Il fut un temps où la question de la nécessité d’une carte son n’était pas du tout posée. Si vous avez besoin d'un son dans votre ordinateur légèrement meilleur que le grognement du haut-parleur du boîtier, achetez une carte son. Si vous n'en avez pas besoin, ne l'achetez pas. Cependant, les cartes étaient assez chères, surtout lorsqu'elles étaient conçues pour le port ISA préhistorique.

Avec la transition vers PCI, il est devenu possible de transférer une partie des calculs vers le processeur central, ainsi que d'utiliser la RAM pour stocker des échantillons de musique (dans les temps anciens, c'était un besoin non seulement pour les musiciens professionnels, mais aussi pour les gens normaux, car le format de musique le plus populaire sur les ordinateurs était il y a 20 ans le MIDI). Très vite, les cartes son d'entrée de gamme sont devenues beaucoup moins chères, puis le son intégré est apparu dans les cartes mères haut de gamme. C'est mauvais, bien sûr, mais c'est gratuit. Et cela a porté un coup dur aux fabricants de cartes son.

Aujourd'hui, absolument toutes les cartes mères disposent d'un son intégré. Et dans les plus chers, il est même positionné comme étant de haute qualité. C'est carrément de la Hi-Fi. Mais en réalité, malheureusement, c’est loin d’être le cas. L'année dernière, j'ai construit un nouvel ordinateur sur lequel j'ai installé l'une des cartes mères les plus chères et objectivement les meilleures. Et bien sûr, ils ont promis un son de haute qualité sur des puces discrètes, et même avec des connecteurs plaqués or. Ils l'ont si bien écrit que j'ai décidé de ne pas installer de carte son et de me contenter de celle intégrée. Et il s'en est sorti. Environ une semaine. Ensuite, j’ai démonté le boîtier, installé la carte et je ne me suis plus soucié de bêtises.

Pourquoi le son intégré n’est-il pas très bon ?

Tout d’abord, la question du prix. Une carte son décente coûte 5 à 6 000 roubles. Et ce n’est pas une question de cupidité des fabricants, c’est simplement que les composants ne sont pas bon marché et que les exigences en matière de qualité de fabrication sont élevées. Une carte mère sérieuse coûte entre 15 000 et 20 000 roubles. Le constructeur est-il prêt à en ajouter au moins trois mille de plus ? L'utilisateur aura-t-il peur sans avoir le temps d'évaluer la qualité du son ? Il vaut mieux ne pas prendre de risques. Et ils ne prennent pas de risques.

Deuxièmement, pour un son de très haute qualité, sans bruits parasites, interférences et distorsions, les composants doivent être situés à une certaine distance les uns des autres. Si vous regardez la carte son, vous verrez combien d'espace libre elle contient. Mais sur la carte mère, il n'y a que suffisamment d'espace pour cela, tout doit être placé très étroitement. Et, hélas, il n’y a tout simplement nulle part où le faire vraiment bien.

Il y a vingt ans, les cartes son grand public coûtaient plus cher qu'un ordinateur et elles disposaient d'emplacements mémoire (!) pour stocker des échantillons de musique. La photo montre le rêve de tous les geeks de l'informatique au milieu des années 90 - Sound Blaster AWE 32. 32 n'est pas la profondeur de bits, mais le nombre maximum de flux lisibles simultanément en MIDI

Le son intégré est donc toujours un compromis. J'ai vu des cartes avec un son apparemment intégré, qui, en fait, planaient d'en haut sous la forme d'une plate-forme séparée reliée à la « mère » uniquement par un connecteur. Et oui, ça sonnait bien. Mais un tel son peut-il être qualifié d’intégré ? Pas certain.

Un lecteur qui n’a pas essayé de solutions sonores discrètes se posera peut-être une question : que signifie exactement « un bon son dans un ordinateur » ?

1) Il est simplement plus bruyant. Même une carte son à petit budget possède un amplificateur intégré qui peut « pomper » même de grands haut-parleurs ou des écouteurs à haute impédance. Beaucoup de gens sont surpris que les haut-parleurs cessent de siffler et de s'étouffer au maximum. C'est également un effet secondaire d'un amplificateur normal.

2) Les fréquences se complètent, et ne se mélangent pas, se transformant en bouillie. Un convertisseur numérique-analogique (DAC) normal « dessine » bien les basses, les médiums et les aigus, vous permettant de les personnaliser très précisément à l'aide d'un logiciel en fonction de vos propres goûts. Lorsque vous écoutez de la musique, vous entendrez soudainement chaque instrument séparément. Et les films vous raviront par l'effet de présence. En général, on a l'impression que les haut-parleurs étaient préalablement recouverts d'une épaisse couverture, puis retirés.

3) La différence est particulièrement visible dans les jeux.. Vous serez surpris de constater que le bruit du vent et des gouttes d'eau n'étouffe pas les pas silencieux de vos adversaires au coin de la rue. Que dans des écouteurs, pas nécessairement chers, on puisse comprendre qui bouge, d'où et à quelle distance. Cela affecte directement les performances. Il ne sera tout simplement pas possible de vous approcher/de vous approcher en catimini.

Quels types de cartes son existe-t-il ?

Lorsque ce type de composant n'intéressait plus que les connaisseurs de bon son, malheureusement très peu nombreux, il restait très peu de fabricants. Il n'y en a que deux : Asus et Creative. Ce dernier est généralement un mastodonte du marché, pour l'avoir créé et fixé toutes les normes. Asus y est entré relativement tard, mais il n’est toujours pas parti.

Les nouveaux modèles sortent extrêmement rarement et les anciens sont vendus depuis longtemps, 5 à 6 ans. Le fait est qu’en termes de son, on ne peut rien améliorer sans une augmentation radicale du prix. Et peu de gens sont prêts à payer pour des perversions audiophiles dans un ordinateur. Je dirais que personne n'est prêt. La barre de qualité est déjà placée trop haut.

La première différence est l'interface. Il existe des cartes destinées uniquement aux ordinateurs de bureau et elles sont installées dans la carte mère via l'interface PCI-Express. D'autres se connectent via USB et peuvent être utilisés aussi bien avec de gros ordinateurs qu'avec des ordinateurs portables. Ces derniers, d’ailleurs, ont un son dégoûtant dans 90 % des cas, et une mise à niveau ne leur ferait certainement pas de mal.

