Transmisja dźwięku w powietrzu

Transmisja jest przesyłaniem wiadomości z nadajnika do odbiornika. Używa się do tego celu najczęściej fal elektromagnetycznych i prądu elektrycznego. W obu przypadkach można osiągnąć transmisję pozbawioną zakłóceń, tzn. informacja wysłana jest identyczna z odebraną. Aby osiągnąć eliminację zakłóceń stosuje się ekranowanie przewodu i inne metody. Można użyć kabli symetrycznych, mających dwie żyły sygnałowe. Taki kabel może być znacznie dłuższy niż niesymetryczny.

W transmisji przewodowej jak i bezprzewodowej, tzn.wykorzystując jako nośnik informacji prąd elektryczny w kablu i fale elektromagnetyczne np. w powietrzu, informacja nie jest tożsama z nośnikiem. Prąd elektryczny biegnie przez przewód, ale nie jest przewodem. Fale elektromagnetyczne rozchodzą się w powietrzu lub w innych ośrodkach, ale nie są powietrzem ani tymi ośrodkami, w których się rozprzestrzeniają. Tak samo w przypadku, jeżeli do transmisji użyjemy światła, czyli fragmentu z widma promieniowania elektromagnetycznego. Światło poruszające się w światłowodzie nie jest światłowodem.

Zupełnie inaczej jest z dźwiękiem i falą akustyczną. W tym wypadku nośnik jest również informacją czyli przekaźnik jest przekazem. Dlatego transmisja w powietrzu przy użyciu fali dźwiękowej jest przypadkiem szczególnym.

Gdybyśmy zjonizowali powietrze, moglibyśmy przesyłać w nim prąd, podobnie jak w przewodach. W takiej sytuacji przekaźnik nie byłby tym samym, co przekaz. Jednak dźwięk jest przypadkiem wyjątkowym, kiedy przekaz równa się przekaźnik. Wynikają z tego bardzo niekorzystne konsekwencje z punktu widzenia jakości transmisji.

Transmisja pozbawiona zakłóceń w odniesieniu do dźwięku jest niewykonalna. Nie uda się w zwyczajnych warunkach osiągnąć idealnej lub nawet wysokiej zgodności tego, co jest nadawane z tym, co zostanie odebrane. Jest wiele tego powodów, z których najważniejszy został już wymieniony: medium jest tożsame z informacją.

Właściwości powietrza powodują, że jakość transmisji o wysokiej wierności jest niemożliwa. Powietrze wykazuje takie cechy jak masa, lepkość, bezwładność.

Pierwszym problemem w transmisji dźwięku jest fakt, że wyższe częstotliwości są bardziej tłumione niż niskie. W związku z tym nawet w teoretycznie idealnych warunkach sygnał odbierany wraz ze wzrostem odległości będzie się charakteryzował coraz większą utratą wysokich częstotliwości. Te straty w wyższych zakresach widma są spowodowane gęstością, lepkością i wewnętrznym tarciem. Niskie częstotliwości mają większą energię i dlatego mogą przebyć dalszą odległość zanim zostaną zamienione w ciepło. Fala akustyczna napotyka opór i bezwładność cząstek powietrza i dlatego traci energię.

Idealnymi warunkami do transmisji dźwięku byłyby takie, kiedy nadajnik/głośnik i odbiornik/mikrofon są zawieszone w wolnej przestrzeni i panuje zupełna cisza czyli nie ma żadnych ruchów powietrza poza termicznymi. W takich warunkach, które określa się jako pole swobodne, pomijając straty wywołane większym tłumieniem wysokich częstotliwości, uda się osiągnąć zgodność sygnału nadawanego i odbieranego.

W praktyce transmisja dźwięku nie odbywa się w perfekcyjnych warunkach. Nawet na pustyni w całkowicie bezwietrzny dzień wystąpi odbicie dźwięku od podłoża i to odbicie skutkujące filtrowaniem grzebieniowym należy rozpatrywać jako zakłócenie transmisji. Odbicie nałoży się na sygnał i zmieni jego treść.

Odbicie od podłoża płaską charakterystykę zmieni na taką, jak poniżej:

Gdy umieścimy system składający się z głośnika i mikrofonu w typowym pomieszczeniu, przekonamy się, że jakość transmisji jest słaba, a sygnał odebrany w żadnym aspekcie nie przypomina sygnału nadanego. Filtr grzebieniowy jest tylko jednym ze zjawisk akustycznych zachodzących w pomieszczeniu.

Odnosząc to do ambicji osób, którym spędza sen z powiek mikroskopijna nieliniowość jakiegoś urządzenia wynosząca ułamek dB powyższe stawia całą sytuację w odpowiedniej perspektywie.

Błędem, który popełniają osoby interesujące się audio jest wyobrażenie, że sprzężenie ucha i głośnika pozwala na taką dokładność transmisji jak to ma miejsce w urządzeniach elektronicznych. Transmisja stosowana w elektronice polega na tym, że sygnał nadany równa się sygnałowi odebranemu, a zakłócenia są tak małe, że można je pominąć.

Analogią transmisji dźwięku w powietrzu byłoby przekazywanie informacji przez blok galarety. Z jednej strony uderzamy w galaretę, a z drugiej ktoś odczytuje impulsy. Już po pierwszym uderzeniu galareta zacznie się trząść w sposób przypadkowy. Odczytanie jakiejkolwiek informacji będzie trudne.

To, że w ogóle jesteśmy w stanie orientować się w otaczających nas dźwiękach zawdzięczamy specyficznej budowie ucha.