Jednostki, przeliczniki, standaryzowane wielkości.

• Standardowe poziomy liniowe sygnału audio
• Przeliczanie opóźnienia ms, m, ft
• Długość fali
• Przeliczanie sygnału DMX512 na postać binarną (DIP Switch)
• dB i mnożniki
• Przedrostki jednostek
• Kalkulator jednostek i wartości
• Pojęcia, opisy, definicje...

Standardowe poziomy liniowe sygnału audio.

1. Konsumencki, który wynosi -10dBV, najczęściej spotykany na złączu RCA (potocznie Cinch).
2. Profesjonalny, który wynosi 4dBu, najczęściej spotykany za złączu XLR (potocznie Canon) lub TRS (jack stereo), może także występować na złączu TS (jack mono), również na takim poziomie lub na połowie jego wartości jeśli pochodzi on z desymetryzacji sygnału symetrycznego za pomocą zwarcia przewodu zimnego (-) z masą. Jeśli desymetryzacja została przeprowadzona w inny sposób powinien on mieć standardowe 4dBu. W przypadku różnego rodzaju przelotek poziom zależy od tego z jakiego wyjścia wywodzi się sygnał i w jaki sposób wykonana jest przejściówka.

0dBu = 0,7746V
0dBV = 1V

4dBu= +1,78dBV
-10dBV = -7,78dBu

+4dBu = 1,23V
-10dBV = 0,32V

Kalkulator dBu, dBV, V znajduje się na stronie: http://www.sengpielaudio.com/calculator-db-volt.htm.

Przeliczanie opóźnienia ms, m, ft.

 W procesorach głośnikowych i liniach opóźniających poza jednostkami podanymi w czasie (s) spotyka się również jednostki długości (m lub ft). Najbardziej precyzyjne jest posługiwanie się jednostkami czasu gdyż uwzględniając panujące warunki możemy dokładnie obliczyć potrzebne opóźnienie. Najwygodniejsze jest skorzystanie z jednostek odległości, gdyż możemy sobie taka odległość zmierzyć, jednak procesor przeliczając ją na opóźnienie przyjmuje pewne z góry założone warunki temperatury, chyba że ma możliwość wprowadzenia także tych danych.
 Na prędkość dźwięku wpływ ma także ciśnienie, wilgotność oraz kierunek i prędkość wiatru. Wiele źródeł podaje, że wilgotność w powietrzu ma bardzo niewielki wpływ, a zmiany ciśnienia w powietrzu w ogóle pomija się, przynajmniej w aspekcie naszej branży.
 W przybliżeniu prędkość rozchodzenia się dźwięku powietrzu wynosi 340m/s (34cm na 1ms), aby dokładnie ją wyznaczyć należy uwzględnić temperaturę. Przyjmując 20°C (68F) i ciśnienie 1010,8hPa (101080Pa czyli 760 mmHg) prędkość ta wynosi 343,6m/s (1236.6km/h czyli
1127ft/s) (dla 0°C 331,4m/s, dla 10°C 337,5m/s, dla 30°C 349,7m/s).
 Im wyższa temperatura, tym większa jest prędkość dźwięku i wynosi ona 0,6m/s dla zmiany o 1°C.
 Dla ośrodków takich jak ciała stałe i ciecze prędkość ta jest dużo wyższa.

Przyjmując powyższe warunki atmosferyczne otrzymujemy:

Długość fali

λ = ^v⁄_f
λ - długość fali [ m ]
v - prędkość dźwięku [ ^m⁄_s ]
f - częstotliwość [ Hz = ¹⁄_s ]
Prędkość dźwięku w powietrzu zależy od temperatury i ciśnienia. Do obliczeń przyjmuje się, że średnio wynosi 340 ^m⁄_s ( 1224 ^km⁄_h ).
 Ze wzoru wynika, że długość fali dla danej częstotliwości jest różna w zależności od ośrodka, w którym się rozchodzi. Dla przykładu 50Hz w powietrzu ma długość około 6,8m, w wodzie 30m, a w betonie 76m.
Wybrane długości fali w powietrzu w zależności od częstotliwości:
80Hz - 4,25m
100Hz - 3,4m
120Hz - 2,8m
750Hz - 0,45m
1kHz - 0,34m
1,32kHz - 0,26m
6,3kHz - 0,05m
12,5kHz - 0,027m

Przeliczanie sygnału DMX512 na postać binarną (DIP Switch).

