Zwischen verschiedenen Objekten befinden sich Gas- und Staubwolken. Sie sind die Überreste von Supernova-Explosionen und der Ort der Sternentstehung. In einigen Gebieten ist dieses interstellare Gas dicht genug, um Schallwellen auszubreiten, aber sie sind für das menschliche Gehör nicht empfänglich.

Gibt es Geräusche im Weltraum?

Wenn sich ein Objekt bewegt – sei es die Vibration einer Gitarrensaite oder ein explodierendes Feuerwerk – wirkt es auf nahegelegene Luftmoleküle, als würde es sie anschieben. Diese Moleküle prallen auf ihre Nachbarn und diese wiederum auf die nächsten. Bewegung breitet sich wie eine Welle durch die Luft aus. Wenn es das Ohr erreicht, nimmt die Person es als Ton wahr.

Wenn eine Schallwelle durch den Luftraum wandert, schwankt ihr Druck auf und ab wie Meerwasser in einem Sturm. Die Zeit zwischen diesen Schwingungen wird Schallfrequenz genannt und in Hertz gemessen (1 Hz ist eine Schwingung pro Sekunde). Der Abstand zwischen den höchsten Druckspitzen wird als Wellenlänge bezeichnet.

Schall kann sich nur in einem Medium ausbreiten, in dem die Wellenlänge nicht größer ist als der durchschnittliche Abstand zwischen den Teilchen. Physiker nennen dies „bedingt freie Straße“ – die durchschnittliche Entfernung, die ein Molekül zurücklegt, nachdem es mit einem Molekül kollidiert und bevor es mit dem nächsten wechselwirkt. Somit kann ein dichtes Medium kurzwellige Töne übertragen und umgekehrt.

Langwellige Töne haben Frequenzen, die das Ohr als tiefe Töne wahrnimmt. In einem Gas mit einer mittleren freien Weglänge von mehr als 17 m (20 Hz) haben die Schallwellen eine zu niedrige Frequenz, um von Menschen wahrgenommen zu werden. Sie werden Infraschall genannt. Gäbe es Außerirdische mit Ohren, die sehr tiefe Töne wahrnehmen, wüssten sie mit Sicherheit, ob im Weltall Geräusche zu hören sind.

Lied des Schwarzen Lochs

Etwa 220 Millionen Lichtjahre entfernt, im Zentrum eines Clusters aus Tausenden von Galaxien, summt der tiefste Ton, den das Universum je gehört hat. 57 Oktaven unter dem mittleren C, was etwa eine Million Milliarden Mal tiefer ist als der Klang der Frequenz, die eine Person hören kann.

Der tiefste Ton, den Menschen hören können, hat einen Zyklus von etwa einer Schwingung alle 1/20 Sekunde. Ein Schwarzes Loch im Sternbild Perseus hat alle 10 Millionen Jahre einen Zyklus von etwa einer Schwingung.

Dies wurde 2003 bekannt, als das Chandra-Weltraumteleskop der NASA etwas in dem Gas entdeckte, das den Perseus-Cluster füllte: konzentrierte Ringe aus Hell und Dunkel, wie Wellen in einem Teich. Astrophysiker sagen, dass dies Spuren von unglaublich niederfrequenten Schallwellen sind. Die helleren sind die Spitzen der Wellen, wo der Druck auf das Gas am größten ist. Die dunkleren Ringe sind Vertiefungen, in denen der Druck geringer ist.

Klang, den man sehen kann

Heißes, magnetisiertes Gas wirbelt um das Schwarze Loch herum, ähnlich wie Wasser, das um einen Abfluss wirbelt. Wenn es sich bewegt, erzeugt es ein starkes elektromagnetisches Feld. Stark genug, um Gas in der Nähe des Randes eines Schwarzen Lochs auf fast Lichtgeschwindigkeit zu beschleunigen und es in riesige Explosionen zu verwandeln, die als relativistische Jets bezeichnet werden. Sie zwingen das Gas, sich auf seinem Weg seitwärts zu drehen, und dieser Aufprall verursacht unheimliche Geräusche aus dem Weltraum.

Sie reisen Hunderttausende von Lichtjahren von ihrer Quelle entfernt durch den Perseus-Cluster, aber Schall kann sich nur so lange ausbreiten, wie genügend Gas vorhanden ist, um ihn zu transportieren. Deshalb hält er am Rand der Gaswolke an, die Perseus füllt. Das bedeutet, dass es unmöglich ist, seinen Klang auf der Erde zu hören. Sie können nur die Wirkung auf die Gaswolke sehen. Es sieht aus, als würde man durch den Weltraum auf eine schalldichte Kammer blicken.

seltsamer Planet

Unser Planet stöhnt jedes Mal tief auf, wenn sich seine Kruste bewegt. Dann besteht kein Zweifel, ob sich Schall im Raum ausbreitet. Ein Erdbeben kann in der Atmosphäre Schwingungen mit einer Frequenz von ein bis fünf Hz erzeugen. Wenn es stark genug ist, kann es Infraschallwellen durch die Atmosphäre in den Weltraum senden.

Natürlich gibt es keine klare Grenze, wo die Erdatmosphäre endet und der Weltraum beginnt. Die Luft wird nur allmählich dünner, bis sie schließlich ganz verschwindet. Von 80 bis 550 Kilometer über der Erdoberfläche beträgt die mittlere freie Weglänge eines Moleküls etwa einen Kilometer. Das bedeutet, dass die Luft in dieser Höhe etwa 59-mal dünner ist, als es möglich wäre, Schall zu hören. Es kann nur lange Infraschallwellen übertragen.

Als im März 2011 ein Erdbeben der Stärke 9,0 die Nordostküste Japans erschütterte, zeichneten Seismographen auf der ganzen Welt seine Wellen auf, die die Erde durchquerten, und die Vibrationen verursachten niederfrequente Schwingungen in der Atmosphäre. Diese Schwingungen haben den ganzen Weg dorthin zurückgelegt, wo das Schiff (Gravity Field) und der stationäre Satellit Ocean Circulation Explorer (GOCE) die Schwerkraft der Erde in einer niedrigen Umlaufbahn mit 270 Kilometern über der Oberfläche vergleichen. Und der Satellit hat es geschafft, diese Schallwellen aufzuzeichnen.

GOCE hat sehr empfindliche Beschleunigungsmesser an Bord, die das Ionentriebwerk steuern. Dies hilft, den Satelliten in einer stabilen Umlaufbahn zu halten. 2011 detektierten GOCE-Beschleunigungsmesser eine vertikale Verschiebung in der sehr dünnen Atmosphäre um den Satelliten herum sowie wellenförmige Veränderungen des Luftdrucks, wenn sich Schallwellen von einem Erdbeben ausbreiten. Die Triebwerke des Satelliten korrigierten den Versatz und speicherten die Daten, die so etwas wie eine Infraschallaufzeichnung eines Erdbebens wurden.

Dieser Eintrag wurde in den Satellitendaten klassifiziert, bis ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Rafael F. Garcia dieses Dokument veröffentlichte.

Der erste Ton im Universum

Wenn es möglich wäre, in die Zeit zurückzugehen, etwa in die ersten 760.000 Jahre nach dem Urknall, wäre es möglich herauszufinden, ob es Geräusche im Weltraum gibt. Damals war das Universum so dicht, dass sich Schallwellen frei ausbreiten konnten.

Etwa zur gleichen Zeit begannen die ersten Photonen als Licht durch den Weltraum zu reisen. Danach kühlte schließlich alles soweit ab, dass es zu Atomen kondensierte. Bevor die Abkühlung stattfand, war das Universum mit geladenen Teilchen – Protonen und Elektronen – gefüllt, die Photonen, die Teilchen, aus denen Licht besteht, absorbierten oder streuten.