La deuxième différence est le prix. Si nous parlons de cartes internes, alors 2-2,5 mille Des modèles vendus sont presque similaires au son intégré. Ils sont généralement achetés dans les cas où le connecteur de la carte mère est mort (hélas, un phénomène courant). Une caractéristique désagréable des cartes bon marché est leur faible résistance aux interférences. Si vous les placez à proximité de la carte vidéo, les bruits de fond seront très gênants.

Le juste milieu pour les cartes intégrées est 5 à 6 mille roubles. Il a déjà tout pour plaire à une personne normale : protection contre les interférences, composants de haute qualité et logiciel flexible.

Derrière 8 à 10 mille Les derniers modèles vendus sont capables de reproduire un son 32 bits dans la plage de 384 kHz. C'est ici, en haut, en haut. Si vous savez où trouver des fichiers et des jeux de cette qualité, assurez-vous de les acheter :)

Les cartes son encore plus chères diffèrent peu par leur matériel des options déjà mentionnées, mais elles acquièrent des équipements supplémentaires - des modules externes pour connecter des appareils, des cartes compagnon avec des sorties pour l'enregistrement sonore professionnel, etc. Cela dépend des besoins réels de l'utilisateur. Personnellement, je n'ai jamais eu besoin du kit carrosserie, même si dans le magasin, il semblait que c'était nécessaire.

Pour les cartes USB, la fourchette de prix est à peu près la même : de 2000 alternative au son intégré, 5 à 7 000 paysans moyens forts, 8-10 haut de gamme et au-delà de cela, tout est pareil, mais avec un kit carrosserie riche.

Personnellement, j'arrête d'entendre la différence au juste milieu. Tout simplement parce que les solutions plus cool nécessitent également des enceintes hi-fi et des écouteurs, et pour être honnête, je ne vois pas beaucoup d’intérêt à jouer à World of Tanks avec des écouteurs à mille dollars. Probablement, chaque problème a ses propres solutions.

Plusieurs bonnes options

Plusieurs cartes son et adaptateurs que j'ai essayés et appréciés.

Interface PCI-Express

Créatif Sound Blaster Z. Il est en vente depuis 6 ans maintenant, il coûte à peu près le même prix sur différents ordinateurs et j'en suis toujours très content. Le DAC CS4398 utilisé dans ce produit est ancien, mais les audiophiles comparent son son à celui des lecteurs CD de l'ordre de 500 $. Le prix moyen est de 5 500 roubles.

Asus Strix s'envole. Si tout dans le produit Creative est sans vergogne orienté vers les jeux, alors Asus a également pris soin des mélomanes. Le DAC ESS SABRE9006A est comparable en son au CS4398, mais Asus propose des paramètres plus fins pour ceux qui aiment écouter Pink Floyd sur leur ordinateur en qualité HD. Le prix est comparable, environ 5 500 roubles.

interface USB

Asus Xonar U3– un petit boîtier, lorsqu’il est inséré dans le port d’un ordinateur portable, élève la qualité sonore à un nouveau niveau. Malgré ses dimensions compactes, il y avait même de la place pour une sortie numérique. Et le logiciel est tout simplement étonnamment flexible. Une option intéressante à essayer est de savoir pourquoi vous avez besoin d’une carte son. Prix ​​2000 roubles.

Créatif Sound BlasterX G5. L'appareil a la taille d'un paquet de cigarettes (fumer est mauvais) et ses caractéristiques sont presque impossibles à distinguer du Sound Blaster Z interne, mais il n'est pas nécessaire de grimper n'importe où, il suffit de brancher la fiche sur le port USB. Et vous disposez immédiatement d'un son à sept canaux d'une qualité irréprochable, de toutes sortes de gadgets pour la musique et les jeux, ainsi que d'un port USB intégré au cas où vous n'en auriez pas assez. L’espace disponible a permis d’ajouter un amplificateur casque supplémentaire, et une fois qu’on l’entend en action, il est difficile de se débarrasser de cette habitude. Les principales fonctions du logiciel sont dupliquées par des boutons matériels. Le prix d'émission est de 10 000 roubles.

Jouez et écoutez de la musique avec plaisir ! Il n'y en a pas tellement, ces plaisirs-là.

Une onde sonore représente des zones de haute et basse pression perçues par nos organes auditifs. Ces ondes peuvent traverser des milieux solides, liquides et gazeux. Cela signifie qu’ils traversent facilement le corps humain. Théoriquement, si la pression de l’onde sonore est trop élevée, elle pourrait tuer une personne.

Toute onde sonore a sa propre fréquence spécifique. L'oreille humaine est capable d'entendre des ondes sonores dont les fréquences varient de 20 à 20 000 Hz. Le niveau d'intensité sonore peut être exprimé en dB (décibels). Par exemple, le niveau d'intensité du son d'un marteau-piqueur est de 120 dB - une personne debout à côté de vous ne ressentira pas la sensation la plus agréable d'un terrible rugissement dans les oreilles. Mais si nous nous asseyons devant une enceinte jouant à une fréquence de 19 Hz et réglons l’intensité sonore à 120 dB, nous n’entendrons rien. Mais les ondes sonores et les vibrations nous affecteront toutes. Et après un certain temps, vous commencerez à avoir diverses visions et à voir des fantômes. Le fait est que 19 Hz est la fréquence de résonance de notre globe oculaire.

C'est intéressant: Les scientifiques ont appris que 19 Hz est la fréquence de résonance de notre globe oculaire dans des circonstances plutôt intéressantes. Les astronautes américains, lors de leur mise en orbite, se plaignaient de visions périodiques. Des études détaillées du phénomène ont montré que la fréquence de fonctionnement des moteurs du premier étage de la fusée coïncide avec la fréquence de fonctionnement du globe oculaire humain. A l’intensité sonore requise, d’étranges visions surgissent.

