5.1. Свойства звука

Перед тем как приступить к генерации звука с помощью Arduino, вы должны понимать, что такое звук и как люди воспринимают его. В этом разделе мы расскажем о свойствах звуковых волн, воспроизведении музыки, речи и других звуков.

Звук распространяется по воздуху в виде волны. Работа звуковых колонок, удар в барабан или колокол создают вибрацию воздуха. Частицы воздуха за счет колебаний передают энергию все дальше и дальше. Волна давления передается от источника к вашей барабанной перепонке через реакцию вибрирующих частиц.

Теперь посмотрим, как эти знания помогут нам сгенерировать звуки с помощью платы Arduino?

Вы можете управлять двумя свойствами этих колеблющихся частиц: частотой и амплитудой. Под частотой понимают скорость вибрации частиц воздуха, а амплитуда представляет собой размах их колебаний. В физическом смысле звуки с большой амплитудой громче, чем с малой. Тон высокочастотных звуков выше (например, сопрано), а низкочастотных- ниже (например, бас). Рассмотрим график на рис. 5.1, на котором изображены синусоидальные звуковые волны с различными амплитудами и частотами.

На рис. 5.1 изображены графики, соответствующие трем фортепианным нотам: низкой, средней и высокой. В качестве примера рассмотрим ноту До первой октавы с частотой 261,63 Гц. Громкоговоритель, гитарная струна или фортепиано, при воспроизведении этой ноты генерирует звуковую волну, совершающую 261,63 колебаний в секунду. Можно рассчитать период колебания волны ( 1 /261,63 = 3,822 мс), что соответствует полному колебанию на графике. Плата Arduino позволяет задать период для меандра, устанавливая таким образом тембр каждой ноты. Важно отметить, что Arduino не может на самом деле создать синусоидальную волну, которая распространена в реальном мире. Меандр является цифровым периодическим сигналом - это мгновенное переключение между двумя уровнями: высоким и низким (см. рис. 3.1). В результате по-прежнему возникает волна давления, обусловливающая звук, но звучание не вполне соответствует синусоидальной волне.

Что касается амплитуды, ею можно управлять, изменяя ток через динамик. Подключение потенциометра последовательно с динамиком позволяет регулировать уровень громкости звука.

- 110 -

Рис. 5.1. Звуковые волны с различной частотой и амплитудой