Adres:    

dB i mnożniki.

	Dla napięcia lub prądu		Dla mocy
dB	(+dB) mnożnik	(-dB) mnożnik	(+dB) mnożnik	(-dB) mnożnik
0	1	1	1	1
3	1,41	0,71	1,99 (≈2)	0,5
6	2	0,5	3,98 (≈4)	0,25
10	3,16	0,316	10	0,1
12	3,98 (≈4)	0,251	15,8	0,06
20	10	0,1	100	0,01
30	31,6	0,0316	1000	0,001
40	100	0,01	10000	0,0001

Więcej na ten temat: Jak decybele przelicza się na "razy" i odwrotnie?

Przedrostki jednostek.

przedrostek	symbol	mnożnik
femto	f	10-15 =0,000 000 000 000 001
piko	p	10-12 =0,000 000 000 001
nano	n	10-9 =0,000 000 001
mikro	µ	10-6 =0,000 001
mili	m	10-3 =0,001
centy	c	10-2 =0,01
decy	d	10-1 =0,1
		100 =1
deka	da	101 =10
hekto	h	102 =100
kilo	k	103 =1000
mega	M	106 =1 000 000
giga	G	109 =1 000 000 000
tera	T	1012 =1 000 000 000 000
peta	P	1015 =1 000 000 000 000 000

Kalkulator jednostek i wartości.

Kalkulator znajduje się na stronie: http://www.jednostek.pl/.

Pojęcia, opisy, definicje...

Damping factor - parametr wzmacniacza audio określający jego zdolność do tłumienia sygnału wytworzonego przez głośnik. Definiuje się go jako stosunek impedancji kolumn do impedancji wyjściowej wzmacniacza.
Wiemy, że wzmacniacz służy do zasilania głośnika prądem o odpowiednim przebiegu, który podawany jest na cewkę głośnika znajdującą się w polu magnetycznym stałym. Pole wytworzone przez cewkę powoduje przesunięcie się jej (na wskutek wzajemnego oddziaływania z magnesem stałym), co za tym idzie wychylenie membrany. Nie każdy jednak zdaje sobie sprawę, że występuje tutaj także zjawisko odwrotne. Poruszająca się cewka (membrana) w polu magnetycznym wytwarza napięcie. Zjawisko to wykorzystujemy do kontrolowania niepożądanych ruchów membrany - na skutek jej bezwładności (zwłaszcza w przypadku głośników o dużej masie drgającej np. głośniki niskotonowe). Obciążając wytworzone napięcie jak najniższą impedancją powodujemy tłumienie ruchów membrany (powodujemy jej "chęć" powrotu do pozycji równowagi) - właśnie takim obciążeniem powinien być dla głośnika wzmacniacz. Zjawisko jest o tyle skomplikowane, że z jednej strony musi on pobudzać przetwornik, a z drugiej strony ograniczyć jego niepożądany ruch.
Mimo, iż sam wzmacniacz może mieć dobre parametry tłumienia to nie zapominajmy, że po drodze mamy jeszcze inne elementy takie jak przewody oraz mogące wystąpić zwrotnice (pasywne). Zwrotnice wyższego rzędu niż pierwszy mają w swojej charakterystyce punkty w zakresie pasma użytkowego, gdzie dla określonych częstotliwości impedancja znacznie rośnie. W tych miejscach tłumienie od strony wzmacniacza będzie bardzo małe lub praktycznie pomijalne.

