Датчик звука (уровня звука)

Датчик звука (уровня звука).

 

Датчик звука (уровня звука) — что это?

Датчик звука (sound sensor, микрофонный модуль, акустический сенсор) — это устройство для обнаружения, измерения или анализа акустических сигналов в окружающей среде. Он преобразует звуковые волны в электрический сигнал для дальнейшей обработки.

Простыми словами: датчик звука — это «электронное ухо», которое слышит звуки и передаёт информацию о них в программу.

 

Что измеряет датчик звука?

Датчик звука измеряет частоту периодических процессов в герцах (Гц).

Герц (Гц) — это единица измерения частоты периодических процессов. Проще говоря, она показывает, сколько раз что-то повторяется за одну секунду. 1 Гц означает одно колебание (цикл) в секунду.

Герцы (Hz) = частота колебаний = высота тона (низкий/высокий звук). В свою очередь, децибеллы (dB) = амплитуда колебаний = громкость (тихий/громкий звук)

Человеческое ухо воспринимает 20 Гц – 20 кГц, но чувствительность неравномерна. Человеческое ухо наиболее чувствительно к частотам 2–5 кГц — именно в этом диапазоне находится максимальная разборчивость речи.

Для анализа звука часто используют спектрограмму — визуализацию частот во времени.

 

Диапазоны частот звуковых волн

Диапазон	Частота	Характеристика	Примеры источников
Инфразвук	< 20 Гц	Не слышен человеком	Землетрясения, работа двигателей, ветер
Низкие частоты (Басы)	20–250 Гц	Глубокий, «густой» звук	Контрабас (40–100 Гц), мужской голос (85–180 Гц), удар молота
Средние частоты	250 Гц – 2 кГц	Основной диапазон речи	Человеческая речь (300 Гц – 3.4 кГц), пианино (262 Гц – 2 кГц)
Высокие частоты (Верха)	2 кГц – 20 кГц	Яркий, «острый» звук	Женский голос (165–255 Гц + обертоны), свист (3–8 кГц), писк комара (~6 кГц)
Ультразвук	> 20 кГц	Не слышен человеком	Эхолокация летучих мышей (20–100 кГц), медицинское УЗИ (2–15 МГц)

 

Детальная шкала характерных частот звуковых волн

Частота (Гц)	Звук / Источник	Примечание
16–20	Нижний порог слышимости	Едва различимый гул
40–60	Бас-гитара, контрабас	Самая низкая нота бас-гитары: ~41 Гц
82–110	Мужской голос (основной тон)	Глубокий мужской вокал
165–255	Женский голос (основной тон)	Средний женский вокал
262	Нота «До» первой октавы (пианино)	Эталонная частота
440	Нота «Ля» первой октавы	Стандарт настройки музыкальных инструментов
500–2000	Основная энергия речи	Наиболее важный диапазон для разборчивости
3000–4000	Пик чувствительности уха	Человек слышит лучше всего в этом диапазоне
6000	Писк комара	Характерная частота звука комариных крыльев
8000–10000	Шипение, свист	Звук шипящих согласных («с», «ш»)
15000–20000	Верхний порог слышимости	Слышат только молодые люди; с возрастом верхняя граница снижается
> 20000	Ультразвук	Используется в медицине, сонарах, очистке

 

Связь частоты и высоты тона

Нота (4-я октава)	Частота (Гц)	Интервал
До (C4)	261.6	—
Ре (D4)	293.7	+1 тон
Ми (E4)	329.6	+1 тон
Фа (F4)	349.2	+0.5 тона
Соль (G4)	392.0	+1 тон
Ля (A4)	440.0	+1 тон (эталон)
Си (B4)	493.9	+1 тон
До (C5)	523.3	+0.5 тона (октава выше)

Правило: При повышении на октаву частота удваивается (C4=262 Гц → C5=523 Гц → C6=1047 Гц).

 

 Где применяются датчики звука?

Область	Зачем нужна частотная шкала
Аудиотехника	Настройка эквалайзеров, фильтров, АС
Медицина	Аудиометрия: проверка слуха на разных частотах
Акустика помещений	Борьба с резонансами, улучшение разборчивости речи
Распознавание речи	Выделение формант (характерных частот) фонем
Биоакустика	Изучение коммуникации животных (птицы, киты, летучие мыши)
Промышленная диагностика	Выявление неисправностей оборудования по вибрациям