Les sons dont la fréquence est inférieure à 20 Hz sont appelés infrasons. Les infrasons peuvent être extrêmement dangereux pour les êtres vivants, car les organes du corps humain et animal fonctionnent à des fréquences infrasoniques. La superposition de certaines fréquences infrasons les unes sur les autres avec l'intensité sonore requise va provoquer des perturbations dans le fonctionnement du cœur, de la vision, du système nerveux ou du cerveau. Par exemple, lorsque des rats sont exposés à des infrasons de 8 Hz, 120 dB provoquent des lésions cérébrales. [Wiki]. Lorsque l'intensité augmente jusqu'à 180 dB et que la fréquence reste à 8 Hz, la personne ne se sent pas bien : la respiration ralentit et devient intermittente. Une exposition prolongée à de telles ondes sonores entraînera la mort.

C'est intéressant: Le record du système audio de voiture le plus bruyant appartient à deux ingénieurs brésiliens - Richard Clarke et David Navone, qui ont réussi à installer un subwoofer dans la voiture avec un volume sonore théorique de 180 dB. Inutile de préciser que ce système ne devrait pas être utilisé à son plein potentiel ?

Lors des tests, le subwoofer, entraîné par des moteurs électriques et un vilebrequin, a atteint une intensité sonore de 168 dB et est tombé en panne. Après cet incident, ils ont décidé de ne pas réparer le système.

Si nous parlons de paramètres objectifs pouvant caractériser la qualité, bien sûr que non. L'enregistrement sur vinyle ou sur cassette implique toujours l'introduction de distorsion et de bruit supplémentaires. Mais le fait est que de telles distorsions et bruits ne gâchent pas subjectivement l'impression de la musique, et souvent même le contraire. Notre système d'analyse auditive et sonore fonctionne de manière assez complexe ; ce qui est important pour notre perception et ce qui peut être évalué comme qualité du point de vue technique sont des choses légèrement différentes.

Le MP3 est un problème complètement distinct : il s'agit d'une nette détérioration de la qualité afin de réduire la taille du fichier. L'encodage MP3 consiste à supprimer les harmoniques les plus faibles et à flouter les fronts, ce qui entraîne une perte de détails et un « flou » du son.

L'option idéale en termes de qualité et de transmission équitable de tout ce qui se passe est l'enregistrement numérique sans compression, et la qualité du CD est de 16 bits, 44 100 Hz - ce n'est plus la limite, vous pouvez augmenter à la fois le débit binaire - 24, 32 bits, et la fréquence - 48 000, 82 200, 96 000, 192 000 Hz. La profondeur de bits affecte la plage dynamique et la fréquence d'échantillonnage affecte la plage de fréquences. Étant donné que l'oreille humaine entend, au mieux, jusqu'à 20 000 Hz et selon le théorème de Nyquist, une fréquence d'échantillonnage de 44 100 Hz devrait être suffisante, mais en réalité, pour une transmission assez précise de sons courts complexes, comme les sons de batterie, il vaut mieux avoir une fréquence plus élevée. Il est également préférable d'avoir une plus grande plage dynamique, afin que des sons plus faibles puissent être enregistrés sans distorsion. Même si en réalité, plus ces deux paramètres augmentent, moins les changements sont visibles.

En même temps, vous pouvez apprécier tous les plaisirs d’un son numérique de haute qualité si vous disposez d’une bonne carte son. Ce qui est intégré à la plupart des PC est généralement terrible ; les Mac avec des cartes intégrées sont meilleurs, mais il est préférable d'avoir quelque chose d'externe. Eh bien, la question, bien sûr, est de savoir où vous obtiendrez ces enregistrements numériques d'une qualité supérieure à celle d'un CD :) Bien que les MP3 les plus merdiques sonneront sensiblement mieux sur une bonne carte son.

Revenant aux choses analogiques - ici, nous pouvons dire que les gens continuent à les utiliser non pas parce qu'ils sont vraiment meilleurs et plus précis, mais parce qu'un enregistrement précis et de haute qualité sans distorsion n'est généralement pas le résultat souhaité. Les distorsions numériques, qui peuvent résulter de mauvais algorithmes de traitement audio, de faibles débits binaires ou taux d'échantillonnage, d'écrêtage numérique - elles semblent certainement beaucoup plus désagréables que les distorsions analogiques, mais elles peuvent être évitées. Et il s’avère qu’un enregistrement numérique de très haute qualité et précis semble trop stérile et manque de richesse. Et si, par exemple, vous enregistrez une batterie sur bande, cette saturation apparaît et est conservée, même si cet enregistrement est numérisé ultérieurement. Et le vinyle semble également plus cool, même si des morceaux entièrement réalisés sur ordinateur y ont été enregistrés. Et bien sûr, tout cela inclut les attributs et associations externes, à quoi tout cela ressemble, les émotions des personnes qui le font. Il est tout à fait compréhensible de vouloir tenir un disque entre ses mains, d'écouter une cassette sur un vieux magnétophone plutôt qu'un enregistrement depuis un ordinateur, ou de comprendre ceux qui utilisent désormais des magnétophones multipistes en studio, même si cela est beaucoup plus difficile. et coûteux. Mais cela a son propre plaisir.

18 février 2016

Le monde du divertissement à domicile est très varié et peut inclure : regarder des films sur un bon système de cinéma maison ; un gameplay passionnant et passionnant ou écouter de la musique. En règle générale, chacun trouve quelque chose qui lui est propre dans ce domaine ou combine tout à la fois. Mais quels que soient les objectifs d'une personne en matière d'organisation de ses loisirs et quels que soient les extrêmes qu'elle atteigne, tous ces liens sont fermement liés par un mot simple et compréhensible : « son ». En effet, dans tous les cas ci-dessus, nous nous laisserons guider par le son. Mais cette question n'est pas si simple et triviale, surtout dans les cas où l'on souhaite obtenir un son de haute qualité dans une pièce ou dans d'autres conditions. Pour ce faire, il n'est pas toujours nécessaire d'acheter des composants hi-fi ou haut de gamme coûteux (même si cela sera très utile), mais une bonne connaissance de la théorie physique est suffisante, ce qui peut éliminer la plupart des problèmes qui se posent à chacun. qui cherche à obtenir un doublage de haute qualité.