Heute erreicht es die Erde als schwaches Mikrowellen-Hintergrundglühen, das nur für sehr empfindliche Radioteleskope sichtbar ist. Physiker nennen dieses Relikt Strahlung. Es ist das älteste Licht im Universum. Es beantwortet die Frage, ob es Schall im Raum gibt. Der kosmische Mikrowellenhintergrund enthält eine Aufzeichnung der ältesten Musik des Universums.

Licht zur Hilfe

Wie hilft Ihnen Licht zu wissen, ob es Geräusche im Weltraum gibt? Schallwellen breiten sich als Druckschwankungen durch Luft (oder interstellares Gas) aus. Wenn das Gas komprimiert wird, wird es heißer. Auf kosmischer Ebene ist dieses Phänomen so intensiv, dass sich Sterne bilden. Und wenn sich das Gas ausdehnt, kühlt es ab. Schallwellen, die sich durch das frühe Universum ausbreiteten, verursachten leichte Druckschwankungen in der gasförmigen Umgebung, die wiederum subtile Temperaturschwankungen hinterließen, die sich im kosmischen Mikrowellenhintergrund widerspiegelten.

Mithilfe von Temperaturänderungen konnte der Physiker John Cramer von der University of Washington diese unheimlichen Geräusche aus dem Weltraum rekonstruieren – die Musik des expandierenden Universums. Er multiplizierte die Frequenz mit dem Faktor 1026, damit menschliche Ohren sie hören konnten.

Niemand wird den Schrei im Weltraum wirklich hören, aber es werden Schallwellen sein, die sich durch interstellare Gaswolken oder in den verdünnten Strahlen der äußeren Atmosphäre der Erde bewegen.

Wenn wir von objektiven Parametern sprechen, die Qualität charakterisieren können, dann natürlich nicht. Das Aufnehmen auf Vinyl oder Kassette ist immer mit der Einführung zusätzlicher Verzerrungen und Rauschen verbunden. Fakt ist aber, dass solche Verzerrungen und Geräusche subjektiv den Musikeindruck nicht verderben und oft sogar umgekehrt. Unser Gehör und das Schallanalysesystem funktionieren ziemlich kompliziert, was für unsere Wahrnehmung wichtig ist und was von der technischen Seite als Qualität bewertet werden kann, sind etwas andere Dinge.

MP3 ist im Allgemeinen ein separates Thema, es ist eine deutliche Qualitätsverschlechterung, um die Dateigröße zu reduzieren. Bei der MP3-Codierung werden leisere Obertöne entfernt und die Fronten verwischt, was einen Detailverlust, ein „Verwischen“ des Klangs bedeutet.

Die ideale Option in Bezug auf Qualität und ehrliche Übertragung von allem, was passiert, ist eine digitale Aufzeichnung ohne Komprimierung, und die Qualität einer CD beträgt 16 Bit, 44100 Hz - dies ist nicht mehr die Grenze, Sie können sowohl die Bittiefe erhöhen - 24 , 32 Bit und die Frequenz - 48000, 82200, 96000, 192000 Hz. Die Bittiefe wirkt sich auf den Dynamikbereich und die Abtastrate auf den Frequenzbereich aus. Während das menschliche Ohr bestenfalls bis 20.000 Hz hört und nach dem Nyquist-Theorem eine Abtastrate von 44.100 Hz ausreichen sollte, ist es in der Realität für eine ausreichend genaue Übertragung komplexer kurzer Töne, wie beispielsweise Schlagzeugklängen, besser eine größere Frequenz haben. Es ist auch besser, einen größeren Dynamikbereich zu haben, damit leisere Töne ohne Verzerrung aufgenommen werden können. Obwohl es realistisch ist, je mehr diese beiden Parameter ansteigen, desto weniger Änderungen können bemerkt werden.

Gleichzeitig können Sie alle Freuden des hochwertigen digitalen Sounds genießen, wenn Sie eine gute Soundkarte haben. Was in den meisten PCs eingebaut ist, ist im Allgemeinen schrecklich, Macs mit eingebauten Karten sind besser, aber es ist besser, etwas Externes zu haben. Nun, die Frage ist natürlich, wo bekommt man diese digitalen Aufnahmen mit einer höheren Qualität als CD :) Obwohl das schlechteste MP3 auf einer guten Soundkarte merklich besser klingen wird.

Zurück zu den analogen Sachen - hier können wir sagen, dass die Leute sie weiterhin verwenden, nicht weil sie wirklich besser und genauer sind, sondern weil eine qualitativ hochwertige und genaue Aufzeichnung ohne Verzerrung normalerweise nicht das gewünschte Ergebnis ist. Digitale Verzerrungen, die von schlechten Audioverarbeitungsalgorithmen, niedriger Bit- oder Abtastrate, digitalem Clipping herrühren können – sie klingen sicherlich viel unangenehmer als analoge, aber sie können vermieden werden. Und es stellt sich heraus, dass eine wirklich hochwertige und akkurate Digitalaufnahme zu steril klingt, es fehlt die Sättigung. Und wenn Sie beispielsweise Schlagzeug auf Band aufnehmen, erscheint diese Sättigung und bleibt erhalten, auch wenn diese Aufnahme später digitalisiert wird. Und Vinyl klingt auch cooler, selbst wenn Tracks, die komplett am Computer entstanden sind, darauf aufgenommen wurden. Und natürlich sind in all das äußere Attribute und Assoziationen investiert, wie das alles aussieht, die Emotionen der Menschen, die es tun. Es ist durchaus möglich, den Wunsch zu verstehen, eine Schallplatte in den Händen zu halten, eine Kassette auf einem alten Tonbandgerät zu hören und keine Aufnahme von einem Computer, oder diejenigen zu verstehen, die jetzt Mehrspur-Tonbandgeräte in Studios verwenden. obwohl dies viel schwieriger und kostspieliger ist. Aber das hat seinen eigenen spezifischen Spaß.

18. Februar 2016

Die Welt der Heimunterhaltung ist sehr vielfältig und kann Folgendes umfassen: Ansehen eines Films auf einem guten Heimkinosystem; lustiges und süchtig machendes Gameplay oder Musik hören. In diesem Bereich findet in der Regel jeder etwas für sich oder kombiniert alles auf einmal. Aber ganz gleich, welche Ziele ein Mensch bei der Gestaltung seiner Freizeit hat und ganz gleich, in welche Extreme er sich bewegt, all diese Verbindungen sind durch ein einfaches und verständliches Wort fest verbunden – „Klang“. Tatsächlich werden wir in all diesen Fällen vom Soundtrack am Griff geführt. Diese Frage ist jedoch nicht so einfach und trivial, insbesondere wenn in einem Raum oder unter anderen Bedingungen ein qualitativ hochwertiger Klang erzielt werden soll. Dazu ist es nicht immer notwendig, teure HiFi- oder Hi-End-Komponenten zu kaufen (obwohl es sehr nützlich sein wird), sondern es reicht eine gute Kenntnis der physikalischen Theorie aus, die die meisten auftretenden Probleme für alle beseitigen kann der sich aufmacht, um qualitativ hochwertige Sprachausgabe zu bekommen.

Als nächstes wird die Theorie des Schalls und der Akustik aus physikalischer Sicht betrachtet. In diesem Fall werde ich versuchen, es für jeden Menschen so verständlich wie möglich zu machen, der vielleicht weit von der Kenntnis physikalischer Gesetze oder Formeln entfernt ist, aber dennoch leidenschaftlich von der Verwirklichung des Traums träumt, eine perfekte Akustik zu schaffen System. Ich behaupte nicht, dass Sie diese Theorien gründlich kennen müssen, um in diesem Bereich zu Hause (oder zum Beispiel in einem Auto) gute Ergebnisse zu erzielen. Das Verständnis der Grundlagen wird jedoch viele dumme und absurde Fehler vermeiden und zulassen um den maximalen Klangeffekt des Systems zu erzielen.