DĹşwięk - rozchodzące się zaburzenie ośrodka sprężystego (gaz, ciało stałe, ciecz) poprzez drganie cząsteczek. Przyjmuje się, Ĺźe w powietrzu rozchodzi się on z prędkością 340 ^m⁄_s (zaleĹźy m.in. od temperatury i ciśnienia). DĹşwięki moĹźna podzielić na infradĹşwięki (poniĹźej częstotliwości słyszalnych), dĹşwięki słyszalne (z zakresie od ok. 16Hz do 20kHz), ultradĹşwięki (powyĹźej częstotliwości słyszalnych), a takĹźe hiperdĹşwięki (powyĹźej 10¹⁰Hz). Zakres dĹşwiękĂłw słyszalnych zaleĹźy od indywidualnych predyspozycji człowieka i zazwyczaj zmniejsza się on z wiekiem. MoĹźemy ogĂłlnie podzielić go na pasmo niskie - bas (bass od 16 do około 300Hz), pasmo średnie - alt (mid, od koło 300Hz do 3kHz) i pasmo wysokie - sopran (terble, od około 3 do 20kHz).

Fon - jednostka określająca wrażenie słyszenia jednakowego poziomu głośności dla różnych częstotliwości. Wynika z faktu, że człowiek nie odbiera w sposób liniowy różnych częstotliwości o tym samym poziomie ciśnienia akustycznego. Zależności te można odczytać z krzywych izofonicznych.
0 fonów przyjmuje się za próg słyszalności - najcichszy możliwy do odebrania dźwięk, jest to dźwięk uderzających cząsteczek powietrza o błonę bębenka usznego.
130 fonów przyjmuje się za granicę bólu mogącą doprowadzić do uszkodzenia słuchu - najgłośniejszy możliwy do odebrania dźwięk.
Poziomy te są umowne i zależą od indywidualnych predyspozycji.

Hi End - określnie sprzętu najwyższej jakości skierowanego w głównej mierze do audiofilów. Jego parametrów nie określają konkretne normy. Zaliczenie urządzeń do tej klasy wynika z zastosowania bardzo drogich komponentów oraz nowych technologii lub nawet samej ceny gotowego produktu. Sprzęt zazwyczaj podlega ocenie i opisowi ludzi pracujących dla czasopism i innych mediów związanych z tematyką audio lub osób będących pasjonatami najwyższej jakości dźwięku, uważanych za obdarzone nadzwyczajnym słuchem. Można spotkać również produkty i akcesoria, które sam producent promuje jako wręcz niezbędne, aby cieszyć się krystalicznie czystym dźwiękiem. Niestety wśród nich występują takie, które nie mają kompletnie wpływu na parametry audio, a opisy podawane przez producentów przeczą ogólnie przyjętym zasadom fizyki lub bardzo je naciągają, bazując na niewiedzy odbiorców. U niektórych z nich występuje efekt psychologiczny polegający na tym, że dzięki skomplikowanemu opisowi technicznemu, wysokiej cenie i reklamie w prasie branżowej ulegają przekonaniu, że rzeczywiście słyszą różnice wynikająca z zastosowania określonego produktu.
Zainteresowanym polecam serię filmików o tytule Audiovoodoo na kanale Reduktor Szumu:
https://www.youtube.com/watch?v=8Qwh8fXs-R4&list=PLjafoHEOxwgj1cGmgh_47Oh4HsLCBRGPG

Hi-Fi - skrót od high fidelity (wysoka wierność). Klasa sprzętu audio, mającego jak najwierniej odtworzyć muzykę i inne dźwięki w stosunku do oryginalnego brzmienia. Minimalne parametry jakie musi spełnić określa norma DIN 45500 lub IEC 268. Są nimi m.in. pasmo przenoszenia, odstęp od szumu oraz poziom zniekształceń nieliniowych.

Interwał - odstęp (różnica) pomiędzy dźwiękami (częstotliwościami).
Taki sam interwał oznacza, że każdy następny dźwięk pozostaje w takim samym stosunku do poprzedniego (mogą wystąpić niewielkie rozbieżności wynikające z pewnych zaokrągleń).
Podstawowe interwały to: pryma (odległość zerowa - powtórzenie dźwięku), sekunda, tercja, kwarta, kwinta, seksta, septyma, oktawa (stosunek częstotliwości wynosi 2:1).

Kakofonia - nieprzyjemnie brzmiąca mieszanina dźwięków, które nie są ze sobą powiązane wg ogólnie przyjętych zasad tworzenia muzyki. Może to być też zestaw występujących w jednym czasie przedziale czasu odgłosów, które w żaden sposób ze sobą nie współgrają.

