Volumul sonor sau zgomotul ( sonoritatea ) este o valoare numerică reprezentând intensitatea percepută de ființa umană. Este o cantitate psihoacustică care se raportează într-un mod complex la presiunea sonoră . Pe un sistem de înaltă fidelitate , un televizor, un smartphone , și alte electroacustice dispozitive, volumul sonor este intensitatea sonoră a sunetului produs.
La fel ca în cazul tuturor cantităților psihosenzoriale, studiile psihice acustice se bazează pe statistici ale rezultatelor experienței, percepția variază de la un individ la altul, precum și capacitatea de a discerne și verbaliza diferențele, ceea ce este probabil. Mai degrabă decât o măsurare , intensitatea sonoră este un indicator al volumului sunetului, pentru care există mai multe metode de evaluare.
Studiile de nivel sonor apar din două preocupări divergente:
Deoarece una dintre principalele supărări pe care zgomotul le aduce oamenilor este că împiedică comunicarea sunetului, cele două abordări converg. Cu toate acestea, aplicațiile rămân distincte, iar metodele utilizate pentru a evalua zgomotul sunt diferite de cele utilizate pentru intensitatea sunetului difuzat, deși zgomotul ambiental este în cele din urmă zgomotul de fundal al acestuia (a se vedea Dinamica sunetului ).
Dezvoltarea unităților corespunde dezvoltării instrumentelor. Până în 1870, oamenii de știință au avut doar instrumente mecanice, cum ar fi discul Rayleigh , a cărui abatere depinde de viteza acustică sau acele slavate la o membrană ca cea a fonotografului . Aceste dispozitive sunt delicate și nu foarte sensibile; profitând de rezonanțe , răspunsul lor în frecvență este limitat și neregulat. La fel ca primele microfoane , destinate telefonului , care au dat naștere doar la aplicații practice, nu au condus la definirea unei unități de sonoritate. Invenția de trioda , permițând amplificarea și procesarea a semnalului electric și construirea de instrumente electronice de măsurare, a permis studii cantitative și explorarea frecvențelor semnalului sonor și determinarea lățimii de bandă. Necesară pentru transmisia sunetului. În 1923, Harvey Fletcher propune „o scală de intensitate astfel încât diferența de intensitate [ intensitate ] dintre două sunete este de zece ori mai mare decât logaritmul raportului de intensitate al acestora” . El a stabilit, cu o sută de subiecți, limitele auzului. Din acest prim articol, el a menționat că determinarea intensității sunetelor complexe este considerabil mai dificilă decât cea a tonurilor pure, în special datorită efectelor de mască.
Aceste studii au condus la următoarele constatări:
Inițial, Acoustical Society of America a recomandat evaluarea sonorității printr-o ponderare în frecvență a valorii rms a presiunii sonore. Insuficiențele acestei măsuri, care nu corespund întotdeauna estimărilor făcute de subiecții din experimente, l-au determinat pe Zwicker, apoi pe Moore și Glasberg, cu o simplificare inspirată de Stevens , să propună metode de evaluare mai precise, cu prețul unei complicații procedurale. .
Confruntați cu problema măsurării intensității, acusticienii au definit ponderările de frecvență care trebuie aplicate măsurătorilor presiunii acustice brute:
Greutățile pot fi definite fie ca funcții de transfer care definesc filtrele electronice , fie ca tabele de valori pe octavă sau a treia octavă.
Aceste greutăți fac obiectul unui standard al Comisiei electrotehnice internaționale , bazat pe recomandarea inițială a Societății Americane de Acustică din 1936.
Standardele includ timpii de integrare a măsurătorii în timp: rapid peste 0,125 s , lent peste 1 s și posibilitatea de a înregistra nivelul maxim de impulsuri scurte.
Măsurarea sonometrică este simplă într-un câmp liber cu un sonometru care vă permite să selectați ponderarea dorită. În multe alte cazuri în care este necesar să se evalueze intensitatea, există încă multe probleme metodologice.
Numeroase legi și reglementări din întreaga lume necesită evaluarea nivelului de presiune acustică ponderat A.
Relevanța rezultatelor obținute cu aceste ponderări a făcut obiectul a numeroase studii. Utilizarea pe scară largă a ponderării A, chiar și în cazul expunerii la niveluri sonore ridicate, de exemplu pentru muzică sau zgomot industrial, a întâlnit în special obiecții.
Scara telefoanelor derivă direct din aplicarea curbelor izosonice . Valoarea telefonică a sunetului pur și continuu la 1000 Hz este presiunea sonoră în decibeli față de 20 μPa . Pentru celelalte frecvențe, curbele dau corecția de făcut.
