Bandas de frequência de oitava	 min ,Hz	 máx. ,Hz	 qua ,Hz

Exemplos de intervalos de frequência de som criados pelo aparelho vocal humano e percebidos pelo aparelho auditivo humano são apresentados na Tabela 4.

Contralto, alto
Mezzo-soprano
Soprano colorido

Exemplos de faixas de frequência de alguns instrumentos musicais são apresentados na Tabela 5. Eles cobrem não apenas a faixa de áudio, mas também a faixa ultrassônica.

Instrumento musical	FrequênciaHz
Saxofone

Animais, pássaros e insetos criam e percebem sons em faixas de frequência diferentes das dos humanos (Tabela 6).

Na música, cada onda sonora senoidal é chamada em um tom simples, ou tom. O tom depende da frequência: quanto mais alta a frequência, mais alto é o tom. Tom principal som musical complexo é chamado de tom correspondente frequência mais baixa em seu espectro. Os tons correspondentes a outras frequências são chamados conotações. Se conotações múltiplos frequência do tom fundamental, então os harmônicos são chamados harmônico. O harmônico com a frequência mais baixa é chamado de primeiro harmônico, aquele com o próximo é chamado de segundo, etc.

Sons musicais com o mesmo tom fundamental podem diferir timbre. O timbre depende da composição dos harmônicos, de suas frequências e amplitudes, da natureza de sua ascensão no início do som e do declínio no final.

Velocidade do som

Para som em diversas mídias, as fórmulas gerais (1), (2), (3), (4) são válidas:

Se a onda se propaga em gases, então

. (2)

Se uma onda elástica se propaga num líquido, então

, (3)

Onde K – módulo de compressão total do líquido. Seu valor para diferentes líquidos é fornecido em livros de referência, a unidade de medida é Pascal:

.

Se uma onda elástica se propaga em sólidos, então a velocidade da onda longitudinal

, (4)

e a velocidade da onda de cisalhamento

, (5)

Onde E – módulo de deformação por tração ou compressão (módulo de Young), G – módulo de deformação por cisalhamento. Seus valores para diferentes materiais são fornecidos em livros de referência, a unidade de medida é Pascal:

,

.

Deve-se notar que a fórmula (1) ou (2) é aplicável no caso de ar atmosférico seco e, levando em consideração os valores numéricos da razão de Poisson, massa molar e constante universal dos gases, pode ser escrita como:

.

Porém, o ar atmosférico real sempre apresenta umidade, o que afeta a velocidade do som. Isto se deve ao fato de que o índice de Poisson  depende da razão entre a pressão parcial do vapor de água ( p vapor) à pressão atmosférica ( p). No ar úmido, a velocidade do som é determinada pela fórmula:

. (1*)

Pela última equação pode-se observar que a velocidade do som no ar úmido é ligeiramente maior do que no ar seco.

Estimativas numéricas da velocidade do som, levando em consideração a influência da temperatura e da umidade do ar atmosférico, podem ser realizadas usando a fórmula aproximada:

Estas estimativas mostram que quando o som se propaga ao longo da direção horizontal ( 0 x) com um aumento na temperatura em 1 0 C a velocidade do som aumenta em 0,6m/s. Sob a influência de vapor d'água com pressão parcial não superior a 10 Pa a velocidade do som aumenta em menos de 0,5m/s. Mas, em geral, à pressão parcial máxima possível de vapor de água na superfície da Terra, a velocidade do som aumenta não mais do que 1m/s.

Comprimento de onda

Conhecendo a velocidade e o período da onda, você pode encontrar outra característica - Comprimento de onda de acordo com a fórmula:

. (26)

Este valor é medido em metros:

.

Significado físico do comprimento de onda: o comprimento de onda é igual à distância que a onda percorre com velocidade  em um tempo igual ao período de oscilação. Consequentemente, as partículas do meio, entre as quais existe uma distância , oscilam com a mesma fase. Então, Comprimento de onda é a distância mínima ao longo do feixe entre partículas que oscilam em fase(Fig. 9).

Pressão sonora

Na ausência de som, a atmosfera (ar) é um meio imperturbado e tem pressão atmosférica estática (
).

Quando as ondas sonoras se propagam, uma pressão variável adicional é adicionada a esta pressão estática devido às condensações e rarefação do ar. No caso de ondas planas podemos escrever:

Onde p som, máx.– amplitude da pressão sonora,  - frequência cíclica do som, k – número da onda. Consequentemente, a pressão atmosférica num ponto fixo num determinado momento torna-se igual à soma destas pressões:

Pressão sonora é uma pressão variável igual à diferença entre a pressão atmosférica real instantânea em um determinado ponto durante a passagem de uma onda sonora e a pressão atmosférica estática na ausência de som:

A pressão sonora muda de valor e sinal durante o período de oscilação.

A pressão sonora é quase sempre muito menor que a atmosférica

Torna-se grande e comparável à pressão atmosférica quando ocorrem ondas de choque durante explosões poderosas ou durante a passagem de um avião a jato.

As unidades de pressão sonora são as seguintes:

- Pascal em SI
,

- bar no GHS
,

- milímetro de mercúrio ,

- atmosfera .

Na prática, os instrumentos não medem o valor instantâneo da pressão sonora, mas sim o chamado eficiente (ou atual ) som pressão . É igual a raiz quadrada do valor médio do quadrado da pressão sonora instantânea em um determinado ponto do espaço em um determinado momento

(44)

e por isso também é chamado raiz quadrada média da pressão sonora . Substituindo a expressão (39) na fórmula (40), obtemos:

. (45)

Impedância sonora

Resistência sonora (acústica) chamada razão de amplitude pressão sonora e velocidade vibracional das partículas do meio:

. (46)

Significado físico da resistência sonora: é numericamente igual à pressão sonora que causa vibrações de partículas do meio a uma velocidade unitária:

Unidade SI de medição de impedância sonora – segundo pascal por metro:

.

No caso de uma onda plana velocidade de oscilação das partículas igual a

.

Então a fórmula (46) terá a forma:

. (46*)

Existe também outra definição de resistência sonora, como o produto da densidade de um meio e a velocidade do som neste meio:

. (47)

Então é significado físicoé que é numericamente igual à densidade do meio no qual a onda elástica se propaga em velocidade unitária:

.

