1 / 31

Fizika II.

Fizika II. Hangtan Készítette: Balázs Zoltán BMF. KVK. MTI. Fizika II. Hangtan.

tevin
Download Presentation

Fizika II.

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. Fizika II. Hangtan Készítette: Balázs Zoltán BMF. KVK. MTI.

  2. Fizika II. Hangtan • A fizika hangnak tekinti az anyagok rugalmas deformációit, élettani tekintetben általában a levegő nyomásváltozását. Szilárd testekben a rugalmas deformációt transzverzális és longitudinális hullámok egyaránt létrehozhatják, ideális folyadékokban és gázokban csak longitudinális hullámok jöhetnek létre. • Tehát általában a hangnak nevezett, a levegőben észlelhető hanghullám csak longitudinális lehet, amelyet a levegőben terjedő nyomáshullámok keltenek.

  3. Fizika II. Hangtan • 1. A hang frekvenciája:- infrahangok: • a 16 Hz-nél kisebb, • - hallható hangok: a 16 Hz vagy 20Hz és 20 kHz közti, • - ultrahangok: • a 20 kHz és 100 MHz közti, • - hiperhangok: • a 100MHz fölötti • frekvenciájú hullámok. • A hangok jellemzői

  4. Fizika II. Hangtan A hangok jellemzői • A Hangérzet szerint a hangokat három fő csoportba szokás sorolni. • - a zenei hangok • alaphangból és annak felharmonikusaiból állnak, • - a zörejek • nem periodikus hullámok, spektrumuk folytonos • - a dörejek • rövid időtartamú tranziensek, pl. durranások, csattanások. Az olyan zenei hangot, amely egy frekvenciájú harmonikus rezgésből áll, tiszta hangnak hívják.

  5. Fizika II. Hangtan A hangok jellemzői • A zenei hang az foalapharmonikus és a (2, 3, 4, stb.) fofelharmonikusok összege. Az olyan zenei hangot, amely egy frekvenciájú harmonikus rezgésből áll, tiszta hangnak hívják.

  6. Fizika II. Hangtan A hangok jellemzői • - a zörejek • nem periodikus hullámok, spektrumuk folytonos

  7. Fizika II. Hangtan A hangok jellemzői • Hangmagasság • a rezgés frekvenciája határozza meg, úgy, hogy a nagyobb frekvenciájú hang a magasabb. Két hang viszonylagos magasságát az f2/f1viszonyt hangköznek nevezzük. A 2:1 arányú hangköz az oktáv. • Az emberi beszédhang általában egy oktávot fog át, a férfiak beszédfrekvenciája 100 Hz – 200 Hz, nőké 150 Hz – 300 Hz, gyerekeknél 300 Hz körüli.

  8. Fizika II. Hangtan A hangok jellemzői • A hangszín • az alaphanghoz csatlakozó felhangok (felharmonikusok) frekvenciája és viszonylagos erőssége szabja meg. A felhangok nélküli, tiszta alaphang színtelen. A hangszínt a hangforrás és a megszólaltatás módja határozza meg, például a húr más hangszínnel szól pengetve, vagy vonóval.

  9. Fizika II. Hangtan A hangok jellemzői A hangintenzitás (vagy hangenergia-áram sűrűség) az egységnyi felületen egységnyi idő alatt átáramló hangenergia időbeli középértékének nagyságával mérhető, jele a I, mértékegysége W/m2. Ha a hullám energiája időegység alatt ΔA felületen halad át, akkor hangintenzitása Ha a forrás és a terjedés gömbszimmetrikus: A fenti hangintenzitás az emberi fül érzékenységétől független: objektív hangerősség

  10. Fizika II. Hangtan A hangok jellemzői • Az 1000 Hz-es tiszta hang esetén az átlagos emberi fül számára éppen hallható hang intenzitása az ingerküszöb(fiatal emberekre, jó hallással, vonatkozik). • Ezt a méréssorozatot 1950-ben végezték, és az International Standardization Organizationfogadta el. Nagyon sok mérés alapján az ingerküszöb értéke az • Io=10-12 W/m2. • Gyakorlatban az emberek 95%-ánál az ingerküszöb ennél feljebb van.

