EEKROAKUSYKA AORAORIUM EE8300 ĆWICZENIE NR 1 ANAIZA WIDMOWA SYGNAŁÓW AKUSYCZNYCH 1 Cel ćwczena Celem ćwczena jest mar analza wmwa synałów akustycznych Ukła marwy 1 lub 3 lub 4 5 Rys. 1 Schemat ukłau marwe: 1 - eneratr szumu, - manetn marwy, 3 - analzatr jenczesny 1/3 ktawwy, 4 - analzatr heterynwy, 4 - rejestratr zmu 3 Zaane labratryjne 1. Analza wmwa trzech synałów: szumu bałe, szumu różwe, hałasu wentylatra.. Wyznaczene wma ktawwe wm synałów zmerznych w asmach tercjwych częsttlwśc. 3. Oblczene zmu źwęku A hałasu wentylatra. 4 Zaanena rzytwana 1. Gęstść wmwa mcy synału;. Szum bały, szum różwy; 3. Fltry stałej wzlęnej stałej bezwzlęnej szerkśc asma; 4. Pzm źwęku A. 5 teratura: 1. Instrukcja ćwczena.. Z. Żyszkwsk, Mernctw akustyczne. WN, W-wa 1981 rzz.. Elektrakustyka labratrum EE8300 Ćwczene 1 nstrukcja str. 1
6 Analza wmwa synałów akustycznych - tera Klasyczna meta kreślena charakterystyk częsttlwścwej synału elektryczne lea na rzeuszczenu rzez szere ltrów różnej częsttlwśc śrkwej asma rzeuszczana, lub rzez jeen ltr, które częsttlwść śrkwa jest rzestrajana w ewnym zakrese częsttlwśc. W rzyaku ltru ustalnej częsttlwśc śrkwej synał wyjścwy jest wyrażny sltem synału wejścwe wez mulswej ltru. W zezne częsttlwśc waa t lczynw wóch unkcj zeslnych. ak, węc synał wyjścwy ma wm amltuwe równ lczynw wm amltuwych, czyl wm mcy (czyl kwarat amltuy) równe lczynw wóch wm mcy. W tym samym czase zależnśc azwe synałów skławych bęą mykwane rzez ltr, ale ne ma t wływu na transmtwaną mc. Zatem na wyjścu ltru merzna jest mc transmtwane synału. Na nższym rysunku rzestawn charakterystyk ealne rzeczywste ltru śrkw rzeustwe. Rys. Charakterystyk częsttlwścwe ealne rzeczywste ltru śrkwrzeustwe 6.1 Parametry ltru śrkw rzeustwe - bezwzlęna szerkść asma rzeuszczana ltru; = b - wzlęna szerkść asma rzeuszczana ltru b = ze: - órna częsttlwść ranczna ltru [Hz]; - lna częsttlwść ranczna ltru [Hz]; - śrkwa częsttlwść ltru [Hz]; = = lub b = 100% Elektrakustyka labratrum EE8300 Ćwczene 1 nstrukcja str.
Dla ltru rzeczywste, w którym zbcza ne są tak stre jak la ltru ealne, częsttlwśc ranczne wyznaczane są rzez tak zwane 3-ecybelwe asm rzeuszczana. Analzę synału mżna wyknywać za mcą ltrów stałej bezwzlęnej szerkśc asma rzeuszczana ( = cnst) lub stałej bezwzlęnej szerkśc asma rzeuszczana (b = cnst). Na rysunku nżej rzestawn różnce męzy szerkścą asma ltrów stałej wzlęnej stałej bezwzlęnej szerkśc asma, jake mżna zauważyć rzy lustracj na lnwej na larytmcznej skal częsttlwśc. Stałe asm bezwzlęne aje na skal lnwej rzkła równmerny zaewna taką samą rzzelczść szczeólnych harmncznych, a zatem ułatwa wykrywane szczeólnych harmncznych synału. Stała wzlęna szerkść ltrów aje równmerny rzkła na skal larytmcznej. Rys. 3 Prównane szerkśc ltrów na skal lnwej larytmcznej D najczęścej stswanych ltrów stałej wzlęnej szerkśc asma należą ltry ktawwe 1/3 ktawwe (tercjwe). Elektrakustyka labratrum EE8300 Ćwczene 1 nstrukcja str. 3