Além da resistência acústica, a acústica utiliza o conceito resistência mecânica (R eu). A resistência mecânica é a razão entre as amplitudes da força periódica e a velocidade oscilatória das partículas do meio:

, (48)

Onde S– área de superfície do emissor de som. A resistência mecânica é medida em newton segundos por metro:

.

Energia e poder do som

Uma onda sonora é caracterizada pelas mesmas quantidades de energia que uma onda elástica.

Cada volume de ar no qual as ondas sonoras se propagam possui energia que é a soma da energia cinética das partículas oscilantes e da energia potencial de deformação elástica do meio (ver fórmula (29)).

A intensidade do som é geralmente chamadao poder do som . É igual

. (49)

É por isso significado físico da potência sonoraé semelhante ao significado da densidade do fluxo de energia: numericamente igual ao valor médio da energia que é transferida por uma onda por unidade de tempo através da superfície transversal de uma unidade de área.

A unidade de intensidade sonora é watt por metro quadrado:

.

A intensidade sonora é proporcional ao quadrado da pressão sonora efetiva e inversamente proporcional à pressão sonora (acústica):

, (50)

ou, levando em conta as expressões (45),

, (51)

Onde R ok – resistência acústica.

O som também pode ser caracterizado pela potência sonora. Potência sonora é a quantidade total de energia sonora emitida por uma fonte durante um tempo especificado através de uma superfície fechada que envolve a fonte sonora:

, (52)

ou, levando em consideração a fórmula (49),

. (52*)

A potência sonora, como qualquer outra, é medida em watts:

.

Características subjetivas do som. Sensibilidade espectral do som. Percepção do som pelo ouvido humano*.

Características sonoras subjetivas

As características subjetivas do som são determinadas pela capacidade dos órgãos auditivos humanos de perceber as vibrações sonoras. A percepção é individual.

Nível de som

e diferença nos níveis de intensidade sonora

Observou-se que o ouvido humano registra alterações na intensidade sonora de acordo com uma lei logarítmica. Isto significa que não é o valor absoluto da intensidade sonora que importa, mas o seu valor logarítmico. Tamanho LG(EU) , igual ao logaritmo decimal da intensidade do som (intensidade) é chamado nível logarítmico força sonora .

Tamanho eu, igual à diferença dos níveis logarítmicos é chamado diferença de nível força sonora

,

. (53)

Unidade de medida do nível de intensidade sonora e diferença de nível – branco:

,
.

Um branco - Esse diferença nos níveis de intensidade sonora em uma escala de logaritmo decimal se a intensidade sonora aumentou dez vezes :

.

cem vezes mais um aumento na intensidade do som corresponde a dois brancos

mil vezes o aumento é igual a três brancos

A diferença mínima nos níveis de intensidade sonora que nosso ouvido pode perceber é igual a um decibel:

.

Portanto, na prática, em vez da fórmula (53), é utilizada a fórmula:

. (54)

Comente:

Se o nível de som for determinado não por decimal, mas por logaritmo natural

,

então a unidade de medida é nunca:

.

Um nunca é a diferença nos níveis de intensidade sonora em uma escala de logaritmos naturais, se a razão entre a intensidade sonora for igual a 10 :

.

Relação entre branco e neper:

O som percebido possui limites inferior e superior, ou seja, intensidade mínima e máxima:

.

O valor mínimo de intensidade sonora (força sonora) percebido pelo ouvido humano é denominadolimiar auditivo: .

Intensidade sonora abaixo do limiar de audibilidade

não é percebido pelos humanos.

Com relação ao limiar auditivo, a diferença nos níveis de intensidade sonora é determinada pelas fórmulas:

, (55)

ou
(56)

Se a intensidade do som for igual ao limiar auditivo, então

Este valor eu 0 chamado zero (ou limite ) nível de volume .

Exemplo: significado da expressão " O nível de som nos alto-falantes é de cem decibéis".

Média: Em relação ao limiar auditivo, a diferença nos níveis de intensidade sonora é igual a
.

Vamos comparar com a fórmula (56):
.

Por isso,

Por outro lado,
.

É por isso
,

Como resultado, o valor absoluto da intensidade sonora é:

.

Máximo a intensidade do som que o ouvido humano percebe é chamada limite da dor :

A intensidade do som está acima do limiar de dor

não é percebido pelos humanos, mas causa dor nos ouvidos.

A diferença entre os níveis de limiar de dor e limiar auditivo é chamada faixa dinâmica de audição e é igual a

. (57)

Se o som for emitido por duas ou mais fontes sonoras com níveis de intensidade sonora L 1, L 2, ..., L i, ..., L N, então seu nível sonoro total é determinado pela fórmula:

(58)

Nível de volume

e diferença de volume

De acordo com a expressão (51), a intensidade sonora é proporcional ao quadrado da amplitude da pressão sonora:

.

Tamanho LG (p som, máx. 2 ) , igual ao logaritmo decimal do quadrado da amplitude da pressão sonora é chamado nível de volume .

Diferença de volume nomeie a quantidade eu p , igual à diferença

. (59)

A unidade de medida para nível de volume e diferença de volume é branco, e dB:

,
.

Por isso,

. (61)

(62)

Pressão sonora mínima (p 0 ) são chamadospressão limite . Em relação à pressão limite, a diferença nos níveis de volume (em uma frequência padrão 1000Hz) é igual a

(63)

(64)

Sensibilidade espectral do ouvido

A sensibilidade da audição humana não é a mesma para diferentes faixas de frequência. Portanto há sensibilidade espectral ouvido: sons da mesma intensidade (força) EU, mas de frequências diferentes  O ouvido humano percebe de forma diferente.

N A sensibilidade espectral é claramente representada usando curvas de sensibilidade – gráficos de dependências de intensidade sonora EU( ), nível de intensidade sonoraeu EU ( ) e pressão sonorap( ) na frequência sonora apresentado em escala logarítmica (Fig. 13).