Ensuite, la théorie du son et de l’acoustique sera considérée du point de vue de la physique. Dans ce cas, j'essaierai de rendre cela aussi accessible que possible à la compréhension de toute personne qui, peut-être, est loin de connaître les lois ou les formules physiques, mais rêve néanmoins passionnément de réaliser le rêve de créer un système acoustique parfait. Je ne prétends pas dire que pour obtenir de bons résultats dans ce domaine à la maison (ou dans une voiture par exemple), il faut bien connaître ces théories, mais comprendre les bases vous permettra d'éviter de nombreuses erreurs stupides et absurdes. , et vous permettra également d'obtenir l'effet sonore maximum du système à n'importe quel niveau.

Théorie générale du son et terminologie musicale

Qu'est-ce que c'est son? C'est la sensation que perçoit l'organe auditif "oreille"(le phénomène lui-même existe sans la participation de « l'oreille » au processus, mais cela est plus facile à comprendre), qui se produit lorsque le tympan est excité par une onde sonore. L'oreille dans ce cas agit comme un « récepteur » d'ondes sonores de différentes fréquences.
Onde sonore il s'agit essentiellement d'une série séquentielle de compactages et de décharges du milieu (le plus souvent de l'air dans des conditions normales) de différentes fréquences. La nature des ondes sonores est oscillatoire, provoquée et produite par la vibration de n’importe quel corps. L'émergence et la propagation d'une onde sonore classique sont possibles dans trois milieux élastiques : gazeux, liquide et solide. Lorsqu'une onde sonore se produit dans l'un de ces types d'espace, certains changements se produisent inévitablement dans le milieu lui-même, par exemple un changement dans la densité ou la pression de l'air, le mouvement des particules de la masse d'air, etc.

Puisqu'une onde sonore a un caractère oscillatoire, elle possède une caractéristique telle que la fréquence. Fréquence mesuré en hertz (en l'honneur du physicien allemand Heinrich Rudolf Hertz), et désigne le nombre d'oscillations sur une période de temps égale à une seconde. Ceux. par exemple, une fréquence de 20 Hz indique un cycle de 20 oscillations en une seconde. La notion subjective de sa hauteur dépend également de la fréquence du son. Plus il y a de vibrations sonores par seconde, plus le son apparaît « aigu ». Une onde sonore possède également une autre caractéristique importante, qui porte un nom : la longueur d'onde. Longueur d'onde Il est d'usage de considérer la distance parcourue par un son d'une certaine fréquence en une période égale à une seconde. Par exemple, la longueur d'onde du son le plus bas dans la plage audible par l'homme à 20 Hz est de 16,5 mètres et la longueur d'onde du son le plus élevé à 20 000 Hz est de 1,7 centimètres.

L'oreille humaine est conçue de telle manière qu'elle est capable de percevoir les ondes uniquement dans une plage limitée, d'environ 20 Hz à 20 000 Hz (selon les caractéristiques d'une personne particulière, certaines sont capables d'entendre un peu plus, d'autres moins). . Ainsi, cela ne signifie pas que les sons inférieurs ou supérieurs à ces fréquences n'existent pas, ils ne sont tout simplement pas perçus par l'oreille humaine, dépassant la plage audible. Le son au-dessus de la plage audible est appelé ultrason, le son inférieur à la plage audible est appelé infrason. Certains animaux sont capables de percevoir les ultras et les infrasons, certains utilisent même cette gamme pour s'orienter dans l'espace (chauves-souris, dauphins). Si le son traverse un milieu qui n'est pas en contact direct avec l'organe auditif humain, il risque de ne pas être entendu ou d'être considérablement affaibli par la suite.

Dans la terminologie musicale du son, il existe des désignations aussi importantes que l'octave, la tonalité et l'harmonique du son. Octave désigne un intervalle dans lequel le rapport de fréquence entre les sons est de 1 à 2. Une octave est généralement très reconnaissable à l'oreille, tandis que les sons compris dans cet intervalle peuvent être très similaires les uns aux autres. Une octave peut également être appelée un son qui vibre deux fois plus qu'un autre son dans le même laps de temps. Par exemple, la fréquence de 800 Hz n’est rien de plus qu’une octave supérieure de 400 Hz, et la fréquence de 400 Hz, à son tour, est l’octave suivante du son avec une fréquence de 200 Hz. L’octave, quant à elle, est constituée de tons et d’harmoniques. Les vibrations variables dans une onde sonore harmonique de même fréquence sont perçues par l'oreille humaine comme ton musical. Les vibrations à haute fréquence peuvent être interprétées comme des sons aigus, tandis que les vibrations à basse fréquence peuvent être interprétées comme des sons graves. L'oreille humaine est capable de distinguer clairement les sons avec une différence d'un ton (dans la plage allant jusqu'à 4 000 Hz). Malgré cela, la musique utilise un nombre extrêmement réduit de sons. Cela s'explique par des considérations sur le principe de consonance harmonique : tout est basé sur le principe des octaves.

Considérons la théorie des sons musicaux en utilisant l'exemple d'une corde tendue d'une certaine manière. Une telle corde, en fonction de la force de tension, sera « accordée » sur une fréquence spécifique. Lorsque cette corde est exposée à quelque chose avec une force spécifique, qui la fait vibrer, une tonalité sonore spécifique sera systématiquement observée et nous entendrons la fréquence d’accord souhaitée. Ce son est appelé le ton fondamental. La fréquence de la note « A » de la première octave est officiellement acceptée comme tonalité fondamentale dans le domaine musical, égale à 440 Hz. Cependant, la plupart des instruments de musique ne reproduisent jamais seuls les sons fondamentaux purs ; ils sont inévitablement accompagnés d'harmoniques appelés harmoniques. Il convient ici de rappeler une définition importante de l’acoustique musicale, la notion de timbre sonore. Timbre- il s'agit d'une caractéristique des sons musicaux qui donne aux instruments de musique et aux voix leur spécificité sonore unique et reconnaissable, même en comparant des sons de même hauteur et volume. Le timbre de chaque instrument de musique dépend de la répartition de l'énergie sonore entre les harmoniques au moment où le son apparaît.