Sunet în telefoane cu un sunet pur continuu:Un sunet pur continu la 220 Hz (nota muzicală A 2) este măsurat la o presiune acustică de 0,1 Pa (pascal), adică 74 dB comparativ cu presiunea acustică de referință 0 dB , 20 μPa .
Pentru curba celor 60 de telefoane, 220 Hz este cu 6 dB peste 1000 Hz ; pentru curba celor 80 de telefoane, cu 4 dB deasupra. Corecția care trebuie făcută este, prin urmare, rotunjită la 5, precizie mai mare nefiind necesară, iar valoarea în telefoane este 74 - 5 = 69.
Scara telefoanelor nu corespunde perfect cu sunetul. Dacă două tonuri pure de aceeași valoare în telefoane au de fapt aceeași intensitate, progresia telefoanelor nu corespunde cu cea a senzației percepute. Potrivit lui Stanley Smith Stevens , pentru a obține un sunet care este în conformitate cu ascultătorul „de două ori mai puternic”, este necesar să creșteți valoarea telefoanelor cu 10 dB și nu cu 6 dB . Scara sonorului este construită pe această evaluare care ia în considerare sensibilitatea auzului și noțiunea de mărimi numerice. Prin definiție, un sunet corespunde unui sunet de frecvență 1000 Hz și presiune sonoră 40 dB ( 20 mPa ). De fiecare dată când evaluarea telefonului crește cu 10 dB , evaluarea sonoră este dublată. Prin urmare, trecem de la nivelul telefoanelor la nivelul sonorilor prin relația:
Această lege aproximativă este în mod clar greșită în afara gamei de niveluri sonore de la 20 la 120 de telefoane și pentru frecvențele extreme ale zonei auditive.
ISO 532 specifică metodele care trebuie utilizate pentru a cuantifica zgomotul ca supărare. Aceste metode presupun zgomot de fond și zgomot de activitate.
Un sunet complex poate fi analizat ca o sumă de mai multe sunete, fiecare având propria frecvență și presiunea sonoră. Putem găsi frecvențele și nivelurile de presiune acustică care constituie un sunet complex grație unei transformate Fourier sau FFT (Fast Fourier Transformation).
Cu toate acestea, sunetele sunt în continuă schimbare, iar frecvența exactă este irelevantă pentru evaluarea sonorității. De cele mai multe ori, benzile celei de- a treia octave sunt folosite pentru a identifica caracterul principalelor emisii acustice.
În urma lucrărilor lui Eberhard Zwicker , Standardul ISO 532 B definește o metodă care urmează mai precis caracteristicile auzului uman. Când nu este vorba de sunete muzicale, formate din parțiale armonice , suntem mult mai puțin capabili să diferențiem intervalele de frecvență, iar un sunet mai puternic poate masca complet altul, mai ales că gama de frecvențe și direcția originală sunt apropiate. Prin urmare, spectrul sonor este împărțit în 24 de benzi de frecvență cu lățimea adecvată de la 40 la 15.500 Hz . (vezi Coaja ).
Volumul specific al unui sunet complex este exprimat în sunete / scoarță . Acesta este tabelul valorilor înregistrate pentru fiecare dintre benzi, ținând cont de evoluția sunetului în timp. Putem trece de la divizarea obișnuită în benzi de treime de octavă la benzile Bark prin efectuarea, pentru benzile de 45 până la 90 Hz , pentru cele de la 90 la 180 Hz și pentru cele de la 180 la 90 Hz la adăugarea de energii din decibeli .
Pentru a determina sonoritatea totală , stabilim mai întâi caracterul câmpului sonor, deoarece percepția este diferită indiferent dacă este un sunet direct, frontal sau câmp difuz. Fiecare caz are un tabel de ponderare corespunzător.
Căutăm valoarea celei mai puternice trupe. Pe graficul prevăzut de standard, care este suficient de mare pentru a apărea, nivelul pentru fiecare bandă este marcat cu o linie orizontală, începând cu frecvențele joase. Graficul încorporează o scară specifică pentru fiecare bandă, care reflectă sensibilitatea auzului pentru aceste frecvențe. Pentru a ține seama de proprietățile percepției auditive deduse din mascarea sunetului, dacă o bandă are o valoare mai mare decât cea anterioară, plăcile sunt unite printr-o verticală, dar dacă valoarea este mai mică, acestea sunt unite printr-o oblică în funcție de înclinația indicată pe grafic. Calculăm apoi poziția liniei orizontale care împarte aria delimitată de curbă și partea de jos a graficului în două părți egale. Ordonatul acestei linii este volumul total.