A curva superior corresponde aos efeitos mecânicos na audição humana, beirando a percepção dolorosa da intensidade dos sons da frequência correspondente. A curva inferior corresponde ao limiar auditivo nas frequências indicadas. Pode-se observar que a sensibilidade varia seletivamente em função da frequência do som, variando desde o limiar de audibilidade até o limiar de dor. som. Para cada frequência existem determinados valores do limiar auditivo EU 0 e limiar de dor EU B .

1. Para frequência sonora 100Hz o limiar auditivo, seu nível e pressão sonora mínima são

,
,
,

e o limiar de dor, seu nível e pressão sonora máxima -

,
,
;

nesta frequência é igual a

2. Frequência sonora 1000Hz em acústica fisiológica é considerado como frequência padrão . O limiar auditivo em uma frequência padrão é chamado limiar auditivo padrão . O limiar auditivo padrão, seu nível e pressão sonora mínima são respectivamente iguais

,
,
.

Para sons com frequência padrão limite da dor , seu nível e pressão sonora máxima possuem os seguintes valores:

,
,
.

Faixa auditiva dinâmica para frequência padrão é

Exemplos de diferenças nos níveis de intensidade sonora de uma frequência padrão são apresentados na tabela. 7.

Tabela 7.

Objeto sonoro	Diferença de nível de som, dB
Limiar auditivo	0 (=eu 0 )
Sussurros à distância 1m
Barulho no apartamento
Sussurros à distância 10 centímetros
Conversa tranquila a uma distância de 1 m
Aplausos
Conversa normal
Tocar violão com os dedos (à distância) 40 centímetros)
Tocando piano silenciosamente
Tocar violão com palheta (à distância 40 centímetros)
Barulho no metrô durante o movimento
Orquestra Fortíssimo
Avião a jato à distância 5 metros	120 (=eu D)
Batida ao longe 3 cm	140 (>eu D , eu > eu B)

No 140dB dor intensa é sentida quando 150dB ocorre dano ao ouvido. Em geral, é desejável que a faixa de volume operacional que abrange todas as frequências não exceda 100 - 110dB.

3. Para ouvir uma frequência sonora 10kHz você precisará de uma fonte sonora que forneça o limiar auditivo, seu nível e pressão sonora mínima:

,
,
,

Os ouvidos nesta frequência sonora começarão a doer nos valores do limiar de dor, seu nível e pressão sonora máxima

,
,
.

Faixa dinâmica de audição para tal frequência é

Comente: Intervalos iguais de nível de intensidade sonora (pressão sonora) correspondem a diferentes níveis de intensidade sonora (intensidade). Portanto, para caracterizar os níveis de volume, é introduzida uma unidade - fundo.Fundo – diferença de volume dois sons dada frequência, para a qual sons com frequência 1000Hz, tendo o mesmo volume, diferem em intensidade por 10dB. Os fundos são contados a partir de zero, igual à intensidade do limiar auditivo. Para ondas sonoras com frequência 1000Hz nível volume correspondências de som o nível de sua intensidade.

Curvas de sensibilidade mais detalhadas EU( ) E eu EU ( ) são dados na Fig. 14.

Conceitos e definições básicas. A percepção auditiva como meio de obtenção de informações é o segundo processo psicofisiológico (depois do visual) mais importante para uma pessoa.

Barulho- qualquer som indesejável para uma pessoa. As ondas sonoras excitam vibrações de partículas no meio sonoro, resultando em mudanças na pressão atmosférica.

Pressão sonora– a diferença entre o valor da pressão instantânea em um ponto do meio e a pressão estática no mesmo ponto, ou seja, pressão em um ambiente não perturbado: P = P mg – P st .

A pressão sonora é uma quantidade alternada. Nos momentos de condensação (compressão ou compactação) das partículas do meio é positivo; em momentos de rarefação é negativo.

Os órgãos auditivos percebem a pressão sonora não instantânea, mas sim a raiz quadrada média:

Tempo médio de pressão: T o = 30 – 100 ms.

Quando uma onda sonora se propaga, ocorre transferencia de energia.

O fluxo médio de energia em um ponto do meio por unidade de tempo por unidade de superfície normal à direção de propagação da onda é chamado intensidade sonora (intensidade sonora) neste ponto.

A intensidade, W/m 2, está relacionada à pressão sonora pela dependência

Onde ρ×с– resistência acústica específica.

Os valores de pressão sonora e intensidade sonora com os quais se deve lidar na prática de controle de ruído podem variar amplamente: em pressão - até 10 8 vezes, em intensidade - até 10 16 vezes. É um tanto inconveniente operar com esses números.

Além disso, o analisador auditivo obedece à lei psicofísica básica (Weber-Fechner):

Onde E– intensidade das sensações; EU– intensidade do estímulo; COM E PARA– algumas quantidades constantes.

Portanto, foram introduzidos quantidades logarítmicas nível de pressão sonora e intensidade sonora.

Nível de pressão sonora, dB:

Onde R o= 2×10 -5 Pa – pressão sonora limiar; R– raiz quadrada média da pressão sonora.

Nível de intensidade sonora, dB:

Onde EU– intensidade sonora eficaz; eu o= 10 -12 W/m 2 – intensidade sonora correspondente ao limiar de audibilidade (na frequência de 1000 Hz).

O valor do nível de intensidade é utilizado para obter fórmulas para cálculos acústicos, e o nível de pressão sonora é utilizado para medir o ruído e avaliar seu impacto na pessoa, uma vez que o órgão auditivo é sensível não à intensidade, mas à raiz quadrada média pressão.

Intensidade Imax e valor da pressão sonora Pmáx, correspondente ao limiar de dor: Imax= 10 2 W/m, Pmáx= 2×10 2 Pa.

Espectro de frequência de ruído– dependência do nível de intensidade (nível de pressão sonora) com a frequência: L = L(ƒ). Toda a faixa de frequência audível é dividida em bandas de 9 oitavas. Banda de oitava, ou oitava – esta é a faixa de frequência para a qual a condição é satisfeita

Os seguintes tipos de espectros são diferenciados:

- discreto (governado)– espectro, cujos componentes sinusoidais são separados uns dos outros por frequência (Fig. 6.1);

KHOREV Anatoly Anatolyevich, Doutor em Ciências Técnicas, Professor

CANAIS TÉCNICOS PARA VAZAMENTO DE INFORMAÇÕES ACÚSTICAS (FALA)

características gerais sinal de fala

A informação acústica geralmente se refere à informação cujos portadores são sinais acústicos. Se a fonte de informação for a fala humana, a informação acústica é chamada discurso.

