Краткий словарь акустических терминов

А

· Акустика — общая и теоретическая акустика занимаются изучением закономерностей излучения и распространения упругих волн в различных средах, а также взаимодействия их со средой.

· Акустический спектр звука (acoustical spectrum) — совокупность синусоидальных составляющих сложного звука, заданных с помощью амплитуд и частот этих составляющих.

· Амплитуда — максимальное мгновенное (пиковое) значение, которого достигает какая-то физическая величина, совершающая синусоидальное колебание.

Б

· Белый шум (purenoise, WeiBes Rauschen) — шум, спектральная плотность которого не зависит от частоты определенного диапазона. (белый шум — не обязательно случайный).

· Биения — возникают при наложении двух синусоидальных колебаний с близкими частотами. Они являются периодическими. Основная частота биений в этом случае равна разнице между частотами наложенных взаимодействующих синусоидальных колебаний.

· Бинауральный эффект — способность человека и высших животных определять направление на источник звука.

В

· Внешний шум (ambientnoise) — шум, характеризующийся интенсивностью и продолжительностью звуков различных источников.

· Волна — пространственное и временное изменение состояния среды, которое можно представить как однонаправленное ее перемещение. Существуют поперечные и продольные волны.

· Волновой фронт — поверхность, образованная всеми точками, в которых фаза волны имеет одно и то же значение.

· Время реверберации — (reverberation time, Nachhallzeit) — это время с момента выключения источника звука до уменьшения плотности акустической энергии или интенсивности звука до одной миллионной доли от ее первоначального значения, т.е. до 60 дБ (стандарт DIN 52212).

· Высота звука (pitch, tonwert) — термин, используемый для описания характера частоты звука. Характеристика слухового восприятия, позволяющая распределить звуки по шкале от низких до высоких звуков. Зависит преимущественно от частоты и величины звукового давления.

Г

· Гармоника — простейшая периодическая функция, характеризующая гармоническое колебание.

· Громкость — субъективное суждение об интенсивности звука, выносимое человеком на основании слухового ощущения; зависит от звукового давления и частоты. В значительной части диапазона слышимости утроение звукового давления, что почти равно 10 дБ, можно считать приводящим к удвоению громкости.

Д

· Демпфирование — затрата энергии колебательной системы или частицы на преодоление трения или сил вязкости, затраченная энергия переходит в тепло.

· Джиттер (Jitter) — шум, возникающий при оцифровке звукового аналогового (проигрывании цифрового) сигнала как следствие нестабильности (неточности) времени выборки отсчетов АЦП (ЦАП).

· Диссипация (рассеивание) — переход энергии упорядоченного движения в энергию хаотического движения частиц (теплоту).

· Дифракция — отклонение от законов зеркального отражения или преломления, от геометрических законов распространения волн.

· Диффузное поле (diffuse field, diffuses Schallfeld) — поле с однородным звуковым давлением, получаемое за счет множества отражений от поверхностей раздела. Звуковое поле, в каждой точке которого плотность энергии одинакова.

· Длина волны (wavelength, Wellenlange) — расстояние между двумя ближайшими точками волны, сдвинутыми по фазе на один полный период. Длина волны равна отношению скорости звука к частоте.

· Доплеровский эффект, доплеровский сдвиг — изменение частоты звука, наблюдаемое в точке, движущейся относительно источника звука и (или) относительно среды, в которой распространяется звук.

З

· Заглушенная камера (безэховая камера) — помещение со стенками, почти полностью поглощающими звук.

· Затухание — мера потерь энергии в колебательной системе при превращении одной формы энергии в другую.

· Звук (sound, Schall) — механические колебания и упругие волны, распространяющиеся в твердых, жидких и газообразных средах, преимущественно в слышимых областях частот (16-20000 Гц.

· Звуковая волна (acousticalwave) — звуковой волной называют процесс распространения переменного возмущения в упругой среде, а звуковыми колебаниями называют колебательные движения частиц среды под действием этого возмущения.

· Звуковая мощность. Звуковые волны являются носителями звуковой энергии. Общее количество энергии, которое источник звука излучает в окружающее пространство за единицу времени, характеризует звуковую мощность источника. Звуковую мощность обычно определяют в ваттах. Некоторые конкретные источники звука можно характеризовать следующими приблизительными цифрами: шепот — 10^-9 Вт, разговор — 10^-5 Вт, крик — 10^-3 Вт, оркестр — 10 Вт, турбореактивный самолет — 100 Вт.

· Звуковое давление (acoustic pressure, Schalldruck) — переменная часть давления, возникающая в среде при прохождении звуковой волны.

