ELTE IV Krnyezettudomny ELTE Krnyezettudomny 20072008 II flv

  • Slides: 22
Download presentation
ELTE IV. Környezettudomány ELTE Környezettudomány 2007/2008 II. félév 2008/2009 II. félév AKUSZTIKA és. ZAJSZENNYEZÉS

ELTE IV. Környezettudomány ELTE Környezettudomány 2007/2008 II. félév 2008/2009 II. félév AKUSZTIKA és. ZAJSZENNYEZÉS A hangforrások, hangteljesítmény-hangészlelés, hangérzékelés, hangosság II. 9. (V. 7) Hangforrások, akusztikai rezonátor. Sugárzási impedancia, elsugárzott teljesítmény, sugárzók iránykarakterisztikája. A hangképzés szervei. Fizikai-fiziológiai hangjellemzők. Phon-son görbék. A hallás korlátai, hallásterület, hallásküszöb. Hangszínkép, hangelfedés, kritikus sávok. 1

Akusztikus eszközök, érzékelők 10. (V. 7) Helmholtz rezonátor, Quincke féle interferenciacső. A fül szerkezete,

Akusztikus eszközök, érzékelők 10. (V. 7) Helmholtz rezonátor, Quincke féle interferenciacső. A fül szerkezete, Békésy Gy. elmélete, a hallás folyamata. Mikrofon, szonár, piezoelektromos adó-vevők. Ultrahang diagnosztika. Optoakusztika. 2

A hangképzés Hangszalag A hangszalagok tulajdonképpen két rostos, izmos hártya, melyek összeérnek, az izmok

A hangképzés Hangszalag A hangszalagok tulajdonképpen két rostos, izmos hártya, melyek összeérnek, az izmok pedig a gégében lévő porcokhoz tapadnak, ha az izmok megfeszülnek, akkor a levegőt nem engedik ki (féldobok). A tüdőből kiáramló levegő a hangszalagokat berezgeti, egy kis túlnyomást (kb. 300 -400 Pa) létrehozva. A kvázi-periodikus rezgés a férfiak esetében 80 -120 Hz, nőknél 130 -250 Hz frekvenciájú). 3

Fiziológia Az emberi fül A fül feladatai • Antenna • Erősítő • Impedancia illesztés

Fiziológia Az emberi fül A fül feladatai • Antenna • Erősítő • Impedancia illesztés (levegő- folyadék: r =99. 9%) • Frekvencia analizátor • Térbeli analizátor (lokátor) • Saját hang elnyomás • Védelem a túl erős hangok ellen (adaptáció) Erősítő: Dobhártya felszíne: 0, 6 cm 2 Ovális ablak felszíne: 0, 03 cm 2 Hallócsontpk áttétele: 1 : 1, 3 Eredő erősítés: ~26 d. B 4

Hallószervek: fülkagyló, külső fülcsatorna (3 k. Hz rez. frekv. ), dobhártya, halócsontok (kalapács, üllő,

Hallószervek: fülkagyló, külső fülcsatorna (3 k. Hz rez. frekv. ), dobhártya, halócsontok (kalapács, üllő, kengyel), belső fül. A belső fül Az alapmembrán, mely hang hatására rezgésbe jön. A membránon 3 sor szőrsejt (kb. 30000 db) helyzekedik el. A frekvencia 5

Békésy György Hajlítási hullám Alapmembrán Haladó hullám örvényekkel 6

Békésy György Hajlítási hullám Alapmembrán Haladó hullám örvényekkel 6

A dobhártya rezgése egy nagyon rövid kattanás után. A dobhártya kalapácsnyelének válasza kattanásra, miután

A dobhártya rezgése egy nagyon rövid kattanás után. A dobhártya kalapácsnyelének válasza kattanásra, miután a magas rezonanciákat kiszűrték. Felső görbe: Telefonvevő membránjának válasza hirtelen egyenáram hatására. Alsó görbe: Hifi fülhallgató hasonló válasza. 7