As fontes primárias de sinais acústicos são sistemas oscilatórios mecânicos, por exemplo, órgãos da fala humana, e as fontes secundárias são vários tipos de transdutores, por exemplo, alto-falantes.

Os sinais acústicos são ondas mecânicas longitudinais. Eles são emitidos por uma fonte – um corpo oscilante – e se espalham em sólidos, líquidos e gases na forma de vibrações acústicas (ondas), ou seja, movimentos oscilatórios de partículas do meio sob a influência de diversas perturbações. O espaço no qual as vibrações acústicas se propagam é denominado campo acústico, direção de propagação das vibrações acústicas - feixe acústico, e a superfície que conecta todos os pontos adjacentes do campo com a mesma fase de oscilação das partículas do meio - frente de onda. No caso geral, a frente de onda tem uma forma complexa, mas na prática, dependendo do problema específico a ser resolvido, costumamos nos limitar a considerar três tipos de frentes: plana, esférica e cilíndrica.

As características do campo acústico são divididas em linear e energética.

As características lineares do campo acústico são:

Pressão acústica p (Pa) - a diferença entre o valor instantâneo da pressão p am em um ponto do meio quando uma onda acústica passa por ele e a pressão estática p ac no mesmo ponto (1 Pa = 1 N/m 2) : p = p am – p ac ; (1)

Deslocamento você (m) - desvio das partículas do meio de sua posição estática sob a influência de uma onda acústica passageira;

Velocidade de oscilação n (m/s) - velocidade de movimento das partículas médias sob a influência de uma onda acústica passageira: n = du/dt, (2), onde u é o deslocamento das partículas médias, m; t - tempo, s;

Resistência acústica específica z (kg/m 2 s) - relação entre a pressão sonora p e a velocidade de vibração das partículas médias n: z = p/n.(3)

As características energéticas do campo acústico são:

Intensidade das vibrações acústicas I (W/m 2) - quantidade de energia que passa por segundo através de uma unidade de área superficial perpendicular à direção de propagação da onda;

Densidade de energia e (J/m 3) - a quantidade de energia das vibrações acústicas localizadas em um volume unitário. A densidade de energia está relacionada com a intensidade das vibrações acústicas I pela relação:
e = som I/v (4), onde som v é a velocidade do som.

Em meios gasosos, a velocidade do som depende da densidade do meio r (a densidade do ar depende de sua temperatura) e da pressão atmosférica estática p ac.

Para uma temperatura do ar de 15 - 20°C e uma pressão de 101325 Pa (760 mm Hg), a velocidade do som é v som = 340 - 343 m/s.

Para oscilações com período T, o comprimento de onda sonoro l, ou seja, a distância entre frentes de onda adjacentes com a mesma fase (por exemplo, entre os máximos ou mínimos das oscilações), e a frequência de oscilação f são calculados usando as fórmulas:

eu = v sv T; (5)
f = 1/T. (6)

As frequências de vibrações acústicas na faixa de 20 a 20.000 Hz são chamadas de sonoras (podem ser percebidas pelo ouvido humano), abaixo de 20 Hz - infrassônicas, e acima de 20.000 Hz - ultrassônicas.

Em acústica, os níveis das características do campo acústico são considerados valores proporcionais aos logaritmos dos valores relativos (em relação ao valor zero) dessas características.

O valor convencional (normalizado) do nível de intensidade zero das vibrações acústicas é considerado uma intensidade igual a I 0 = 10 -12 W/m 2 , enquanto o nível de intensidade relativo será igual a:

L I = 10log(I/I 0), dB. (7)

O nível de pressão acústica do ar é determinado em relação à pressão acústica correspondente ao valor zero do nível de intensidade para resistência acústica específica igual a z = 400 kg/(m 2 s):

L p = 20lg(p/p 0), dB, (8)

onde p 0 = 2 10 -5 Pa é o valor condicional do nível de pressão acústica zero.

Os valores p 0 e I 0 correspondem aproximadamente ao limiar de percepção auditiva (audibilidade).

A unidade de nível relativo é o decibel (dB). Um aumento no nível de 1 dB corresponde a um aumento na pressão sonora em 12% e na intensidade sonora em 26%.

O campo acústico em espaço aberto na presença de uma única fonte de energia é caracterizado pela intensidade das vibrações acústicas, calculada pela fórmula:

(9)
onde P W é a potência da fonte de radiação, W;
c é o coeficiente que leva em conta a influência do campo acústico próximo (para espaço aberto c » 1);
r é a distância da fonte ao ponto calculado, m;
G é o coeficiente de diretividade da fonte de radiação;
W é o ângulo espacial de radiação (para radiação em um ângulo diédrico W = p, para radiação em um meio espaço W = 2p, para radiação no espaço W = 4p), rad.

Teoricamente, é bastante difícil calcular o nível de intensidade das vibrações acústicas de objetos reais. Portanto, na maioria das vezes o nível de intensidade das vibrações acústicas é medido em uma determinada direção a uma certa distância do objeto r0 e depois recalculado para qualquer outra distância r na mesma direção usando a fórmula:

, dB, (10)

onde r 0 é a distância em que foi medido o nível de intensidade das vibrações acústicas (na maioria dos casos, r 0 = 1 m).

O nível de intensidade medido de vibrações acústicas a uma distância r 0 .

Em r 0 = 1 m para espaço aberto, o nível de intensidade das vibrações acústicas a uma distância r da fonte será igual a:

, dB. (onze)

Ao propagar um sinal acústico nas instalações, é necessário levar em consideração a sua atenuação ao passar pelas estruturas envolventes:

DB, (12)
onde Z ok é o coeficiente de atenuação do sinal acústico na envolvente da estrutura (coeficiente de isolamento acústico), dB.

Dependendo da forma das vibrações acústicas, existem simples (tonal) E complexo sinais. Um sinal tonal é um sinal causado por uma oscilação que ocorre de acordo com uma lei senoidal. Um sinal complexo inclui todo um espectro de componentes harmônicos. O sinal de fala é um sinal acústico complexo.