Allgemeine Klangtheorie und musikalische Terminologie

Was ist Klang? Dies ist die Empfindung, die das Hörorgan wahrnimmt. "Ohr"(Das Phänomen selbst existiert auch ohne Beteiligung des „Ohrs“ an dem Prozess, ist aber auf diese Weise einfacher zu verstehen), das auftritt, wenn das Trommelfell durch eine Schallwelle angeregt wird. Das Ohr fungiert dabei als „Empfänger“ von Schallwellen unterschiedlicher Frequenzen.
Schallwelle Tatsächlich handelt es sich um eine sequentielle Reihe von Versiegelungen und Austritten des Mediums (meistens die Umgebungsluft unter normalen Bedingungen) mit unterschiedlichen Frequenzen. Die Natur von Schallwellen ist oszillierend, verursacht und erzeugt durch die Schwingung beliebiger Körper. Die Entstehung und Ausbreitung einer klassischen Schallwelle ist in drei elastischen Medien möglich: gasförmig, flüssig und fest. Wenn eine Schallwelle in einem dieser Raumtypen auftritt, treten zwangsläufig einige Änderungen im Medium selbst auf, z. B. eine Änderung der Dichte oder des Luftdrucks, die Bewegung von Partikeln von Luftmassen usw.

Da die Schallwelle eine oszillierende Natur hat, hat sie eine solche Charakteristik wie Frequenz. Frequenz wird in Hertz gemessen (zu Ehren des deutschen Physikers Heinrich Rudolf Hertz) und bezeichnet die Anzahl der Schwingungen über einen Zeitraum von einer Sekunde. Diese. Beispielsweise bedeutet eine Frequenz von 20 Hz einen Zyklus von 20 Schwingungen in einer Sekunde. Die subjektive Wahrnehmung seiner Höhe hängt auch von der Frequenz des Schalls ab. Je mehr Schallschwingungen pro Sekunde erzeugt werden, desto „höher“ erscheint der Ton. Die Schallwelle hat noch eine weitere wichtige Eigenschaft, die einen Namen hat – die Wellenlänge. Wellenlänge Es ist üblich, die Entfernung zu berücksichtigen, die ein Ton einer bestimmten Frequenz in einer Zeitspanne von einer Sekunde zurücklegt. Beispielsweise beträgt die Wellenlänge des tiefsten Schalls im menschlichen Hörbereich bei 20 Hz 16,5 Meter und die Wellenlänge des höchsten Schalls bei 20.000 Hz 1,7 Zentimeter.

Das menschliche Ohr ist so konstruiert, dass es Wellen nur in einem begrenzten Bereich wahrnehmen kann, ca. 20 Hz - 20.000 Hz (je nach persönlicher Beschaffenheit hört der eine etwas mehr, der andere weniger) . Das bedeutet also nicht, dass Töne unterhalb oder oberhalb dieser Frequenzen nicht existieren, sie werden vom menschlichen Ohr einfach nicht wahrgenommen und gehen über den hörbaren Bereich hinaus. Schall oberhalb des hörbaren Bereichs wird genannt Ultraschall, wird Ton unterhalb des hörbaren Bereichs genannt Infrasound. Manche Tiere können Ultra- und Infraschall wahrnehmen, manche nutzen diesen Bereich sogar zur Orientierung im Weltraum (Fledermäuse, Delfine). Wenn der Schall ein Medium durchdringt, das nicht direkt mit dem menschlichen Hörorgan in Kontakt kommt, kann ein solcher Schall später nicht mehr gehört oder stark abgeschwächt werden.

In der musikalischen Klangterminologie gibt es so wichtige Bezeichnungen wie Oktave, Ton und Oberton. Oktave bedeutet ein Intervall, in dem das Frequenzverhältnis zwischen Tönen 1 zu 2 beträgt. Eine Oktave ist normalerweise sehr gut hörbar, während Töne innerhalb dieses Intervalls einander sehr ähnlich sein können. Eine Oktave kann auch als ein Ton bezeichnet werden, der im gleichen Zeitraum doppelt so viele Schwingungen erzeugt wie ein anderer Ton. Beispielsweise ist eine Frequenz von 800 Hz nichts anderes als eine höhere Oktave von 400 Hz, und eine Frequenz von 400 Hz ist wiederum die nächste Tonoktave mit einer Frequenz von 200 Hz. Eine Oktave besteht aus Tönen und Obertönen. Variable Schwingungen in einer harmonischen Schallwelle einer Frequenz werden vom menschlichen Ohr als wahrgenommen musikalischer ton. Hochfrequente Schwingungen können als hohe Töne interpretiert werden, niederfrequente Schwingungen als tiefe Töne. Das menschliche Ohr ist in der Lage, Töne mit einer Differenz von einem Ton (im Bereich bis 4000 Hz) deutlich zu unterscheiden. Trotzdem werden in der Musik nur sehr wenige Töne verwendet. Dies erklärt sich aus Überlegungen zum Prinzip der harmonischen Konsonanz, alles basiert auf dem Prinzip der Oktaven.

Betrachten Sie die Theorie der Musiktöne am Beispiel einer auf bestimmte Weise gespannten Saite. Eine solche Saite wird je nach Spannkraft auf eine bestimmte Frequenz "gestimmt". Wenn diese Saite etwas mit einer bestimmten Kraft ausgesetzt wird, die sie zum Schwingen bringt, wird ein bestimmter Ton ständig beobachtet, wir hören die gewünschte Stimmfrequenz. Dieser Ton wird Grundton genannt. Für den Hauptton im musikalischen Bereich ist die Frequenz der Note "la" der ersten Oktave, gleich 440 Hz, offiziell akzeptiert. Die meisten Musikinstrumente reproduzieren jedoch niemals nur reine Grundtöne, sie werden zwangsläufig von Obertönen begleitet, die als Obertöne bezeichnet werden Obertöne. An dieser Stelle ist es angebracht, an eine wichtige Definition der musikalischen Akustik zu erinnern, den Begriff der Klangfarbe. Timbre- Dies ist ein Merkmal musikalischer Klänge, das Musikinstrumenten und Stimmen ihre einzigartige erkennbare Klangspezifität verleiht, selbst wenn Klänge mit derselben Tonhöhe und Lautstärke verglichen werden. Die Klangfarbe jedes Musikinstruments hängt von der Verteilung der Schallenergie auf die Obertöne im Moment des Erscheinens des Tons ab.

Obertöne bilden eine bestimmte Farbe des Grundtons, anhand derer wir ein bestimmtes Instrument leicht identifizieren und erkennen sowie seinen Klang klar von einem anderen Instrument unterscheiden können. Es gibt zwei Arten von Obertönen: harmonische und nicht harmonische. Harmonische Obertöne sind per Definition Vielfache der Grundfrequenz. Sind dagegen die Obertöne keine Vielfachen und weichen merklich von den Werten ab, dann werden sie aufgerufen unharmonisch. In der Musik ist der Betrieb von nicht-mehrfachen Obertönen praktisch ausgeschlossen, daher wird der Begriff auf den Begriff "Oberton" reduziert, was harmonisch bedeutet. Bei manchen Instrumenten, zum Beispiel dem Klavier, hat der Hauptton nicht einmal Zeit sich zu bilden, es kommt kurzzeitig zu einer Erhöhung der Schallenergie der Obertöne, um dann ebenso schnell wieder abzunehmen. Viele Instrumente erzeugen den sogenannten „Übergangston“-Effekt, wenn die Energie bestimmter Obertöne zu einem bestimmten Zeitpunkt, meist ganz am Anfang, maximal ist, sich dann aber abrupt ändert und auf andere Obertöne übergeht. Der Frequenzbereich jedes Instruments kann separat betrachtet werden und wird normalerweise durch die Frequenzen der Grundtöne begrenzt, die dieses bestimmte Instrument wiedergeben kann.

