ELTE IV. K

1
ELTE IV. Környezettudomány2010/2011
II.félévAKUSZTIKA és ZAJSZENNYEZÉS
A hang 2. (II. 25-III.4)
Klasszikus hangtan
Hang fajtái, jellemzoi, alapfogalmak,
definíciók (infrahang, emberi hang,
ultrahang), (térbeli, idobeli, energetikai,
frekvenciás jellemzok). Hullámhossz, frekvencia,
sebesség. Hangjelenség (fizikai), hangérzet
(fiziológiai), hangélmény (pszichikai). Energia
, intenzitás, amplitúdó, nyomás. Sebesség,
gyorsulás. Hangintenzitás, hangintenzitás
szint, dB-skálák.
2

• Hang (definició)
• -diszkrét frekvenciájú, a hallástartományon
  belüli rezgés vagy harmonikus sorú rezgések
  eredoje.
• -fizikai értelemben hangjelenség valamely
  rugalmas közegben hullámszeruen tovaterjedo
  mechanikai zavarási állapot.
• zavarás a közeg állapotának térben és idoben
  történo ingadozása az egyensúlyi állapot körül.
  
• élettani szempontból hangérzet (?)
• lélektani szempontból hangélmény (?)
• Zaj
• különbözo erosségu (intenzitású) és frekvenciájú
  hangok zavaró keveréke.

3
A hang
nyomáshullám
??/? ltlt1 ?p/pltlt1
Csillapított rezgés Szinuszos hang Lecsengo
zenei hang Állandósult zenei hang Öngerjesztett
rezgés Keverékhang Zörej
4
A hangok jellemzoi

• Intenzitás - küszöbalatti hangok (Ilt1 pW/m2)
• - szuperhangok (Igt1 W/m2)
• Teljesítmény - küszöbalatti hangok (P lt1 pW)
• I P/A I p2/Zaku.
• Idotartam - hanglökés
• - rövid ideju hang
• - tartós hang
• Idobeli lefolyás - állandó hang
• - változó hang
• Frekvencia - infrahangok (f lt16 Hz)
• - hallható hangok (20 Hzlt f lt16 kHz)
• - ultrahangok (fgt20 kHz)
• Hullámhossz - ? f c (20 m gt ? gt 20 mm)
• Sebesség changlevego ? 340 m/s

5
Hangjelenségek hangerosség frekvencia
(Intenzitás)
6
Hangjelenségek Érzékelheto intenzitásszint
frekvencia
(Lineáris frekvencia skála!)
Az emberi hallás tartománya 20 Hz-16 kHz között
van. A legnagyobb érzékenysége 3 kHz körül van.
7
Teljesítmény - teljesítményszint (W - dB)
Teljesítményszint Követi a szervezet
ingerelemzését (log), Alaphoz való viszonyítás
relatív adat dB. Pl Viszonyítási alap Po 1
pW

• Teljesítmény (W)
• Széles tartományban
• (12-15 nagyságrend)
• Abszolút adat (1 pW)