A fala pode ser caracterizada por três grupos de características:

O lado semântico ou semântico da fala caracteriza o significado dos conceitos que são transmitidos com sua ajuda;

As características fonéticas da fala são dados que caracterizam a fala do ponto de vista de sua composição sonora. A principal característica fonética da composição sonora é a frequência de ocorrência dos diversos sons e suas combinações na fala;

características físicas- quantidades e dependências que caracterizam a fala como sinal acústico.

Além de os sons da fala, quando combinados em certas combinações fonéticas, formarem alguns elementos semânticos, eles também diferem em parâmetros puramente físicos: potência, pressão sonora, espectro de frequência, duração do som.

O espectro de frequência dos sons da fala contém um grande número de componentes harmônicos, cujas amplitudes diminuem com o aumento da frequência. A altura do tom fundamental (primeiro harmônico) desta série caracteriza o tipo de voz do locutor: baixo, barítono, tenor, alto, contralto, soprano, mas na maioria dos casos quase não desempenha nenhum papel na distinção entre os sons da fala. .

Existem quarenta e um sons de fala (fonemas) na língua russa. Em termos de composição espectral, os sons da fala diferem entre si no número de formantes e na sua localização no espectro de frequências. Conseqüentemente, a inteligibilidade da fala transmitida depende, em primeiro lugar, de qual parte dos formantes chegou ao ouvido do ouvinte sem distorção e qual parte foi distorcida ou, por uma razão ou outra, não foi ouvida.

Um formante pode ser caracterizado pela banda de frequência que ocupa, ou pela frequência média correspondente à amplitude ou energia máxima dos componentes da banda formante e pelo nível médio dessa energia.

A maioria dos sons da fala possui um ou dois formantes, o que se deve à participação na formação desses sons dos principais ressonadores do aparelho vocal - cavidade faríngea e nasofaringe.

Um máximo de 6 regiões de frequência amplificadas foram observadas em sons individuais. No entanto, nem todos são formantes. Alguns deles não têm significado para o reconhecimento sonoro, embora carreguem uma energia bastante significativa.

Uma ou duas regiões de frequência são formantes. A exclusão de qualquer uma dessas áreas da transmissão provoca distorção do som transmitido, ou seja, sua transformação em outro som, ou mesmo a perda das características do som da fala humana.

Os formantes dos sons da fala estão localizados em uma ampla faixa de frequências, de aproximadamente 150 a 8.600 Hz. O último limite é excedido apenas pelos componentes da banda sonora formante F, que pode estar na região de até 12.000 Hz. No entanto, a esmagadora maioria dos formantes dos sons da fala situa-se na faixa de 300 a 3400 Hz, o que nos permite considerar esta faixa de frequência suficiente para garantir uma boa inteligibilidade da fala transmitida. Os formantes estão localizados não apenas próximos uns dos outros, mas até mesmo sobrepostos.

Vários tipos a fala corresponde a níveis integrados típicos de sinais de fala medidos a uma distância de 1 m da fonte de fala ( homem falando, dispositivo de reprodução de som): l s = 64 dB - fala baixa; L s = 70 dB - fala em volume médio; l s = 76 dB - fala alta; l s = 84 dB - fala muito alta, amplificada por meios técnicos.

Tipicamente, os níveis do sinal de fala são medidos em bandas de oitava ou terço de oitava da faixa de frequência de fala. As características das bandas de oitava e terceira oitava da faixa de frequência de fala e os valores numéricos dos níveis típicos do sinal de fala nelas l s.i dependendo de seu nível integral l s são apresentados na Tabela. 1 e mesa. 2.

Tabela 1. Níveis típicos de sinal de fala em bandas de oitava da faixa de frequência de fala L s.i

Número da pista
			Ls = 64	Ls = 70	Ls = 76	Ls = 84
1	90 - 175	125	47	53	59	67
2	175 - 355	250	60	66	72	80
3	355 - 710	500	60	66	72	80
4	710 - 1400	1000	55	61	67	75
5	1400 - 2800	2000	50	56	62	70
6	2800 - 5600	4000	47	53	59	67
7	5600 - 11200	8000	43	49	55	63

Tabela 2. Níveis típicos de sinal de fala em bandas de um terço de oitava da faixa de frequência de fala L s.i

Número da pista	Limites da banda de frequência, f n - f v, Hz	Frequência média geométrica da banda, f i , Hz	Níveis de fala integrados típicos L s, medidos a uma distância de 1 m da fonte do sinal, dB
			Ls = 64	Ls = 70	Ls = 76	Ls = 84
1	180 - 224	200	54	60	66	74
2	224 - 280	250	58	64	70	78
3	280 - 355	315	56	62	68	76
4	355 - 450	400	58	64	70	78
5	450 - 560	500	56	62	68	76
6	560 - 710	630	50	56	62	70
7	710 - 900	800	44	50	56	64
8	900 - 1120	1000	45	51	57	65
9	1120 - 1400	1250	45	51	57	65
10	1400 - 1800	1600	42	48	54	62
11	1800 - 2240	2000	38	44	50	58
12	2240 - 2800	2500	39	45	51	59
13	2800 - 3550	3150	38	44	50	58
14	3550 - 4500	4000	37	43	49	57
15	4500 - 5600	5000	33	39	45	53
16	5600 - 7100	6300	31	37	43	51
17	7100 - 9000	8000	30	36	42	50
18	9000 - 11200	10000	27	33	39	47

A primeira e a sétima bandas de oitava não são informativas, portanto, na maioria das vezes, para avaliar as capacidades dos meios de reconhecimento acústico, os níveis do sinal de fala são medidos apenas em cinco (2 - 6) bandas de oitava.

A composição espectral da fala depende em grande parte do sexo, idade e características individuais do falante. Para pessoas diferentes, o desvio dos níveis de sinal medidos em bandas de oitava em relação aos níveis típicos pode ser de 6 dB.

