A hangérzékelés, hangosság .Akusztikus eszközök, érzékelők.

10. (V.6)

A hangképzés szervei.Fizikai-fiziológiai hangjellemzők. Phon-son görbék.A hallás korlátai, hallásterület, hallásküszöb.Hangszínkép, hangelfedés, kritikus sávok.

1

Helmholtz rezonátor, Quincke féle interferenciacső.A fül szerkezete, Békésy Gy. elmélete, a hallás

folyamata.Mikrofon, szonár, piezoelektromos adó-vevők.Ultrahang diagnosztika. Optoakusztika.

ELTE IV. Környezettudomány2010/2011 II.félév

AKUSZTIKA és ZAJSZENNYEZÉS

HangszalagA hangképzés

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 hang-szalagokat berezgeti, egy kis túlnyomást (kb. 300-400 Pa) létrehozva. A kvázi-periodikus rezgés a férfiakférfiak esetében 80-12080-120 Hz,Hz, nőknél nőknél 130-250 Hz130-250 Hz frekvenciájú).

2

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 cm2

Ovális ablak felszíne: 0,03 cm2

Hallócsontpk áttétele:1 : 1,3

Eredő erősítés: ~26 dB3

Hallószervek: fülkagyló, külső fülcsatorna (3 kHz 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. 30000db) helyzekedik el.

A frekvencia4

Hajlítási hullám

Alapmembrán

Haladó hullámörvényekkel

Békésy GyörgyBékésy György

5

Felső görbe: Telefonvevő membránjának válasza hirtelen egyenáram hatására.

Alsó görbe: Hifi fülhallgató hasonló válasza.

A dobhártya rezgése egy nagyon rövid kattanás után.

A dobhártya kalapácsnyelének válasza kattanásra,miután a magas rezonanciákat kiszűrték.

6

Ovális ablak

370 Hz,

1.3 kHz,

4.6 kHz.7

A fiziológiai hangjellemzők

A hangszín 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 intenzitás- eloszlásokat (időburkolókat) is megtanuljuk és össze-hasonlítás útján felismerjük.

8

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 (dB) hangosságszint összefüggése:                                                                       

Weber-Fechner törvény:hangosság ~ intenzitás NL 2N lg1040

)40(1.02 NLN 9

Son-szabály:(érzetek összegződnek)Son-szabály:(érzetek összegződnek) -Ha a két hang 40 dB alatti, s legalább 1 kritikus sáv van köztük. -Ha a két hang erős, és sok kritikus sáv különbség van köztük.

Összeghangosság - az összeadási szabályok

Néhány hang esetén - additív a hangosságérzet.Egy bizonyos - a kritikus - sávszélességen túl viszont hangosabb.

Phon-szabályPhon-szabály(fizikai intenzitások összegződnek)Ha a két hang között nincs kritikus sáv távolság.

Weber-Fechner törvény

hangosság ~ intenzitás

Nem érvényes a Weber-Fechner törvény!

A Weber–Fechner Weber–Fechner-törvény „Az I ingerek logaritmuslogaritmusával

arányosak”.

Távol eső hangokra sérül a WF-törvény.

LineárisLineáris összefüggések vannak!

10

Kísérlet:Kísérlet:

1 hang (100Hz) 50dB szinten =

39 phon (0.9 son)

10 hang összesen 50dB szinten =69.5phon (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)

A színkép szerepe

11

Kritikus sávok

• Hallásunk egyidejű összegző sajátosságaegyidejű összegző sajátossága alapján az észlelhető frekvencia-tartományt kritikus sávokra osztjuk fel.

• Több egyidejű komponens összegződése eltérőeltérő módon történik, ha azok egy egy kritikuskritikus sávon belülsávon belül illetve sávon kívül vannak.

• Kritikus sávon belül teljesítmény (intenzitás /log/) összegződik. Kívül…

• Ezek sávszélessége a frekvencia növekedésével nő.

(500 Hz alatt 100Hz, 1 KHz-en kisterc, míg 10 KHz-en nagyterc).

• A kritikus sávokat (24 db.) Bark-ban számozzuk, (Barkhausen tiszteletére).

12

Sáv/Frekv.

fk

Hz

fa

Hz

ff

HzfHz

1 50 0 100 100

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 320

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

Kritikus (Bark) sávok

13

Tömörítések

Elfedés

Digitalizálásnál

Kevesebb info kell!

14

• A spektrumból kiemelkedő tonális, vagy keskenysávú zaj

jellegű komponensek megemelikmegemelik frekvenciatartománybeli

környezetükben a hallásküszöbhallásküszöböt.

• 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 aszimmetrikusakaszimmetrikusak.

• Az elfedés az elfedő jelelfedő jel szintjének növekedésével egyreegyre

szélesebbszélesebb, de a görbék alakja és jellege nem változik

(prototípus elfedési görbékprototípus elfedési görbék).

Elfedés

15

Az audióaudió technika néhány fontos paraméterei:

• Frekvencia tartomány, ami az egyik legfontosabb paraméter:

– Érthető beszéd, nem felismerhető beszélő (1-2 KHz).

– Érthető beszéd és felismerhető beszélő (300Hz - 3,4 KHz, telefon)

– Rádió KH minőség (100Hz - 4,5 KHz)

– Közepes minőség (100Hz - 7 KHz)

– Rádió, FM minőség, néha HiFi (40Hz - 15 KHz)

– Hifi minőség (20 - 20 KHz)

• jel-zajviszony, dinamika.

• Torzítás (1%-os határ).

Frekvencia felbontás:Frekvencia felbontás:Az érzet-oldalon még észrevehetőrelatív hangmagasság-változás.(Félhang ≡ 6%)

16

A Quincke féleInterferencia cső

17

18

Kondenzátor mikrofon

Érzékenység:1-2 mV/Pa.

Ellenállás:1-2 G.

Légrés:10 m.

Ni,Ti.

C + C.

19

Ultrahang: 20 kHz- ~500 MHz

Piezoelektromosság

• 50 KHz-ig hallható lehet, pl vízben, ahol a középfül szűrő jellege kiiktatható,

• 2D 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 dB/cm gyengülés.A szülészeti gyakorlatban a 3,5 MHz használata terjedt el leginkább.

• fogkövet szednek le vele, vesekövet törnek vele • bizonyos baktériumokat, 20 kHz körüli UH-al elpusztíthatóak,

sterilizáció 20

Visszhangszonda (szonár)

sound navigation and ranging

Aktív szonár

Ultrahang: 40 kHz

Tengerfenék

21