· Звуковое поле (Sound field, Schallfeld)— совокупность пространственно-временных распределений величин, характеризующих рассматриваемое звуковое возмущение.

· Звукоизоляция — мера изоляции звука перегородкой, стеной или панелью, выраженная в дБ. Уменьшение воздействия звука благодаря установке отражающей (поглощающей) стенке между источником звука и местом воздействия.

· Звукопоглощение. Потеря звуковой энергии при падении звуковых волн, а также при их распространении в материальной среде.

И

· Интенсивность звука — отношение падающей на поверхность звуковой мощности к площади этой поверхности. Поток энергии через единичную площадку, передаваемый звуковой волной; имеет размерность Вт/м², может быть выражена в децибелах относительно некоторого уровня. Интенсивность звука измеряется в Вт/м² или дБ и рассчитывается по формуле: I=P/S (Вт/м²), где P - мощность падающей на поверхность звуковой волны; S - площадь поверхности.

· Интерференция — принцип независимого наложения волн. В любой точке пространства мгновенное значение результирующей волны равно сумме мгновенных значений каждой из волн.

К

· Когерентные волны (связанные волны) — волны одинаковой частоты, колебания в которых отличаются постоянной разностью фаз, не изменяющейся со временем.

· Колебательная скорость — скорость колебательного движения частиц среды. Восприятие колебаний при низких частотах примерно пропорционально колебательной скорости.

· Коэффициент звукопоглощения материала — отношение поглощенной энергии к падающей энергии звука. Характеристика способности материала поглощать звуковые волны, изменяется от 0 до 1 (иногда измеряется в процентах от 0 до 100%). При нулевом коэффициенте звукопоглощения вся звуковая энергия отражена поверхностью материала.

· Коэффициент потерь — характеристика диссипативных свойств системы, определяется как отношение вибрационной энергии, рассеянный за один период колебаний ко всей потенциальной энергии, накопленной в системе. Коэффициент потерь характеризует скорость затухания колебаний в системе. В механических системах теоретически коэффициент потерь может изменяться от 0 до 1. Коэффициент потерь системы равный нулю, означает, что если такую систему возбудить кратковременным импульсом, колебания в ней не затухнут никогда. Коэффициент потерь 1 означает, что колебания в такой системе погаснут в течение одного периода.

Л

· Логарифмический декремент — натуральный логарифм соотношения двух предельных значений амплитуд собственного колебания, разделенных во времени одним периодом.

М

· Маскировка — повышение порога слышимости
данного звука вследствие воздействия другого звука; наиболее ярко выражена в случае, когда маскируемый звук выше маскирующего.

· Микрофон (microphone, Mikrofon) — электроакустический преобразователь, который реагирует на звуковые волны и вырабатывает эквивалентные электрические сигналы.

· Мода колебаний — характерное распределение смещений колебательной системы, когда смещение каждого участка ее поверхности — простое гармоническое колебание с одной и той же частотой. В системе со многими степенями свободы могут существовать одновременно несколько мод.

· Мощность звука (Sound power, Schalleistung)— энергия, передаваемая звуковой волной через рассматриваемую поверхность в единицу времени.

Н

· Непрерывный спектр (continuous spectrum, kontinuierliches Spektrum) — спектр волн, частотные составляющие которых распределены непрерывно в диапазоне частот.

О

· Октава — единица частотного интервала — определяется отношением 2:1. Октава равна интервалу между двумя частотами f₁ и f₂, логарифм отношения которых равен единице (log₂(f₂/f₁)=1), что соответствует различию частот f₁ и f₂ в два раза.

· Октавная полоса — диапазон частот, при котором наивысшая частота вдвое больше самой низкой частоты.

· Октавный спектр. Уровень звука определяется и отображается в полосах шириной в октаву.

· Основная частота (частота основного тона) — частота повторения для периодической функции, определяется (нестрого) как низшая частота сложной периодической волны, также иногда называется первой гармоникой.

П

· Период — время, за которое совершается одно полное колебание.

· Пиковое звуковое давление (peaksound pressure, Spitzenschalldruck) — абсолютное максимальное мгновенное звуковое давление, возникающее в определенный период времени.

· Плоская волна — волна, в которой волновые фронты — плоскости, параллельные друг другу.

· Порог слышимости (borderline of audibility, Horschwelle) — минимальный эффективный уровень звукового давления, звукового сигнала, возбуждающий слуховое ощущение в заданных условиях прослушивания на данной частоте.

· Психоакустика — наука о влиянии звука на психику человека (реакцию восприятия, раздражительность, утомляемость).

· Пучность — точка, линия или поверхность, на которой амплитуда колебаний достигает максимума.

