A hangérzékelés, hangosság . Akusztikus eszközök, érzékelők. ELTE IV. Környezettudomány 2009/2010 II.félév AKUSZTIKA és ZAJSZENNYEZÉS A hangérzékelés, hangosság . Akusztikus eszközök, érzékelők. 10. (V.5) 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.

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 80-120 Hz, nőknél 130-250 Hz frekvenciájú).

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

A belső fül 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

Békésy György Hajlítási hullám Alapmembrán Haladó hullám örvényekkel

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.

370 Hz, 1.3 kHz, 4.6 kHz. Ovális ablak

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.

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 (dB) hangosságszint összefüggése:                                                                       

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”.

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)

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 kritikus sávon 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).

Kritikus (Bark) sávok Sáv/ Frekv. fk Hz fa ff f 1 50 100 2 150 200 3 100 2 150 200 3 250 300 4 350 400 5 450 510 110 6 570 630 120 7 700 770 140 8 840 920 9 1000 1080 160 10 1170 1270 190 11 1370 1480 210 12 1600 1720 240 13 1850 2000 280 14 2150 2320 320 15 2500 2700 380 16 2900 3150 17 3400 3700 550 18 4000 4400 19 4800 5300 900 20 5800 6400 1100 21 7000 7700 1300 22 8500 9500 1800 23 10500 12000 24 13500 15500 3500 Kritikus (Bark) sávok

Elfedés Tömörítések Digitalizálásnál Kevesebb info kell!

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).

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%)

A Quincke féle Interferencia cső

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

Ultrahang: Piezoelektromosság 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

Ultrahang: 40 kHz Tengerfenék Visszhangszonda (szonár) sound navigation and ranging Aktív szonár Ultrahang: 40 kHz Tengerfenék