In der Schalltheorie gibt es auch so etwas wie Rauschen. Lärm- Dies ist jeder Ton, der durch eine Kombination von Quellen erzeugt wird, die nicht miteinander übereinstimmen. Jeder kennt das Geräusch der Blätter der Bäume, die vom Wind bewegt werden usw.

Was bestimmt die Lautstärke? Es ist offensichtlich, dass ein solches Phänomen direkt von der Energiemenge abhängt, die von der Schallwelle getragen wird. Um die quantitativen Indikatoren der Lautstärke zu bestimmen, gibt es ein Konzept - Schallintensität. Schallintensität ist definiert als der Energiefluss, der pro Zeiteinheit (z. B. pro Sekunde) durch einen Raumbereich (z. B. cm2) fließt. Bei einem normalen Gespräch beträgt die Intensität etwa 9 oder 10 W/cm2. Das menschliche Ohr ist in der Lage, Geräusche mit einem ziemlich breiten Empfindlichkeitsbereich wahrzunehmen, während die Empfindlichkeit von Frequenzen innerhalb des Schallspektrums nicht einheitlich ist. Der am besten wahrgenommene Frequenzbereich liegt also zwischen 1000 Hz und 4000 Hz, was die menschliche Sprache am weitesten abdeckt.

Da Geräusche in ihrer Intensität sehr unterschiedlich sind, ist es bequemer, sie als logarithmischen Wert zu behandeln und in Dezibel zu messen (nach dem schottischen Wissenschaftler Alexander Graham Bell). Die untere Hörschwelle des menschlichen Ohrs liegt bei 0 dB, die obere bei 120 dB, sie wird auch „Schmerzschwelle“ genannt. Auch die obere Grenze der Empfindlichkeit wird vom menschlichen Ohr nicht in gleicher Weise wahrgenommen, sondern hängt von der spezifischen Frequenz ab. Niederfrequente Töne müssen eine viel größere Intensität haben als hohe Frequenzen, um eine Schmerzschwelle auszulösen. Beispielsweise tritt die Schmerzschwelle bei einer niedrigen Frequenz von 31,5 Hz bei einer Schallintensität von 135 dB auf, während bei einer Frequenz von 2000 Hz die Schmerzempfindung bereits bei 112 dB auftritt. Es gibt auch den Begriff des Schalldrucks, der die übliche Erklärung für die Ausbreitung einer Schallwelle in Luft tatsächlich erweitert. Schalldruck- Dies ist ein variabler Überdruck, der in einem elastischen Medium als Folge des Durchgangs einer Schallwelle auftritt.

Wellennatur des Klangs

Um das System der Schallwellenerzeugung besser zu verstehen, stellen Sie sich einen klassischen Lautsprecher vor, der sich in einem mit Luft gefüllten Rohr befindet. Macht der Lautsprecher eine scharfe Vorwärtsbewegung, dann wird die Luft in unmittelbarer Nähe des Diffusors für einen Moment komprimiert. Danach dehnt sich die Luft aus und drückt dadurch den Druckluftbereich entlang des Rohrs.
Diese Wellenbewegung ist später der Schall, der das Hörorgan erreicht und das Trommelfell „erregt“. Wenn eine Schallwelle in einem Gas auftritt, entstehen Überdruck und Dichte, und Partikel bewegen sich mit konstanter Geschwindigkeit. Bei Schallwellen ist es wichtig, sich daran zu erinnern, dass sich die Substanz nicht mit der Schallwelle bewegt, sondern nur eine vorübergehende Störung der Luftmassen auftritt.

Wenn wir uns einen Kolben vorstellen, der an einer Feder im freien Raum aufgehängt ist und sich wiederholt "vorwärts und rückwärts" bewegt, werden solche Schwingungen als harmonisch oder sinusförmig bezeichnet (wenn wir die Welle in Form eines Diagramms darstellen, erhalten wir in diesem Fall eine reine Sinuswelle mit wiederholten Höhen und Tiefen). Wenn wir uns einen Lautsprecher in einem Rohr vorstellen (wie im oben beschriebenen Beispiel), der harmonische Schwingungen ausführt, dann wird in dem Moment, in dem sich der Lautsprecher "vorwärts" bewegt, der bereits bekannte Effekt der Luftkompression erzielt, und wenn sich der Lautsprecher "zurück" bewegt , wird der umgekehrte Effekt der Verdünnung erhalten. In diesem Fall breitet sich eine Welle abwechselnder Kompression und Verdünnung durch das Rohr aus. Der Abstand entlang des Rohres zwischen benachbarten Maxima oder Minima (Phasen) wird genannt Wellenlänge. Wenn Teilchen parallel zur Ausbreitungsrichtung der Welle schwingen, dann heißt die Welle längs. Schwingen sie senkrecht zur Ausbreitungsrichtung, dann heißt die Welle quer. Normalerweise sind Schallwellen in Gasen und Flüssigkeiten longitudinal, während in Festkörpern Wellen beider Arten auftreten können. Querwellen in Festkörpern entstehen durch Widerstand gegen Formänderung. Der Hauptunterschied zwischen diesen beiden Wellenarten besteht darin, dass eine Transversalwelle die Eigenschaft der Polarisation hat (Schwingungen treten in einer bestimmten Ebene auf), während eine Longitudinalwelle dies nicht tut.

Schallgeschwindigkeit

Die Schallgeschwindigkeit hängt direkt von den Eigenschaften des Mediums ab, in dem sie sich ausbreitet. Sie wird bestimmt (abhängig) von zwei Eigenschaften des Mediums: Elastizität und Dichte des Materials. Die Schallgeschwindigkeit in Festkörpern hängt jeweils direkt von der Art des Materials und seinen Eigenschaften ab. Die Geschwindigkeit in gasförmigen Medien hängt nur von einer Art der Verformung des Mediums ab: Kompressionsverdünnung. Die Druckänderung in einer Schallwelle erfolgt ohne Wärmeaustausch mit den umgebenden Teilchen und wird als adiabat bezeichnet.
Die Schallgeschwindigkeit in einem Gas hängt hauptsächlich von der Temperatur ab – sie nimmt mit steigender Temperatur zu und mit sinkender Temperatur ab. Auch die Schallgeschwindigkeit in einem gasförmigen Medium hängt von der Größe und Masse der Gasmoleküle selbst ab – je kleiner die Masse und Größe der Teilchen, desto größer die „Leitfähigkeit“ der Welle bzw. desto größer die Geschwindigkeit.

In flüssigen und festen Medien ähneln das Ausbreitungsprinzip und die Schallgeschwindigkeit der Ausbreitung einer Welle in Luft: durch Kompression-Entladung. Aber bei diesen Medien kommt es neben der gleichen Temperaturabhängigkeit auch auf die Dichte des Mediums und seine Zusammensetzung/Struktur an. Je geringer die Dichte des Stoffes, desto höher die Schallgeschwindigkeit und umgekehrt. Die Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Mediums ist komplizierter und wird im Einzelfall unter Berücksichtigung der Lage und Wechselwirkung von Molekülen/Atomen bestimmt.

