A hangérzékelés, hangosság . Akusztikus eszközök, érzékelők. 10. (V.6)

1. ELTEIV. Környezettudomány2010/2011 II.félévAKUSZTIKA és ZAJSZENNYEZÉS 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. 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 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 férfiak esetében 80-120Hz, nőknél 130-250 Hz frekvenciájú).

3. 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 dB

4. 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 frekvencia

5. Békésy György Hajlítási hullám Alapmembrán Haladó hullám örvényekkel

6. 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 kHz, 4.6 kHz. Ovális ablak

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

9. Weber-Fechner törvény: hangosság ~ intenzitás Az egyenlő hangosságszintek (, LN )frekvencia görbéi (phon-görbék) Két hang közül az egyiket akkor értékeljük szubjektívenkétszer olyan hangosnak, ha ahangosságszintek különbsége 10 phon. Az így megállapított hangosságskálason-ban, arányos a hangosságérzettel (N). (1 sonaz 40 phonnakfelel meg,). Az N hangosság (son) és az LN (dB) hangosságszint összefüggése:

10. Összeghangosság - az összeadási szabályok Néhány hang esetén - additív a hangosságérzet. Egy bizonyos - a kritikus - sávszélességen túl viszont hangosabb. 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. Phon-szabály (fizikai intenzitások összegződnek) Ha a két hang között nincs kritikus sáv távolság. Weber-Fechner törvény hangosság ~ intenzitás Nem érvényes a Weber-Fechner törvény! Távol eső hangokra sérül a WF-törvény. Lineáris összefüggések vannak! A Weber–Fechner-törvény „Az I ingerek logaritmusával arányosak”.

11. A színkép szerepe 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)

12. Kritikus sávok • Hallásunk egyidejű összegző sajátossága alapján az észlelhető frekvencia-tartományt kritikus sávokra osztjuk fel. • Több egyidejű komponens összegződése eltérő módon történik, ha azok egy kritikussávon belül illetve sávonkívül 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).

13. Kritikus (Bark)sávok

14. Elfedés Tömörítések Digitalizálásnál Kevesebb info kell!

15. Elfedés • A spektrumból kiemelkedő tonális, vagy keskenysávú zaj jellegű komponensek megemelik frekvenciatartománybeli környezetükben a hallásküszöböt. • 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, de a görbék alakja és jellege nem változik (prototípus elfedési görbék).

16. 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 (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: Az érzet-oldalon még észrevehető relatív hangmagasság-változás. (Félhang ≡ 6%)

17. A Quincke féle Interferencia cső

19. Kondenzátor mikrofon Légrés: 10 m. Ni,Ti. C + C. Ellenállás: 1-2 G. Érzékenység: 1-2 mV/Pa.

20. 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

21. Visszhangszonda (szonár) sound navigationand ranging Aktív szonár Ultrahang: 40 kHz Tengerfenék