Akustiska elementa. Ljudvågor. Ljud och ljudvågor (ff) Ljud och ljudvågor. Ljud och ljudvågor (3) Ljud och ljudvågor (4)

Relevanta dokument
KÄLLA-FILTER. Repetition. Talapparaten i källa-filter perspektivet. Repetition (ff) Ljudkällor i talapparaten (ff) Ljudkällor i talapparaten

Talets akustik repetition

Språkljudens akustik. Akustik, akustiska elementa och talanalys

Skillnader vokaler - konsonanter. Konsonanters akustiska mönster. Vokaler. Konsonanter. Konsonantklasser. Sonoranter

Idag. Tillägg i schemat. Segmenteringsproblemet. Transkription

! Susanne Schötz! ! akustisk-fonetisk analys! ! grupparbete!! om vi hinner: introduktion till Praat (kort demo)!

Digital behandling av tal. Litteratur till dagens lektion. Talproduktion. Akustisk Fonetik. Akustiska Elementa och Digital Signalbehandling

Akustiska Elementa och Digital Signalbehandling

Upp gifter. c. Hjälp Bengt att förklara varför det uppstår en stående våg.

Vågor. En våg är en störning som utbreder sig En våg överför energi från en plats till en annan. Det sker ingen masstransport

Ljud. Låt det svänga. Arbetshäfte

Läran om ljudet Ljud är egentligen tryckförändringar i något material. För att ett ljud ska uppstå måste något svänga eller vibrera.

Perception. Intonation och tonhöjd. Intrinsisk F0. Intonation och tonhöjd (ff) Akustiska och perceptoriska drag. Perception av prosodiska drag

Talakustik Ljudvågen period periodtid Frekvens Hz Infraljud ultraljud

Vad är ljud? När man spelar på en gitarr så rör sig strängarna snabbt fram och tillbaka, de vibrerar.

Centralt innehåll. O Hur ljud uppstår, breder ut sig och kan registreras på olika sätt. O Ljudets egenskaper och ljudmiljöns påverkan på hälsan.

Ljud, Hörsel. vågrörelse. och. Namn: Klass: 7A

Spektrogram att göra ljud synligt

MEDIESIGNALER INTRODUKTION

Ljudlära. Ljud är Periodicitet. Introduktion. Ljudlära viktigt ur två aspekter:

1 Figuren nedan visar en transversell våg som rör sig åt höger. I figuren är en del i vågens medium markerat med en blå ring prick.

Våglära och Optik Martin Andersson

Ljud Molekyler i rörelse

Ljudmaskiner. Dra med en fuktig pappersbit längs tråden som sitter fast i plastburken. Till påsken kan du göra en påsktupp av en likadan burk.

Mål med temat vad är ljud?

TPPA-B(2): Akustisk fonetik I. Praktisk info. Kurslitteratur

Prov i vågrörelselära vt06 Lösningsförslag

Grundläggande ljud- och musikteori

= T. Bok. Fysik 3. Harmonisk kraft. Svängningsrörelse. Svängningsrörelse. k = = = Vågrörelse. F= -kx. Fjäder. F= -kx. massa 100 g töjer fjärder 4,0 cm

Praktisk info. T-PPA 2 Lektion 1: Akustiska elementa

Akustisk fonetik. Akustiska elementa. Ljudvågor. Ljudvågor. Talkommunikationskedjan. Talkommunikationskedjan

SÄTT DIG NER, 1. KOLLA PLANERINGEN 2. TITTA I DITT SKRIVHÄFTE.

1. Mekanisk svängningsrörelse

I Rymden finns ingen luft. Varför kan man inte höra några ljud där?

Ultraljudsfysik. Falun

Att fånga den akustiska energin

Uppgifter 2 Grundläggande akustik (II) & SDOF

1. a) I en fortskridande våg, vad är det som rör sig från sändare till mottagare? Svara med ett ord. (1p)

Grundläggande akustik. Rikard Öqvist Tyréns AB

Svängningar och frekvenser

2. Mekaniska vågrörelser i en dimension

F8 Rumsakustik, ljudabsorption. Hur stoppar vi ljudet? Rumsakustik 3 förklaringsmodeller. Statistisk rumsakustik.