370 Hz, 1. 3 k. Hz, Ovális ablak 4. 6 k. Hz. 8

370 Hz, 1. 3 k. Hz, Ovális ablak 4. 6 k. Hz. 8

A fiziológiai hangjellemzők A hangszín elsősorban a frekvencia spektrumtól függ. Nő Beszélt „ő”: Férfi

A fiziológiai hangjellemzők A hangszín elsősorban a frekvencia spektrumtól függ. Nő Beszélt „ő”: Férfi Az érzetet nem az alap- és felhangok elhelyezkedése, /frekvenciája/ és amplitúdója stb. , hanem a felhangok intenzitás-eloszlásának /burkolójának/ abszolút helye /frekvenciája/ (formánsok) szabja meg. Az időben változó intenzitáseloszlásokat (időburkolókat) is megtanuljuk és összehasonlítás útján felismerjük. 9

Weber-Fechner törvény: hangosság ~ intenzitás Az egyenlő hangosságszintek ( , LN ) frekvencia görbéi

Weber-Fechner törvény: hangosság ~ intenzitás Az egyenlő hangosságszintek ( , LN ) frekvencia görbéi (phon-görbék) Két hang közül az egyiket akkor értékeljük szubjektíven kétszer olyan hangosnak, ha a hangosságszintek különbsége 10 phon. Az így megállapított hangosságskála son-ban, arányos a hangosságérzettel (N). (1 son az 40 phonnak felel meg, ). Az N hangosság (son) és az LN (d. B) hangosságszint összefüggése: 10

Összeghangosság - az összeadási szabályok Néhány hang esetén - additív a hangosságérzet. Egy bizonyos

Összeghangosság - az összeadási szabályok Néhány hang esetén - additív a hangosságérzet. Egy bizonyos - a kritikus - sávszélességen túl viszont hangosabb. Phon-szabály (fizikai intenzitások összegződnek) Ha a két hang között nincs kritikus sáv távolság. Weber-Fechner törvény hangosság ~ intenzitás A Weber–Fechner-törvény Weber–Fechner „Az I ingerek logaritmusával logaritmus arányosak”. Son-szabály: (érzetek összegződnek) -Ha a két hang 40 d. B alatti, s legalább 1 kritikus sáv van köztük. -Ha a két hang erős, és sok kritikus sáv különbség van köztük. Nem érvényes a Weber-Fechner törvény! Távol eső hangokra sérül a WF-törvény. Lineáris összefüggések vannak! 11

A színkép szerepe Kísérlet: 1 hang (100 Hz) 50 d. B szinten = 39

A színkép szerepe Kísérlet: 1 hang (100 Hz) 50 d. B szinten = 39 phon (0. 9 son) 10 hang összesen 50 d. B szinten =69. 5 phon (7. 9 son) Azaz jelentős hangosságnövekedés ugyanakkora akusztikai teljesítmény mellett! Következmények: Nagy felhangtartamú hangszerek - „erősebb” hang Szimfónikus zenekar, big-band. Telefon - torzítás (kis teljesítmény - nagy hangosság) 12

Kritikus sávok • Hallásunk egyidejű összegző sajátossága alapján az észlelhető frekvenciatartományt kritikus sávokra osztjuk

Kritikus sávok • Hallásunk egyidejű összegző sajátossága alapján az észlelhető frekvenciatartományt kritikus sávokra osztjuk fel. • Több egyidejű komponens összegződése eltérő módon történik, ha azok egy kritikus sávon belül illetve sávon kívül vannak. • Kritikus sávon belül teljesítmény (intenzitás /log/) összegződik. Kívül… • Ezek sávszélessége a frekvencia növekedésével nő. (500 Hz alatt 100 Hz, 1 KHz-en kisterc, míg 10 KHz-en nagyterc). • A kritikus sávokat (24 db. ) Bark-ban számozzuk, (Barkhausen tiszteletére). 13