A interceptação das informações de fala por meio de reconhecimento acústico é realizada contra um fundo de ruído natural (Tabela 3). O processo de percepção da fala no ruído é acompanhado por perdas dos elementos constituintes da mensagem de fala. A inteligibilidade de uma mensagem falada é caracterizada pelo número de palavras corretamente aceitas, refletindo a área qualitativa de inteligibilidade, que se expressa em termos dos detalhes do certificado da conversa interceptada compilado pelo “inimigo” (a pessoa que intercepta a informação).

Tabela 3. Nível médio de ruído acústico integrado

Nome do objeto	Nível de ruído, dB
Rua de trânsito intenso	60
Rua de médio trânsito	55
Rua sem trânsito automóvel	35
Interior	35
A sala é barulhenta	55 - 65
A sala está silenciosa	35 - 40
Escritório vazio	30 - 35
Corredores	45 - 50

Para quantificar a qualidade das informações de fala interceptadas, o indicador mais utilizado é a inteligibilidade da fala verbal. C, que se refere ao número relativo (em porcentagem) de palavras compreendidas corretamente.

A análise mostrou a possibilidade de hierarquizar a compreensibilidade das informações de fala interceptadas. Por razões práticas, pode-se estabelecer uma determinada escala para avaliar a qualidade de uma conversa interceptada:

1. As informações de fala interceptadas contêm um número de palavras corretamente compreendidas, suficientes para compilar um relatório detalhado sobre o conteúdo da conversa interceptada.

2. A informação da fala interceptada contém um número de palavras corretamente compreendidas, suficiente apenas para compilar um breve resumo, refletindo o assunto, o problema, a finalidade e o significado geral da conversa interceptada.

3. As informações da fala interceptada contêm palavras individuais corretamente compreendidas que permitem estabelecer o assunto da conversa.

4. Ao ouvir a trilha sonora de uma conversa interceptada, é impossível determinar o assunto da conversa.

A experiência prática mostra que é impossível elaborar um relatório detalhado sobre o conteúdo de uma conversa interceptada quando a inteligibilidade verbal é inferior a 60-70%, e um breve resumo é impossível quando a inteligibilidade verbal é inferior a 40-60%. Quando a inteligibilidade verbal é inferior a 20-40%, é significativamente difícil estabelecer até mesmo o assunto de uma conversa em andamento, e quando a inteligibilidade verbal é inferior a 10-20%, isso é praticamente impossível, mesmo quando se utilizam métodos modernos de redução de ruído.

Classificação de canais técnicos para vazamento de informações acústicas (fala)

Para discutir informações de acesso restrito (reuniões, discussões, conferências, negociações, etc.), são utilizadas salas especiais (escritórios, salas de reuniões, salas de conferências, etc.), que são chamadas instalações dedicadas (VP). Para evitar a interceptação de informações dessas instalações, via de regra, são utilizados meios especiais de proteção, portanto, instalações dedicadas são em alguns casos denominadas instalações protegidas (ZP).

Em instalações dedicadas, bem como nas instalações de meios técnicos de transmissão, processamento, armazenamento e visualização de informação (TSPI), meios e sistemas técnicos auxiliares (VTSS).

Instalações dedicadas estão localizadas dentro área controlada (CR), que é entendido como um espaço (território, edifício, parte de edifício) em que se exclui a presença descontrolada de funcionários e visitantes da organização, bem como de veículos. O limite da zona controlada pode ser o perímetro do território protegido da organização ou as estruturas envolventes de um edifício protegido ou uma parte protegida de um edifício, se estiver localizado numa área desprotegida. Em alguns casos, o limite da área controlada pode ser as estruturas envolventes (paredes, piso, teto) da sala alocada. Em alguns casos, durante o período de um evento fechado, uma zona controlada pode ser temporariamente estabelecida maior que o território protegido do empreendimento. Neste caso, devem ser tomadas medidas organizacionais, operacionais e técnicas que excluam ou compliquem significativamente a possibilidade de interceptação de informação nesta zona.

Sob canal técnico para vazamento de informações acústicas (fala) (TKU AI) compreender a totalidade do objeto de reconhecimento (instalações dedicadas), meios técnicos reconhecimento acústico (fala) (TS AR), com o qual a informação da fala é interceptada, e o ambiente físico no qual o sinal de informação é propagado.

Dependendo da natureza física da ocorrência dos sinais de informação e do ambiente de sua propagação, os canais técnicos de vazamento de informações acústicas (fala) podem ser divididos em acústicos diretos (ar), vibroacústicos (vibração), acústico-ópticos (laser), acustoelétricos e acustoeletromagnético (paramétrico).

Literatura

1. Acústica: Manual/Ed. MA Sapozhkova. 2ª ed., revisada. e adicional M.: Rádio e comunicação, 1989. 336 p.
2. GOST R 51275-99. Proteção de dados. Objeto de informação. Fatores que influenciam a informação. Disposições gerais. (Adotado e colocado em vigor pela Resolução do Padrão Estadual da Rússia datada de 12 de maio de 1999, nº 160).
3. Zheleznyak, V.K., Makarov Yu.K., Khorev A.A. Algumas abordagens metodológicas para avaliar a eficácia da proteção da informação de fala // Equipamento especial, 2000, nº 4, p. 39-45.
4. Pokrovsky N.B. Cálculo e medição da inteligibilidade da fala. M.: Estado. Editora de literatura sobre comunicações e rádio, 1962. 392 p.
5. Manual de dispositivos radioeletrônicos, em 2 volumes. T. 2/Varlamov RG, Dodik SD, Ivanov-Tsiganov A.I. e outros/Ed. D.P. Linda. M.: Energia, 1978. 328 p.
6. Acústica técnica de veículos de transporte/ Sub. Ed. N. I. Ivanova. São Petersburgo: Politekhnika, 1992. 365 p.

O processo de transmissão de vibrações em um meio é denominado aceno.

Arroz. 1 movimento ondulatório

A principal característica do movimento das ondas é o comprimento de onda, o chamado. a distância entre dois pontos em uma onda que estão na mesma fase. Outra característica é a amplitude da onda – a distância pela qual uma partícula oscilante se desvia de sua posição de equilíbrio.

O movimento das ondas também é caracterizado pela frequência f esse movimento e a velocidade de propagação.

Frequência é o número de oscilações por unidade de tempo (geralmente por segundo, s), medida em hertz, Hz.