Pl Az Io hallásküszöbnek megfelelo
hangintenzitás, ez 1 kHz-nél 10-12 W/m2,
azaz az Lo hallásküszöb a 0 dB
az ennek megfelelo hangnyomás pedig
8
Zajforrás (hangforrás) Hangtelj. (W)
Suttogás 1510-8
Kis asztali ventilátor 10-5
Társalgás 1110-5
Háztartási gépek 10-4
Kiabálás 6810-4
Hangos kiáltás 1310-3
Kis szövoszék 10-2
Személygépkocsi (80 km/h) 10-1
Zongora (forte) 1210-1
Trombita (forte) 3410-1
Surített levegos kalapácsok 1
Autókürt 35
Kis mezogazdasági repülogép 78
Orgona, 75 tagú szimf. zenekar 10
Nagy szimfónikus zenekar (forte) 5070
Riasztó sziréna 103
4 légcsavaros repülogép 104
Katonai sug.h rep.gép utánég. 105
rakétamotor 107
Zajforrás Zajszint (dB)
Levélsusogás 10
Óraketyegés 20
Halk rádiózás 50
Társalgási beszéd 60-70
Hangos beszéd 70-85
Kiabálás 80-100
Zongora 60-95
Nyomdai szedogép 95
Faipari marógép 95-103
Légkalapács 105
Légköszöru 115-116
Kézi köszöru 104-106
Négymotoros repülo 3 m-rol 120
Léglökéses repülo 3 m-rol 135-140
Fájdalomküszöb 130
9
A dB !
Az alábbi értékeket célszeru megjegyezni 1 dB
25 teljesítménykülönbséget, 12 nyomás
különbséget jelent. 3 dB a kétszeres
teljesítményhez tartozik. 6 dB négyszeres
teljesítményt, kétszeres nyomást jelent.
Az azonos hangnyomásszintu hangok összegzésekor
az eredo 3 dB-el no mindig, bármi is legyen
a kiindulási hangnyomásszint 1 dB 1 dB
4 dB, vagy 10 dB 10 dB 13 dB, avagy
100 dB 100 dB 103 dB.
10
Az ábra azt mutatja, miként kell két logaritmikus
egységet helyesen összegezni. Ha egy 55dB-es és
egy 51 dB -es hang eredojét akarjuk megkapni,
akkor a különbségbol kell kiindulni, ami 4dB. Ha
ez a két hang egyszerre szól, akkor annak nem 106
dB lesz az eredménye, hanem lényegesen kevesebb!
A vízszintes tengelyen megkeressük a 4 dB-es
pontot és kivetítjük a függoleges tengelyre, ahol
1,4 dB-t kapunk. Ezt végül a nagyobb
hangnyomásszintu hanghoz adjuk hozzá, a
végeredmény tehát 55 dB 51 dB 56,4 dB!
Mint láttuk, s az ábráról is leolvasható, hogy 0
dB eltéréshez 3 dB-es növekedés tartozik.
?Lp
11
Távolságfüggés
12
Adó (Donor) Emisszió Vivo közeg Vevo (Akceptor) Abszorbció Vevo (Akceptor) Abszorbció
Hangsebesség
Suruség, Impedancia
Hang keltés Hang terjedés Hang felfogás Hang felfogás
Hangforrás Hangtér Objektív (fizikai inger) ? Szubjektív (pszichológiai érzet) ?
13
Hangkeltés Hang terjedés Hang felfogás Hang felfogás
Hangforrás Hangtér Objektív ? (fizikai inger) Szubjektív ? (pszichológiai érzet)
Energia Energia
Áramlások Rezgetések Intenzitás Intenzitás (phon) Hangosság (son)
Áramlások Rezgetések Frekvencia Hullámhossz Frekvencia (Hz) Hangmagasság (hangsor)
Áramlások Rezgetések Frekvencia Hullámhossz Színkép (spektrum) Hangszín
Áramlások Rezgetések Ido Ido (ms) Érzett ido
Áramlások Rezgetések Irány, távolság Irány Érzékelt irány
Áramlások Rezgetések Jelenségek Terjedés, Reflexió, Törés, Elhajlás, Interferencia, Elnyelés, (Csillapítás) Információ sebesség (Mb/s) Információ (életben maradás) (kb/s)
Áramlások Rezgetések Jelenségek Terjedés, Reflexió, Törés, Elhajlás, Interferencia, Elnyelés, (Csillapítás) Zaj Zaj
Áramlások Rezgetések Jelenségek Terjedés, Reflexió, Törés, Elhajlás, Interferencia, Elnyelés, (Csillapítás) Élvezet (zene, HiFi)
14
HangkeltésHangforrások

• Áramlások
• Seebeck félesziréna

Rezgetések hegedu
15
HangterjedésHangtér
Hangteljesítmény (P)
16
Akusztikai hatásfok, akusztikai áttétel

• Az akusztikai teljesítmény (P) és
• a zajforrást létrehozó teljesítmény (N) viszonya

Értéke ppm (10-6) 10 (10-1) Kis asztali
ventilátor 10-6 (10 ?W/ 10 W) Kiabálás
10-3 (1 mW/ 1 W) Szgk (80 km/h) 10-6
(0.1 W/ 100 kW) Légkalapács 10-3 (1 W/ 1
kW) Repülogép 10-3 (10 kW/ 10 MW) HiFi
3-5 (5W/ 100 W) Sziréna 10 (1kW/ 10
kW)
17
Hangnyomás (p), hangsebesség(c),akusztikai Ohm
törvény, akusztikai ellenállás (keménység) (Z).
HangterjedésHangtér
Részecske sebesség vrészecske kitérés ?
18
(No Transcript)
19
Hangsebesség (c)
HangterjedésHangtér
changlevego ? 340 m/s
Közeg Homérséklet, C Hangseb. m/s
Levego 10 325
Levego 0 331
Levego 10 337
Levego 15 340
Levego 20 343
Levego 50 360
Nitrogén 20 337
Oxigén 20 326
Víz 10 1480
Acél 20 5200
changvíz? 1500 m/s
20
Newton törvény Anyagmegmaradás
Euler egyenlet Kontinuitási egyenlet

