Elektro-akoestiek voor technici. GSM uit of in trilstand a.u.b.

Elektro-akoestiek voor technici GSM uit of in trilstand a.u.b. 1

1.1. Geluid - geluidsgolven Geluid is de verstoring van de evenwichtsituatie van luchtmoleculen die waarneembaar is voor het menselijk gehoor Stel luchtmoleculen voor als een rijtje vrij zwevende pingpong - balletjes : wanneer je 1 balletje verstoort zal het 2de balletje ook uit zijn evenwicht raken. Dus de verstoring heeft zich voortgeplant. Wanneer de balletjes onvervormbaar en massaloos zouden zijn, zou de voortplantingssnelheid oneindig groot zijn. De voortplantingssnelheid is dus afhankelijk van de materie ( vloeistoffen, vaste stoffen en gassen ) waarin het geluid zich voortplant 1.1.a Longitudinale golven Een longitudinale golf ontstaat wanneer een voorwerp zich verplaatst en de daarmee samenhangende hoeveelheid lucht voor zich samendrukt. 2

1.1.b Periodische golven Periodische golven = opeenvolging van samendrukken en terugkeer tot stilstand Periodische golf = trilling Indien continu en binnen bepaalde snelheid spreken we van een geluidsgolf of «toon» 1.1.c Fysische eigenschappen van een trilling in lucht drukverschil ( amplitude ) tussen hoogst gemeten en laagst gemeten druk periode of tijdspanne waarin de volledige trilling plaatsvond afstand waartussen de zuiger zich verplaatste gedurende een halve cyclus en gedurende een hele cyclus ( golflengte ) snelheid waarmee de lucht zich verplaatst binnen de cilinder Continue beweging : aantal volledige bewegingen ( cycli ) per tijdseenheid ( frequentie ) 3

1.1.c Fysische eigenschappen van een trilling in lucht ( 2 ) 30 trillingen / sec. = 30 Hertz ( frequentie ) -periode = 1 frequentie - snelheid geluidsgolven in lucht = 345 m / sec luchtdruk = ~ op zeeniveau temperatuur = ~ 21 Celcius - golflengte ( λ ) = Geluidssnelheid Frequentie vb : golflengte 345 m/s / 10000 Hz = 0,0345 m 1.1.d Samengestelde golven grondtoon : fundamentele frequentie harmonischen : veelvouden van grondtoon 4

1.1.d Samengestelde golven ( 2 ) 2 gelijke tonen hebben volgende ongelijkheden ( Fourier analyse ) : fase van de harmonischen t.o.v. de grondtoon amplitude van de harmonischen t.o.v. de grondtoon 1.1.e Frequenties en tijd : fase Geluid geproduceerd door 1 bron : 5

1.1.e Frequenties en tijd : fase ( 2 ) Identiek geluid geproduceerd door meerdere bronnen : 1.1.f Akoestische energie Bestudering amplitude 6

1.1.g Akoestisch vermogen van een puntbron I = P 4πR² I = geluidsintensiteit waargenomen op afstand R P = vermogen in Watt Bereken nu I op 1m, 2m, 4m en 8m Dit leert ons dat de af- of toename van de geluidsintensiteit niet lineair verloopt 1.1.h Akoestisch vermogen half-bolvormige bron Stel : een luidspreker in een muur aangebracht : I = P 2πR² I = geluidsintensiteit waargenomen op afstand R P = vermogen in Watt Bereken nu I op 1m, 2m, 4m en 8m Dit leert ons dat de af- of toename van de geluidsintensiteit niet lineair verloopt 7

1.1.i Directionaliteit Geluidsbronnen met lage frequenties gedragen zich bolvormig Geluidsbronnen met hoge frequenties gedragen zich als een gerichte bundel of als vlakke golven 1.1.j Decibel Gezien een verdubbeling van vermogen in lineaire verhouding zich verhoud van 1 : 10.000.000 worden logaritmische verhoudingen aangewend. Door het werken met grote aantal uiteenlopende getallen en relatieve cijfers, werd een niet lineaire verhouding, Bel, gekozen, naar Ghraham Alexander Bell. In de praktijk wordt met 1/10 Bel ( of decibel ) gewerkt 8