FYSIK ÅK 9 AKUSTIK OCH OPTIK. Fysik - Måldokument Lena Folkebrant

F8 Rumsakustik, ljudabsorption. Hur stoppar vi ljudet? Rumsakustik 3 förklaringsmodeller. Isolering. Absorption. Statistisk rumsakustik

Repetitionsuppgifter i vågrörelselära

Handledning laboration 1

Laboration Svängningar

Vågrörelselära. Christian Karlsson Uppdaterad: Har jag använt någon bild som jag inte får använda så låt mig veta så tar jag bort den.

Formelsamling finns sist i tentamensformuläret. Ämnesområde Hörselvetenskap A Kurs Akustik och ljudmiljö, 7,5hp Kurskod: HÖ1004 Tentamenstillfälle 1

Problem Vågrörelselära & Kvantfysik, FK november Givet:

Ämnesområde Hörselvetenskap A Kurs Akustik och ljudmiljö, 7 hp Kurskod: HÖ1015 Tentamenstillfälle 4

DT1130 Spektrala transformer Tentamen

Vågrörelselära och optik

Hambley avsnitt

Ljudfysik Patrik Eriksson 2001

Hambley avsnitt

2. Ljud. 2.1 Ljudets uppkomst

Grundläggande signalbehandling

Repetition Harmonisk svängning & vågor - Fy2 Heureka 2: kap. 7, 9, 13 version 2016

Vår hörsel. Vid normal hörsel kan vi höra:

Denna våg passerar mikrofonen, studsar mot väggen och passerar åter mikrofonen efter tiden

1. Allmänt vågrörelser mekaniska vågrörelser

Tema - Matematik och musik

Akustik. vågrörelse. och. Arbetshäfte. Namn: Klass:

Vågfysik. Superpositionsprincipen

Vågrörelselära. Uppdaterad: [1] Elasticitet (bl.a. fjädrar) [15] Superposition / [2] Elastisk energi /

TFEI02: Vågfysik. Tentamen : Svar och anvisningar. t s(x,t) =s 0 sin 2π T x. v = fλ =3 5 m/s = 15 m/s

Ämnesområde Hörselvetenskap A Kurs Akustik och ljudmiljö, 7 hp Kurskod: HÖ1015 Tentamenstillfälle 1

Laboration 1 Fysik

E-strängen rör sig fyra gånger så långsamt vid samma transversella kraft, accelerationen. c) Hur stor är A-strängens våglängd?

F9 Rumsakustik, ljudabsorption

Observera att uppgifterna inte är ordnade efter svårighetsgrad!

Vocoding och frekvensskiftningsexperiment inom det audiologiska forskningsfältet Av Morgan Karlsson

Ljudalstring. Luft Luft Luft Luft Luft Luft Luft Luft. Förtätning

Elektronik 2018 EITA35

Vågrörelselära och optik

TFEI02: Vågfysik. Tentamen : Svar och anvisningar. t 2π T x. s(x,t) = 2 cos [2π (0,4x/π t/π)+π/3]

App for measurements

Akustik läran om ljudet

Akustik. Läran om ljudet

1.3 Uppkomsten av mekanisk vågrörelse

Kod: Datum Kursansvarig Susanne Köbler. Tillåtna hjälpmedel. Miniräknare Linjal Språklexikon vid behov

Källa: Kunskapsträdet - Fysik

Hjälpmedel: Grafritande miniräknare, gymnasieformelsamling, linjal och gradskiva

F2 Beskrivning av ljud. Ljud = vågrörelse. Tryckvariation Akustisk Planering VTA070 Infrastruktursystem VVB090

Vad är ljud? Ljud skapas av vibrationer

Samtidig visning av alla storheter på 3-fas elnät

Grundläggande Akustik

Bilaga A, Akustiska begrepp

3. Mekaniska vågor i 2 (eller 3) dimensioner

INNEHÅLL. Inledning Genomförande Ljud Centralt innehåll Ljud - En presentation Uppdragskort Radioparabolen...

Digital signalbehandling Digitalt Ljud

Mätningar med avancerade metoder

Laborationsinstruktion för Ultraljudsensorer

Mäta ljudnivåer och beräkna vägt reduktionstal för skiljevägg i byggnad

Lab lanserade R.A. Moog Inc. en ny synt: Minimoog. Den var designad av Bill Hemsath och Robert Moog och kom att revolutionera musikhistorien.

3. Metoder för mätning av hörförmåga

Lokal pedagogisk plan

Ljudteknik. Digital representation. Vad är ljud?