Les harmoniques forment une coloration spécifique du ton fondamental, grâce à laquelle nous pouvons facilement identifier et reconnaître un instrument spécifique, ainsi que distinguer clairement son son d'un autre instrument. Il existe deux types d'harmoniques : harmoniques et non harmoniques. Harmoniques par définition sont des multiples de la fréquence fondamentale. Au contraire, si les harmoniques ne sont pas multiples et s'écartent sensiblement des valeurs, alors elles sont appelées non harmonique. En musique, le fonctionnement avec des harmoniques multiples est pratiquement exclu, le terme est donc réduit au concept d'« harmonique », c'est-à-dire harmonique. Pour certains instruments, comme le piano, la tonalité fondamentale n'a même pas le temps de se former : en peu de temps, l'énergie sonore des harmoniques augmente, puis diminue tout aussi rapidement. De nombreux instruments créent ce qu'on appelle un effet de « tonalité de transition », dans lequel l'énergie de certaines harmoniques est la plus élevée à un certain moment, généralement au tout début, mais change ensuite brusquement et passe à d'autres harmoniques. La gamme de fréquences de chaque instrument peut être considérée séparément et est généralement limitée aux fréquences fondamentales que cet instrument particulier est capable de produire.

Dans la théorie du son, il existe également un concept tel que BRUIT. Bruit- il s'agit de tout son créé par une combinaison de sources incompatibles les unes avec les autres. Tout le monde connaît le bruit des feuilles d’arbres se balançant au gré du vent, etc.

Qu'est-ce qui détermine le volume du son ?Évidemment, un tel phénomène dépend directement de la quantité d’énergie transférée par l’onde sonore. Pour déterminer les indicateurs quantitatifs du volume, il existe un concept : l'intensité sonore. Intensité sonore est défini comme le flux d'énergie traversant une certaine zone de l'espace (par exemple, cm2) par unité de temps (par exemple, par seconde). Lors d'une conversation normale, l'intensité est d'environ 9 ou 10 W/cm2. L'oreille humaine est capable de percevoir les sons sur une plage de sensibilité assez large, alors que la sensibilité des fréquences est hétérogène au sein du spectre sonore. De cette façon, la plage de fréquences de 1 000 Hz à 4 000 Hz, qui couvre le plus largement la parole humaine, est mieux perçue.

Étant donné que l'intensité des sons varie considérablement, il est plus pratique de les considérer comme une quantité logarithmique et de les mesurer en décibels (d'après le scientifique écossais Alexander Graham Bell). Le seuil inférieur de sensibilité auditive de l'oreille humaine est de 0 dB, le seuil supérieur est de 120 dB, également appelé « seuil de douleur ». La limite supérieure de sensibilité n'est également pas perçue par l'oreille humaine de la même manière, mais dépend de la fréquence spécifique. Les sons à basse fréquence doivent avoir une intensité beaucoup plus grande que les sons à haute fréquence pour déclencher le seuil de douleur. Par exemple, le seuil de douleur à une fréquence basse de 31,5 Hz se produit à un niveau d'intensité sonore de 135 dB, alors qu'à une fréquence de 2000 Hz la sensation de douleur apparaîtra à 112 dB. Il existe également le concept de pression acoustique, qui élargit en réalité l’explication habituelle de la propagation d’une onde sonore dans l’air. Pression sonore- il s'agit d'une surpression variable qui apparaît dans un milieu élastique à la suite du passage d'une onde sonore à travers celui-ci.

Nature ondulatoire du son

Pour mieux comprendre le système de génération d’ondes sonores, imaginez un haut-parleur classique situé dans un tuyau rempli d’air. Si l'enceinte effectue un mouvement brusque vers l'avant, l'air à proximité immédiate du diffuseur est momentanément comprimé. L'air se dilatera alors, poussant ainsi la région d'air comprimé le long du tuyau.
Ce mouvement ondulatoire deviendra par la suite sonore lorsqu’il atteindra l’organe auditif et « excitera » le tympan. Lorsqu’une onde sonore se produit dans un gaz, une surpression et une surdensité sont créées et les particules se déplacent à une vitesse constante. Concernant les ondes sonores, il est important de se rappeler que la substance ne se déplace pas avec l'onde sonore, mais qu'il se produit seulement une perturbation temporaire des masses d'air.

Si nous imaginons un piston suspendu dans l'espace libre sur un ressort et effectuant des mouvements répétés de « va-et-vient », alors de telles oscillations seront appelées harmoniques ou sinusoïdales (si nous imaginons l'onde sous forme de graphique, alors dans ce cas nous obtiendrons un pur sinusoïde avec des baisses et des hausses répétées). Si nous imaginons un haut-parleur dans un tuyau (comme dans l'exemple décrit ci-dessus) effectuant des oscillations harmoniques, alors au moment où le haut-parleur se déplace « en avant », l'effet bien connu de compression de l'air est obtenu, et lorsque le haut-parleur se déplace « en arrière », l’effet inverse de la raréfaction se produit. Dans ce cas, une vague alternée de compression et de raréfaction se propagera dans la canalisation. La distance le long du tuyau entre les maxima ou minima (phases) adjacents sera appelée longueur d'onde. Si les particules oscillent parallèlement à la direction de propagation de l'onde, alors l'onde est appelée longitudinal. Si elles oscillent perpendiculairement à la direction de propagation, alors l'onde est appelée transversal. Généralement, les ondes sonores dans les gaz et les liquides sont longitudinales, mais dans les solides, des ondes des deux types peuvent se produire. Les ondes transversales dans les solides surviennent en raison de la résistance au changement de forme. La principale différence entre ces deux types d'ondes est qu'une onde transversale a la propriété de polarisation (les oscillations se produisent dans un certain plan), contrairement à une onde longitudinale.

Vitesse du son

La vitesse du son dépend directement des caractéristiques du milieu dans lequel il se propage. Elle est déterminée (dépendante) par deux propriétés du milieu : l'élasticité et la densité du matériau. La vitesse du son dans les solides dépend directement du type de matériau et de ses propriétés. La vitesse en milieu gazeux ne dépend que d'un seul type de déformation du milieu : la compression-raréfaction. Le changement de pression dans une onde sonore se produit sans échange de chaleur avec les particules environnantes et est appelé adiabatique.
La vitesse du son dans un gaz dépend principalement de la température : elle augmente avec l'augmentation de la température et diminue avec la diminution de la température. De plus, la vitesse du son dans un milieu gazeux dépend de la taille et de la masse des molécules de gaz elles-mêmes - plus la masse et la taille des particules sont petites, plus la « conductivité » de l'onde est grande et, par conséquent, plus la vitesse est grande.

