Laborationer i miljöfysik Hörselkontroll Bullerskydd med öronproppar Målet med övningen är att ta upp ett audiogram för en person, samt att undersöka hur mycket ljudet dämpas i olika frekvensområden med öronproppar. 1 Audiogram Audiogrammet ska täcka frekvensintervallet 125 Hz till 12000 Hz. Arbeta parvis så att en person, specialisten, sköter tongeneratorn och en är patient. Specialist och patient placerar sig så att patienten inte kan se specialistens agerande. Det är viktigt att försöket utförs i ett rum med så lite störande ljud som möjlig. För att genomföra en undersökning ska specialisten skicka korta signaler med olika styrka och frekvens till patienten. Då specialisten trycker på knappen TEST på tongeneratorn sänds en ton till hörlurarna på patienten.. Signalen kan skickas till vänster eller höger öra eller till båda beroende på inställningen av ett vridreglage på tongenerator panelen. Undersök det ena örat på försökspersonen. Använd ett förbearbetat audiogram (på papper eller i Excel) för att markera mätresultaten. Observera att mätaren mäter vägd ljudnivå, db(a). Mätarens nollnivå följer alltså den streckade kurvan. Om mätresultatet t ex är 12 db skall du markera 12 db ovanför den streckade kurvan. Patienten: Sätt på dig lurarna så att du har den som är markerad L på vänster och R på höger öra. Då du uppfattar en signal ska du trycka på kontrolltangenten. Detta är ditt svar till specialisten att du hört en ton. Specialisten kommer att markera i audiogrammet vilken frekvens och ljudnivå du hört. Specialisten: Starta med vänster öra (omkopplaren i läge LEFT) och frekvensen 125 Hz (MULTIPLIER på 10 och FREQUENCY på 12,5. Ställ områdesomkopplaren för ljudnivå på 0-50 db och vrid ner på mätaren till 1 db. Tryck på TEST. Patienten uppfattar inget här. Öka i steg om 5 db tills patienten uppfattar ljudet. Se bilden nedan där 20 db är inställt. När signallampan tänds, patienten hör tonen, gör du en markering i diagrammet. Om det skulle behövas kan du med områdesomkopplaren byta till 40-90 db. OBSERVERA att du då först måste vrida ner till 1 på mätaren. Detta är viktigt för patienten! Sedan byter du frekvens till 250 Hz, 500 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz, 4000 Hz, 8000 Hz, 12000 Hz. För att kunna ställa in frekvensen 250 Hz byter du till området 100 med MULTIPLER och vid frekvensen 2000 Hz byts till 1000). Starta alltid med minimal ljudnivå (1 db) och gå uppåt så att patienten kan observera minsta möjliga ljudnivå. Då du undersökt upp till frekvensen 12000 Hz enligt ovan så öka frekvensen i steg upp emot 20000 Hz (med ökande ljudnivå) för att ta reda på vilken högsta frekvens som patienten hör. Är hörseln OK? Kan patienten uppfatta normalt tal och musik? Finns det några felkällor i undersökningen? Hur inverkar dessa på mätresultatet? 1
Örats hörselområde 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0-10 10 100 1000 10000 100000 Frekvens / Hz Hörseltröskel 0 phon Vägningskurva 0 db(a) Normalomfång musik Normalomfång tal 2 Bullerdämpning med öronproppar. Sätt nu en öronpropp i det undersökta örat. Upprepa hörselundersökningen. Beräkna öronproppens dämpning i db och redovisa den som funktion av frekvensen i ett diagram. 2
Laborationer i miljöfysik Frekvensanalys av musik och tal Version med ljudanalysprogrammet Cool edit Målet med laborationen är att du skall få kunskap om hur ljudnivån fördelar sig på olika frekvenser i tal och musik. Du får då bl a underlag för att bedöma hur en hörselskada drabbar förmågan att uppfatta tal och musik. (Detta skall du sedan undersöka vidare i nästa del av laborationen, Hörselnedsättning.) 3 Beskrivning av datorprogrammet Cool edit Programmet Cool edit är ett ljudredigerings och analysprogram. De funktioner du behöver utnyttja är Du kan se ljudtryckets variation med tiden, översiktligt över flera sekunder eller i detalj på mikrosekundsnivå. Du kan frekvensanalysera ljudet i ett frekvensspektrum ser du ljudnivån som funktion av frekvensen. Du kan filtrera ljudet så att vissa frekvensintervall förstärks eller försvagas. Det går inte att skriva ut direkt från programmet, men du kan göra skärmdump (Tryck på Print screen på tangentbordet. Gå till ett word-dokument och klistra in bilden). 4 Utförande och analys 4.1 Enkla toner 4.1.1 Ljudtryckets variation med tiden Starta programmet Cool edit (ikon finns på skrivbordet). Öppna filen stämgaffel. (C\coolpro\ljudfiler\Enkla toner\stämgaffel) Du ser ljudtrycket som funktion av tiden. 3