  11. Fizika II. Hangtan A hangok jellemzői • Hangintenzitásszint • A hangtanban gyakran nem az intenzitás abszolút értékét adják meg, hanem egy viszonylagos értéket, a hangintenzitásszintet(n), a tényleges hangintenzitást (I), viszonyítják az ingerküszöbhöz (Io), majd veszik a tízes alapú logaritmusának 10 szeresét, így egy viszonylagos értéket adnak meg decibelben. • hangintenzitásszint

  12. Fizika II. Hangtan A hangok jellemzői • Hangintenzitásszint • A hangtanban gyakran nem az intenzitás abszolút értékét adják meg, hanem egy viszonylagos értéket, a hangintenzitásszintet(n), a tényleges hangintenzitást (I), viszonyítják az ingerküszöbhöz (Io), majd veszik a tízes alapú logaritmusának 10 szeresét, így egy viszonylagos értéket adnak meg decibelben.

  13. Fizika II. Hangtan A hangok jellemzői • Hangosság • A hangintenzitásszintaz emberi hallásban az ingert jelenti, a hangosság (hangérzet) (H), pedig a hallás során a hangérzetet. A hangosság számszerű jellemzőjének megállapításánál a Weber-Fechner-féle alaptörvény veszik alapul: mely szerint az emberi hallásban az érzet erőssége az inger erősségének logaritmusával arányos.

  14. Fizika II. Hangtan A hangok jellemzői Hangosság • Ezek alapján a hangosság mértékét a következőképpen határozták meg. Viszonyítási alapul az 1000 Hz-es tiszta hang, az átlagos emberi fül számára éppen hallható hang intenzitását azIo=10-12 W/m2 értékét választották (fiatal emberekre, jó hallással, vonatkozik). A hangosság értéke minden frekvencián azonos, ha az átlagos emberi fül ugyanolyan hangosnak érzékeli. A hangosságot phon-ban adják meg. Az azonos phon értékű hangokat azonos hangosságúnak érzékeljük.

  15. Fizika II. Hangtan A hangok jellemzői • A hangosságot a következő összefüggéssel határozzák meg: Az összefüggést a következőképpen használják: a mérés során az érzékelő személyek meghallgatnak egy f frekvenciájú hangot, majd az 1000 Hz hangot hallgatva olyan intenzitású hangot állítanak be, amelynek a hangosságát azonosnak érzékelik az f frekvenciájú hanggal. Az így mért 1000 Hz-es hang intenzitása az Iredukált. A 0 phon-os hangok a hallásküszöböt jelentik, a 130 phon-os hangok a fájdalomküszöböt. Intenzitásban ez 13 nagyságrendet jelent,1000 Hz-en Io=10-12 W/m2. A 130 phon-os hang intenzitása az Iredukált=101 W/m2

  16. Fizika II. Hangtan A hangok jellemzői • Az intenzitás, az intenzitásszint és a hangosság kapcsolata az ábrán látható.

  17. Fizika II. Hangtan • Hangforrások • Hangforrásként a legtöbb esetben rugalmas szilárdtestek és levegőoszlopok szolgálnak. A rugalmas testen elindított haladó hullám a test végéről visszaverődve találkozik önmagával és állóhullámot hoz létre. Ezen rezgéseket sajátrezgéseknek, a hullámfrekvenciákat, pedig sajátfrekvenciáknak nevezzük. Hangforrások esetében fontos a sajátfrekvenciák meghatározása. Gyakori probléma a hangforrás és a levegő kapcsolata, fontos, hogy a forrás megfelelő intenzitású hanghullámokat keltsen a levegőben. A kapcsolat javítására gyakran másodlagos sugárzót alkalmaznak.

  18. Fizika II. Hangtan • Hangforrások • Húrok rezgései. • A húr rugalmas, rendszerint fémből vagy állati bélből készült kis keresztmetszetű szál, vagy fonál. A két végét rögzítik és kifeszítik. A húron állóhullámok jönnek létre, úgy, hogy a rögzített végeken a hullám visszaverődik és szembetalálkozik „önmagával”. A húr végein csomópontok vannak.

  19. Fizika II. Hangtan • Hangforrások • Húrok rezgései. • A létrejövő állóhullám alap és felharmonikusainak hullámhossza a húr l hosszúságának függvénye az alábbiak szerint: továbbá ismert,hogy fkλk=c , ahol fkésλka k-adik harmonikus frekvenciája és hullámhossza, c a hullám terjedési sebessége a húrban, a k nem lehet nulla, hanem csak pozitív egész szám (k=1;2;3;…..).

