Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

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

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Fizika II. Hangtan Készítette: Balázs Zoltán BMF. KVK. MTI."— Előadás másolata:

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. 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. Tehát általában a hangnak nevezett, a levegőben észlelhető hanghullám csak longitudinális lehet, amelyet a levegőben terjedő nyomáshullámok keltenek.

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

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

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

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

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

8 Fizika II. Hangtan A hangszín 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. 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. A hangok jellemzői

9 A fenti hangintenzitás az emberi fül érzékenységétől független: objektív hangerősség A hangintenzitás (vagy hangenergia-áram sűrűség) az egységnyi felületen egységnyi idő alatt átáramló hangenergia időbeli középértékének nagyságával mérhető, jele a I, mértékegysége W/m 2. Ha a hullám energiája időegység alatt ΔA felületen halad át, akkor hangintenzitása Ha a forrás és a terjedés gömbszimmetrikus: Fizika II. Hangtan A hangok jellemzői

10 Fizika II. Hangtan Az 1000 Hz-es tiszta hang esetén az átlagos emberi fül számára éppen hallható hang intenzitása az ingerküszöb (fiatal emberekre, jó hallással, vonatkozik). 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 Organization fogadta el. Nagyon sok mérés alapján az ingerküszöb értéke az Ezt a méréssorozatot 1950-ben végezték, és az International Standardization Organization fogadta el. Nagyon sok mérés alapján az ingerküszöb értéke az I o = W/m 2. I o = W/m 2. Gyakorlatban az emberek 95%-ánál az ingerküszöb ennél feljebb van. Gyakorlatban az emberek 95%-ánál az ingerküszöb ennél feljebb van. A hangok jellemzői

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

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

13 Fizika II. Hangtan A hangok jellemzői Hangosság Hangosság A hangintenzitásszint az 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. A hangintenzitásszint az 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 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 az I o = W/m 2 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. 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 az I o = W/m 2 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. A hangok jellemzői Hangosság

15 Fizika II. Hangtan A hangosságot a következő összefüggéssel határozzák meg: A hangosságot a következő összefüggéssel határozzák meg: A hangok jellemzői 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 I redukált. A 0 phon-os hangok a hallásküszöböt jelentik, a 130 phon-os hangok a fájdalomküszöböt. Intenzitásban ez 13 nagyságrendet jelent,1000 Hz-en I o = W/m 2. A 130 phon-os hang intenzitása az I redukált =10 1 W/m 2

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

17 Fizika II. Hangtan 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. 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. Hangforrások Hangforrások

18 Fizika II. Hangtan Húrok rezgései. 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. 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. Hangforrások Hangforrások

19 Fizika II. Hangtan Húrok rezgései. Húrok rezgései. A létrejövő állóhullám alap és felharmonikusainak hullámhossza a húr l hosszúságának függvénye az alábbiak szerint: továbbá ismert, hogy f k λ k =c, ahol f k és λ k a 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;…..). A létrejövő állóhullám alap és felharmonikusainak hullámhossza a húr l hosszúságának függvénye az alábbiak szerint: továbbá ismert, hogy f k λ k =c, ahol f k és λ k a 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;…..). Hangforrások Hangforrások

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

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

22 Fizika II. Hangtan 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. 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. Hangforrások Hangforrások

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

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

25 Fizika II. Hangtan A hullámforrás és a megfigyelő egymáshoz és a közeghez viszonyított mozgása megváltoztatja az észlelt frekvenciát. A hullámforrás és a megfigyelő egymáshoz és a közeghez viszonyított mozgása megváltoztatja az észlelt frekvenciát. A jelenséget Christian Doppler ( ) 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. A jelenséget Christian Doppler ( ) 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. Doppler-effektus Doppler-effektus

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

27 Fizika II. Hangtan 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. 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. Doppler-effektus Doppler-effektus

28 Fizika II. Hangtan A v M 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(-v M /c) összefüggéssel számolható, így az észlelt frekvencia az f’ a következő: A v M 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(-v M /c) összefüggéssel számolható, így az észlelt frekvencia az f’ a következő: Doppler-effektus Doppler-effektus

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

30 Fizika II. Hangtan Ebben az esetben a hullámforrás halad v F 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-v F T összefüggéssel 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: Ebben az esetben a hullámforrás halad v F 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-v F T összefüggéssel 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: Doppler-effektus Doppler-effektus

31 Fizika II. Hangtan A két jelenség egyesíthető és közös képlettel számolható, fontos, hogy a képletben a sebességek előjelesek (pozitívak, ha az ábra szerintiek). 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. 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. Doppler-effektus Doppler-effektus


Letölteni ppt "Fizika II. Hangtan Készítette: Balázs Zoltán BMF. KVK. MTI."

Hasonló előadás


Google Hirdetések