Transkript:

Akustiska elementa - Ljudvågor: enkla och sammansatta - Amplitud och intensitet - Resonans, filter, spektrum Ljudvågor " Ljud sprids i form av ljudvågor " Ljudvågor uppstår när ett objekt vibrerar och sätter luften omkring i svängningar " Ljudvågor uppstår när en luftström stötter mot ett hinder " Ljudvågor sprids i alla riktningar kring ljudkällan Vad är ljudvågor? Ljud och ljudvågor " Ljudet är en vibration som löper genom luften " Dessa vibrationer är lufttrycksvariationer, luftförtätningar och luftförtunningar " Luftmolekylerna har sitt stabila läge i ett luftrum i viloläge " Ett objekt kommer i hastig rörelse och påverkar närmaste luftmolekylerna Ljud och ljudvågor (ff) " Luftmolekylen (A) ger väg till detta föremålets rörelse/deplacering " Luftmolekylen (A) närmar sig luftmolekylen (B) som befinner sig bredvid, som i sin tur ger väg till den första luftmolekylen (A) " Luftmolekylen (B) närmar sig nästa luftmolekylen (C), som också stöts iväg " Osv. --> fortplantning av rörelse Ljud och ljudvågor (3) " Luftmolekyl (A) som stötte på luftmolekyl (B) skjuts tillbaks till utlösande objekt i svängning som igen stötter luftmolekyl (A) ifrån sig " Luftmolekyl (B) som stötte på luftmolekyl (C) också skjuts tillbaks " Rörelse av luftmolekyler fram och tillbaka leder till ansamlingar av dessa --> luftförtätningar Ljud och ljudvågor (4) " Rörelse av luftmolekyler fram och tillbaka leder dessutom till uttuning av dessa --> luftförtunningar " Denna lufttrycksvariationen förnimmas som ljud efter påträffandet på det mänskliga hörselsystemet " Ljud fortplantas i luft med en hastighet av 340m/s (i vatten med 1500m/s) " Ljud fortplantas också i andra materialier men inte i vakuum 1

Vågor: transversell och logitudinell " Ljudvågor fortplantas longitudinellt " Andra vågor transversellt: vatten, pendel " Samma princip, därför samma framställningsform " Återkommande mönster med ett utgångsläge, maximalläge och minimalläge --> oscillation Vågor: transversell och logitudinell (ff) " Maximal luftförtätning står för maximal lufttryck, som liknar ett maximum i en transversell våg " Minimal luftförtätning (= luftförtunning) står för minimal lufttryck, som liknar ett minimum i en transversell våg " diagram som visar sådana vågor kallas för oscillogram Ljudvågornas delar Ljudvågornas delar (ff) " Viloläge (= utgångsläge, nolläge) " Maximum, minimum " Från nolläge till nolläge efter en genomgång av både maximum och minimum kallas period " Antal fullbordade vibrationer (perioder alltså) inom en sekund motsvarar tonhöjden av en ljud våg " Tidslängd av en sådan period kallas för periodtid " Mindre stämgaffel vibrerar fortare och utför därför mer perioder under en sekund " Detta medför att periodtiden för varje period är kortare än för en större stämmgaffel som vibrerar långsamare Ljudvågor: definitioner " Antal perioder per sekund kallas frekvens F och mäts i Hertz [Hz] " Gamla förkortningar är: - p/s, perioder per sekund - cps, engelska: cycles per second " 1000Hz = 1000p/s = 1000cps = 1kHz Ljudvågor: definitioner (ff) " Periodtiden T hänger ihop med frekvens, de är samma sak sedd ifrån olika synvinklar: förekommer det 100 svängningar /perioder under en sekund (= 100Hz), så är periodtiden 1/100 sekund " F = 1/T och T = 1/F och T x F =1 2