1.1.j.a Wat zijn logaritmes Log A = y 10 y betekent dat 10 = A ( 0,477 ) Praktisch : logaritme van 3 is 0,477 omdat 10 = 3 ( 2 ) logaritme van 100 is 2 omdat 10 = 100 ( 0.301 ) logaritme van 2 is 0.301 omdat 10 = 2 logaritme van 1 is 0 omdat 10 = 1 Eigenschappen van logaritmes log (A. B) = log(a) + log (B) A log ( ) = log (A) - log ( B) B log A (n) = n log (A) 1 (n) log A = log (A) n (0) ( -1 ) logaritme van 0.1 is -1 omdat 10 = 0.1 1.1.j.b Werken met logaritmes Te onthouden : log 1 = 0, log 2 = 0.3, log 3 = 0.48 Log 4 = log ( 2 x 2 ) = log 2 + log 2 = 0.3 + 0.3 = 0.6 Log 5 = log 10 = log 10 - log 2 = 1-0.3 = 0.7 Log 6 = 2 log ( 2 x 3 ) = log 2 + log 3 = 0.3 + 0.48 = 0.78 Log 7 = log 10 = log 10 - log 2 = 1-0.3 = 1 0.15 = 0.85 V2 2 2 Log 8 = log 2³ = 3 log 2 = 3 x 0.3 = 0.9 Log 9 = log 3² = 2 log 3 = 2 x 0.48 = 0.96 Log 10 = 1 Log 12 = log ( 2 x 6 ) = log 2 + log 6 = 0.3 + 0.78 = 1.08 Log 14 = log ( 2 x 7 ) = log 2 + log 7 = 0.3 + 0.85 = 1.15 Log 15 = log ( 3 x 5 ) = log 3 + log 5 = 0.48 + 0.7 = 1.18 Log 27 = Log 24 = Log 144 = Log 2000 = Log 0.1 = Log 0.5 = 9

1.1.k Mathematische definitie van de db in functie van vermogen Stel : 2 luidsprekers, een 1 ste met vermogen P1 en een 2 de met vermogen P0, dan krijgen we volgende formule : Verhouding in Bel : log ( P1 / P0 ) of in decibel : P1 db = 10 log ( ) P0 Is P1 = 2 x P0 dan krijgen we : 10 log ( 2 / 1 ) = 10 log 2 = 3.01 db Is P1 = 10 x P0 dan krijgen we : 10 log ( 10 / 1 ) = 10 log 10 = 10 db Is P1 = 100 x P0 dan krijgen we : 10 log ( 100 / 1 ) = 10 log 100 = 20 db Is P1 = 1000 x P0 dan krijgen we : 10 log ( 1000 / 1 ) = 10 log 1000 = 30 db Is P1 = 10000 x P0 dan krijgen we : 10 log ( 10000 / 1 ) = 10 log 10000 = 40 db 1.1.l Mathematische definitie van de db in functie van spanning P = E. I P = vermogen in Watt, E = spanning in Volt, I = stroom in Ampère Via de wet van Ohm ( E = I. R ) krijgen we volgende formules : P = I² x R en P = E² R Beschouw 2 vermogens in 2 identieke circuits dan krijgen we : x db = 10 log P1 P2 of x db = 10 log E1² / R1 E2² / R2 Gezien beide circuits identisch zijn : x db = 10 log E1² E2² of x db = 20 log E1 E2 10