Р

· Распространение звука. Звуковые волны распространяются от точечного источника звука, в общем случае сферическим фронтом. В свободном звуковом поле звуковое давление уменьшается с удалением от точечного источника звука на 6 дБ при каждом удвоенном расстоянии.

· Реверберация (reverberation, Nachhall) — процесс затухания звука в помещении после отключения (прекращения действия) источника звука. Реверберация характеризуется временем реверберации.

· Резонансная мода — характеристика виброакустических свойств механической или акустической системы, напрямую связанная с собственной резонансной частотой. Мода показывает тип (форму) колебаний системы на собственной частоте (на собственных частотах), при совпадении частоты собственных колебаний и частот вынужденных колебаний (частоты возбуждения).

· Рефракция (преломление) — изменение направления распространения звука при переходе из одной среды в другую или при прохождении области градиента скорости звука.

· Розовый шум (pink noise, Rosa-Rauschen) — шум, который обладает постоянной энергией в октавной полосе, т.е. каждая октавная полоса содержит такое количество звуковой энергии, которое обратно пропорционально частоте.

С

· Свободное поле — область, в которой отсутствуют существенные отражения звука.

· Связанные моды — моды, оказывающие взаимное влияние друг на друга.

· Скорость звука — скорость распространения звуковой волны в пространстве (среде).

· Скорость частиц —для того чтобы передавать звук в среде, волна, проходящая через какую-либо точку, должна приводить в колебание частицу, находящуюся в этой точке. Существенными могут явиться значения скорости в данный момент, максимальные значения, среднеквадратичные, или эффективные, значения; при данном эффективном звуковом давлении эффективная скорость частиц изменяется обратно пропорционально волновому сопротивлению.

· Собственная частота (allowedfreguency, Eigenfreguenz) — частота собственного колебания данной колебательной системы; (частота, на которой система свободно колеблется после прекращения соответствующего возбуждения).

· Сон (sone, Sone) — единица измерений громкости ощущаемая типичным слушателем, при подаче чистого тона частотой 1000 Гц, имеющего уровень звукового давления 40 дБ.

· СПЕКТР — совокупность частот, образующих данный звук.

· Спектр колебаний — совокупность простых гармонических колебаний, на которые может быть разложено данное сложное колебательное движение.

· Среднегеометрические частоты октав: 31,5; 63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000 Гц.

·

· Среднеквадратичное значение — эффективное значение колеблющейся величины: результат возведения в квадрат, усреднения и последующего извлечения квадратного корня. Эффективный уровень звукового давления дает наилучшую меру обычных звуков, но для оценки шумов импульсного характера требуется указать пиковый уровень.

· Средняя длина свободного пробега — среднее расстояние, пробегаемое звуком между двумя последовательными отражениями в помещении.

· Стоячие волны. Стоячие волны возникают в результате интерференции между двумя волнами, движущимися в противоположных направлениях, с равными длиной, частотой и амплитудой. Амплитуда стоячей волны постоянна в любой точке; узлы колебаний (нулевая амплитуда) и пучности (максимальная амплитуда) совпадают. Стоячие волны возникают при отражениях волн от преград при условии, что волновое сопротивление среды значительно отличается от волнового значения отражателя.

· Субгармоника (обертон) — колебание с частотой, равной основной частоте периодической волны, разделенной на целое число.

· Суперпозиция — арифметическая комбинация полей двух или более волн.

Т

· Третьоктавный спектр (1/3 октавный спектр уровня звука). Уровень звука определяется и отображается в полосах шириной в треть октавы. При этом ширина полосы, как и ширина полосы октавного спектра, отнесенная к средней частоте, постоянна.

У

· Удельное акустическое сопротивление Z (Па с/м) определяет передающие свойства среды применительно к звуковым волнам.

· Узел — точка, линия или поверхность, на которых амплитуда волны равна нулю.

· Уровень (level, Pegel) — логарифм отношения величины к ее значению, выбранному за уровень сравнения.

· Уровень громкости звука — сравнительный уровень субъективного восприятия громкости звука, измеряется в фонах. Уровень громкости единичного звука чистого тона или шума определяется путем субъективного сравнения со стандартным звуком. Различия в уровне громкости от 8 до 10 фон воспринимаются как удвоение громкости.

· Уровень звука (дБ(А)). (Единица измерения шума) Уровень звука в «А» — скорректированном значении, зависящем от частоты звука, часто используется для характеристики источника звука на расстоянии d=1м.