  20. Fizika II. Hangtan • Hangforrások • Levegőoszlopok rezgései, a sípok • A sípokban a levegőoszlopot valamilyen mechanikai rezgő rendszerrel gerjesztjük, a levegőoszlopban longitudinális (nyomásnövekedés, csökkenés) állóhullámok jönnek létre. • A sípok lehetnek nyitottak, ha a síp mindkét vége nyitott, vagy zártak, ha a síp egyik vége zárt.

  21. Fizika II. Hangtan • Hangforrások • Az ábrák a nyitott sípokban kialakuló állóhullám képet mutatják.

  22. Fizika II. Hangtan • Hangforrások • A nyitott sípokban a létrejövő állóhullám alap és felharmonikusainak hullámhossza a síp l hosszúságának függvénye az alábbiak szerint:továbbá felhasználva a hullámmozgások összefüggéseit,megkapjuk a síp rezgési frekvenciáit.

  23. Fizika II. Hangtan • Hangforrások • Az ábrák a zárt sípokban kialakuló állóhullám képet mutatják.

  24. Fizika II. Hangtan • Hangforrások • A létrejövő állóhullám alap és felharmonikusainak hullámhossza a síp l hosszúságának függvénye az alábbiak szerint: • továbbá felhasználva a hullámmozgások összefüggéseit,megkapjuk a zárt síp rezgési frekvenciáit.

  25. Fizika II. Hangtan • Doppler-effektus • A hullámforrás és a megfigyelő egymáshoz és a közeghez viszonyított mozgása megváltoztatja az észlelt frekvenciát. • A jelenséget Christian Doppler (1803-1853) fedezte fel. A hatás mindenfajta hullámnál felléphet, de leggyakrabban a hanghullámok esetében figyelhető meg. A csillagok színképvonalainak eltolódását felé, szintén Doppler-hatásként értelmezzük és a csillagok távolodásával, vagy közeledésével magyarázzuk.

  26. Fizika II. Hangtan • Doppler-effektus • A hullámforrás áll (vF=0), a megfigyelő mozog az x tengely mentén vM sebességgel.

  27. Fizika II. Hangtan • Doppler-effektus • Az álló megfigyelő egy másodperc alatt éppen f teljes hullámot észlel, a forrás észlelt frekvenciája tehát f. A hangforráshoz közeledő megfigyelő ugyanezen idő alatt, ennél többet, mert azok a hullámok is eljutnak hozzá, amelyek az általa megtett úton érkeznek, tehát az észlelt frekvencia nő, a távolodó megfigyelőhöz kevesebb hullám jut (az ábrán a megfigyelő M-ből az M’ pontba jut), tehát a frekvencia csökken.

  28. Fizika II. Hangtan • Doppler-effektus • A vM pozitív, ha az x tengely pozitív és negatív, ha az ellenkező irányába mutat, a koordináta rendszer az álló levegőhöz rögzített. A többlet hullámok száma Δf=f(-vM/c) összefüggéssel számolható, így az észlelt frekvencia az f’ a következő:

  29. Fizika II. Hangtan • Doppler-effektus • A hullámforrás mozog vF sebességgel, a megfigyelő áll (vM=0), az x tengely mentén.

  30. Fizika II. Hangtan • Doppler-effektus • Ebben az esetben a hullámforrás halad vF sebességgel, T idő alatt az F pontból az F’ pontba jut, a sebesség pozitív (x tengely) irányú az eredeti λ hullámhossz lerövidül λ’-re, a λ’=λ-vFTösszefüggéssel számítható. Ellenkező irányban haladva az eredeti λ hullámhossz megnő. Ezek a λ’ hullámhosszúságú hullámok továbbra is c sebességgel haladnak így f’=c/ λ’. A fenti összefüggéseket felhasználva:

  31. Fizika II. Hangtan • Doppler-effektus • A két jelenség egyesíthető és közös képlettel számolható, fontos, hogy a képletben a sebességek előjelesek (pozitívak, ha az ábra szerintiek). • Az egyesített képletben a felső előjel a megfigyelő és a forrás egymáshoz való közeledésekor, az alsó távolodásakor érvényes, valamint mindkét sebessége a közeghez képest kell számítani.

More Related