1.1.l Mathematische definitie van de db in functie van spanning ( 2 ) wat is de verhouding bij een spanningsverdubbeling? x db = 20 log 10V 20V x db = 20 log 0.5 x db = 20 x -0,301 of - 6,02 db wat is de verhouding tussen 1 Volt en 1000 Volt? x db = 20 log 1V 1000V x db = 20 log 0,001 x db = 20 x (-3) of -60 db 1 V is 60 db lager dan 1000 V, en 1 Watt 30 db lager dan 1000 Watt 1.1.m De db in functie van akoestische spanning of geluidsdruk Het akoestisch vermogen ( Watt ) gedraagt zich zoals het elektrisch vermogen, de akoestische spanning of geluidsdruk gedraagt zich zoals de elektrische spanning Intensiteit 2 r1² = Intensiteit 1 r2² x db = 10 log r1² r2² r1 = geluidsdruk op afstand 1 r2 = geluidsdruk op afstand 2 of x db = 20 log r1 r2 Bij elke verdubbeling van de afstand zal r1 / r2 altijd 0,5 zijn of in de formule 2 x log 0,5 = - 6 db 11

1.1.m De db in functie van akoestische spanning of geluidsdruk ( 2 ) Voor een puntbron stellen we : x db = 10 log 0,2 W 0,8 W 10 x log 0,25 = -6 db Voor een half-bolvormige bron stellen we : x db = 10 log 0,4 W 1,6 W 10 x log 0,25 = -6 db Bij een verdubbeling van de afstand tot de bron verliezen we 6 db 1.1.m De db in functie van akoestische spanning of geluidsdruk ( 3 ) Een alternatieve berekening : Opp bol = 4 π r², waarbij r = straal Willen 2 drukverschillen berekenen dan krijgen we 10 log ( 4 π r1² / 4 π r2² ) of 10 log ( r1² / r2² ) of 20 log ( r1 / r2 ) Zo kan je de geluidsdruk van een PA installatie ( bijv : 120dB @1m ) op 16 m : 20 log ( 16/1 ) = 24 db en 120 db 24 db = 96 db 12

1.1.m.b Een overzicht van alle waarden Parameter 10log(A1/A2) 20log(A1/A2) Akoestiek Vermogen Geluidsdruk X X Elektrisch Vermogen Spanning Stroomsterkte X X X 1.1.n Het begrip db SPL -6 0 db akoestisch = geluidsdruk van 0,0002 µbar of 20 x 10 Pascals, of 20µPa Akoestische geluidsdruk wordt uitgedrukt in db SPL waarbij SPL = Sound Pressure Level Omschreven als de geluidsdruk gemeten per opp.-eenheid op een bepaalde afstand tot een geluidsbron Gezien we de geluidsdruk op het trommelvlies kunnen vergelijken met de spanning van een spanningsbron komen we tot volgende formule : Geluidsdruk x db = 20 log Geluidsdruk x Geluidsdruk O 13

1.1.n Een overzicht : Het begrip db SPL Gehoorgrens 0 db SPL Stille opnamestudio ( klassieke muziek ) 20 db SPL Stille opnamestudio ( moderne muziek ) 30 db SPL Huiskamer ( nacht ) afgelegen 35 db SPL Stil auditorium 40 db SPL Normale conversatie ( 1 meter ) 60 db SPL Luide conversatie ( 1 meter ) 80 db SPL Verkeerslawaai autostrade ( 10 meter ) 90 db SPL Zware vrachtwagen 100 db SPL Luide klassieke muziek live ( 3 meter ) 110 db SPL Beluistering rockmuziek studio ( 3 meter ) 120 db SPL Rockmuziek live ( versterkt op 2 meter ) 125 db SPL Pijngrens 130 db SPL Sirene ( 2 meter ), vliegtuig met 4 schroefmotoren 140 db SPL.45 revolverschot ( 2 meter ) 145 db SPL Straalvliegtuig met naverbranding 160 db SPL 1.2. Geluid in gesloten ruimten Tot nu toe zijn we er van uitgegaan te werken in open veld, het geluid deint uit in een oneindige ruimte. Bij gebruik van een puntbron spreekt men over geluid in een 4π steradiaal Bij gebruik van een half-bolvormige bron spreekt men over geluid in een 2π steradiaal In een gesloten ruimte wordt een dergelijk effect gecreëerd in een anechoïsche ruimte. Dit is een ruimte die al het geproduceerde geluid 100 % absorbeerd over het ganse frequentiespectrum. 14

