Akustyka dr inż. Michał Bujacz bujaczm@p.lodz.pl Godziny przyjęć: środa 10:00-11:00 czwartek 14:00-15:00 „Lodex” 207
Akustyka „[gr. akoustikós ‘dotyczący słuchu’], dział fizyki i techniki tradycyjnie obejmujący naukę o dźwięku, szerzej — zajmujący się całością zagadnień dotyczących wszelkich możliwych fal sprężystych rozchodzących się w różnych ośrodkach” (Encyklopedia PWN) http://www.physics.byu.edu/
Dźwięk „fiz. zaburzenie falowe w ośrodku sprężystym zdolne do wywołania wrażenia słuchowego, a także wrażenie słuchowe wywołane tym zjawiskiem” (Encyklopedia PWN)
Fala wzdłużna Cząsteczki oscylują w kierunku równoległym do kierunku rozchodzenia się energii fali. Jaki jest zakres ruchu tych oscylacji dla dźwięku? http://www.physics.byu.edu/ od 0.008nm do 0.1 mm Jaka jest średnia prędkość cząsteczek w powietrzu? 500m/s
Sygnał harmoniczny http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
Fizyka vs. percepcja Pojęcia fizyczne: Pojęcia psychoakustyczne: Natężenie (Intensity) lub Amplituda (Amplitude) Częstotliwość (Freq.) Widmo (Spectrum) Prędkość (speed) Głośność (Loudness) Wysokość (Pitch) Barwa (Tembre)
Prędkość dźwięku c = 344 m/s c = 331 + 0,6*T[oC] Substance Temperature (°C) Speed (m/s) Gases Carbon Dioxide 259 Oxygen 316 Helium 965 Liquids Ethanol 20 1162 Mercury 1450 Water 1482 Solids Copper - 5010 Glass 5640 Steel 5960
Natężenie dźwięku Natężenie = ilość energii przechodząca przez powierzchnię w czasie Jaka jest zależność amplitudy od odległości? http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
Miary poziomu dźwięku Ciśnienie dźwięku (rms) od 0.00002 N/m2 (próg słyszalności ) do 20 N/m2 (próg bólu) ciśnienie atmosferyczne 100000 N/m2
Skala decybelowa Stosunek mocy: Stosunek amplitud: dB stosunek mocy 60 1 000 000 1 000 50 100 000 316 .2 40 10 000 100 30 31 .62 20 10 3 .162 6 .98 2 1 .414 -3 .5 .7071 -6 .251 -10 .1 .3162 -20 .01 -30 .001 .03162 -40 .000 1 Stosunek mocy: Stosunek amplitud:
Decybele w audio Ciśnienie akustyczne: dB(SPL) – sound pressure level Natężenie akustyczne: dB(SIL) – sound intensity level
http://www.physics.byu.edu/
Głośność 1Fon = 1dB (SPL) czystego tonu 1kHz
Częstotliwość
Zakres częstotliwości audio Tony Przykłady Dolne basy: 20 – 80 Hz Najniższe dwie oktawy; Wybuchy, burze, najniższe nuty w organach kościelnych Górne basy: 80 – 320 Hz 3cia i 4ta oktawa Bębny, kontrabasy, wiolonczelle, instrumenty dęte Dolne Średnie: 320 – 2560 Hz 5ta i 7ma oktawa Zakres większości instrumentów muzycznych i mowy Górne średnie: 2560 – 5120 Hz 8ma oktawa Wysokie tony insturmentów muzycznych, gwizdki, ucho ludzkie jest najczulsze w tym paśmie Wysokie/treble: 5120 Hz – 20000 Hz 9ta i 10ta oktawa Blachy perkusji, wyższe składowe harmoniczne odpowiedzialne za jasność dźwięku, składowe szumów
Zakres ludzkiej percepcji
Wysokość (pitch) Skale muzyczne – dzielone na oktawy (interwały), np. C (durowa) A4 = 440Hz Skale percepcyjne – Mel lub Bark http://www.sfu.ca/
Składowe częstotliwościowe
Transformata Fouriera
Widmo dźwięku
Widmo w praktyce Amplituda (dB) Częstotliwość (Hz)
Podział widma na oktawy
Barwa dźwięku Tembr, jakość - zbiór cech dźwięku pozwalających odróżnić brzmienie różnych instrumentów lub głosów - zależy od widma (zwłaszcza składowych harmonicznych i szumu) i transjentów (nagłych zmian widma i/lub głośności) - opisujemy semantycznie (np. blask, chropowatiść, ciepło, czystość)
Obwiednia dźwięku
Anatomia słyszenia
Ślimak
Przyszłe tematy (część do wyboru dla was) Psychoakustyka – analiza percepcji słuchowej (maskowanie, pasma krytyczne, iluzje audio) Dźwięk przestrzenny – mechanizm percepcji przestrzennej i jak sztucznie wywołać wrażenie dźwięku przestrzennego Rozchodzenie się i interakcja fali dźwiękowych (absorbcja, interferencja, refrakcja) – akustyka pomieszczeń Analiza widmowa – zgłębienie transformaty Fouriera w różnych postaciach (DFT, FFT) Hałas – standardy dźwiękowe, sposoby redukcji Muzyka z punktu widzenia inżynierów Elektroakustyka – zasady działania mikrofonów, wzmacniaczy, głośników... Sprzęt realizatora - mikrofony, miksery, korektory, efekty, wzmacniacze, głośniki + postprodukcja Synteza dźwięków i mowy Standardy wielogłośnikowe + matryce głośników
- Realizacja dźwięków – mikrofony, miksery, korektory, efekty, wzmacniacze, głośniki
Graphical materials HOMEWORK EXERCISE BOARD EXERCISE PROGRAMMING EXERCISE ORAL EXERCISE