Schallgeschwindigkeit in Luft bei t, °C 20: 343 m/s
Schallgeschwindigkeit in destilliertem Wasser bei t, °C 20: 1481 m/s
Schallgeschwindigkeit in Stahl bei t, °C 20: 5000 m/s

Stehende Wellen und Interferenzen

Wenn ein Lautsprecher auf engstem Raum Schallwellen erzeugt, tritt zwangsläufig der Effekt der Wellenreflexion an den Grenzen auf. Infolgedessen meistens Interferenzeffekt- wenn sich zwei oder mehr Schallwellen überlagern. Sonderfälle des Interferenzphänomens sind die Entstehung von: 1) schlagenden Wellen oder 2) stehenden Wellen. Der Schlag der Wellen- Dies ist der Fall, wenn Wellen mit ähnlichen Frequenzen und Amplituden addiert werden. Das Muster des Auftretens von Schwebungen: Wenn sich zwei Wellen mit ähnlicher Frequenz überlagern. Zu einem bestimmten Zeitpunkt können bei einer solchen Überlappung die Amplitudenspitzen "gleichphasig" zusammenfallen und auch die Rückgänge "gegenphasig" können ebenfalls zusammenfallen. So werden Klangschläge charakterisiert. Es ist wichtig zu bedenken, dass im Gegensatz zu stehenden Wellen Phasenkoinzidenzen von Peaks nicht ständig auftreten, sondern in bestimmten Zeitabständen. Nach Gehör unterscheidet sich ein solches Schlagmuster ziemlich deutlich und ist als periodische Zunahme bzw. Abnahme der Lautstärke zu hören. Der Mechanismus für das Auftreten dieses Effekts ist äußerst einfach: Im Moment des Zusammentreffens von Spitzen nimmt das Volumen zu, im Moment des Zusammentreffens von Rezessionen nimmt das Volumen ab.

stehende Wellen entstehen bei der Überlagerung zweier Wellen gleicher Amplitude, Phase und Frequenz, wenn sich beim "Aufeinandertreffen" solcher Wellen die eine in Vorwärtsrichtung und die andere in die entgegengesetzte Richtung bewegt. Im Raumbereich (wo eine stehende Welle entstanden ist) ergibt sich ein Bild der Überlagerung zweier Frequenzamplituden, mit abwechselnden Maxima (sog. Bäuche) und Minima (sog. Knoten). Wenn dieses Phänomen auftritt, sind Frequenz, Phase und Dämpfungskoeffizient der Welle am Reflexionsort äußerst wichtig. Im Gegensatz zu Wanderwellen findet bei einer stehenden Welle keine Energieübertragung statt, da die Vorwärts- und Rückwärtswellen, die diese Welle bilden, Energie in gleichen Mengen in Vorwärts- und Gegenrichtung transportieren. Stellen wir uns zum visuellen Verständnis des Auftretens einer stehenden Welle ein Beispiel aus der Heimakustik vor. Nehmen wir an, wir haben Standlautsprecher in einem begrenzten Raum (Raum). Nachdem wir sie dazu gebracht haben, ein Lied mit viel Bass zu spielen, versuchen wir, die Position des Zuhörers im Raum zu ändern. So wird der Zuhörer, nachdem er in die Zone des Minimums (Subtraktion) der stehenden Welle gelangt ist, den Effekt spüren, dass der Bass sehr klein geworden ist, und wenn der Zuhörer in die Zone des Maximums (Addition) von Frequenzen eintritt, dann das Gegenteil Effekt einer deutlichen Anhebung des Bassbereichs erzielt wird. In diesem Fall wird der Effekt in allen Oktaven der Grundfrequenz beobachtet. Wenn die Grundfrequenz beispielsweise 440 Hz beträgt, wird das Phänomen der "Addition" oder "Subtraktion" auch bei Frequenzen von 880 Hz, 1760 Hz, 3520 Hz usw. beobachtet.

Resonanzphänomen

Die meisten Festkörper haben ihre eigene Resonanzfrequenz. Am Beispiel eines herkömmlichen, nur an einem Ende offenen Rohres ist dieser Effekt recht einfach zu verstehen. Stellen wir uns eine Situation vor, in der am anderen Ende der Röhre ein Lautsprecher angeschlossen ist, der eine konstante Frequenz wiedergeben kann, die auch später geändert werden kann. Nun, eine Pfeife hat ihre eigene Resonanzfrequenz, vereinfacht gesagt ist dies die Frequenz, bei der die Pfeife "resoniert" oder ihren eigenen Klang erzeugt. Wenn die Frequenz des Lautsprechers (als Ergebnis der Einstellung) mit der Resonanzfrequenz der Pfeife übereinstimmt, wird die Lautstärke mehrmals erhöht. Denn der Lautsprecher regt die Luftsäule im Rohr mit einer erheblichen Amplitude zu Schwingungen an, bis die gleiche „Resonanzfrequenz“ gefunden wird und der Additionseffekt eintritt. Das resultierende Phänomen kann wie folgt beschrieben werden: Das Rohr in diesem Beispiel "hilft" dem Lautsprecher, indem es bei einer bestimmten Frequenz mitschwingt, ihre Bemühungen summieren sich und in einen hörbaren lauten Effekt "ergießen". Am Beispiel von Musikinstrumenten lässt sich dieses Phänomen leicht nachvollziehen, da das Design der meisten Elemente Elemente enthält, die als Resonatoren bezeichnet werden. Es ist nicht schwer zu erraten, was dazu dient, eine bestimmte Frequenz oder einen bestimmten Musikton zu verstärken. Zum Beispiel: ein Gitarrenkorpus mit einem Resonator in Form eines Lochs, abgestimmt auf die Lautstärke; Das Design der Pfeife an der Flöte (und aller Pfeifen im Allgemeinen); Die zylindrische Form des Trommelkörpers, der selbst ein Resonator einer bestimmten Frequenz ist.

Frequenzspektrum von Ton und Frequenzgang

Da es in der Praxis praktisch keine Wellen gleicher Frequenz gibt, wird es notwendig, das gesamte Klangspektrum des hörbaren Bereichs in Obertöne oder Harmonische zu zerlegen. Zu diesem Zweck gibt es Diagramme, die die Abhängigkeit der relativen Energie von Schallschwingungen von der Frequenz darstellen. Ein solcher Graph wird Schallfrequenzspektrumgraph genannt. Frequenzspektrum des Schalls Es gibt zwei Arten: diskret und kontinuierlich. Das diskrete Spektrumdiagramm zeigt die Frequenzen einzeln, getrennt durch Leerzeichen. Im kontinuierlichen Spektrum sind alle Schallfrequenzen gleichzeitig vorhanden.
Bei Musik oder Akustik wird meistens der übliche Zeitplan verwendet. Peak-to-Frequency-Eigenschaften(abgekürzt "AFC"). Diese Grafik zeigt die Abhängigkeit der Amplitude von Schallschwingungen von der Frequenz über das gesamte Frequenzspektrum (20 Hz - 20 kHz). Anhand eines solchen Diagramms lassen sich beispielsweise die Stärken oder Schwächen eines bestimmten Lautsprechers oder Lautsprechersystems als Ganzes, die stärksten Bereiche der Energierückgabe, Frequenzabfälle und -anstiege, Dämpfung sowie die Steilheit leicht nachvollziehen des Niedergangs.

Ausbreitung von Schallwellen, Phase und Gegenphase

Der Prozess der Ausbreitung von Schallwellen erfolgt in alle Richtungen von der Quelle. Das einfachste Beispiel zum Verständnis dieses Phänomens: ein ins Wasser geworfener Kieselstein.
Von der Stelle, an der der Stein gefallen ist, beginnen Wellen auf der Wasseroberfläche in alle Richtungen zu divergieren. Stellen wir uns jedoch eine Situation vor, in der ein Lautsprecher mit einer bestimmten Lautstärke verwendet wird, sagen wir eine geschlossene Box, die an einen Verstärker angeschlossen ist und eine Art Musiksignal wiedergibt. Es ist leicht zu bemerken (insbesondere wenn Sie ein starkes Niederfrequenzsignal geben, wie z. B. eine Bassdrum), dass der Lautsprecher eine schnelle Bewegung „vorwärts“ und dann die gleiche schnelle Bewegung „zurück“ macht. Es bleibt zu verstehen, dass der Lautsprecher, wenn er sich vorwärts bewegt, eine Schallwelle aussendet, die wir danach hören. Aber was passiert, wenn sich der Lautsprecher rückwärts bewegt? Aber paradoxerweise passiert das Gleiche, der Lautsprecher macht den gleichen Ton, nur dass er sich in unserem Beispiel vollständig innerhalb des Volumens der Box ausbreitet, ohne darüber hinauszugehen (die Box ist geschlossen). Im Allgemeinen kann man im obigen Beispiel eine ganze Reihe interessanter physikalischer Phänomene beobachten, von denen das wichtigste das Konzept einer Phase ist.