1.2.a Reflectie en absorbtie In een gesloten ruimte worden we met 2 belangrijke fenomenen geconfronteerd : reflectie & absorptie Merk op : de hoek van de invallende geluidsstraal t.o.v. het reflecterende vlak is gelijk aan de hoek die de gereflecteerde geluidsstraal maakt t.o.v. het reflecterende vlak 1.2.a Reflectie en absorbtie ( 2 ) Wanneer de golflengte ongeveer gelijk is aan de afstand tussen 2 onregelmatigheden spreken we over het zogenaamde scatter - effect 15

1.2.a Reflectie en absorbtie ( 3 ) Een perfect spiegelbeeld wordt enkel gecreëerd op een oppervlak met een absorptiecoëfficiënt = 0 1.2.a Reflectie en absorbtie ( 4 ) Enkele voorbeelden van absorptiecoëfficiënten bij verschillende materialen 16

1.2.b Interferentiepatronen Constructieve interferentie : 2 geluiden vallen perfect in fase samen op een plaats, de amplitude wordt verdubbeld Destructieve interferentie : 2 geluiden vallen volledig uit fase samen op een plaats, beide geluidsgolven heffen mekaar op Als ( λ/2 )< r2-r1 : constructief Als ( λ/2 )= r2-r1 : destructief Als ( λ/2 )x2 = r2-r1 : constructief Als ( λ/2 )x3 = r2-r1 : destructief 1.2.b Interferentiepatronen ( 2 ) Alle gegevens worden in een zogenaamd interferentiepatroon opgetekend 17

1.2.c Interferentie en staande golven Stel: een geluidsbron tussen 2 parallelle, sterk reflecterende wanden : een continu signaal bestaande uit grondtoon en harmonischen zal continu tussen de wanden gereflecteerd worden : staande golven. Op bepaalde plaatsen worden deze golven versterkt en op andere volledig opgehoffen : dit noemen we nodale en antinodale golven. Indien een geluidsbron tegen één wand staat zal een grondtoon een staande golf veroorzaken Grondtoon = geluidsnelheid 2 x afstand tussen bron en wand 1.2.d Diffractie of ombuiging en schaduweffect Is het voorwerp minimaal 4 tot 5 groter dan de golflengte van het geluidssignaal dan treedt er een volledige schaduw op 18

1.2.d Diffractie of ombuiging en schaduweffect ( 2 ) 1.2.e Refractie of breking Wanneer een golf overgaat van één medium naar een ander wordt de richting waarmee de geluidsgolven zich voortplanten veranderd Wanneer de lucht aan de grond warmer is dan de bovenliggende luchtlagen worden de geluidsgolven naar boven afgebogen en ontstaan schaduwzones Bij inversie worden de golven naar beneden afgebogen 19

1.2.f Akoestische resonantie Een voorwerp wordt door toevoegen van energie aan het trillen gebracht. Wanneer de energie verwijdert wordt, zal het voorwerp nijging vertonen gedurende een bepaalde tijd verder te trillen. Dit noemen we natuurlijke resonantie. De duur van deze resonantie is afhankelijk van de dempingsfactor van de materie. Door energie op dezelfde resonantiefrequentie van een bepaalde materie versterkt toe te dienen kan zelfs de moleculaire structuur verbroken worden. 1.2.f Akoestische resonantie ( 2 ) De dempingsfactor van een resonerend voorwerp noemen we de Q-factor of kwaliteitsfactor. Hoe lager de Q-factor, hoe beter de demping en hoe vlugger de trillingen ophouden. Voorbeeld 1 Q = 1 voorbeeld 2 Q= 10 voorbeeld 3 Q = 50 20

