kap 16 lyd
DESCRIPTION
Kap 16 Lyd. Lydbølger Anvendelser - Akustiske effekter - Sjokkbølger. Anvendelse av vekselvirkning mellom bølger: -Stående bølger på et musikkinstrument -Håndtering av støy / Støykontroll -Ultralyd - Søk etter svulster - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Kap 16 LydKap 16 LydKap 16 LydKap 16 Lyd
LydbølgerLydbølgerAnvendelser - Akustiske effekter - SjokkbølgerAnvendelser - Akustiske effekter - SjokkbølgerLydbølgerLydbølgerAnvendelser - Akustiske effekter - SjokkbølgerAnvendelser - Akustiske effekter - Sjokkbølger
Anvendelse av vekselvirkning mellom bølger:
- Stående bølger på et musikkinstrument- Håndtering av støy / Støykontroll- Ultralyd - Søk etter svulster - Ultralyd - Bestemmelse av hjerteaktivitet- Sjokkbølger - Knusing av nyrestein og gallestein (sjokkbølger)- Bestemmelse av jordstruktur vha elastiske bølger i jorden
LydbølgerDelfin
Delfiner sender ut ultrasoniske lydbølger (106 Hz) i form av plystring.Returnert ekko gir delfinen informasjon om omgivelsene i store avstander.Primært benyttes dette til informasjon om føde i form av små fisk.
Sammenheng mellomtrykk-amplitude og forflytnings-amplitude
pmax = BkA
BkAp
kxtBkAx
yB
V
dVBp
VdVp
B
x
y
x
txytxxy
V
V
V
dVx
txytxxy
xS
txytxxyS
V
V
txytxxySyySV
kxtAy
max
xx
)cos(
),(),(limlim
),(),(),(),(
),(),()(
)sin(
00
12
Eksempel 16-1
Målinger av lydbølger viser at i de høyeste lydene som det menneskelige øre kan tåle, er maksimum trykk-endringer av størrelsesorden 30 Pa over og under atmosfæretrykk pa
(pa = 1.013 x 105 Pa ved havet).Bestem maksimal forflytning når frekvensen er 1000 Hz og v = 350 m/s.
mmHzPa
sm
Pa
fp
vp
vf
p
p
vp
p
Bk
pA
BkAp
aaa
012.01000210013.140.1
35030
22
5
maxmaxmaxmax
max
Intensitet = Gjennomsnittseffekt pr enhetsareal
B
p
v
pI
Bv
B
vp
Bk
pIBkAp
vk
ABIB
vv
k
BkAI
kxtBkApv
kxtBkAp
kxtAv
kxtAy
maxmax
maxmaxmax
y
y
22
22
2
1
2
1
)(cos
)cos(
)cos(
)sin(
22
22
22
2
22
B
p
v
pBkAI maxmax
222
1 222
Intensitet
Effekt
Energi
tA
E
A
PI
t
EP
E
Eksempel 16-2
Finn intensiteten av lydbølgen i eksempel 16-1 med pmax = 30 Pa og temperatur 200C.
22
3
22
1.11.134420.12
)30(
2 m
W
sm
J
sm
mkgPa
v
pI max
Eksempel 16-3
Hvilken amplitude ved 20 Hz vil gi samme intensitetsom 1000 Hz lydbølgen i eksempel 16-1 og 16-2 ?
mmmA
mHzAHz
ABI
60.0100.6
102.1100020
konstant. A være måkonstant væreskal Iat For
bølgen. av frekvenseneller amplituden av ikke mediet, avavhenger B og 2
1
420
520
22
Eksempel 16-4
Hvilken lyd-effekt trengs fra senteret av en halvkule med radius 20 mfor å produsere en intensitet på 1 W/m2 på overflaten av halvkulen?