Krzywa izofoniczna (izofona, krzywa jednakowego poziomu głośności) - wykres zależności natężenia dźwięku od częstotliwości pokazujący wrażenie odbioru różnych częstotliwości na jednakowym poziomie głośności (przez człowieka). Określany jest w jednostkach zwanych fonami.
Człowiek nie słyszy w sposób liniowy dźwięków o różnych częstotliwościach mających ten sam poziom ciśnienia akustycznego (SPL). W uproszczeniu można przyjąć, że najsłabiej słyszymy niskie częstotliwości, a najlepiej średnie. Dodatkowo proporcje te zmieniają się w zależności od ogólnego poziomu ciśnienia akustycznego. Dla przykładu, przy 30 fonach 20Hz musi mieć SPL o 58dB wyższy od 1kHz abyśmy usłyszeli go na takim samym poziomie. Natomiast przy 90 fonach już "tylko" o 32dB wyższy.
Krzywe zostały przyjęte w sposób umowny na podstawie wielu badań, mogą różnić się w zależności od sposobu ich przeprowadzenia i indywidualnych predyspozycji człowieka. Poziom jednakowego wrażenia głośności jest wrażeniem subiektywnym.

Krzywa ważona (korekcyjna) - wykres zależności poziomu ciśnienia akustycznego od częstotliwości odzwierciedlający wrażenie takiej samej głośności. Wynika z właściwości słuchu ludzkiego, która opisywana jest za pomocą krzywych izofonicznych (wyżej). Krzywe ważone są charakterystykami znormalizowanymi dla wybranych poziomów SPL (ciśnienia akustycznego).
W przypadku naszej branży stosowane są krzywe A (niski poziom SPL), B (średni poziom) oraz C (wysoki poziom). Kształtowanie charakterystyki częstotliwościowej systemu dźwiękowego uwzgledniające przebieg krzywych nazywane jest ważeniem.
Spotkać można także krzywą D (dla wysokiego poziomu hałasu) i L (płaska, bez ważenia).

Oktawa (akustyka) - wyraża wydzielone pasmo częstotliwości, którego koniec jest podwojeniem wartości częstotliwości początku wydzielonego pasma (skala logarytmiczna). Np. 50Hz oktawa 100Hz oktawa 200Hz oktawa 400Hz itd.
Inaczej mówiąc częstotliwość środkowa każdej następnej oktawy jest podwojeniem poprzedniej.
Zakres słyszalny został podzielony na 11 oktaw z czego pierwsza rozciąga się od 11,3 do 22,6Hz z częstotliwością środkową 16Hz, a ostatnia od 11,314 do 22,627kHz z częstotliwością środkową 16kHz. W dole pasma występują pewne niewielkie rozbieżności, jeśli chodzi o podwojenie wartości, wynika to przyjętych zaokrągleń. Częstotliwości środkowe kolejnych oktaw to: 16Hz, 31,5Hz, 63Hz, 125Hz, 250Hz, 500Hz, 1kHz, 2kHz, 4kHz, 8kHz, 16kHz.

Pasmo przenoszenia - zakres częstotliwości jakie przenosi dane urządzenie audio lub element (wzmacniacz, mikser, kolumna, tranzystor itd.). Przy okazji tego parametru powinno opisać się z jakim spadkiem (podbiciem) podany jest zakres, np. 16Hz - 20kHz + ⁄ - 3dB. Inaczej moĹźe okazać się, Ĺźe mimo iĹź zakres jest prawdziwy, to jednak na wyjściu występują duĹźe róşnice poziomĂłw dla poszczegĂłlnych częstotliwości (charakterystyka jest mocno nieliniowa).