Starta avspelning med pilknappen i nedre vänstra hörnet av skärmen. Lyssna och följ skeendet på skärmen. Iakttag hur ljudnivån förändras allteftersom tonen dör ut. Klicka ungefär mitt i ljudet. Rulla med scrollknappen på musen. Då förstorar du tidsskalan och kan så småningom se de enstaka svängningarna. (Du kan också förstora tidsskalan med de gula förstoringsknapparna nedanför graferna). Vilken kurvform har svängningarna? Gör lämplig avläsning på skärmen, så att du kan beräkna svängningens frekvens! Scrolla vidare tills du ser punkter längs kurvan. Det är digitaliseringspunkterna i den digitala ljudfilen finns amplituden lagrad endast i dessa punkter. När man spelar upp ljudet fyller digital-analogomvandlaren i så att det uppstår en kontinuerlig kurva. 4.1.2 Frekvensanalys 4
Scrolla tillbaka så att du ser ett tiotal svängningar. Markera någonstans mitt i skärmen. Gå in på menyraden: Analyze, Frequency Analysis. Datorn utnyttjar nu en beräkningsmetod (FFT, fast fourier transform) för att beräkna frekvensen på ljudet. I ett nytt fönster ser du ljudnivån som funktion av frekvensen. Du ser en enda frekvenstopp, dvs stämgaffeln ger ifrån sig en enda väldefinierad frekvens. Avläs frekvensen i fönstret Frequency i underkanten. Hur stämmer det med din egen beräkning? Några speciella egenskaper hos FFT-grafen: Under 100 Hz ger FFT-analysen inga pålitliga värden ofta visar grafen en del skräp som inte finns i verkligheten. Begreppet ljudnivå används ofta relativt. Man relaterar inte till människans hörseltröskel, utan väljer t ex att definiera 0 db som den maximala ljudnivå datorn kan behandla. Alla andra ljudnivåer får då ett negativt värde. Under c:a 84 db finns en matta av brus som uppstår i elektroniken. Du bör därför se till att diagrammet inte visar något under denna gräns (Range bör stå på 84 db). Frekvensskalan går upp till 11000 Hz. Om du vill kunna urskilja frekvenser under 1000 Hz bättre kan du välja log-skala (klicka bort linear view) Stäng ljudfilen och öppna någon av de andra, t ex provröret. 5
Provrör När man blåser i ett provrör får man en grundton, men också ett antal övertoner. Hämta filen provrör. Lyssna på ljudet. Studera vågformen genom att förstora (rulla på mustangent). Gör frekvensanalys på ljudet från provröret, Analyze, Frequency Analysis.. Peka på topparna och avläs frekvensen för grundton och de fyra första övertonerna i fönstret Cursor. Vilken samband ser du? Beräkna våglängden för grundtonen Det aktuella provröret har längden 15 cm. Ser du något samband mellan provrörets längd och grundtonens våglängd? Jämför ljudnivån för de olika övertonerna! Ser du något mönster? Klarinettskala Gör motsvarande avläsningar som för provröret för några av skalans toner. Spela upp skalan och iakttag hur grundton och övertoner förändras (använd logskala i frekvensanalys-fönstret). Scrolla ut så att du ser de enskilda vågorna. Titta på vågformen. Utöver grundsvängningen innehåller den uppenbarligen även snabbare svängningar. Det är dessa som FFT-analysen kan urskilja som en rad övertoner med noggrant bestämda frekvenser. 6