Die Schallwelle, die der lautstarke Lautsprecher in Richtung des Zuhörers abstrahlt, ist „in Phase“. Die Rückwelle, die in das Volumen der Box eindringt, wird entsprechend gegenphasig sein. Es bleibt nur zu verstehen, was diese Konzepte bedeuten? Signalphase- das ist der Schalldruckpegel zum aktuellen Zeitpunkt an einem Punkt im Raum. Die Phase lässt sich am einfachsten am Beispiel der Wiedergabe von Musikmaterial durch ein herkömmliches Stereo-Standlautsprecherpaar verstehen. Stellen wir uns vor, dass zwei solcher Standlautsprecher in einem bestimmten Raum aufgestellt sind und spielen. Beide Lautsprecher geben dabei ein synchrones variables Schalldrucksignal wieder, außerdem addiert sich der Schalldruck des einen Lautsprechers zum Schalldruck des anderen Lautsprechers. Ein ähnlicher Effekt tritt aufgrund der Synchronität der Signalwiedergabe des linken bzw. rechten Lautsprechers auf, mit anderen Worten, die Spitzen und Täler der vom linken und rechten Lautsprecher emittierten Wellen fallen zusammen.

Stellen wir uns nun vor, dass sich die Schalldrücke immer noch auf die gleiche Weise ändern (sie haben sich nicht geändert), aber jetzt sind sie einander entgegengesetzt. Dies kann passieren, wenn Sie einen der beiden Lautsprecher verpolt anschließen („+“-Kabel vom Verstärker an den „-“-Anschluss des Lautsprechersystems und „-“-Kabel vom Verstärker an den „+“-Anschluss des Lautsprechers System). In diesem Fall verursacht das Signal in entgegengesetzter Richtung eine Druckdifferenz, die wie folgt als Zahlen dargestellt werden kann: Der linke Lautsprecher erzeugt einen Druck von „1 Pa“ und der rechte Lautsprecher erzeugt einen Druck von „minus 1 Pa“. . Als Ergebnis wird die Gesamtlautstärke an der Position des Zuhörers gleich Null sein. Dieses Phänomen wird Antiphase genannt. Betrachten wir das Beispiel zum Verständnis genauer, stellt sich heraus, dass zwei Lautsprecher, die "in Phase" spielen, die gleichen Bereiche der Luftverdichtung und -verdünnung erzeugen, die sich eigentlich gegenseitig helfen. Im Falle einer idealisierten Antiphase wird der Bereich der Luftraumverdichtung, der von einem Sprecher erzeugt wird, von einem Bereich der Luftraumverdünnung begleitet, der vom zweiten Sprecher erzeugt wird. Es sieht ungefähr aus wie das Phänomen der gegenseitigen synchronen Dämpfung von Wellen. In der Praxis sinkt die Lautstärke zwar nicht auf Null, und wir hören einen stark verzerrten und gedämpften Klang.

Am einfachsten lässt sich dieses Phänomen wie folgt beschreiben: zwei Signale mit gleicher Schwingung (Frequenz), aber zeitlich verschoben. Angesichts dessen ist es bequemer, diese Verschiebungsphänomene am Beispiel gewöhnlicher runder Uhren darzustellen. Stellen wir uns vor, dass mehrere identische runde Uhren an der Wand hängen. Wenn die Sekundenzeiger dieser Uhren synchron laufen, 30 Sekunden auf der einen Uhr und 30 Sekunden auf der anderen, dann ist dies ein Beispiel für ein Signal, das in Phase ist. Wenn die Sekundenzeiger mit einer Verschiebung laufen, aber die Geschwindigkeit immer noch gleich ist, zum Beispiel 30 Sekunden auf der einen Uhr und 24 Sekunden auf der anderen, dann ist dies ein klassisches Beispiel für Phasenverschiebung (Shift). Auf die gleiche Weise wird die Phase in Grad innerhalb eines virtuellen Kreises gemessen. In diesem Fall ergibt sich bei einer Verschiebung der Signale um 180 Grad (halbe Periode) gegeneinander eine klassische Antiphase. In der Praxis kommt es oft zu geringfügigen Phasenverschiebungen, die auch graduell bestimmt und erfolgreich eliminiert werden können.

Wellen sind flach und kugelförmig. Eine flache Wellenfront breitet sich nur in eine Richtung aus und wird in der Praxis selten angetroffen. Eine sphärische Wellenfront ist eine einfache Wellenart, die von einem einzigen Punkt ausgeht und sich in alle Richtungen ausbreitet. Schallwellen haben die Eigenschaft Beugung, d.h. die Fähigkeit, Hindernissen und Objekten auszuweichen. Der Grad der Einhüllenden hängt vom Verhältnis der Schallwellenlänge zu den Abmessungen des Hindernisses oder Loches ab. Beugung tritt auch auf, wenn sich ein Hindernis im Schallweg befindet. Dabei sind zwei Szenarien möglich: 1) Sind die Abmessungen des Hindernisses viel größer als die Wellenlänge, dann wird der Schall reflektiert oder absorbiert (je nach Absorptionsgrad des Materials, Dicke des Hindernisses etc. ), und hinter dem Hindernis entsteht eine "akustische Schattenzone" . 2) Sind die Abmessungen des Hindernisses vergleichbar mit der Wellenlänge oder sogar kleiner als diese, dann wird der Schall in gewissem Maße in alle Richtungen gebeugt. Wenn eine Schallwelle bei der Bewegung in einem Medium auf die Grenzfläche mit einem anderen Medium trifft (z. B. ein Luftmedium mit einem festen Medium), können drei Szenarien auftreten: 1) die Welle wird von der Grenzfläche reflektiert 2) die Welle kann ohne Richtungsänderung in ein anderes Medium übergehen 3) eine Welle kann mit einer Richtungsänderung an der Grenze in ein anderes Medium übergehen, das nennt man "Wellenbrechung".

Das Verhältnis des Überdrucks einer Schallwelle zur schwingenden Volumengeschwindigkeit wird als Wellenwiderstand bezeichnet. In einfachen Worten, Wellenwiderstand des Mediums kann die Fähigkeit genannt werden, Schallwellen zu absorbieren oder ihnen "zu widerstehen". Die Reflexions- und Transmissionskoeffizienten hängen direkt vom Verhältnis der Wellenwiderstände der beiden Medien ab. Der Wellenwiderstand in einem gasförmigen Medium ist viel geringer als in Wasser oder Feststoffen. Trifft also eine Schallwelle in der Luft auf einen festen Gegenstand oder auf die Oberfläche von tiefem Wasser, so wird der Schall entweder von der Oberfläche reflektiert oder zu einem großen Teil absorbiert. Sie hängt von der Dicke der Oberfläche (Wasser oder Festkörper) ab, auf die die gewünschte Schallwelle fällt. Bei einer geringen Dicke eines festen oder flüssigen Mediums "passieren" Schallwellen fast vollständig, und umgekehrt werden bei einer großen Dicke des Mediums die Wellen häufiger reflektiert. Bei der Reflexion von Schallwellen läuft dieser Vorgang nach einem bekannten physikalischen Gesetz ab: „Der Einfallswinkel ist gleich dem Ausfallswinkel.“ Wenn in diesem Fall eine Welle aus einem Medium mit geringerer Dichte auf die Grenze zu einem Medium mit höherer Dichte trifft, tritt das Phänomen auf Brechung. Es besteht darin, eine Schallwelle zu biegen (zu brechen), nachdem sie auf ein Hindernis "getroffen" ist, und ist notwendigerweise von einer Geschwindigkeitsänderung begleitet. Die Brechung hängt auch von der Temperatur des Mediums ab, in dem die Reflexion stattfindet.