Szum biały (akustyka) - jest on sygnałem (dźwiękiem złożonym), w którym gęstość jest liniowa w całym zakresie częstotliwości. Na każdy Hz przypada taka sama moc. Przykładowo dla wydzielonego zakresu 50 - 60Hz będzie taka sama jak dla 10 000 - 10 010Hz.
Ludzkie ucho odbiera dźwięki w sposób logarytmiczny wraz ze wzrostem częstotliwości (podział na oktawy), z tego powodu szum taki słyszalny jest jako wysoki, ostry (bardziej sopranowy) - dla każdej następnej wyższej oktawy przypada większa średnia moc.
W skali liniowej na uśrednionym wykresie zaleĹźności poziomu od częstotliwości będzie miał on postać linii rĂłwnoległej do osi częstotliwości    .
W skali logarytmicznej na uśrednionym wykresie zaleĹźności poziomu od częstotliwości będzie miał on postać linii wznoszącej się wraz ze zrostem częstotliwości    . Ze względu na właściwości ucha skalę logarytmiczną powszechnie wykorzystuje się w analizatorach widma audio (RTA).

Szum różowy (akustyka) - jest on sygnałem (dźwiękiem złożonym) w którym gęstość jest odwrotnie proporcjonalna do częstotliwości (spada ze wzrostem częstotliwości). Dla każdej oktawy (skala logarytmiczna) posiada on taką samą gęstość. Wnika z tego że średnia moc dla dowolnych dwóch oktaw jest taka sama, np. dla czwartej 88,4 - 177Hz (częstotliwość środkowa 125Hz, szerokość ok. 88,6Hz) jest taka sama jak dla dziesiątej 5657 - 11314Hz (częstotliwość środkowa 8kHz, szerokość 5657Hz). Natomiast dla wydzielonego pasma o zadanej szerokości (stałej w skali liniowej) np. 1Hz jest ona co raz mniejsza ze wzrostem częstotliwości.
W skali liniowej na uśrednionym wykresie zaleĹźności poziomu od częstotliwości będzie miał on postać linii opadającej wraz ze wzrostem częstotliwości    .
W skali logarytmicznej na uśrednionym wykresie zaleĹźności poziomu od częstotliwości będzie miał on postać linii rĂłwnoległej do osi częstotliwości    . Ze względu na właściwości ucha skalę logarytmiczną powszechnie wykorzystuje się w analizatorach widma audio (RTA).

Tercja (akustyka) - jest ¹⁄₃ oktawy, czyli 3 tercje składają się na jedną oktawę.
Przyjęło się, że pasmo akustyczne składa się z 33 tercji gdzie częstotliwość środkowa pierwszej wynosi 12,5Hz, a ostatniej 20kHz. Możemy czasem spotkać podział na 31 tercji, gdzie pierwsza ma częstotliwość środkową 16Hz, a ostatnia 16kHz - w tym podziale zrezygnowano z pierwszej i ostatniej w stosunku do podziału na 33 tercje. Kolejne częstotliwości środkowe tercji wynoszą: 12,5Hz, 16Hz, 20Hz, 25Hz, 31,5Hz, 40Hz, 50Hz, 63Hz, 80Hz, 100Hz, 125Hz, 160Hz, 200Hz, 250Hz, 315Hz, 400Hz, 500Hz, 630Hz, 800Hz, 1kHz, 1,25kHz, 1,6kHz, 2kHz, 2,5kHz, 3,15kHz, 4kHz, 5kHz, 6,3kHz, 8kHz, 10kHz, 12,5kHz, 16kHz i 20kHz.

Ton - dźwięk prosty, sinusoidalny o określonej częstotliwości. Instrumenty muzyczne oprócz tonów podstawowych wytwarzają także ich harmoniczne, będące w pewnym stosunku do podstawowego i o różnym natężeniu. Dzięki temu instrumenty posiadają swoja charakterystyczną barwę.
Dźwięki złożone składają się z wielu tonów oraz ich harmonicznych. Przyjmuje się, że każdy dźwięk można przestawić za pomocą złożenia wielu tonów.

Ważenie częstotliwości - proces kształtowania charakterystyki częstotliwościowej za pomocą filtrów przy uwzględnieniu krzywych ważonych (opis wyżej). Zastosowana korekcja (po uwzględnieniu warunków akustycznych miejsca) powinna odzwierciedlać odwrotność charakterystyki krzywej ważonej. Inaczej mówiąc gdybyśmy dokonali pomiaru analizatorem widma (RTA) powinniśmy otrzymać przebieg odwrotny do wybranej krzywej (A, B lub C).