A frequência das ondas sonoras percebidas pelo ouvido humano normal varia de 16 a 16.000 Hz. Oscilações com frequência inferior a 16 Hz são chamadas de infra-som e mais de 16.000 Hz são chamadas de ultrassom.

Arroz. 2[__] Frequência em intervalos de oitava

Som como fenômeno físico, é um movimento ondulatório de um meio elástico; como fenômeno físico, aparece como uma sensação percebida pelo órgão auditivo quando exposto a ondas sonoras na faixa de frequência de 16 a 16.000 Hz. Em outras palavras som são chamadas de vibrações mecânicas de um corpo elástico na faixa de frequência da audibilidade humana.

O processo de distribuição do movimento oscilatório em um meio é chamado onda sonora. A região do meio em que as ondas sonoras se propagam é chamada campo sonoro.

As ondas sonoras, como qualquer movimento de onda, são caracterizadas pelo comprimento de onda λ em m, frequência f em hertz, Hz e período de oscilação T em segundos, s, bem como a velocidade de sua propagação COM em m/s.

A relação entre essas quantidades pode ser apresentada da seguinte forma:

λ = C / f = C T (1)

Se o deslocamento das partículas do meio ocorre na direção de propagação da onda sonora, então tais ondas são chamadas longitudinais. No ar e nos líquidos, o som viaja apenas na forma de ondas longitudinais. Nos sólidos, juntamente com as ondas longitudinais, formam-se ondas transversais e de flexão.

Para analisar o campo sonoro, a faixa sonora (16-16.000 Hz) é dividida em faixas (intervalos, passos).

Banda de oitava – faixa de frequência na qual a frequência limite superior f 2 é o dobro do tamanho da parte inferior f 1 .

A banda de frequência de um terço de oitava é a faixa de frequência na qual esta relação é 1,26 ( f 2 = 1,26 f 1). As bandas de oitava e um terço de oitava são caracterizadas pela frequência média geométrica da banda

(2)

As frequências limite e média geométrica das bandas de oitava e um terço de oitava são fornecidas na Tabela. P1.

Tabela A.1

Limite e média geométrica

frequências de bandas de oitava e um terço de oitava, Hz

Frequências limite de banda	Frequências médias geométricas para bandas
oitava	um terço de oitava	oitava	um terço de oitava
	28-35,5		31,5
35,5-45
45-90	45-56
56-71
71-90
90-180	90-112
112-140
140-180
180-355	180-224
224-280
280-355
355-710	355-450
450-560
560-710
710-1400	710-900
900-1120
1120-1400
1400-2800	1400-1800
1800-2240
2240-2800
2800-5600	2800-3540
3540-4500
4500-5600
5600-11200	5600-7100
7100-9000
9000-11200

Para o ar, a dependência da velocidade com a temperatura é assim:

COM = 331,4 + 0,6t, m/s (3)

onde 331,4 é a velocidade do som no ar a 0ºС;

t- temperatura ambiente, ºС.

tabela 1

Velocidade do som em diversos materiais

Se assumirmos que a velocidade média do som no ar é de 340 m/s, podemos obter um comprimento de onda dependente da frequência.

A mudança no estado do meio em um campo sonoro é caracterizada pela pressão sonora p e pela velocidade vibracional das partículas do meio V.

A pressão sonora p é a diferença entre o valor instantâneo da pressão total e a pressão média (atmosférica) que é observada no meio na ausência de campo sonoro. A unidade de medida da pressão sonora é p – N/m2, 1 N/m2 = 1 Pa (Pascal).

Velocidade oscilatória das partículas do meio Vé o valor instantâneo da velocidade do movimento oscilatório das partículas de um meio quando uma onda sonora se propaga através dele. A velocidade oscilatória das partículas do meio é uma grandeza vetorial, a unidade de medida é m/s.

A relação entre essas quantidades físicas em uma onda progressiva plana é determinada pela relação

p = Vρс, (4)

onde ρ é a densidade do meio. O valor ρс - uma constante para um determinado meio - é chamado de resistência acústica (onda) e para o ar sob condições atmosféricas normais (р = 10 5 Pa, t = 20°С) ρс = 408 Pa s/m.

A propagação de uma onda sonora é acompanhada por uma transferência de energia. O fluxo médio de energia sonora que passa por unidade de tempo através de uma superfície unitária normal à propagação de uma onda sonora é denominado intensidade sonora. EU, que é medido em W/m2. A relação entre pressão sonora e intensidade sonora em uma onda viajante é estabelecida pela relação:

, (5)

onde a barra significa média ao longo do tempo.

Outra característica energética do campo sonoro é a densidade de energia sonora ω em J/m 3, igual à quantidade de energia sonora contida em uma unidade de volume.

Para ondas sonoras planas é determinado pela relação

A intensidade do som é um vetor e a densidade da energia sonora é uma quantidade escalar.

Uma pessoa percebe o som apenas em determinados intervalos. O valor mínimo de pressão sonora que uma pessoa percebe como som é denominado limiar auditivo (p 0 = 2·10 -5 Pa). O valor máximo de pressão sonora que uma pessoa percebe sem risco de lesão auditiva é denominado limiar de dor (p = 2·10 2 Pa). O limiar auditivo corresponde a sons com intensidade I 0 = 10 -12 W/m 2 , e o limiar de dor corresponde a I = 10 2 W/m 2 .

É introduzido o conceito do chamado nível, no qual os valores absolutos são tomados em relação a determinados valores (no limiar da audibilidade), e essa relação é logaritmizada. A unidade de medida é decibel (dB). Por isso, Um decibel é um número que expressa, em escala logarítmica, a razão entre duas quantidades..

Nível de intensidade sonora, dB,

Nível de pressão sonora, dB,

Arroz. 3 A área da percepção auditiva humana do som

Como o decibel é um valor logarítmico, as operações aritméticas com ele possuem características próprias, por exemplo:

L 1 + L 2 = 70 dB + 70 dB = 10lg (10 0,1 70 + 10 0,1 70) =

10lg (10 7 + 10 7) = 10lg (2 10 7) = 10 7,3 = 73 dB

A fórmula para adicionar decibéis é:

L 1 + L 2 = 10lg (10 0,1 L 1 + 10 0,1 L 2)

Em geral, na presença de diversas fontes sonoras, os níveis totais de pressão sonora são determinados pela fórmula

, (9)

onde L i – componentes dos níveis de pressão sonora, dB;

n – número total de termos.