Bei der Ausbreitung von Schallwellen im Weltraum nimmt ihre Intensität zwangsläufig ab, wir können die Dämpfung der Wellen und die Schwächung des Schalls sagen. In der Praxis ist es ganz einfach, einem solchen Effekt zu begegnen: Zum Beispiel, wenn zwei Personen in geringem Abstand (einen Meter oder näher) auf einem Feld stehen und anfangen, sich etwas zu sagen. Wenn Sie anschließend den Abstand zwischen Personen vergrößern (wenn sie beginnen, sich voneinander zu entfernen), wird die gleiche Gesprächslautstärke immer weniger hörbar. Ein ähnliches Beispiel demonstriert deutlich das Phänomen der Verringerung der Intensität von Schallwellen. Warum passiert dies? Der Grund dafür sind die verschiedenen Prozesse der Wärmeübertragung, der molekularen Wechselwirkung und der inneren Reibung von Schallwellen. Am häufigsten findet in der Praxis die Umwandlung von Schallenergie in Wärmeenergie statt. Solche Prozesse treten zwangsläufig in jedem der 3 Schallausbreitungsmedien auf und können charakterisiert werden als Absorption von Schallwellen.

Intensität und Absorptionsgrad von Schallwellen hängen von vielen Faktoren ab, wie z. B. Druck und Temperatur des Mediums. Außerdem hängt die Absorption von der spezifischen Frequenz des Schalls ab. Wenn sich eine Schallwelle in Flüssigkeiten oder Gasen ausbreitet, entsteht zwischen verschiedenen Teilchen ein Reibungseffekt, der als Viskosität bezeichnet wird. Als Ergebnis dieser Reibung auf molekularer Ebene findet der Prozess der Umwandlung der Welle von Schall in Wärme statt. Mit anderen Worten, je höher die Wärmeleitfähigkeit des Mediums ist, desto geringer ist der Grad der Wellenabsorption. Die Schallabsorption in gasförmigen Medien hängt auch vom Druck ab (der atmosphärische Druck ändert sich mit zunehmender Höhe gegenüber dem Meeresspiegel). Was die Abhängigkeit des Absorptionsgrades von der Schallfrequenz betrifft, so ist unter Berücksichtigung der obigen Abhängigkeiten von Viskosität und Wärmeleitfähigkeit die Schallabsorption umso höher, je höher seine Frequenz ist. Beispielsweise beträgt bei normaler Temperatur und normalem Druck in Luft die Absorption einer Welle mit einer Frequenz von 5000 Hz 3 dB / km und die Absorption einer Welle mit einer Frequenz von 50.000 Hz bereits 300 dB / m.

In festen Medien bleiben alle oben genannten Abhängigkeiten (Wärmeleitfähigkeit und Viskosität) erhalten, jedoch kommen noch einige Bedingungen hinzu. Sie sind mit der molekularen Struktur fester Materialien verbunden, die unterschiedlich sein kann, mit eigenen Inhomogenitäten. Abhängig von dieser inneren festen Molekülstruktur kann die Absorption von Schallwellen dabei unterschiedlich sein und hängt von der Art des jeweiligen Materials ab. Wenn Schall einen festen Körper durchdringt, erfährt die Welle eine Reihe von Transformationen und Verzerrungen, die meistens zur Streuung und Absorption von Schallenergie führen. Auf molekularer Ebene kann der Effekt von Versetzungen auftreten, wenn eine Schallwelle eine Verschiebung von Atomebenen verursacht, die dann in ihre ursprüngliche Position zurückkehren. Oder die Bewegung von Versetzungen führt zu einer Kollision mit senkrecht zu ihnen stehenden Versetzungen oder Defekten in der Kristallstruktur, was zu ihrer Verzögerung und infolgedessen zu einer gewissen Absorption der Schallwelle führt. Die Schallwelle kann jedoch auch mit diesen Defekten in Resonanz treten, was zu einer Verzerrung der ursprünglichen Welle führt. Die Energie einer Schallwelle im Moment der Wechselwirkung mit den Elementen der Molekularstruktur des Materials wird durch innere Reibungsprozesse dissipiert.

In werde ich versuchen, die Merkmale der menschlichen Hörwahrnehmung und einige der Feinheiten und Merkmale der Schallausbreitung zu analysieren.

Es gab eine Zeit, in der die Frage nach der Notwendigkeit einer Soundkarte überhaupt nicht aufkam. Wenn Sie einen Sound in Ihrem Computer benötigen, der etwas besser ist als das Grunzen eines Lautsprechers im Gehäuse, kaufen Sie eine Soundkarte. Brauche ich nicht - kaufe es nicht. Zugegeben, die Karten waren ziemlich teuer, besonders da sie für den prähistorischen Hafen von ISA hergestellt wurden.

Mit dem Übergang zu PCI wurde es möglich, einen Teil der Berechnungen auf den zentralen Prozessor zu verlagern und RAM zum Speichern von Musik-Samples zu verwenden (in der Antike hatten nicht nur professionelle Musiker, sondern auch normale Menschen ein solches Bedürfnis, weil die Das beliebteste Musikformat auf Computern war vor 20 Jahren MIDI). So wurden Soundkarten der Einstiegsklasse bald viel billiger, und dann tauchte der eingebaute Sound in Top-End-Motherboards auf. Arm natürlich, aber frei. Und dies versetzte den Soundkartenherstellern einen schweren Schlag.

Heutzutage ist eingebauter Sound absolut in allen Motherboards. Und bei teuren sogar als hochwertig positioniert. Das ist richtig Hi-Fi. Aber in Wirklichkeit ist dies leider bei weitem nicht der Fall. Letztes Jahr baute ich einen neuen Computer mit einem der teuersten und objektiv besten Motherboards. Und natürlich versprachen sie hochwertigen Sound auf diskreten Chips und sogar mit vergoldeten Anschlüssen. Sie schrieben so köstlich, dass ich mich entschied, keine Soundkarte zu installieren, um mit der eingebauten auszukommen. Und kam herum. Ungefähr eine Woche. Dann habe ich das Case abgebaut, die Karte reingesteckt und keinen Blödsinn mehr gemacht.

Warum ist der eingebaute Sound nicht sehr gut?

Zunächst die Preisfrage. Eine anständige Soundkarte kostet 5-6 Tausend Rubel. Und das liegt nicht an der Gier der Hersteller, sondern nur daran, dass die Komponenten nicht billig und die Anforderungen an die Montagequalität hoch sind. Ein ernsthaftes Motherboard kostet 15-20 Tausend Rubel. Ist der Hersteller bereit, mindestens weitere dreitausend hinzuzufügen? Bekommt der Benutzer keine Angst, wenn er keine Zeit hat, die Klangqualität zu bewerten? Es ist besser, es nicht zu riskieren. Und sie gehen kein Risiko ein.

Zweitens müssen die Komponenten für einen wirklich hochwertigen Klang ohne Nebengeräusche, Interferenzen und Verzerrungen in einem bekannten Abstand zueinander stehen. Wenn Sie sich die Soundkarte ansehen, sehen Sie, wie ungewöhnlich viel freier Speicherplatz darauf ist. Und auf dem Motherboard ist es kurz, alles muss sehr fest gesteckt werden. Und leider gibt es einfach keinen Ort, an dem man es wirklich gut machen kann.

Vor zwanzig Jahren waren Consumer-Soundkarten teurer als jeder andere Computer, und sie hatten Speicherplätze (!) zum Speichern von Musikbeispielen. Auf dem Foto ist der Traum aller Informatiker Mitte der 90er Jahre die Sound Blaster AWE 32. 32 ist keine Bittiefe, sondern die maximale Anzahl gleichzeitig abgespielter Streams in MIDI

Daher ist integrierter Sound immer ein Kompromiss. Ich habe Boards mit eingebautem Sound gesehen, die tatsächlich in Form einer separaten Plattform oben schwebten, die nur durch einen Stecker mit der „Mutter“ verbunden war. Und ja, es klang gut. Aber kann ein solcher Sound als integriert bezeichnet werden? Nicht sicher.