· Уровень звукового давления (sound pressure level, Schalldruckpegel) — десятичный логарифм отношения давления звука к выбранному уровню сравнения, умноженный на 20 (уровень сравнения давления обычно равен 2 10^-5 Н/м). Звуковое давление следует понимать как эффективное среднеквадратичное звуковое давление.

Ф

· Фильтр (filter, Sieb) — устройство для выделения (или подавления) электрического сигнала в заданной полосе частот. По конструкции фильтры могут быть пассивные — не требующие источников питания, активные — требующие источников питания, цифровые — основанные на цифровой технике.

· Фон (phon, Phon) — фоном называется единица уровня громкости.

Ц

· Цикл (cycle, zyklus) — последовательность значений периодической величины за период.

Ч

· Частота (Гц) (freguency)— частотой функции, периодической во времени, называют величину, обратную периоду. Число повторяющихся циклов движения, которое колебательная система или частица совершает в течение 1 с; выражается в герцах (Гц) или в цикл/с.

· Частота колебаний (Гц) (freguency of oscillations, Schwingungsfreguenz) — число полных циклов колебаний за одну секунду.

Ш

· Широкополосный шум (broadband noise, Breitbandgerausch) — шум, энергия которого распределяется в широком диапазоне частот (более одной октавы).

· Шумомер (acoustimeter, Gerauschmesser) — шумоизмерительный прибор, предназначенный для измерения уровня звука и имеющий частотные характеристики А, В, С, D, Линейные и временные характеристики F, S, I, Пик, или некоторые из них.

Э

· Эффект вечеринки — способность «настроиться» на один голос среди шума других голосов.

· Эхо (echo, Echo) — отраженная с задержкой во времени волна; (отраженный звук, достигающий слушателя с таким большим запозданием, что вызывает ощущение, отдельное от ощущения прямого звука)

Предисловие

Акустика – общая и теоретическая акустика занимаются изучением закономерностей излучения и распространения упругих волн в различных средах, а также их взаимодействия со средой. К разделам акустики относятся электроакустика, архитектурная акустика и строительная акустика, атмосферная акустика, геоакустика, гидроакустика, физика и техника ультразвука, психологическая и физиологическая акустика, музыкальная акустика. Одним из современных направлений акустики является защита от утечки акустической речевой информации по техническим каналам.

Акустический сигнал представляет собой возмущения упругой среды, проявляющиеся в возникновении акустических колебаний. Первичными источниками акустических колебаний являются механические колебательные системы, например органы речи человека, а вторичными – преобразователи различного типа, в том числе электроакустические. Последние представляют собой устройства, предназначенные для преобразования акустических колебаний в электрические и обратно. К ним относятся пьезоэлементы, микрофоны, телефоны, громкоговорители и другие устройства, образующие побочные технические каналы утечки акустической (речевой) информации.

В зависимости от физической природы возникновения информационных сигналов, среды распространения звука каналы утечки акустических сигналов можно разделить на воздушные, вибрационные, электроакустические, оптико-электронный и др.

В воздушных технических каналах утечки информации средой распространения акустических сигналов является воздух, и для их перехвата используются специальные высокочувствительные микрофоны.

В вибрационных (структурных) технических каналах утечки информации средой распространения акустических сигналов являются конструкции зданий, сооружений (стены, потолки, полы), трубы водоснабжения, отопления, канализации и другие твердые тела.

Электроакустические технические каналы утечки информации возникают за счет электроакустических преобразований акустических сигналов в электрические.

Оптико-электронный (лазерный) канал утечки акустической информации образуется при облучении лазерным лучом вибрирующих в акустическом поле тонких отражающих поверхностей (стекол окон, картин, зеркал и т.д.). Отраженное лазерное излучение (диффузное или зеркальное) модулируется по амплитуде и фазе (по закону вибрации поверхности) и принимается приемником оптического (лазерного) излучения, при демодуляции которого выделяется речевая информация [1].

Для оценки уровня защищенности речевой информации используются инструментально-расчетные методы, базирующиеся на измерениях параметров акустических (речевых и маскирующих), виброакустических и электроакустических сигналов. Методики по указанным видам измерений детально изложены в соответствующих ГОСТах и документах ФСТЭК России. Однако область применения измерительных методик на защищаемых объектах ограничивается отсутствием надлежащих метрологических условий. Например, в подавляющем большинстве случаев невозможно проводить измерения в условиях свободного поля. В силу этих и ряда других обстоятельств значительно возрастают погрешности результатов измерений.

В настоящем практикуме студентам необходимо изучить некоторые виды измерений, освоить современные измерительные аппаратно-программные комплексы и оценить факторы, влияющие на погрешности и достоверность результатов измерений. В учебном пособии представлены теоретические сведения и краткое описание лабораторных работ.