طیف شنیدنی شنوایی انسان

به طور جهانی پذیرفته شده است که محدوده فرکانس شنیداری انسان ها قادر به شنیدن محدوده بین 20 هرتز تا 20000 هرتز هستند.

با افزایش سن ، گوش های ما شل شده و آسیب شنوایی را تجربه می کنیم. اگر غیر معمول نیست که فرد در سن 20-30 سالگی حساسیت شنوایی خود را بالای 16000 هرتز از دست بدهد.

شنوایی انسان به طور طبیعی حساس ترین فرکانس در محدوده 2000 تا 5000 هرتز است. به طور تصادفی ، این محدوده حیاتی برای درک گفتار است.

اگرچه خارج از حوصله این مقاله است ، منحنی فلچر-مانسون (تصویر زیر) به ما نشان می دهد که ما در محدوده قابل فهم بودن حساسیت بیشتر از دیگران داریم و در افراط محدوده فرکانس های شنیداری بسیار کمتر حساس هستیم.
نکته کلیدی در اینجا این است که انسانها به طور طبیعی تکامل یافته اند تا فرکانسهای بین 20 هرتز تا 20 هزار هرتز را بشنوند.
این محدوده هنگام ضبط مهم است. میکس/مسترینگ و پخش صدا

فرکانس های صوتی و شنیداری

قبل از شروع ، توجه به این نکته ضروری است که  صدا از فرکانس های مختلفی ساخته شده اند. فقط موج سینوسی است که یک فرکانس واحد تولید می کند. صدا از یک رابطه پیچیده با فرکانس های مختلف با دامنه های مختلف ساخته می شود. ویژگیهای گذرا و تعامل با محیط

بنابراین ، بلندگوها  معمولاً فقط در یک فرکانس تکان نمی خورند. آنها در نوسانات پیچیده ای که بسیاری از فرکانس های همزمان را تشکیل می دهند ، ارتعاش می کنند.

همانطور که بحث کردیم ، محدوده شنیداری شنوایی انسان 20 هرتز - 20 کیلوهرتز تعریف شده است. این همان چیزی است که "صدا" در نظر گرفته می شود.

امواج فروصوت با استفاده از انرژی موج مکانیکی ارتعاش زیر 20 هرتز تعریف می شود.

سونوگرافی با استفاده از انرژی موج مکانیکی ارتعاش بالای 20 کیلوهرتز تعریف می شود.

از نظر شنوایی انسان ، ما فقط به صدا توجه داریم.

صدا ، که در اصل یک نمایش الکتریکی صدا است ، در این محدوده 20 هرتز - 20000 هرتز نیز مناسب است.

بسیاری از صوتی که ما به آن گوش می دهیم در این محدوده تعریف شده است ، اگرچه مطمئناً لازم نیست.

مبدل هایی که با صدا سروکار دارند (میکروفون ، هدفون و بلندگو) لزوماً مجبور نیستند در محدوده فرکانس صدا نیز کار کنند.

بسیاری از میکروفون ها ، هدفون ها و بلندگوها به فرکانس های خارج از محدوده شنوایی انسان پاسخ می دهند.

گفته می شود ، سیگنال های صوتی اغلب باعث ارتعاش آنها در این محدوده نمی شوند. مخلوط های صوتی اغلب در نهایت شنوایی انسان فیلتر می شوند (یک فیلتر با گذر بالا در 20 هرتز و یک فیلتر با گذر کم در 20 کیلوهرتز) تا فضای سر مخلوط را بهبود بخشد.
درایور و دیافراگم ارتعاشی

برای درک واقعی سرعت ارتعاش بلندگو یا هدفون ، مهم است که بدانیم قسمت های ارتعاشی این مبدل ها چگونه کار می کنند.

جزء اصلی مبدل هدفون و بلندگوها درایور نامیده می شود. به گونه ای طراحی شده است که سیگنال های صوتی (انرژی الکتریکی) را به امواج صوتی (انرژی موج مکانیکی) تبدیل کند.

همه هدفون ها و بلندگوها (بجز انواع درایور استخوانی) از یک دیافراگم متحرک برای تولید موثر صدا استفاده می کنند. این دیافراگم غشایی بسیار نازک است که برای هل دادن و کشیدن هوا (یا ذرات محیط دیگر) به اطراف خود برای تولید امواج صوتی طراحی شده است.

این دیافراگم درایور است که در نهایت برای تولید صدا باید ارتعاش کند و بنابراین این سوال که بلندگوها و هدفونها با چه سرعتی تکان می خورند" در مورد سرعت حرکت دیافراگم به جلو و عقب برای تولید صدا متمرکز است.