Ein Leser, der noch keine diskreten Soundlösungen ausprobiert hat, hat vielleicht eine Frage: Was bedeutet eigentlich „guter Sound in einem Computer“?

1) Er ist unverschämt lauter. In die Soundkarte ist ein Verstärker eingebaut, der selbst große Lautsprecher oder hochohmige Kopfhörer „pumpen“ kann. Viele sind überrascht, dass die Lautsprecher im Maximum aufhören zu keuchen und zu würgen. Auch das ist ein Nebeneffekt eines normalen Verstärkers.

2) Frequenzen ergänzen sich gegenseitig und vermischen sich nicht, was zu einem Durcheinander wird. Ein normaler Digital-Analog-Wandler (DAC) „zeichnet“ Bässe, Mitten und Höhen gut, sodass man sie mit Hilfe einer Software nach eigenem Geschmack feinjustieren kann. Beim Musikhören hört man plötzlich jedes Instrument einzeln. Und Filme erfreuen sich an der Wirkung von Präsenz. Allgemein entsteht der Eindruck, als ob die Lautsprecher früher mit einer dicken Decke zugedeckt und dann entfernt wurden.

3) Besonders in Spielen macht sich der Unterschied bemerkbar.. Sie werden überrascht sein, dass das Rauschen des Windes und das Tropfen des Wassers die leisen Schritte der Rivalen um die Ecke nicht übertönen. Dass bei Kopfhörern, nicht unbedingt teuer, ein Verständnis besteht - wer, von wo und in welcher Entfernung sich bewegt. Dies wirkt sich direkt auf die Leistung aus. Sich heimlich an dich heranzuschleichen / heranzufahren wird einfach nicht funktionieren.

Welche Soundkarten gibt es?

Als diese Art von Komponenten nur für Kenner des guten Klangs interessant wurde, von denen es leider nur noch wenige gibt, gab es nur noch wenige Hersteller. Nur zwei - Asus und Creative. Letzterer ist im Allgemeinen ein Mastodon des Marktes, der ihn geschaffen und alle Maßstäbe gesetzt hat. Asus hingegen ist relativ spät eingestiegen, verlässt es aber immer noch nicht.

Neue Modelle kommen äußerst selten heraus und alte werden für 5-6 Jahre lange verkauft. Fakt ist, dass man ohne radikale Preiserhöhung klanglich nichts verbessern kann. Und nur wenige Menschen sind bereit, für audiophile Perversionen im Computer zu zahlen. Ich würde sagen, niemand ist bereit. Die Messlatte für Qualität ist bereits zu hoch gelegt.

Der erste Unterschied ist die Schnittstelle. Es gibt Karten, die nur für stationäre Computer ausgelegt sind und über die PCI-Express-Schnittstelle auf dem Motherboard installiert werden. Andere werden über USB angeschlossen und können sowohl mit großen Computern als auch mit Laptops verwendet werden. Bei letzterem ist der Sound übrigens in 90% der Fälle ekelhaft, und ein Upgrade wird ihm bestimmt nicht schaden.

Der zweite Unterschied ist der Preis. Wenn wir über interne Karten sprechen, dann für 2-2,5 Tausend Modelle verkauft werden, die fast identisch mit dem eingebauten Sound sind. Sie werden normalerweise in Fällen gekauft, in denen der Stecker auf der Hauptplatine gestorben ist (ein Phänomen, das leider häufig vorkommt). Ein unangenehmes Merkmal billiger Karten ist ihre geringe Pickup-Resistenz. Wenn Sie sie in die Nähe der Grafikkarte stellen, werden die Hintergrundgeräusche sehr störend sein.

Die goldene Mitte für eingebaute Karten - 5-6 Tausend Rubel. Es hat bereits alles, was einen normalen Menschen erfreut: Störschutz, hochwertige Komponenten und flexible Software.

Hinter 8-10 Tausend Es werden die neuesten Modelle verkauft, die 32-Bit-Sound im 384-kHz-Bereich wiedergeben können. Das ist hier oben oben. Wenn Sie wissen, wo Sie Dateien und Spiele in dieser Qualität bekommen, kaufen Sie sie auf jeden Fall :)

Auch teurere Soundkarten unterscheiden sich in der Hardware kaum von den bereits erwähnten Optionen, erhalten aber ein zusätzliches Bodykit – externe Module zum Anschluss von Geräten, Companion Boards mit Ausgängen für professionelle Tonaufnahmen etc. Es kommt schon auf die tatsächlichen Bedürfnisse des Nutzers an. Für mich persönlich war das Bodykit nie brauchbar, obwohl es im Laden scheinbar gebraucht wurde.

Bei USB-Karten ist die Preisspanne etwa gleich: ab 2 Tausend Alternative zum eingebauten Sound, 5-7 Tausend starke Mittelbauern, 8-10 High-End und darüber hinaus ist alles beim Alten, allerdings mit einem satten Bodykit.

Ich persönlich höre den Unterschied im goldenen Mittel nicht mehr. Einfach, weil coolere Lösungen High-End-Lautsprecher mit Kopfhörern erfordern, und ich sehe ehrlich gesagt nicht viel Sinn darin, World of Tanks mit Tausend-Dollar-Kopfhörern zu spielen. Wahrscheinlich gibt es für jedes Problem Lösungen.

Mehrere gute Möglichkeiten

Mehrere Soundkarten und Adapter, die ich ausprobiert und gemocht habe.

PCI-Express-Schnittstelle

Creative Soundblaster Z. Es ist seit 6 Jahren im Angebot, ich habe bei verschiedenen Computern ungefähr den gleichen Preis und es macht mich immer noch sehr glücklich. Der CS4398 DAC, der in diesem Produkt verwendet wird, ist alt, aber Audiophile vergleichen seinen Sound mit CD-Playern im Bereich von 500 Dollar. Der Durchschnittspreis beträgt 5500 Rubel.

Asus Strix Höhenflug. Wenn beim Creative-Produkt alles schamlos auf Spiele ausgerichtet ist, dann hat sich Asus auch um Musikliebhaber gekümmert. Der ESS SABRE9006A DAC ist klanglich mit dem CS4398 vergleichbar, jedoch bietet Asus feinere Einstellungen für diejenigen, die gerne Pink Floyd in HD-Qualität am Computer hören. Der Preis ist vergleichbar, etwa 5500 Rubel.

USB-Schnittstelle

Asus Xonar U3- Eine kleine Box, die in den Laptop-Anschluss eingesetzt wird, bringt die Klangqualität auf ein neues Niveau. Trotz der kompakten Abmessungen fand sogar ein digitaler Ausgang Platz. Und die Software ist überraschend flexibel. Eine interessante Option zum Ausprobieren - warum braucht man überhaupt eine Soundkarte. Der Preis beträgt 2000 Rubel.

Creative Sound BlasterX G5. Ein Gerät in der Größe einer Zigarettenschachtel (Rauchen ist böse) ist von den Eigenschaften her kaum von der internen Sound Blaster Z zu unterscheiden, dafür muss man nirgends klettern, sondern einfach den Stecker in den USB-Port stecken. Und sofort gibt es einen 7-Kanal-Sound in tadelloser Qualität, allerlei Spielereien für Musik und Spiele sowie einen eingebauten USB-Anschluss, falls Sie davon nicht genug haben sollten. Das Vorhandensein von Platz ermöglichte es uns, einen zusätzlichen Kopfhörerverstärker zu platzieren, und wenn Sie ihn einmal in Aktion hören, ist es schwer, ihn zu entwöhnen. Die Hauptfunktionen der Software werden durch Hardwaretasten dupliziert. Der Ausgabepreis beträgt 10 Tausend Rubel.

Spielen und hören Sie Musik mit Vergnügen! Nicht so viele von ihnen, diese Freuden.