در بررسی محصولاتی مثل گوشی، تبلت، اسپیکر و هدست با جدولی شبیه جدول زیر سروکار داریم که کمیت‌ها و اصطلاحات مختلفی در آن به کار رفته است. اینکه این اصطلاحات به چه معنی هستند و چه اهمیتی دارند موضوع این مقاله است. در واقع می‌خواهیم ببینیم برای خرید یک محصول صوتی چه پارامترهایی مهم است و چطور باید کیفیت صدا را ارزیابی نمود.

کیفیت صدای تبلت‌های مختلف، با و بدون هدفون
  شدت پاسخ فرکانسی شدت نویز محدوده‌ی دینامیکی مجموع اعوجاج هارمونیک نویز و IMD تداخل استریو
می پد شیائومی +0.04, -0.42 -92 90.1 0.0055 0.069 -88.4
می پد شیائومی با هدفون +0.02, -0.43 -91.6 89.8 0.375 0.335 -46.3
گلکسی تب اس 8.4 سامسونگ +0.05, -0.02 -95.7 92.3 0.0044 0.0096 -96
گلکسی تب اس 8.4 سامسونگ با هدفون +0.01, -0.05 -95.7 92.1 0.012 0.014 -44.4
گلکسی تب پرو 8.4 سامسونگ +0.02, -0.07 -93.3 93.3 0.0019 0.011 -89.2
گلکسی تب پرو 8.4 سامسونگ با هدفون +0.04, -0.06 -93.1 93.1 0.0074 0.037 -70.2
جی پد 8.3 ال جی +0.14, -0.11 -93.8 92.9 0.0021 0.0082 -93.8
جی پد 8.3 ال جی با هدفون +0.29, -0.11 -90.7 92.7 0.0074 0.208 -53.6
نکسوس 7 ایسوس گوگل 2013 +0.00, -0.23 -92.2 92.3 0.036 0.02 -92.3
نکسوس 7 ایسوس گوگل 2013 با هدفون +0.83, -0.12 -92.4 92.3 0.01 0.208 -49.3
آیپد مینی 2 اپل +0.04, -0.39 -93.8 93.7 0.0011 0.0067 -82.9
آیپد مینی 2 اپل با هدفون +0.11, -0.00 -93.6 93.6 0.0023 0.03 -62.2

صدا چیست و چطور ایجاد می‌شود؟

در دنیای فیزیکی شاید تمام پدیده‌ها حالت پیوسته داشته باشند و یا لااقل آن قدر تغییرات کم و کوچک باشد که نتوان تغییرات پله‌پله را به راحتی مشاهده کرد. در مورد صدا هم همین‌طور است یعنی صدا هم مثل یک موج سینوسی کامل، هیچ پله‌ای ندارد.

لرزش یک جسم در هوا صدا ایجاد می‌‎کند.گوش انسان محدوده‌ی شنوایی 20 هرتز تا 20 کیلوهرتز دارد و در صفحه‌ی مشخصات بیشتر هدست‌ها، ایرفون‌ها، اسپیکرها و سایر تجهیزات صوتی بازه‌ی پاسخ فرکانسی کوچک‌تر از هزتز 15 الی 26 کیلوهرتز است. اما منظور از پاسخ فرکانسی چیست؟ این موضوع را در ادامه بررسی می‌کنیم لذا با دقت بخوانید.

فعلاً روشن است که:

صدا چیست و چطور ایجاد می‌شود؟

ماهیت صدا چیزی جز یک موج فشاری نیست. تنها کافی است جسمی در هوا مرتعش باشد و مولکول‌های را به صورت دسته‌جمعی به عقب و جلو حرکت می‌دهد.

صدای زیر و صدای بم

اگر یک صفحه در هوای اطراف ما، با سرعت 20 بار در ثانیه که همان 20 هرتز است، جلو و عقب شود، صدای بمی می‌شنویم. ساب‌ووفر سیستم صوتی درایوری با دیافراگم منطعف است که می‌تواند با دامنه‌ی زیاد و در عوض فرکانس و سرعت کم، جلو عقب رفته و صدای بم و قوی ایجاد کند.

حال فرض کنید یکی از سیم‌های ویولون دوست ما با فرکانس 16 کیلوهرتز که در واقع فرکانس بالا و صدای ریزی است، در حال ارتعاش است. یک موج صوتی 16 کیلوهرتزی هم توسط گوش ما قابل تشخیص است. بنابراین صدای نازک آن را به خوبی متوجه می‌شویم.

بنابراین حالا می‌توان سراغ اسپیکر و بلندگو رفت و طرز کار آن را توضیح داد. یک بلندگو یا هدست را در نظر بگیرید که ساختار کلی آن مثل شکل زیر است:

تصویری از ساختار داخلی یک درایور یا بلندگو

تصویری از ساختار داخلی یک درایور یا بلندگو

عبور سیگنال سینوسی یعنی آهن‌ربایی که مرتباً قطب‌های آن تغییر می‌کند و این یعنی لرزش دیافراگم بلندگو

سیم‌پیچی درون یک آهن‌ربا قرار دارد که با عبور جریان برق، میدان مغناطیسی ایجاد می‌شود و سطحی که سیم‌پیچ به آن متصل است، به جلو و عقب حرکت می‌کند. البته صفحه‌ی مورد نظر ما حالت فنری دارد و در مقابل حرکت سیم‌پیچ مقاومت می‌کند. در تصویر فوق ورودی ما ممکن است به شکل یک سیگنال سینوسی باشد. سیم‌پیچ آهن‌ربا می‌شود و مرتباً جهت میدان مغناطیسی تولید شده، تغییر می‌کند. Cone یا همان سطح مخروطی شکل اسپیکر شما، با حرکت سیم‌پیچ ظریفی که از آن یاد کردیم، می‌لرزد و هوای اطراف خود را مرتباً متراکم و سپس منبسط می‌کند و این یعنی یک موج فشاری که به سرعت یعنی با سرعت صوت که در هوای معمولی 333 متر بر ثانیه است، پراکنده می‌شود.