1.2.f Akoestische resonantie ( 3 ) 1.2.g Globale opbouw van een geluidsveld in gesloten ruimten; het diffuse geluidsveld - direct geluid - eerste reflecties - diffuus veld 21

1.2.g Globale opbouw van een geluidsveld in gesloten ruimten; het diffuse geluidsveld ( 2 ) 1.2.h RT60 en de wet van Sabine Nagalmtijd wordt omschreven als de tijd tussen het stoppen van de geluidsbron en het moment dat de resterende reflecties qua niveau 60 db lager liggen. De nagalmtijd van een ruimte noemen we RT60 Hiervoor zijn 2 bepalende factoren : de grootte en de totale geluidsabsorberende oppervlakte van de ruimte T (60) = 0,161 x volume v/d ruimte totale absorberende oppervlakte Dit geldt enkel als de absorptiecoëfficiënt van de wanden laag is ( α < 0,2 ) 22

1.2.i Het begrip kritische afstand De afstand tussen bron en de zone waar direct geluid en diffuus veld even sterk zijn noemt men de kritische afstand of galmstraal 1.2.i Het begrip kritische afstand ( 2 ) Deze kritische afstand is sterk afhankelijk van de directionaliteit van de geluidsbron. Door de geluidsstralen sterk te bundelen kunnen we de afstand van het direct geluid sterk vergroten en dus de kritische afstand verlengen 23

1.3 Het gehoor Tot nu toe gaan we er vanuit dat de geluidswaarneming vlak verloopt; toch is ons oor helemaal niet lineair in zijn ontvangen van geluidssignalen Dit is niet wetmatig uit te drukken, vandaar begeven we ons in het nog weinig uitgestippeld gebied van de psycho-akoestiek 1.3.a Delen van het oor 1. Het buitenoor 2. Het middenoor 3. Het binnenoor 24

1.3.a Schematische werking 1. Het buitenoor : opvangen signalen 2. Het middenoor : versterken signalen 3. Het binnenoor : omzetten in zenuwprikkels 1.3.a.1 Het buitenoor Fungeert als een antenne We onderscheiden : oorschelp of pinna gehoorgang trommelvlies De typische vorm van de pinna ( alsook de omtrek van ons hoofd ) zal ervoor zorgen dat we geluiden kunnen focussen en ombuigen. Dit laat ons toe om de directiviteit van geluid te bepalen. Het trommelvlies is uiterst gevoelig : een gewone conversatie ( +/- 56 db SPL ) veroorzaakt verplaatsingen die geschat worden op de diameter van een zuurstof molecule! 25

1.3.a.1 Het buitenoor - directiviteit Stel een bron bevindt zich rechts van de waarnemer : de tijd die nodig is om van de bron het rechter oor te bereiken zal verschillend ( korter ) zijn van de tijd tot het linker oor. Door het interpreteren van dit tijdsverschil en het schaduweffect van ons hoofd, kunnen onze hersenen bepalen of de bron links of rechts van ons staat. De vorm van de oorschelp zal ons toelaten om geluiden van boven of onder te kunnen lokaliseren. Ook het schaduweffect van de pinna zal bijdragen tot het situeren van bronnen die zich voor of achter bevinden. De figuur toont hoe frequenties door de oorschelp beïnvloed worden naargelang de invalshoek van de bron verandert 1.3.a.1 Het buitenoor beïnvloeding van het geluid De gehoorgang, die door zijn typische vorm een eigen resonantiefrequentie heeft, zal het geluid gevoelig versterken, maar ook aanpassen. De versterkingen vinden we voornamelijk op 3 khz en 10 khz. In de figuur zien we de metingen van een natuurgetrouwe kunststof kopie van het buitenoor 26