Ljudvågor: definitioner (3) " Om F = 100Hz --> T = 1s/100 = 0.01s " Om F = 200Hz --> T = 1s/200 = 0.005s " Om F = 1kHz --> T = 1s/1000 = 0.001s " Om F = 125Hz --> T = 1s/125 = 0.008s " Om F = 350Hz --> T = 1s/350 = 0.002857s Våglängd " Avstånd i rummet mellan en förtätning och nästa förtätning (eller: en förtunning och nästa förtunning) " För ljudvågor samband med utbredningshastighet av ljud, då vågen inte står stilla utan vandrar ifrån det vibrerande objektet " Avstånd = periodtid x ljudhastighet " λ = T x c Våglängd (ff) " λ = T x c = 1/F x c = c/f " C = 340m/s " F = 100Hz: λ = (340m/s) / (100Hz) = 3.4m " F = 200Hz: λ = (340m/s) / (200Hz) = 1.7m " F = 125Hz: λ = (340m/s) / (125Hz) = 2.72m Amplitud " Vibrationens lodrätta utslag kallas för amplitud " Amplituden representera avstånd mellan ljudvågens nollinje och dess maximum och ljudvågens nollinje och dess minimum " Amplituden avspeglar intensiteten av svängningen (vibrationen, oscillationen), som förnimmas som ljudvolymen Amplitud (ff) " En ljudvåg med större amplitud förnimmas som en starkare ljudsignal " En ljudvåg med mindre amplitud förnimmas som en svagare ljudsignal " Variation i amplitud ( och därmed ljud volymen) är baserad på variation i utslaget av ett objekts rörelse " Större utslag (= kraftigare rörelse) påverkar intensiteten av ljudet, men inte frekvens! Intensitet " Intensitet mäts som (ljudtrycks-) effekt/ytenhet " Effekt P: Energi per sekund [Nm/s] --> i [Watt] " Intensitet I = P/A [W/cm 2 ] " Ju större energiflöde per ytenhet desto större kraft per ytenhet, som är samma som tryck per ytenhet " Decibel [db] är ett annat mått 3

Intensitet (ff) " Decibel [db] är ett annat mått " Relatera akustiska styrkan hos två olika ljud " 0dB satt vid hörseltröskel för personer med god hörsel (10-16 W/cm 2 ) " Tal av normal volymen ca. 65dB " Smärtgränsen ca 120dB " Den minsta upptäckbara styrkeskillnaden 0.5-1dB Dämpade ljudvågor " Hittills: antagande om regelbunden återkommande svängningar " Men: ljudet avtar gradvis i samband med att stämgaffelns svängningar avtar --> dämpning " Avtar oscillationen långsamt --> svag dämpad svängning " Avtar oscillationen snabbt --> kraftig dämpad svängning Ljudvågsdiagram " Horisontellt, vågrät (x-axel): - tidsdimension - från vänster till höger stigande, - ger information om frekvens (perioder per sekund) " Vertikalt, lodrät (y-axel): - intensitetsdimension, amplitud - nedanför nolllinjen negativ - ovanför nollinjen positiv Enkla vs. Komplexa ljudvågor " Hittills: enkla ljudvågor, rena ljud, s.k. sinustoner, syntetiska toner " Naturtoner är klang, dvs en ansammling av toner " I första hand kommer det till deltoner " I andra hand påverkas tonbildning av omgivningens resonanskaraktär Komplexa ljudvågor: deltoner " Grundton, egenfrekvens " Tillägg av övertoner helt naturligt " Svängning av ett objekt består av grundton och övertoner --> deltonerna " Gitarrsträng eller fiolsträng svänger som helhet, men också uppdelat i lika stora delar Komplexa ljudvågor: deltoner (ff) " Gitarrsträng eller fiolsträng: - hela strängen svänger upp och ner --> grundton = 1sta delton - halva strängen svänger upp och ner --> 1sta överton = 2ndra delton - tredje dels bitar av strängen svänger --> 2ndra överton = 3dje delton - fjärde dels bitar av strängen svänger --> 3dje överton = fjärde delton osv. 4

Komplexa ljudvågor: deltoner (3) " Vågor av alla dessa deltoner summeras upp och bilda tillsammans tonens klang " Med deltonens högre ordning avtar amplituden " Samma princip ägar rum med stämtonbildning i struphuvudet Amplitudspektrum " Komponenter av ljudvågor och deras intensitetsrelation visas med ett diagram som kallas amplitudspektrum eller bara spektrum (spektra i pluralis) " Horisontellt/vågrätt (x-axel) representera lodrätta sträck i jämn avstånd grundtonsfrekvens och övriga tillhörande deltoner " Vertikalt/lodrät (y-axel) motsvarar dessa sträckens längd för deltonens amplitud Periodicitet och fas " Hittills: svängningar i fas " Stigande från nolllinjen mot maximum " Men: ljud som startas vid olika tidpunkter kan också läggas samman till en vågform " Fasförskjutning Analys av en komplex ljudvåg " Den omvända vägen: uppdelning av en naturlig ljudvåg i sina delar " Fourrieranalys (18h.-talet) " Antal och frekvenskaraktär av enkla svängningar som ingår i en komplex ljudvåg och deras amplitud " Matematisk serie (och manuellt genomförd mycket tidskrävande) " Datorprogram, essentiell för talanalys Periodiska och operiodiska signaler " Hittills: periodiska signaler " Men det finns också operiodiska signaler: brusljud (frikativor), enstaka pulser (klusiler) Periodiska signaler " Periodisk: samma förlopp upprepas gång på gång " Ton av ett blåsinstrument eller en fjol " Vokaler, nasaler, lateraler --> tonande ljud " Baserad på stämläpparnas regelbunden svängning 5