Dans les milieux liquides et solides, le principe de propagation et la vitesse du son sont similaires à la façon dont une onde se propage dans l'air : par compression-décharge. Mais dans ces environnements, outre la même dépendance à la température, la densité du milieu et sa composition/structure sont assez importantes. Plus la densité de la substance est faible, plus la vitesse du son est élevée et vice versa. La dépendance à la composition du milieu est plus complexe et est déterminée dans chaque cas spécifique, en tenant compte de la localisation et de l'interaction molécules/atomes.

Vitesse du son dans l'air à t, °C 20 : 343 m/s
Vitesse du son dans l'eau distillée à t, °C 20 : 1481 m/s
Vitesse du son dans l'acier à t, °C 20 : 5000 m/s

Ondes stationnaires et interférences

Lorsqu’un haut-parleur crée des ondes sonores dans un espace confiné, l’effet des ondes réfléchies par les limites se produit inévitablement. En conséquence, cela se produit le plus souvent effet d'interférence- lorsque deux ou plusieurs ondes sonores se chevauchent. Des cas particuliers de phénomènes d'interférence sont la formation de : 1) ondes battantes ou 2) ondes stationnaires. Battements de vagues- c'est le cas lorsque se produit l'addition d'ondes de fréquences et d'amplitudes similaires. L'image de l'apparition de battements : lorsque deux ondes de fréquences similaires se chevauchent. À un moment donné, avec un tel chevauchement, les pics d’amplitude peuvent coïncider « en phase », et les déclins peuvent également coïncider en « antiphase ». C'est ainsi que sont caractérisés les battements sonores. Il est important de se rappeler que, contrairement aux ondes stationnaires, les coïncidences de phases des pics ne se produisent pas constamment, mais à certains intervalles de temps. À l’oreille, ce schéma de battements se distingue assez clairement et s’entend respectivement sous la forme d’une augmentation et d’une diminution périodiques du volume. Le mécanisme par lequel cet effet se produit est extrêmement simple : lorsque les pics coïncident, le volume augmente, et lorsque les vallées coïncident, le volume diminue.

Ondes stationnaires se produisent dans le cas de la superposition de deux ondes de même amplitude, phase et fréquence, lorsque ces ondes se « rencontrent », l’une se déplace dans le sens avant et l’autre dans le sens opposé. Dans la zone de l'espace (où l'onde stationnaire s'est formée), une image de superposition de deux amplitudes de fréquence apparaît, avec une alternance de maxima (les soi-disant ventres) et de minima (les soi-disant nœuds). Lorsque ce phénomène se produit, la fréquence, la phase et le coefficient d'atténuation de l'onde au lieu de réflexion sont extrêmement importants. Contrairement aux ondes progressives, il n’y a pas de transfert d’énergie dans une onde stationnaire car les ondes avant et arrière qui forment cette onde transfèrent de l’énergie en quantités égales dans les directions avant et opposées. Pour bien comprendre l’apparition d’une onde stationnaire, imaginons un exemple tiré de l’acoustique domestique. Disons que nous avons des systèmes d'enceintes sur pied dans un espace (pièce) limité. En leur faisant jouer quelque chose avec beaucoup de basse, essayons de changer l'emplacement de l'auditeur dans la pièce. Ainsi, un auditeur qui se retrouve dans la zone de minimum (soustraction) d'une onde stationnaire ressentira l'effet qu'il y a très peu de basses, et si l'auditeur se retrouve dans une zone de maximum (addition) de fréquences, alors l'inverse L'effet d'une augmentation significative de la région des basses est obtenu. Dans ce cas, l’effet est observé dans toutes les octaves de la fréquence de base. Par exemple, si la fréquence de base est de 440 Hz, alors le phénomène « d'addition » ou de « soustraction » sera également observé aux fréquences de 880 Hz, 1760 Hz, 3520 Hz, etc.

Phénomène de résonance

La plupart des solides ont une fréquence de résonance naturelle. Il est assez facile de comprendre cet effet en prenant l’exemple d’un tuyau ordinaire, ouvert à une seule extrémité. Imaginons une situation dans laquelle un haut-parleur est connecté à l'autre extrémité du tuyau, qui peut jouer une fréquence constante, qui peut également être modifiée ultérieurement. Ainsi, le tuyau a sa propre fréquence de résonance, en termes simples - c'est la fréquence à laquelle le tuyau « résonne » ou émet son propre son. Si la fréquence du haut-parleur (à la suite d'un réglage) coïncide avec la fréquence de résonance du tuyau, l'effet d'une augmentation du volume plusieurs fois se produira. Cela se produit parce que le haut-parleur excite les vibrations de la colonne d'air dans le tuyau avec une amplitude significative jusqu'à ce que la même « fréquence de résonance » soit trouvée et que l'effet d'addition se produise. Le phénomène qui en résulte peut être décrit comme suit : le tuyau dans cet exemple « aide » le locuteur en résonnant à une fréquence spécifique, leurs efforts s'additionnent et « aboutissent » à un effet fort audible. En prenant l'exemple des instruments de musique, ce phénomène peut être facilement observé, puisque la conception de la plupart des instruments contient des éléments appelés résonateurs. Il n’est pas difficile de deviner ce qui sert à améliorer une certaine fréquence ou un certain ton musical. Par exemple : un corps de guitare avec un résonateur en forme de trou s'adaptant au volume ; La conception du tube de flûte (et de tous les tuyaux en général) ; La forme cylindrique du corps du tambour, qui est lui-même un résonateur d'une certaine fréquence.