Kritikus (Bark) sávok Sáv/ Frekv. fk Hz f Hz 1 50 0 100 2

Kritikus (Bark) sávok Sáv/ Frekv. fk Hz f Hz 1 50 0 100 2 150 100 200 100 3 250 200 300 100 4 350 300 400 100 5 450 400 510 110 6 570 510 630 120 7 700 630 770 140 8 840 770 920 150 9 1000 920 1080 160 10 1170 1080 1270 190 11 1370 1270 1480 210 12 1600 1480 1720 240 13 1850 1720 2000 280 14 2150 2000 2320 15 2500 2320 2700 380 16 2900 2700 3150 450 17 3400 3150 3700 550 18 4000 3700 4400 700 19 4800 4400 5300 900 20 5800 5300 6400 1100 21 7000 6400 7700 1300 22 8500 7700 9500 1800 23 10500 9500 12000 2500 24 13500 12000 15500 3500 14

Elfedés Tömörítések Digitalizálásnál Kevesebb info kell! 15

Elfedés Tömörítések Digitalizálásnál Kevesebb info kell! 15

Elfedés • A spektrumból kiemelkedő tonális, vagy keskenysávú zaj jellegű komponensek megemelik frekvenciatartománybeli környezetükben

Elfedés • A spektrumból kiemelkedő tonális, vagy keskenysávú zaj jellegű komponensek megemelik frekvenciatartománybeli környezetükben a hallásküszöböt. hallásküszöb • Kialakul a dinamikus hallásküszöb, vagy maszk. • Ami a maszk alatt van az nem hallható. • Ez az elfedési jelenség frekvencia- és szintfüggő. • Az elfedési görbék frekvenciában aszimmetrikusak • Az elfedés az elfedő jel szintjének növekedésével egyre szélesebb, szélesebb de a görbék alakja és jellege nem változik (prototípus elfedési görbék). görbék 16

Az audió technika néhány fontos paraméterei: • Frekvencia tartomány, ami az egyik legfontosabb paraméter:

Az audió technika néhány fontos paraméterei: • Frekvencia tartomány, ami az egyik legfontosabb paraméter: – Érthető beszéd, nem felismerhető beszélő (1 -2 KHz). – Érthető beszéd és felismerhető beszélő (300 Hz - 3, 4 KHz, telefon) – Rádió KH minőség (100 Hz - 4, 5 KHz) – Közepes minőség (100 Hz - 7 KHz) – Rádió, FM minőség, néha Hi. Fi (40 Hz - 15 KHz) – Hifi minőség (20 - 20 KHz) • jel-zajviszony, dinamika. • Torzítás (1%-os határ). Frekvencia felbontás: Az érzet-oldalon még észrevehető relatív hangmagasság-változás. (Félhang ≡ 6%) 17

A Quincke féle Interferencia cső 18

A Quincke féle Interferencia cső 18

19

19

Kondenzátor mikrofon Légrés: 10 m. Ni, Ti. C + C. Érzékenység: 1 -2 m.

Kondenzátor mikrofon Légrés: 10 m. Ni, Ti. C + C. Érzékenység: 1 -2 m. V/Pa. Ellenállás: 1 -2 G. 20

Ultrahang: 20 k. Hz- ~500 MHz Piezoelektromosság • 50 KHz-ig hallható lehet, pl vízben,

Ultrahang: 20 k. Hz- ~500 MHz Piezoelektromosság • 50 KHz-ig hallható lehet, pl vízben, ahol a középfül szűrő jellege kiiktatható, • 2 D felvételeket (metszet)lehet vele készíteni általában lágy szervekről, rosszul hatol át csonton. Orvosi esetben 250 -2000 KHz, alacsony frekvencia, rosszabb felbontás de nagyobb behatolási mélység 0. 3 d. B/cm gyengülés. A szülészeti gyakorlatban a 3, 5 MHz használata terjedt el leginkább. • fogkövet szednek le vele, vesekövet törnek vele • bizonyos baktériumokat, 20 k. Hz körüli UH-al elpusztíthatóak, sterilizáció 21

Visszhangszonda (szonár) sound navigation and ranging Aktív szonár Ultrahang: 40 k. Hz Tengerfenék 22

Visszhangszonda (szonár) sound navigation and ranging Aktív szonár Ultrahang: 40 k. Hz Tengerfenék 22