Operiodiska signaler " Inget förlopp upprepas i dessa ljud " Brusljud (frikativor): luftströmmen stötter på en trång passage, luftströmmen trycks ihop och genom passagen, luften breder ut sig ur alla håll, oregelbundet virvelbildning (turbulenser) " Pulser (klusiler): explosionen ger ett enda utslag som inte upprepas Periodiska och operiodiska signaler " Tonande frikativor innehåller båda komponenter: - dels grundtonens periodicitet - dels frikativans operiodisk karaktär " Signalen har därför ett regelbundet mönster i botten med pålägg av taggar Spektrum av periodiska och operiodiska signaler " Ett spektrum av periodiska signaler består av enstaka spikar i jämn avstånd med varierande amplitude " Ett spektrum av operiodiska signaler bestr av en genomgående linje representerande andelar av alla frekvenser med varierande amplitud Fri svängning vs bunden svängning " Kroppar eller objekt som svänger i sig själva efter en impuls och då med sin inneboende frekvens, egenfrekvensen (t.ex. stämgaffel, gitarrsträng, trumma) --> fri svängning " Kroppar eller objekt som blir utsatt att svänga, satts i svängning av ett annat svängandet objekt --> bunden svängning Bundna svängningar " Bunden svängning = påtvingat svängning " Excitationssvängning måste stämmer överens med objektets egenfrekvens " Detta leder till förstärkning av själva ljudet --> resonans " Är excitationssvängningens amplitud stark (= energirik) kan detta leder till objektets destruktion Komplexa ljudvågor: resonans " Objekt som sätts i svängningar har vånligtvis flera egenfrekvenser " Ett utlösandet ljud som sätter ett objekt i svängning har också flera egenfrekvenser " Frekvenskomponenter av ett objekt som ligger nära excitationsfrekvensen blir då förstärkta " Egenfrekvensen förstärks mest och förstärkning minska med ökande avstånd 6

Resonans och filter " En resonator fungerar som ett filter " Vissa frekvenser släpps genom, medan andra blir försvagade eller släpps inte allts genom " Klassiska exempel: Helmholtz resonatorer " Olika storlekar gynnar olika frekvensområde " Olika materialier olika förstärknings-grad för samma frekvensomrade Resonans och filter (ff) " Materialvariation påverkar formen av förstärkningskurvan --> bandbred " Bandbred: alla frekvenser som blir förstärkta ner till 3dB under toppen (centerfrekvensen) " Helmholtzresonatorer: -glaskula har smalare bandbred -kula med mjukare väggar större bandbred Resonans och filter (3) " Skillnad mellan olika musikinstrument " Resonanskaraktär (=filteregenskap) kan beskrivas med en kurva " Dessa filterkurvor kan ha flera toppar beroende t.ex. av varandra följande röravsnitt med varierande tvärsnitt - trompet, också talapparaten " Filterkurvan kallas också för: transferfunktion, överföringskurva Filter " Filterkurvor (transferfunktioner) är inte nödvändigtvis symmetriska " Lågpassfilter: släpper genom frekvenser nedanför en definerad nivå " Högpassfilter: släpper genom frekvenser ovanför en definerad nivå " Bandpassfilter: släpper genom frekvenser mellan en lägre och en högre frekvens --> inom ett band Filter (ff) " Tekniska filter nödvändiga för fonetisk analys (t.ex. bandpassfilter) " Mindre abrupta filter som minskar eller förtsärkar vissa frekvensområden " Filter av olika sorter i stereoutrustning: man förstärker inte alla frekvensandelar utan anpassa de till hörseln " Talapparatens (ansatsrörets) filteregenskap har symmetriska toppar 7