Hullámegyenlet Hullámegyenlet Hullámegyenlet Hullámegyenlet




21
Hangteljesítmény (P), hangintenzitás (I).
Energia(idoátlaga)
energiaáram-suruség
energiasuruség(idoátlaga)
22
(No Transcript)
23
Hangintenzitás (I)
?W - p dV
24
Hangintenzitás (I) és Impedancia (Z)
Z ?o c
normál levegore 430 Ns/m3
vízre 1 500 000 Ns/m3
Egy állandó teljesítményu hanforrástól adott
távolságban észlelheto I hangintenzitás nagyobb
impedanciájú közegben nagyobb (gyökösen) nyomást
kelt.(Vízben jóval nagyobb a hangérzet, mint a
levegoben ).
25
Hang felfogás
Hangosságszint ? (phon)

• Eltéro frekvenciájú hangok összevetése
• Élettani mennyiség (hang ekvivalens).
• Jele LN
• Mértékegysége phon
• Értelmezése
• annak az 1 kHz frekvenciájú, szabad hangtérben
  szemközt érkezo tisztahangnak a
  hangnyomásszintje, amely azonos hangérzetet kelt
  a kérdéses hanggal.

26
Hang felfogás
Hangosság?(son)

• Eltéro intenzitású hangok összevetése
• A hangosságérzetet jellemzo mennyiség, a
  valóságos érzetnek felel meg.
• Mértékegysége a son, jele N.
• A hangosságszint rendszerhez kötött azonosítási
  pontja 1 son 40 phon.
• A hangosság és a hangosságszint közötti
  kapcsolat

27
Az ember hallásgörbéje
A son skála lineáris!
Az egyenlo 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                    
                                                  
 
28
Phon-son átszámítás
Phon (dB) / Son 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130
0 0,50 1,00 2,00 4,00 8,00 16,0 32,0 64,0 128 256 512
0,5 0,52 1,04 2,07 4,14 8,28 16,6 33,2 66,5 133 265 530
1 0,54 1,07 2,14 4,29 8,58 17,1 34,3 68,5 137 275 549
1,5 0,56 1,11 2,22 4,44 8,87 17,7 35,5 71,0 142 284 568
2 0,58 1,15 2,30 4,60 9,20 18,4 36,8 73,5 147 294 588
2,5 0,60 1,19 2,38 4,75 9,50 19,0 38,0 76,0 152 304 608
3 0,62 1,23 2,46 4,92 9,85 19,7 39,4 78,8 158 315 630
3,5 0,64 1,27 2,55 5,10 10,2 20,4 40,8 81,6 163 326 653
4 0,66 1,32 2,64 5,29 10,6 21,1 42,2 84,5 169 338 676
4,5 0,68 1,37 2,73 5,46 10,9 21,9 43,8 87,6 175 350 699
5 0,71 1,41 2,82 5,65 11,3 22,6 45,2 90,5 181 362 724
5,5 0,73 1,46 2,93 5,86 11,7 23,4 46,8 93,7 187 375 750
6 0,75 1,52 3,03 6,06 12,1 24,2 48,5 97 194 388 776
6,5 0,78 1,57 3,14 6,28 12,6 25,1 50,2 100 201 402 803
7 0,81 1,62 3,25 6,50 13,0 26,0 52,0 104 208 416 832
7,5 0,84 1,68 3,36 6,72 13,4 26,9 53,8 108 215 430 861
8 0,87 1,74 3,48 6,96 13,9 27,8 55,7 111 223 446 891
8,5 0,90 1,80 3,61 7,22 14,4 28,8 57,7 115 231 462 923
9 0,93 1,86 3,73 7,46 14,9 29,8 59,7 119 239 478 955
9,5 0,96 1,93 3,86 7,72 15,4 30,9 61,8 124 247 495 989