kWmm
WRIIAP 5.2)20(4
2
114
2
1 22
2
Intensitet
Effekt
Energi
tA
E
A
PI
t
EP
E
P
I
Intensitet som funksjon av avstand
r1
r2
I1I2
21
22
2
1
22
221
14
4
energitap. Ikke sentrum. kulenes fra PEffekt
r
r
I
I
r
PI
r
PI
21
22
2
1
r
r
I
I
Intensitet
Effekt
Energi
tA
E
A
PI
t
EP
E
Desibel skala [1]Logaritmer
1/10 1 10 100 1000 10000
10-1 100 101 102 103 104
-1 0 1 2 3 4
log 1000 = 3
Desibel skala [2]Logaritmer
00101log10log10
log10
0
0
0
dBdBI
IdB
I
IdB
I0 = 10-12 I 1 = 100
0 120
I
0
log10I
IdB
dBdBdBdB
I
IdB
120121010log1010
1log10
log10
1212
0
0
log10I
IdB
Intensitet
Intensitets-nivåLyd-nivå
Desibel skala [3]
Siden øret er følsomt over et så stort område av intensiteter,benyttes ofte en logaritmisk skala.
Intensitets-nivå (enhet desibel) av en lydbølge (kalt lydnivå) er definert ved:
0
log10I
IdB
I0 er en referanse-intensitet = 10-12 W/m2 = nedre høregrense ved 1 kHz.Intensitets-nivåene uttrykkes i desibel (dB = 1/10 bel).
Lyd-intensitets-nivåer
Kilde Intensitets-nivå (dB) Intensitet (W/m2)-------------------------------------------------------------------------------------------Smertegrense 120 1Trafikkert by-gate 70 10-5
Samtale 65 3.2 x 10-6
Rolig bil 50 10-7
Rolig radio 40 10-8
Hvisking 20 10-10
Risling i løv-blader 10 10-11
Nedre høre-grense 0 10-12
-------------------------------------------------------------------------------------------
Høring
Det normale menneskelige øre er følsomt for lyder med frekvensfra 20Hz til 20000Hz.Høyere frekvenser kalles ultrasoniske.Innen det hørbare frekvensområde er ørets følsomhet avhengig av frekvensen.En lyd med en frekvens kan synes høyere enn en lyd med samme intensitetved en annen frekvens.
Frekvens Nedre høregrense----------------------------------------------1000 Hz 0 dB200 Hz 20 dB15000 Hz 20 dB----------------------------------------------
Intensitets-nivå > 120 dB (uavhengig av frekvens) gir smerte.Følsomhet for høye frekvenser avtar med alderen.
Noen lyd-miksere tar hensyn til frekvens-følsomheten ved å vektleggefrekvensene ulikt.Lave og høye frekvenser økes i intensitet i forhold til midt-frekvensene.
Eksempel 16-5
Ved 10 minutters påvirkning av en 120 dB lyd vil nedre høregrensemidlertidig endres fra 0 dB til 28 dB.10 års påvirkning av en 92 dB lyd vil permanent endre nedre høregrense til 28 dB.Hvilken intensitet svarer til 28 dB og 92 dB ?
232.9
21210
92
212
2108.2
21210
28
212
100
10
000
106.110101010 92
103.610101010 28
10
10 10
log log10
m
W
m
W
m
WIdB
m
W
m
W
m
WIdB
II
I
I
dBI
I
I
IdB
dB
dB
dB
dB
dB
dB
Eksempel 16-6
Vi tenker oss et idealisert tilfelle hvor en fugl betraktes som en punkt-kildemed konstant plystre-effekt.Med hvor mange dB vil lyd-nivået (intensitets-nivået) synkenår vi dobler avstanden til fuglen?
6.0dBsynker nivået)-ts(intensitenivået -Lyd
0.64
1log10
)2(log10
log10
log10
loglog10
)log(log)log(log10
loglog10
log10log10
1
21
22
21
1
2
12
0102
0
1
0
2
0
1
0
212
dBdBr
rdB
r
rdB
I
IdB
IIdB
IIIIdB
I
I
I
IdB
I
IdB
I
IdB
Svevning
To lyd-kilder med litt avvikende frekvens gir opphav til en resultant-bølge som inneholder varierende amplitude.Frekvensen som resultant-amplituden varierer med kalles svevnings-frekvensen.