Stanley Smith Stevens a propus o metodă mai simplă, dar puțin mai aproximativă, ale cărei principii sunt incluse și în standardul ISO 532.
Metafora care asociază măreția unui corp cu puterea de sunet este vechi. Pentru Marmontel , volumul unui cântăreț este „intensitatea vocii, condiționată de puterea respirației și de buna utilizare a cavităților de rezonanță” . Este capacitatea de a fi auzit de departe în teatru. În ceea ce privește un cântăreț de operă: „Vocii lui nu au volum” înseamnă că este greu de auzit. Sinonimul „mărime” confirmă metafora . Vorbim și despre puterea sau puterea unui sunet, despre alte metafore destul de similare.
Telefonul și radioul au preluat acest termen. Pentru aceste specialități, volumul este „nivelul citit pe indicatorul standard de volum (SVI sau VU-metru )” . „ Nu se poate defini prin intermediul unei formule matematice precise în termeni ai uneia dintre unitățile electrice de putere, tensiune sau curent . ”
Măsurarea volumului este necesară atunci când semnalele sonore, adică sunetele care transmit informații, concurează pentru atenția oamenilor. Într-adevăr, este un fapt al experienței comune că cel mai puternic semnal câștigă, indiferent de toate celelalte calități. În multe circumstanțe, prin urmare, există o creștere a nivelului de sunet.
Industriile de radiodifuziune și televiziune au definit mai întâi standardele tehnice necesare activității lor. Pe măsură ce crește nivelul sunetului difuzat, crește lățimea de bandă a difuzării (analogice). Pentru ca stațiile să nu depășească banda alocată, este, prin urmare, necesar să se definească un nivel maxim. Dar acest nivel se referă doar la creste. Dacă vârfurile sunt rare, intensitatea programului va fi evident mai mică decât dacă nivelul este în general aproape de maxim. Operatorii după ce au observat că o stație se simțea ca fiind mai slabă sau o parte a unui program difuzat cu o intensitate mai redusă, a disipat atenția sau sprijinul ascultătorilor, au căutat să ridice intensitatea programelor fără a încălca limitele tehnice ale nivelului maxim. Acest lucru se realizează prin utilizarea compresoarelor care măresc automat nivelul pieselor mai slabe, pe o perioadă foarte scurtă de timp. Aceste procese au afectat în special inserțiile publicitare, acestea din urmă fiind sursa veniturilor posturilor și muzica, a cărei apariție la radio sau televiziune este, din punctul de vedere al producătorilor, o formă de publicitate. Apariția difuzării digitale, mai întâi pentru muzică ( Compact Disc ) și apoi pentru restul lanțului de producție de radio și televiziune, a obligat criteriul de nivel maxim să fie mai strict, amplificând războiul volumului și aducând industria să caute modalități de doar nivelul maxim, dar programele de sonoritate ( sonoritate ).
Relația dintre nivelul semnalului electric în funcție de timp și intensitatea sonoră este destul de complexă, așa cum s-a indicat mai sus.
În anii 1970, CBS a dezvoltat un sistem bazat pe cercetarea volumului, care în 1981 a dus la un dispozitiv de măsurare. Semnalul este ponderat în funcție de opt benzi de frecvență și în funcție de durata excitației pentru fiecare bandă. Rezultatul este integrat cu un timp de atac de 120 ms și un timp de relaxare de 730 ms, astfel încât să se obțină o bună aproximare a sonorității pe termen scurt.
Organismele de coordonare ale industriei audiovizuale, Uniunea Internațională a Telecomunicațiilor (UIT sau UIT ) și Uniunea Europeană a Audiovizualului (EBU sau EBU ) au adoptat un sistem de evaluare simplificat, bazat pe studii speciale privind recepția televiziunii, fără drepturi de proprietate industrială (spre deosebire de sistemul CBS), și care include o evaluare a sonorității, pe toată durata programului, oricare ar fi acesta. Această metodă include o măsurare a vârfului adevărat al semnalului în raport cu maximul mediului, două integrări pe ferestre dreptunghiulare de 400 ms („ Momentary Loudness ”) și 3 s („ Short-Term Loudness ”) și o integrare globală („ Integrated Loudness ”) cu neutralizarea intervalelor de nivel care sunt prea sub medie.
Obiectivul, prin normalizarea volumului programelor, este de a pune capăt superiorității programelor care ar fi abandonat orice variație expresivă a nivelului pentru a fi permanent la maxim. Acest indice este exprimat în LUFS ( Loudness Unit Full Scale ). Pentru un sunet pur și continuu, 1 LU este 1 dB.
LUFS este, de fapt, o evaluare simplă a intensității programelor de radio și televiziune.