Spectre de fréquence du son et réponse en fréquence

Puisqu'en pratique il n'y a pratiquement pas d'ondes de même fréquence, il devient nécessaire de décomposer l'ensemble du spectre sonore de la plage audible en harmoniques ou harmoniques. À ces fins, il existe des graphiques qui affichent la dépendance de l'énergie relative des vibrations sonores à la fréquence. Ce graphique est appelé graphique du spectre des fréquences sonores. Spectre de fréquence du son Il en existe deux types : discret et continu. Un tracé de spectre discret affiche des fréquences individuelles séparées par des espaces vides. Le spectre continu contient toutes les fréquences sonores à la fois.
Dans le cas de la musique ou de l'acoustique, le graphique habituel est le plus souvent utilisé Caractéristiques amplitude-fréquence(en abrégé « AFC »). Ce graphique montre la dépendance de l'amplitude des vibrations sonores sur la fréquence sur tout le spectre de fréquences (20 Hz - 20 kHz). En regardant un tel graphique, il est facile de comprendre, par exemple, les forces ou les faiblesses d'un haut-parleur particulier ou d'un système acoustique dans son ensemble, les zones de production d'énergie les plus fortes, les baisses et montées de fréquence, l'atténuation, et également de tracer la pente. du déclin.

Propagation des ondes sonores, phase et antiphase

Le processus de propagation des ondes sonores se produit dans toutes les directions à partir de la source. L’exemple le plus simple pour comprendre ce phénomène est un caillou jeté dans l’eau.
À partir de l’endroit où la pierre est tombée, les vagues commencent à se propager à la surface de l’eau dans toutes les directions. Cependant, imaginons une situation utilisant un haut-parleur dans un certain volume, par exemple un boîtier fermé, connecté à un amplificateur et diffusant une sorte de signal musical. Il est facile de remarquer (surtout si vous appliquez un signal basse fréquence puissant, par exemple une grosse caisse) que le haut-parleur effectue un mouvement rapide « en avant », puis le même mouvement rapide « en arrière ». Ce qui reste à comprendre, c'est que lorsque l'enceinte avance, elle émet une onde sonore que l'on entend plus tard. Mais que se passe-t-il lorsque l’orateur recule ? Et paradoxalement, la même chose se produit, le haut-parleur fait le même son, seulement dans notre exemple il se propage entièrement dans le volume du caisson, sans dépasser ses limites (le caisson est fermé). En général, dans l’exemple ci-dessus, on peut observer de nombreux phénomènes physiques intéressants, dont le plus significatif est la notion de phase.

L'onde sonore que l'enceinte, étant dans le volume, émet en direction de l'auditeur est « en phase ». L'onde inverse, qui pénètre dans le volume de la boîte, sera en conséquence antiphase. Il ne reste plus qu'à comprendre ce que signifient ces concepts ? Phase du signal– il s’agit du niveau de pression acoustique à l’instant présent en un point donné de l’espace. La façon la plus simple de comprendre cette phase est de prendre l'exemple de la reproduction de matériel musical par une paire stéréo classique de systèmes de haut-parleurs domestiques. Imaginons que deux de ces enceintes sur pied soient installées dans une certaine pièce et jouent. Dans ce cas, les deux systèmes acoustiques reproduisent un signal synchrone de pression acoustique variable, et la pression sonore d'un haut-parleur s'ajoute à la pression sonore de l'autre haut-parleur. Un effet similaire se produit en raison de la synchronicité de la reproduction du signal provenant respectivement des haut-parleurs gauche et droit, en d'autres termes, les pics et les creux des ondes émises par les haut-parleurs gauche et droit coïncident.

Imaginons maintenant que les pressions acoustiques changent toujours de la même manière (n’ont pas subi de changements), mais seulement maintenant elles sont opposées les unes aux autres. Cela peut se produire si vous connectez une enceinte sur deux en polarité inversée (câble "+" de l'amplificateur à la borne "-" de l'enceinte, et câble "-" de l'amplificateur à la borne "+" de l'enceinte. système de haut-parleurs). Dans ce cas, le signal opposé provoquera une différence de pression, qui peut être représentée en chiffres comme suit : le haut-parleur gauche créera une pression de « 1 Pa », et le haut-parleur droit créera une pression de « moins 1 Pa ». En conséquence, le volume sonore total à l’endroit où se trouve l’auditeur sera nul. Ce phénomène est appelé antiphase. Si nous regardons l'exemple plus en détail pour comprendre, il s'avère que deux enceintes jouant « en phase » créent des zones identiques de compactage et de raréfaction de l'air, s'entraidant ainsi. Dans le cas d'une antiphase idéalisée, la zone d'espace aérien comprimé créée par un locuteur sera accompagnée d'une zone d'espace aérien raréfié créée par le deuxième locuteur. Cela ressemble à peu près au phénomène d’annulation mutuelle synchrone des ondes. Certes, dans la pratique, le volume ne tombe pas à zéro et nous entendrons un son très déformé et affaibli.

La manière la plus accessible de décrire ce phénomène est la suivante : deux signaux avec les mêmes oscillations (fréquence), mais décalés dans le temps. Compte tenu de cela, il est plus pratique d'imaginer ces phénomènes de déplacement à l'aide de l'exemple d'une horloge ronde ordinaire. Imaginons qu'il y ait plusieurs horloges rondes identiques accrochées au mur. Lorsque les aiguilles des secondes de cette montre fonctionnent de manière synchrone, sur une montre 30 secondes et sur l'autre 30 secondes, alors c'est un exemple de signal qui est en phase. Si les aiguilles des secondes bougent avec un décalage, mais que la vitesse est toujours la même, par exemple, sur une montre, elle est de 30 secondes et sur une autre, de 24 secondes, alors il s'agit d'un exemple classique de déphasage. De la même manière, la phase se mesure en degrés, à l'intérieur d'un cercle virtuel. Dans ce cas, lorsque les signaux sont décalés les uns par rapport aux autres de 180 degrés (une demi-période), une antiphase classique est obtenue. Souvent, dans la pratique, des déphasages mineurs se produisent, qui peuvent également être déterminés en degrés et éliminés avec succès.