1.3.a.2 Het middenoor Achter het trommelvlies bevindt zich een holte, die we het middenoor noemen We onderscheiden : 1. hamer 2. aambeeld 3. stijgbeugel 4. trommelvlies 5. rond venster 6. buis van Eustachius De hamer is aan de binnenkant van het trommelvlies bevestigd en zal op die manier alle vibraties via aambeeld en stijgbeugel doorsturen naar het ovaal venster, een membraan in het slakkenhuis 1.3.a.2 Werking middenoor De buis van Eustachius loopt tot in de keel en zorgt voor een drukevenwicht tussen binnen- en buitenlucht. Bij slikken wordt de opening in de keel geopend en komt de buitenlucht uit de keel in de trommelholte. Het middenoor heeft een dubbele functie : impedantie aanpassing of de voortplanting van energie in lucht naar vloeistof : de oppervlakte ratio (25/1) van het trommelvlies (80 mm²) ten overstaan van het ovalen venster (3mm²) zorgt voor een adequate energie overgang tussen geluidsdruk in lucht en vloeistof. De gehoorbeentjes zorgen voor een factor 3:1. Beide vergelijkingen geven ons de energieoverdracht die nodig is om de vloeistoffen in de cochlea in beweging te brengen. akoestische reflex : minuscule spiertjes in middenoor zorgen bij te grote energieoverdracht voor drukvermindering op het ovalen venster. Deze bescherming is echter gelimiteerd omdat er bijna geen bescherming optreedt voor geluiden boven de 1 a 2 khz. Bovendien is deze reflex niet effectief bij korte krachtige geluiden zoals geweer of kanonschoten e.d.m. De akoestische reflex is wel vrij efficiënt in het beperken van de eigen stem, met name bij zangers is deze eigenschap heel belangrijk. 27

1.3.a.2 Het middenoor - afbeeldingen Hamer, aambeeld en stijgbeugel De stijgbeugel 1.3.a.3 Het binnenoor Het vestibulair orgaan + cochlea zijn de twee organen van het binnenoor. Het vestibulair orgaan zorgt voor ons evenwicht. De cochlea zorgt voor omzetting van het opgevangen geluid in het buiten- en middenoor tot het doorsturen van zenuwprikkels naar de hersenen 1,2,3,4,7,8,9 : delen van het vestiblair orgaan 5 : cochleaire holte 10 : ovalen venster 11 : rond venster 12 : scala vestibuli 13 : scala tympani 28

1.3.a.3 Het binnenoor - slakkenhuis Mochten we het slakkenhuis kunnen uitrollen zouden we zien dat de cochlea in feite één lange buis is, met daarin drie kamers : bovenaan het bovenste kanaal of scala vestibuli, onderaan het onderste kanaal of scala tympani en in het midden de cochleaire holte met het orgaan van Corti scala vestibuli en tympani zijn gevuld met vloeistof : perilymph De cochleaire holte is gevuld met een andere vloeistof : endolymph 1.3.a.3 Het binnenoor - werking 1 : ovalen venster 2 : stijgbeugel 3 : rond venster 4 : scala vestibuli 5 : cochleaire holte 6 : orgaan van Corti 7 : scala tympani 8 : 16 khz golf Vibraties op het ovalen venster zorgen voor drukgolven in de scala vestibuli en de scala tympani. Lage frequenties zetten de ganse vloeistof in beweging, hoge tonen enkel vooraan. De plaats waar de beweging het orgaan van Corti in beweging zet zal de toonhoogte bepalen. 29

1.3.a.3 De cochlea foto s spiraaldoorsnede met zicht op de verschillende gangen dwarsdoorsnede : de scala vestibuli, scala timpani, cohleaire holte en het orgaan van Corti 1.3.a.4 Het orgaan van Corti In de cochleaire holte bevindt zich het orgaan van Corti. Op dit orgaan staan de zogenaamde haarcellen of Stereocilla. Er zijn 2 soorten haarcellen : de binnenste haarcellen ( 1 rij over het ganse orgaan van Corti ) en de buitenste haarcellen ( varieert van 3 rijen tot 5 rijen in het center van de cochlea ). 30