اگرچه انواع مختلفی از درایور های هدفون و بلندگوها وجود دارد ، اما طراحی پویا با سیم پیچ متحرک رایج ترین است. بیایید به سرعت به این طرح بپردازیم تا بهتر بفهمیم چه عواملی باعث ایجاد ارتعاش در اکثر قریب به اتفاق هدفون ها و بلندگوها می شود.
 
ما با یک نمای مقطعی ساده از یک درایور سیم پیچ متحرک شروع می کنیم:

هنگامی که بلندگو/هدفون به منبع صوتی متصل می شود ، سیگنال صوتی (جریان الکتریکی متناوب) از سیم پیچ صوتی عبور می کند.

این سیگنال AC باعث ایجاد یک میدان مغناطیسی متفاوت در سیم پیچ می شود. این میدان مغناطیسی متلاشی کننده با میدان دائمی آهن ربا تعامل دارد و باعث می شود که سیم پیچ به جلو و عقب حرکت کند.

از آنجا که سیم پیچ به دیافراگم متصل است ، دیافراگم نیز با توجه به سیگنال صوتی حرکت می کند. دیافراگم ، همانطور که بحث کردیم ، با ارتعاش (فشار و کشش هوا) امواج صوتی را تولید می کند.


صرف نظر از نوع درایور (باز هم ، به استثنای هدفون هدایت استخوان پیزوالکتریک) ، این دیافراگم است که برای تولید صدا ارتعاش می کند.
طراحی سیم پیچ متحرک تنها به هدفون و بلندگو محدود نمی شود. همچنین در میکروفون ها بسیار رایج است ، اگرچه برعکس عمل می کند و امواج صوتی را به سیگنال های صوتی تبدیل می کند.
هدفون و پاسخگوی فرکانس بلندگو
وقتی نوبت به محاسبه سرعت (و کندی) ارتعاش یک هدفون یا بلندگو می رسد ، مشخصه پاسخ فرکانسی مهم است.

همانطور که از نامش پیداست ، پاسخ فرکانسی به فرکانس هایی گفته می شود که درایور قادر به تولید آن هستند. به عبارت دیگر ، پاسخ فرکانسی به ما می گوید که دیافراگم هدفون/بلندگو چقدر سریع می تواند ارتعاش کند.

البته ، یک سیگنال صوتی حاوی فرکانس های مورد نظر باید به درایور اعمال شود تا درایور در فرکانس معین ارتعاش کند. پاسخ فرکانس به سادگی به ما می گوید که فرکانس های صوتی که درایور برای تولید آن طراحی شده است.

پاسخ فرکانس معمولاً به عنوان یک محدوده ساده از پایین ترین فرکانس ممکن تا بالاترین فرکانس ممکن تعریف می شود. برخی از تولید کنندگان و چند آزمایش کننده شخص ثالث نمودارهای مفصلی را برای نشان دادن حساسیت وابسته به فرکانس درایور در محدوده فرکانس خود ارائه می دهند.

اجازه دهید دوباره تکرار کنم که توجه به این نکته ضروری است که  صدا از فرکانس های مختلف ساخته شده اند. فقط موج سینوسی است که یک فرکانس واحد تولید می کند. صدا از یک رابطه پیچیده با فرکانس های مختلف با دامنه های مختلف ساخته می شود. ویژگیهای گذرا و تعامل با محیط

بنابراین ، بلندگوها و هدفونها معمولاً فقط در یک فرکانس تکان نمی خورند. آنها در نوسانات پیچیده ای که بسیاری از فرکانس های همزمان را تشکیل می دهند ، ارتعاش می کنند.
ارتعاش ساب ووفر چقدر سریع است؟

ساب ووفر (که معمولاً به عنوان "ساب" نامیده می شود) یک بلندگو است که برای تولید فرکانس های صوتی پایین در درجه اول در محدوده باس و زیر بیس طراحی شده است.

این محدوده ها به شکل زیر به راحتی تعریف می شوند:

    زیر بیس: 20 هرتز-60 هرتز

    باس: 60 هرتز - 250 هرتز

ساب ووفرهای درجه مصرف کننده اغلب برای بازسازی سیگنال های صوتی بین 20 هرتز تا حدود 200 هرتز طراحی شده اند.

ساب ووفرهای حرفه ای با صدای زنده اغلب وظیفه تولید فرکانس های ضربات قفسه سینه زیر 100 هرتز را بر عهده دارند.

سیستم های مورد تایید "THX" دارای ساب ووفرهایی هستند که برای تولید تمام فرکانسهای زیر 80 هرتز طراحی شده اند.