L 1 – L 2,	dB
ΔL(L 1 > L 2),	dB		2,5		1,8	1,5	1,2		0,8	0,5	0,5	0,4	0,2

L = L 1 + ΔL (L 1 > L 2) (10)

Exemplo. É necessário encontrar o nível total para três termos: L 1 = 86 dB; L2 = 80dB; eu3 = 88dB. Diferença ΔL 3,1 =2 dB; correção ΔL 1 =2 dB; L 3,1 = 90dB; L 3.1 – L 2 = 10 dB, correção ΔL 2 = 0,4 dB; L 3,1,2 = 90,4 dB.

Os instrumentos para medir o ruído são chamados de medidores de nível sonoro. Esses dispositivos consistem em um microfone, um amplificador e um instrumento de medição com escalas A, B, C E D. Uma descrição completa do ruído pode ser obtida medindo o nível de pressão sonora em uma escala COM e sua resposta em frequência (distribuição dos componentes do ruído por frequência e nível de pressão sonora). Para aproximar os resultados da medição da percepção subjetiva de uma pessoa, foi introduzido o conceito de nível de pressão sonora corrigido. A correção mais comum do medidor de nível de som A.

Arroz. 4 A medidor de nível sonoro

O valor de correção padrão ΔL A é fornecido abaixo

Frequência,	hertz		31,5
Correção ΔL A,	dB			26,2	16,1	8,6	3,2		-1,2	-1	-1,1

Nível de pressão sonora corretivo

L A = L – ΔL A (11)

chamado de nível de som em dBA.

Assim, a definição dos níveis sonoros em dBA é a seguinte - esta é a soma energética dos níveis de pressão sonora de oitava na faixa de frequência padronizada, corrigida de acordo com a resposta de frequência A medidor de nível sonoro.

Um exemplo de determinação do nível de som em dBA

Características	Níveis de pressão sonora, dB, e correções em bandas de oitava com frequências médias geométricas, Hz
31,5
Característica medida da fonte sonora, L
Resposta de frequência padrão A medidor de nível sonoro ΔL A	-40	-26	-16	-9	-3		+1	+1
Espectro do instrumento corrigido para filtro A
Resultados de adição
Nível de som, LА, dBA

20

Os espectros de vibração de banda larga (oitava e suboitava) são usados ​​para monitorar a vibração (e o ruído) de mecanismos nos quais a velocidade de rotação de medição para medição (e durante o processo de medição) pode mudar, e os limites dessa mudança são definidos como um porcentagem da frequência média conhecida.

Em tais espectros, unidades logarítmicas de medida são indicadas ao longo dos eixos coordenados - dB para exibir a magnitude (nível) do componente do sinal e o número da oitava para exibir sua frequência. Ao mesmo tempo, para a conveniência de comparar espectros de suboitava de diferentes larguras relativas (oitava, 1/3 de oitava, 1/6 de oitava, 1/12 de oitava, etc.), não os números de banda são padronizados, mas sua média (mais precisamente média geométrica) frequências em Hertz. Conseqüentemente, essas frequências são mostradas nos gráficos dos espectros suboitavos.

Nas tarefas de monitoramento do estado dos mecanismos por vibração, cada um dos modos independentes de sua operação em termos de velocidade de rotação é normalmente definido com uma precisão de +/- 5% (ou uma zona de mudanças permitidas na velocidade de rotação em um modo é definido com uma largura de 10-15%). Ideal para monitoramento de condição com tal faixa de velocidade de rotação é um espectro de vibração de um terço de oitava medido em pontos de controle.

As frequências limite das bandas dos espectros suboitavos são determinadas pela relação:

, Onde

f 0 - frequência média geométrica,f n - frequência limite inferior,f in - frequência limite superior.

As frequências limites superior e inferior de cada banda do espectro de um terço de oitava estão relacionadas pela relação
, ou seja suas frequências de corte diferem em um terço de oitava. A largura de banda de um filtro de um terço de oitava é igual a 23% de sua frequência média geométrica, o que significa que quanto maior a frequência média, mais ampla a banda de frequência correspondente, mas em uma escala logarítmica a largura das bandas é a mesma ( ver Figura D.1).

A frequência média geométrica básica é retirada da acústica - 1000 Hz, esta é a frequência na qual a sensibilidade do órgão auditivo humano é considerada máxima. Assim, a partir dele, em ambas as direções de frequência, são contadas as frequências médias geométricas das bandas de oitava (em frequências baixas com arredondamento), e a partir dessas frequências médias geométricas, são contadas as frequências médias geométricas suboitavas. Apenas as frequências médias geométricas de oitava e um terço de oitava são padronizadas (GOST 17168-82). Os valores das frequências limites inferior e superior para cada banda de um terço de oitava são apresentados na Tabela D.1.

Arroz. D.1 - Frequências características dos filtros de um terço de oitava.

Tabela D.1. Média geométrica e frequências de corte de filtros de um terço de oitava

Nos problemas de identificação do estado de um mecanismo, é necessário determinar em quais bandas do espectro de vibração de banda larga caem aqueles componentes harmônicos de vibração do objeto controlado que são responsáveis ​​​​pelo aparecimento de defeitos específicos. Este problema é resolvido com mais precisão se a velocidade de rotação for conhecida com alta precisão (menos de 1-2%), por exemplo, a partir de dados obtidos de sistemas de controle para objetos de controle.

Se a frequência da componente harmônica da vibração utilizada como parâmetro de diagnóstico estiver próxima das frequências de corte dos filtros vizinhos, com um aumento no nível da componente harmônica da vibração no espectro de um terço de oitava, os dois componentes mais próximos em frequência pode aumentar de uma vez. Neste caso, o aumento no valor do componente harmônico da vibração pode ser superior ao aumento registrado no nível dos componentes vizinhos do espectro de vibração de um terço de oitava em até 3 dB para o caso em que a frequência do harmônico componente cai exatamente entre bandas adjacentes do espectro de um terço de oitava.