1.3.a.4 Het orgaan van Corti (2) Drukverschillen zullen plaatselijk de haarcellen doen buigen en bewegen, deze bewegingen zorgen voor depolarisaties die via zenuwbanen naar onze hersenen doorgestuurd worden. Hoe groter de verplaatsing, hoe sterker het signaal. Testen hebben uitgewezen dat een geluidsbron van +/- 130 db ( pijngrens ) een verplaatsing van 0,0000003 mm veroorzaakt! 1.3.a.4 Het orgaan van Corti foto s 1 doorsnede : de binnenste en buitenste haarcellen zijn duidelijk herkenbaar 31

1.3.a.4 Het orgaan van Corti beschadigde stereocilla 1.4 Psycho-akoestische dimensies van het gehoor 1.4.a Luidheid 1.4.a.1Luidheid in functie van amplitude en frequentie 32

1.4.a.1 Luidheid in functie van amplitude en frequentie Ook in de geneeskunde heeft men zich heel sterk geïnteresseerd in deze wetenschap en algauw kwam men op een verstaanbaarheidscurve, waarbij ook nog eens alle klinkers en medeklinkers geanalyseerd werden op luidheid en frequentie. Het resultaat kan je zien in de rechterfiguur. Veronderstel dat iemand doof is vanaf 4 khz, dan kan je uit deze figuur besluiten dat deze persoon de letters P, F en de S en de T in het bijzonder, praktisch niet meer zal kunnen verstaan. 1.4.a.1 Hoe leef je met een gehoorstoornis Train : 20 khz Train :8 khz Train : diverse Lipton : 20 khz Lipton : 8 khz Lipton : diverse Auditieve samples die een indruk geven hoe moeilijk communicatie wordt met een gehoorstoornis 33

1.4.a.1 Vergelijking mens en dier Ter illustratie een vergelijking van het akoestisch vermogen tussen mens en dier 1.4.a.2 Luidheid in functie van bandbreedte Wanneer een ruissignaal geleidelijk aangepast wordt van smal- naar breedband merken we dat de luidheid progressief verloopt tot een bepaalde grens : de kritische bandbreedte Onder en boven deze grens dragen de frequenties bij tot een subjectieve versterking van de luidheid 34

1.4.a.3 Luidheid in functie van duurtijd Korte geluiden klinken steeds stiller dan lange geluiden, dit tot een duurtijd van 200 milliseconden. Sommigen spreken over integratietijd van het gehoor 1.4.a.4 Luidheidsmetingen van complexe signalen Een gewogen metingen is een meting die via een speciaal netwerk de aanpassing van ons gehoor mee in rekening houd. De meeste wegingen gebeuren bij 40 ( A weging ), 70 ( B weging ) en 100 ( C weging ) Phons 35

1.4.b Het maskeereffect Ons gehoor heeft de neiging om op verschillende manieren selectief te werken : een stem kan door ruis gemaskeerd worden : hou meer ruis hoe minder luid de stem klinkt breedbandige signalen zullen slechts voor een gedeelte gemaskeerd worden Verder onderscheiden we : simultane maskering : wanneer een eerste bron door een tweede wordt gemaskeerd. Wanneer de tweede bron qua frequentiegebied lager ligt dan de gemaskeerde spreken we over opwaartse simultane maskering. Temporele maskering : wanneer 2 bronnen kort na mekaar komen. Het eerste signaal kan het tweede maskeren, dan spreken we over voorwaartse maskering; het omgekeerde effect noemen we achterwaartse maskering. 1.4.C Het focus effect Ons gehoor kan verder ook selectief frequenties van een lagere amplitude dan degene die ons omringen isoleren. Het gehoor focust op een bepaald geluidssignaal. Dit effect zal sterker zijn wanneer het geluid zich rond de spraakfrequenties bevindt of indien de omgevingsruis zich in een frequentieband bevindt waarvan de harmonischen niet samenvallen met de spraakfrequenties. 36