فقط می توان گفت که ساب ووفرها طوری طراحی شده اند که بسته به مدل ، بین 20 هرتز تا 200 هرتز ارتعاش کنند. برخی از مدلها حتی قادر به ارتعاش در محدوده امواج فروصوت زیر 20 هرتز هستند.

در بسیاری از موارد ، ما در واقع می توانیم ارتعاشات درایور ساب ووفر را با چشم غیر مسلح ببینیم. این همان فرکانس های ارتعاشی است که در خودروهایی که دارای ساب ووفر بزرگ هستند شاهد تکان دادن آینه عقب هستیم.

توجه داشته باشید که ساب ووفرها برای استفاده در سیستم های چند بلندگو برای تولید فرکانس های پایین طراحی شده اند که ووفرهای معمولی یا نمی توانند تولید کنند یا نمی توانند بهینه تولید کنند.

از شبکه های متقاطع برای جدا کردن فرکانس های پایین رده از بقیه سیگنال های صوتی استفاده می شود. این فیلترها که به طور خاص طراحی شده اند اطلاعات صوتی پایین را به ساب ووفرهایی ارسال می کنند که برای بازتولید آنها بهتر طراحی شده اند.

کراس اوور فرکانس های دیگر را برای بلندگوهای دیگر (توییترها و ووفرهای معمولی) ارسال می کند که برای بازتولید گروه های مربوطه مناسب تر است.
ارتعاش توییترها چقدر سریع است؟

توییترها برای بازتولید فرکانس های بالای سیگنال های صوتی طراحی شده اند. به طور معمول ، توییترها قادر به تولید فرکانس بین 2000 تا 20000 هرتز هستند.

بسته به شبکه متقاطع ، باند فرکانس صوتی که در واقع به توییترها ارسال می شود ممکن است دارای نقطه پایینی بسیار بالاتر از 2000 هرتز باشد.

توییترهای تخصصی قادر به تولید فرکانس هایی بسیار بالاتر از محدوده شنوایی انسان تا 100 کیلوهرتز (100000 هرتز) هستند.

به این معنا که توییترها می توانند در هر نقطه بین 2000 بار تا 100000 بار در ثانیه ارتعاش کنند. این فرکانس ها بسیار سریعتر از آن هستند که با چشم غیر مسلح دیده شوند.

ووفرها چقدر سریع ارتعاش می کنند؟

ووفرها به گونه ای طراحی شده اند که صداهایی را در محدوده فرکانسی زیر صدای توییت و بالاتر از صدای ساب ووفر تولید کنند. در بسیاری از طرح های بلندگوی چند درایور کوچکتر ، فقط یک ووفر و یک توییتر وجود دارد. ساب معمولاً در واحد جداگانه خود ساخته می شود.

محدوده معمولی ووفر از <50 هرتز - 100 هرتز تا حدود 2000 هرتز - 5000 هرتز است. باز هم ، این بستگی به طراحی بلندگو دارد و اینکه آیا بلندگوها برای کار با یک زیر مجموعه طراحی شده اند.

بنابراین ، ووفرها ، به طور کلی ، بین 50 تا 5000 بار در ثانیه ارتعاش می کنند.


ووفرهای بلندگوی میان رده چقدر سریع ارتعاش می کنند؟

ووفرهای Mid-range طوری طراحی شده اند که کمی بزرگتر از توییت ها و کوچکتر از ووفرهای استاندارد هستند.

بلندگوی متوسط معمولاً وظیفه تولید فرکانس هایی از حدود 300 تا 500 هرتز تا حدود 5000 هرتز - 6000 هرتز را بر عهده دارد.

بنابراین این بلندگوهای میان رده عموماً در دامنه وسیعی بین 300 تا 6000 ارتعاش در ثانیه ارتعاش می کنند.

ووفرهای میان رده معمولاً فقط در طرح های بلندگوهای تکامل یافته که دارای سیستم های متقاطع 4 جهت (4Way)هستند ، گنجانده می شوند.

اسپیکرهای تمام رده(فول رنج) چطور؟

بلندگوهای تمام طیف طوری طراحی شده اند که از طیف 20 هرتز تا 20 هزار هرتز در سراسر طیف شنیداری ارتعاش می کنند. آنها حتی ممکن است پاسخ فرکانسی خود را فراتر از محدوده شنیداری شنوایی انسان قرار دهند.

اغلب بلندگوهای کامل با ترکیب انواع بلندگوهای ذکر شده در بالا ساخته می شوند.

حتی بلندگوهای الکترواستاتیک و Magnepan (روبان) ، که قادر به تولید باند فرکانسی بسیار گسترده هستند ، معمولاً با یک ساب ووفر جداگانه با سیم پیچ متحرک طراحی شده اند تا به این طیف کامل در رده پایین دست یابند.