محدوده‌ی شنوایی انسان از نظر فرکانسی

محدوده‌ی شنوایی انسان همان‌طور که گفته شد 20 هرتز تا 20 کیلوهرتز است. به عبارتی دیگر اگر سرعت لرزش اجسام تولیدکننده‌ی صدا بین 20 بار تا 20 هزار بار در ثانیه باشد، صدای تولید شده را کم و بیش می‌شنویم.

دقت کنید که منظور از کم و بیش این است که برخی فرکانس‌ها را بهتر می‌شنویم و برخی را ضعیف‌تر تشخیص می‌دهیم.

در ضمن گوش من و شما یکسان نیست و ممکن است شما صدای 19 کیلوهرتزی را تشخیص بدهید اما بنده چیزی حس نکنم. وقتی پا به سن بگذاریم، قدرت شنوایی کمتر می‌شود به این معنی که صداها را ضعیف‌تر می‌شنویم و حتی برخی فرکانس‌ها را دیگر نمی‌شنویم.

شدت صدا و تعریف دسی‌بل

هر چه صفحه‌ی لرزانی که از آن صحبت کردم با دامنه‌ی حرکت بیشتر به مولکول‌های هوا ضربه بزند، فشار ایجاد شده هم بیشتر خواهد بود.

اگر به روابط مکانیک حرکت رجوع کنیم، می‌توان یک رابطه‌ی کلی و ساده برای فشار صدا مشخص کرد. فرض می‌کنیم مولکول‌های مجاور سطح لرزان جرمی برابر با m دارند و با ضربه‌ای که به آنها وارد می‌شود، سرعت V می‌گیرند. بنابراین نیروی عمل و عکس‌العمل بین مولکول‌ها و سطح حاصلضرب m و V تقسیم بر مدت زمان ضربه خواهد بود.

بنابراین فشار با سرعت لرزش رابطه‌ی مستقیم دارد:

رابطه‌ی فشار موج صوتی با سرعت و دامنه

رابطه‌ی فشار موج صوتی با سرعت و دامنه

از طرفی سرعت لرزش صفحه یعنی سرعت رفت و برگشت آن، از تقسیم دامنه‌ی حرکت صفحه بر نصف مدت زمان یک رفت و برگشت کامل به دست می‌آید. لذا سرعت برخورد یا همان سرعت صفحه با دامنه‌ی حرکت صفحه و فرکانس لرزش متناسب است.

بنابراین در مجموع رابطه‌ای فشار با دامنه و فرکانس لرزش صفحه به صورت زیر است:

فشار صوتی با سرعت و دامنه‌ی حرکت دیافراگم بلندگو متناسب است

فشار صوتی با سرعت و دامنه‌ی حرکت دیافراگم بلندگو متناسب است

با مشخص شدن تعریف و مفهوم فشار صوتی، به قدرت صدا می‌رسیم. کمیتی که معمولاً بر حسب دسی‌بل بیان می‌شود. بل ما را به یاد گراهام بل، مخترع تلفن می‌اندازد.

یک دسی‌بل، یک دهم بل است. وقتی می‌گوییم فشار یک موج صوتی برابر با 1 بل است یعنی مقدار فشار صدا 10 به توان 1 برابر بیشتر از فشار مرجع است. رابطه‌ی زیر را بررسی کنید:

شدت صدا بر حسب دسی‌بل از فشار یا قدرت محاسبه می‌شود

شدت صدا بر حسب دسی‌بل از فشار یا قدرت محاسبه می‌شود

شدت نویز

شدت نویز دقیقاً مثل شدت صوت تعریف می‌شود اما عبارت نویز با صدا متفاوت است. نویز در حالت کلی صدای نامطلوبی مثل موسیقی پس‌زمینه یا صدای افراد حاضر در سالن موسیقی است اما آنچه معمول شده این است که نویز صداها و سیگنال‌هایی با فرکانس بالاست که به دلایل مختلف ایجاد شده‌اند و باید آنها را حذف کرد.

مثلاً یک میکروفون ساده می‌تواند صدای ما و بازتاب‌های مختلف آن را ضبط کند و به عبارتی صدایی با فرکانس بیشتر ایجاد کند که مطلوب نیست.

نویز در برابر سیگنال عادی و واقعی

نویز در برابر سیگنال عادی و واقعی

در تصویر فوق سیگنال قرمز سیگنالی است که در آن نویز زیادی وجود دارد و با اضافه کردن فیلتر پایین‌گذر یا Low Pass می‌توان آن را به سیگنالی عاری از نویز بدل کرد. البته بخشی از صداهای واقعی و فرکانس بالا هم ممکن است حذف شود.

فیلتر پایین‌گذر فیلتری است که می‌توان امواج فرکانس پایین را عبور دهد و امواج فرکانس بالا را حذف کند.