1.4.d De akoestische reflex In het middenoor zitten zeer fijne spiertjes rond de gehoorbeentjes. Deze spiertjes hebben de nijging zich samen te trekken wanneer een zeer grote geluidsdruk ( vb. 100 db ) op het trommelvlies en de schedel losgelaten wordt. Dit is een oncontroleerbare zelfbescherming om beschadigingen aan trommelvlies of ovalen venster te voorkomen. Deze reflex noemen we de akoestische reflex. Deze treedt zeer frequent op zelfs voor bescherming tegen onze eigen stem, waarvan we teveel resonanties zouden opnemen. 1.4.e Toonhoogte Een complexe toon kan ontleed worden in grondtoon en harmonischen. Wanneer een tweede toon exact de dubbele frequentie van de eerste heeft, worden ze als perfect samengaan van een klank bestempeld ( in dit geval met een verschil van 1 octaaf ). Als de tweede toon iets afwijkt van het dubbele, dan wordt die als vals ervaren. Wanneer nu een derde toon zich perfect harmonieert met de tweede toon, zal de eerste als vals ten overstaan van de 2 andere tonen ervaren worden. Zeer weinigen kunnen de exacte toonhoogte van een noot ervaren of voortbrengen. Deze eigenschap noemen we een absoluut gehoor 37

1.4.f Klankkleur Klankkleur is een volledig subjectief gegeven dat volledig los staat van iedere exacte perceptie. De meesten zijn vatbaar voor een soort gehoortraining waarbij men bepaalde kleuringen leert appreciëren. In de psycho-akoestiek heeft men volgende termen vastgelegd : helderheid - definitie : duidelijke detaillering, zuiver onvervormd, breed frequentiespectrum scherpte, hardheid versus zachtheid : schril, schreeuwerig tegen zacht, mild te sterke accentuering van midden - en hoge frequenties open, licht versus gesloten, donker : ruimtelijk en ademend tegen dof zeer strakke basweergave en zeer beheerste middenweergave vol versus ijl gedefinieerd laag en laagmidden tegen modderig, onverstaanbaar verzwakt middengebied en licht verzwakt laag Al deze termen zijn afhankelijk van persoonlijke interpretatie 1.4.f Klankkleur (2) De enige echte leidraad die ik ooit gezien heb komt uit het boek Mastering Digital Audio van Bob Katz. De kracht van deze beschrijving komt door een verband te maken tussen frequentie en benaming. 38

1.4.g Ruimtelijk gehoor Door het feit dat we 2 oren hebben kunnen we geluid lokaliseren in 3 dimensies. In het horizontale vlak lokaliseren we via het tijdsverschil van een geluidsgolf tussen beide trommelvliezen. lage frequenties verspreiden zich rondom het hoofd en zijn moeilijker te lokaliseren men moet zich in de zone van het directe geluid bevinden schaduweffecten kunnen lokalisatie onmogelijk maken zonder visuele steun bemoeilijkt de lokalisatie frontale en laterale lokalisatie zijn makkelijker dan dorsale Uiteindelijk komen we tot 4 wetmatigheden : het inter-aurale tijdsverschil het inter-aurale amplitudeverschil het schaduweffect van ons hoofd de afstand tot de geluidsbron 1.4.h Het HAAS effect Stel : 2 identische geluiden vanuit een verschillende richting met een tijdverschil kleiner dan 30 msec. Het eerste geluid ( zelfs indien max. 10 db ) stiller dan het tweede wordt steeds als richtingbepalend waargenomen. 39

1.4.i Akoestische overspraak of diafonie Bij stereofonie is het de bedoeling dat de informatie van het linkerkanaal enkel en alleen naar het linker oor gaat, en zo ook voor het rechterkanaal. De lekken die we krijgen tussen beide kanalen noemen we diafonie 1.5.a Diverse toepassingen Voorbeeld van slecht toegepaste resonantie : de Tacoma Bridge 40

1.5.b Diverse toepassingen ( 2 ) De dode kamer 1.5.c Diverse toepassingen ( 3 ) De proef met rimpeltank 41