меняться много раз в секунду. Если вы сможете уследить за колебаниями стрелки, то по величине максимальных ее отклонений в ту и другую сторону, зная чувствительность весов и площадь мембраны, удастся рассчитать абсолютное звуковое давление, например в килограммах на квадратный метр.
На практике чаще говорят об относительном звуковом давлении или уровне звука. Было измерено звуковое давление или мощность самого тихого звука, который еще способен расслышать среднестатистический человек. Это значение приняли за ноль и назвали порогом слышимости. О любом другом звуке можно сказать, что его мощность или звуковое давление во столько-то раз выше порога слышимости. Максимальное звуковое давление, при котором звук вызывает уже болевые ощущения (болевой порог), примерно в 100 000 000 раз превышает порог слышимости. Для удобства отношение силы звука к порогу слышимости измеряют не в разах, а в логарифмических единицах – децибелах (дБ, dB). 1дБ = 20lg(p2/p1), где p2 – звуковое давление измеряемого звука, а p1 – звуковое давление, соответствующее порогу слышимости. Болевой порог в таком случае составляет примерно 140 дБ. С небольшими оговорками уровень звука можно называть и просто громкостью.
Слух человека устроен так, что субъективно мы оцениваем громкость именно в логарифмическом масштабе: увеличение мощности сигнала в десять раз ощущается как увеличение громкости всего в два раза. Минимальное различие уровня двух сигналов, которое способен заметить человек, составляет 1 дБ.
Отсюда вытекает понятие динамического диапазона, то есть разницы между самыми тихими и самыми громкими звуками. Человеческий слух обладает динамическим диапазоном около 120 дБ. Точно так же можно говорить о динамическом диапазоне какого-либо музыкального фрагмента. Если самые тихие звуки в нем имеют громкость 10 дБ, а самые громкие – 60 дБ, то динамический диапазон составит 60 – 10 = 50 дБ.
Если в воображаемом приборе, с помощью которого мы измеряли звуковое давление, вместо стрелки использовать острую иглу, а под этой иглой с постоянной скоростью протаскивать ленту, покрытую каким-нибудь мягким составом типа воска, то игла будет выцарапывать на нем извилистую бороздку – график изменения давления, или своеобразное графическое изображение звуковых колебаний, их временную развертку (рис. 1.2). Более того, если затем вновь провести иглой по бороздке, то мембрана начнет колебаться в соответствии с ее изгибами, и вы услышите звук. Именно так был устроен первый в истории звукозаписывающий аппарат – фонограф Эдисона. Только в нем звуковая дорожка процарапывалась на вращающемся валике, покрытом воском.
Рис. 1.2. Запись звуковых волн
Звуковые волны можно преобразовать в электрические колебания. Чувствительный элемент – мембрана микрофона – движется в соответствии с колебаниями воздуха и передает это движение на преобразователь – катушку, пластину конденсатора или пъезоэлемент. В любом случае на выходе микрофона возникают колебания электрического тока или напряжения, изменяющиеся во времени аналогично давлению на поверхности мембраны.