4.2 Sammansatt ljud 4.2.1 Röstljud, inspelning Inspelning av egna ljud Välj Arkiv, Nytt. Ställ in Sample Rate 22050, Mono och 16 bitar. Klicka på OK. Se till att mikrofonen är ansluten. Sätt på mikrofonen och mikrofonförstärkaren. Drag ned ljudnivån i högtalaren till noll, för att undvika rundgång på ljudet. När du är klar att göra en inspelning så klicka på röda Record-knappen nere till vänster. Spela in egna ljud 1, sjung, vissla, tala. Du kan ha FFT-fönstret öppet och se frekvensfördelningen i realtid, eller stoppa inspelningen och analysera. Växla mellan linjär och logaritmisk skala. Försök besvara följande frågor: Vid ungefär vilken frekvens ligger grundtonen för man resp kvinna? Vilka ljud i alfabetet har hög ljudnivå vid höga frekvenser (4000-8000 Hz)? Sjung olika vokaler med samma grundton. Hur förändras frekvensfördelningen? 4.2.2 Musik Undersök några av musikfilerna (i mappen Sammansatt ljud), t ex 12 Symfoniorkester, 10 Altsaxofon, jazz och 16 Pop Du kan titta på FFT-grafen i realtid medan du spelar av ljudet. Du kan också stoppa avspelningen och sätta markören någonstans i musiken för att analysera ljudet momentant. Slutligen kan du markera ett typiskt avsnitt av musiken, några sekunder, och välja scan (längst till höger i FFT-fönstret). Programmet ger då ett medelvärde av frekvensfördelningen under intervallet. Du ser inte längre enstaka toppar från enskilda toner, utan en graf som är representativ för musiktypen. Gör en scan för vardera av de tre musiktyperna. Titta på dem i linjär skala och jämför dem med varandra. Vilken musiktyp tror du medför störst risk för hörselskador? 1 Undvik att tala så högt att amplituden slår i taket. Inspelningsnivån kan justeras med mikrofonvolymkontrollen, som finns under: Start, Program, Tillbehör, Underhållning, Volymkontroll. Välj Alternativ, Egenskaper, Inspelning. Välj Mikrofon och sätt dess volymkontroll på näst nedersta strecket. 7
Laborationer i miljöfysik Hörselnedsättning Version med ljudanalysprogrammet Cool edit 5 Syfte Laborationen ger dig tillfälle att skapa dig kunskaper och kännedom om hörselnedsättning. Du skall Med hjälp av programmet Cool edit simulera några olika typer av hörselnedsättning Kvalitativt undersöka hur en person med hörselnedsättning uppfattar tal och musik 6 Programmet Cool edit Programmet Cool edit ger flera olika möjligheter att filtrera ljudet. Man kan t. ex. sänka ljudnivån inom ett eller flera frekvensintervall. Detta ger möjlighet för oss att simulera hur en person med hörselskada upplever ljud, tal och musik. 7 Utförande och analys Starta programmet Cool edit. Öppna en ljudfil, t ex 03, Kvinna Vetenskapsradion. Lyssna på ett stycke. Gå till menyraden, Transform, Filters, Graphic equalizer. Då öppnas ett fönster med en equalizer, med reglar som gör att du kan höja eller sänka ljudnivån inom olika frekvensintervall. Se till att fönstret Range längst ned står på 90 db. Använd knapen Preview för att lyssna på ljudet. Ändra på nivåerna medan du lyssnar. Lämna fönstret med Close. De gjorda inställningarna finns då kvar till nästa gång du öppnar detta fönster, men ljudfilen i minnet ändras inte. Lyssna på ljudet från huvudfönstret för att göra en jämförelse. Obs! Stäng inte fönstret med OK-knappen. I så fall lagras de gjorda inställningarna i primärminnet och påverkar avlyssnandet även i huvudfönstret. Om du av misstag skulle stänga med OK kan du ångra med Edit, Undo Graphic Equalizer. 8
En hörselnedsättning ger en hörselförändring, som varierar med frekvensen. Ställ in equalizern så att den dämpar ljudet på samma sätt som några publicerade exempel på hörselnedsättning (se figurerna nedan). Spela upp några ljudfiler. Gör en kvalitativ bedömning av hur din förmåga att uppfatta olika typer av ljud påverkas av olika hörselnedsättningar. Förslag till ljudexempel att studera: 03 Kvinna Vetenskapsradion 05 Man Nyheter 10 Altsaxofon Domnerus 12 Symfoniorkester Mozart symf 41 16 Pop Lucy Street. Bilderna nedan är hämtade från Arbetarskyddsnämnden: Arbete, människa teknik, sid 91. Simulera exempelvis följande hörselnedsättningar: Efter mångårigt arbete i buller, 80 db. Efter mångårigt arbete i buller, 100 db Normal åldersbetingad hörselnedsättning, kvinna 70 år 9
Åldersbetingad hörselnedsättning, män 0-10 -20-30 -40-50 -60 40 år 50 år 60 år 70 år 80 år -70 100 1000 10000 Frekvens / Hz Åldersbetingad hörselnedsättning, kvinnor 0-10 -20-30 -40-50 -60 40 år 50 år 60 år 70 år 80 år -70 100 1000 10000 Frekvens / Hz Hörselnedsättning efter mångårig bullerexponering 0-10 -20-30 -40-50 -60 80 db 85 db 90 db 95 db 100 db -70 100 1000 10000 Frekvens / Hz 10