Les vagues sont planes et sphériques. Un front d’onde plan se propage dans une seule direction et est rarement rencontré en pratique. Un front d’onde sphérique est un type simple d’onde qui provient d’un seul point et se propage dans toutes les directions. Les ondes sonores ont la propriété diffraction, c'est à dire. capacité à contourner les obstacles et les objets. Le degré de courbure dépend du rapport entre la longueur d'onde du son et la taille de l'obstacle ou du trou. La diffraction se produit également lorsqu’il y a un obstacle sur le chemin du son. Dans ce cas, deux scénarios sont possibles : 1) Si la taille de l'obstacle est bien supérieure à la longueur d'onde, alors le son est réfléchi ou absorbé (en fonction du degré d'absorption du matériau, de l'épaisseur de l'obstacle, etc. ), et une zone « d’ombre acoustique » se forme derrière l’obstacle. . 2) Si la taille de l'obstacle est comparable à la longueur d'onde ou même inférieure à celle-ci, alors le son se diffracte dans une certaine mesure dans toutes les directions. Si une onde sonore, en se déplaçant dans un milieu, heurte l'interface avec un autre milieu (par exemple, un milieu aérien avec un milieu solide), alors trois scénarios peuvent se produire : 1) l'onde sera réfléchie depuis l'interface 2) l'onde peut passer dans un autre milieu sans changer de direction 3) une onde peut passer dans un autre milieu avec un changement de direction à la frontière, c'est ce qu'on appelle la « réfraction des vagues ».

Le rapport entre la surpression d’une onde sonore et la vitesse volumétrique oscillatoire est appelé résistance de l’onde. En mots simples, impédance d'onde du milieu peut être appelé la capacité d’absorber les ondes sonores ou de leur « résister ». Les coefficients de réflexion et de transmission dépendent directement du rapport des impédances d'onde des deux milieux. La résistance aux vagues dans un milieu gazeux est bien inférieure à celle dans l’eau ou les solides. Par conséquent, si une onde sonore dans l’air frappe un objet solide ou la surface d’une eau profonde, le son est soit réfléchi par la surface, soit absorbé dans une large mesure. Cela dépend de l’épaisseur de la surface (eau ou solide) sur laquelle tombe l’onde sonore souhaitée. Lorsque l'épaisseur d'un milieu solide ou liquide est faible, les ondes sonores « passent » presque complètement, et vice versa, lorsque l'épaisseur du milieu est importante, les ondes sont plus souvent réfléchies. Dans le cas de la réflexion des ondes sonores, ce processus se déroule selon une loi physique bien connue : « L'angle d'incidence est égal à l'angle de réflexion ». Dans ce cas, lorsqu'une onde provenant d'un milieu de densité inférieure atteint la frontière avec un milieu de densité plus élevée, le phénomène se produit réfraction. Elle consiste en la courbure (réfraction) d'une onde sonore après avoir « rencontré » un obstacle, et s'accompagne nécessairement d'un changement de vitesse. La réfraction dépend également de la température du milieu dans lequel se produit la réflexion.

Dans le processus de propagation des ondes sonores dans l'espace, leur intensité diminue inévitablement ; on peut dire que les ondes s'atténuent et le son s'affaiblit. En pratique, rencontrer un effet similaire est assez simple : par exemple, si deux personnes se tiennent dans un champ à une distance proche (un mètre ou moins) et commencent à se dire quelque chose. Si vous augmentez ensuite la distance entre les personnes (si elles commencent à s'éloigner les unes des autres), le même niveau de volume de conversation deviendra de moins en moins audible. Cet exemple démontre clairement le phénomène de diminution de l'intensité des ondes sonores. Pourquoi cela arrive-t-il? La raison en est divers processus d'échange thermique, d'interaction moléculaire et de friction interne des ondes sonores. Le plus souvent en pratique, l’énergie sonore est convertie en énergie thermique. De tels processus surviennent inévitablement dans l'un des trois milieux de propagation du son et peuvent être caractérisés comme suit : absorption des ondes sonores.

L'intensité et le degré d'absorption des ondes sonores dépendent de nombreux facteurs, tels que la pression et la température du milieu. L'absorption dépend également de la fréquence sonore spécifique. Lorsqu’une onde sonore se propage à travers des liquides ou des gaz, un effet de friction se produit entre différentes particules, appelé viscosité. À la suite de ce frottement au niveau moléculaire, le processus de conversion d’une onde sonore en chaleur se produit. En d’autres termes, plus la conductivité thermique du milieu est élevée, plus le degré d’absorption des ondes est faible. L'absorption acoustique dans les milieux gazeux dépend également de la pression (la pression atmosphérique change avec l'augmentation de l'altitude par rapport au niveau de la mer). Quant à la dépendance du degré d'absorption sur la fréquence du son, compte tenu des dépendances mentionnées ci-dessus de la viscosité et de la conductivité thermique, plus la fréquence du son est élevée, plus l'absorption du son est élevée. Par exemple, à température et pression de l'air normales, l'absorption d'une onde d'une fréquence de 5 000 Hz est de 3 dB/km, et l'absorption d'une onde d'une fréquence de 50 000 Hz sera de 300 dB/m.

Dans les milieux solides, toutes les dépendances ci-dessus (conductivité thermique et viscosité) sont préservées, mais plusieurs conditions supplémentaires s'y ajoutent. Ils sont associés à la structure moléculaire des matériaux solides, qui peut être différente, avec ses propres inhomogénéités. En fonction de cette structure moléculaire solide interne, l'absorption des ondes sonores dans ce cas peut être différente et dépend du type de matériau spécifique. Lorsque le son traverse un corps solide, l'onde subit un certain nombre de transformations et de distorsions, ce qui conduit le plus souvent à la dispersion et à l'absorption de l'énergie sonore. Au niveau moléculaire, un effet de dislocation peut se produire lorsqu’une onde sonore provoque un déplacement des plans atomiques, qui reviennent alors à leur position initiale. Ou bien, le mouvement des luxations entraîne une collision avec des luxations perpendiculaires à celles-ci ou des défauts de la structure cristalline, ce qui provoque leur inhibition et, par conséquent, une certaine absorption de l'onde sonore. Cependant, l’onde sonore peut également entrer en résonance avec ces défauts, ce qui entraînera une distorsion de l’onde originale. L'énergie de l'onde sonore au moment de l'interaction avec les éléments de la structure moléculaire du matériau est dissipée à la suite de processus de friction internes.

Dans cet article, je vais essayer d'analyser les caractéristiques de la perception auditive humaine et certaines des subtilités et caractéristiques de la propagation du son.