212121
12
12
2121
111
)1(
ffTTTT
TT
Tf
TT
TTTTnnTT
svevning
21 fff svevning
Svevningsfrekvensener differensen mellom enkelt-frekvensene
SvevningPiano
To stk piano spiller samme a-tonemed frekvens 440 Hz.Ved å la det ene pianoet endresin a-tone-frekvens til henholdvis441 Hz, 442 Hz og 443 Hz,hører vi en svevningstonemed økende frekvens.
Svevningstonens frekvenser lik differensen mellom frekvensenetil de to pianofrekvensene.
Doppler-effekt
Lytter L beveger seg mot / fralyd-kilden Ssamtidig somS også beveger seg.
SS
L
S
S
LLL
S
S
S
S
S
S
SSSS
fvv
vv
f
vvvvvv
f
f
vv
f
vv
f
v
f
vTvvT
Venstre
Høyre
SS
LL f
vv
vvf
Eksempel 16-7
a) Bestem sirenens bølgelengde når sirenen er i ro.b) Bestem sirenens bølgelengde foran og bak politibilen når vS = 30 m/s.
bevegelse isirenen Bak 23.1300
30340
bevegelse isirenen Foran 03.1300
30340
ro iSirenen 13.1300
340
mHz
sm
sm
f
vv
mHz
sm
sm
f
vv
mHzsm
f
v
S
S
S
S
S
fS = 300 Hz
Eksempel 16-8
Bestem frekvensensom L hører.
HzHz
sm
sm
sm
sm
fvv
vvf S
S
LL
27630030340
0340
fS = 300 Hz
Eksempel 16-9
Bestem frekvensensom L hører.
HzHz
sm
sm
sm
sm
fvv
vvf S
S
LL
2743000340
)30(340
fS = 300 Hz
Eksempel 16-10
Bestem frekvensen som L hører.
HzHz
sm
sm
sm
sm
fvv
vvf S
S
LL
27730045340
15340
fS = 300 Hz
Doppler-effekt for elektromagnetiske bølger
fc v
c vfL S
Doppler-effekt for elektromagnetiske bølger
c
vc
v
ff
c
vc
v
ff
c
vf
c
v
c
vt
c
tvt
c
SSt
c
r
c
rtt
SSrr
S
S
S
SS
SS
S
1
1 0
cos1
1
1
cos1)cos1(cos
cos
0
2
2
0
2
2
21
120
2121
1
2
S1 S2
r1
r2
Sjokk-bølger
SS v
v
tv
tv
sin
Sjokk-bølgerEksempel 16-11
ssmm
t
tv
m
v
v
v
v
S
S
5.20
8.34tan32075.1
8000
8000tan
8.34
75.1
1
75.1sin
0
0
Beregn tiden fraflyet passerer rett over Ltil sjokk-bølgennår frem til L.
Musikk [1]
Oktav : fon = 2n-1fo1
C1 : fC1 = 262 HzC2 : fC2 = 2 x 262 Hz = 524 HzC3 : fC3 = 4 x 262 Hz = 1048 Hz
Frekvensen til en tangentuttrykt ved frekvensentil forrige tangent: f2 = 21/12f1
Musikk [2]
Oktav = 1:2
C:G = 1:27/12 = 2:3
C:E = 1:24/12 = 4:5
C:E:G = 1:24/12:27/12 = 4:5:6
Musikk [3]
Frekvensendring mellom nabotoner: f2 = 21/12f1
Toner som ’passer sammen’ har ofte flere harmoniske felles
C:G = 1:27/12 = 2:3
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 …
3 6 9 12 15 18 21 24 …
Grunntone Overtoner
Musikk [4]
Samme frekvens: Størst intensitet høres ut som lavest i frekvens.
En musikalsk tone svinger med flere harmoniske frekvenser samtidig (klang-farge).
Flere harmoniske => “Skarpere” lyd.
ENDENDENDEND