6. Fltry ktawwe Dla ltrów ktawwych bwązuje zasaa, że órna częsttlwść ranczna jest wukrtne wększa lnej częsttlwśc rancznej, jak równeż częsttlwśc śrkwe klejnych ltrów ktawwym różną sę wukrtne męzy sbą. b = = = = = = = 1 = = = = 70, 7% Fltry ktawwe mają stałą wzlęną szerkść asma równą 70,7% częsttlwśc śrkwej ane ltru. Fltry tercjwe (1/3 ktawwe) = 1 3 1 3 = = = b = = 1 3 1 = 3, 1% 1 6 Fltry 1/3 ktawwe mają stałą wzlęną szerkść asma równą 3,1% częsttlwśc śrkwej ane ltru czasem właśne ta wartść jawa sę na rzyrząach. Fltr ktawwy bejmuje zakres trzech klejnych tercj. Zalecane rzez nrmy krajwe męzynarwe częsttlwśc śrkwe asm ktawwych 1/3 ktawwych an w tabel nżej: 1 6 Elektrakustyka labratrum EE8300 Ćwczene 1 nstrukcja str. 4
abela 1 Częsttlwśc śrkwe asma ktawwych 1/3 ktawwych (tercjwych) Częsttlwść śrkwa ltru [Hz] 1/3 ktawwe ktawwe 1,5 16 16 0 5 31,5 31,5 40 50 63 63 80 100 15 15 160 00 50 50 315 400 500 500 630 800 1 000 1 000 1 50 1 600 000 000 500 3 150 4 000 4 000 5 000 6 300 8 000 8 000 10 000 1 500 16 000 16 000 0 000 Elektrakustyka labratrum EE8300 Ćwczene 1 nstrukcja str. 5
6.3 Zależnść męzy zmem ęstśc wmwej, zmem wartśc skutecznej szerkścą asma częsttlwśc ltru Enera synału w czase : Śrena mc synału w czase : x rms wartść skuteczna; 0 x x ( t) t, [J=Nm]. 1 rms, = ) 0 x ( t t, [watt=j/s]. De. Gęstść wmwa (sektralna) synału w czase jest t śrena mc synału rzyaająca na jenstkę częsttlwśc w czase : G xrms, ( ) = lm lub 0 G xrms,, =, [J=watt s], ze jest szerkścą asma częsttlwśc ltru w [Hz]. Na mcy twerzena Parsewal a: 1 x rms, = x ( t) t = G ( ) 0 Przy marach synałów akustycznych (źwękwych) welkść (x) waa cśnenu akustycznemu (), a na wyjścu ltru merzny jest zm ener akustycznej synału zawartej w aśme bejmwanym rzez ten ltr. Pzm ener jest wyrażny w ecybelach kreślany zależnścą: E E 10 l [ ] E = ze: E 0 = 10-1 [W s]- wartść nesena waająca mnmalnej ener akustycznej tnu częsttlwśc 1000 Hz słyszane rzez luz nrmalnym słuchu. Pneważ enera akustyczna synału jest rrcjnalna kwaratu cśnena akustyczne ( ), zatem: E = 10 l = = 0 l ze: - zm cśnena akustyczne, []; = 10-5 [Pa] - wartść cśnena akustyczne waające rw słyszena tnu częsttlwśc 1 khz, Pzm ener akustycznej lub zm cśnena akustyczne w całym aśme częsttlwśc akustycznych ( n ) mżna zmerzyć lub blczyć na stawe zmów cśnena akustyczne kreślnych w szczeólnych asmach częsttlwśc ( ) bejmujących cały zakres częsttlwśc akustycznych. Enera synału w całym aśme (E n ) jest równa sume ener w szczeólnych asmach, zatem: Elektrakustyka labratrum EE8300 Ćwczene 1 nstrukcja str. 6
E E = 10 l E ln 0 = 10 l E = 10 l E0 Na stawe encj larytmu: = 10 l = 10 Pzm cśnena akustyczne w całym aśme akustycznym 16 0000 Hz ( n ) waa zmw ener synału w całym zakrese częsttlwśc akustycznych: 0.1 n = 10l = 10l 10 0.1 ze: - cśnene akustyczne w -tym aśme częsttlwśc; - zm cśnena akustyczne w -tym aśme. Pzm cśnena akustyczne w j-tym aśme ktawwym: 3 0.1, t j, kt = 10 l 10 = 1 ze:,t - zm cśnena akustyczne w -tym aśme tercjwym wchzącym w skła tej samej ktawy, []. 6.4 Cśnene akustyczne, zm źwęku A,, C Drana cząstek wują chwlwe zaęszczena rzrzezena wetrza. W mejscach zaęszczeń cśnene wetrza wzrasta, a w mejscach rzrzezeń maleje. Cśnene wywłane ranam akustycznym, bęące różncą męzy cśnenem stnejącym w śrku w anej chwl czas rzejśca al akustycznej, a cśnenem statycznym (atmserycznym) nazywa sę cśnenem akustycznym (). Wartść cśnena akustyczne jest małą częścą wartśc cśnena atmseryczne. Cśnene akustyczne merzy sę w askalach [Pa]. Ze wzlęu na barz użą rzętść stykanych w raktyce cśneń akustycznych (stsunek stykanych cśneń wyns 10 6 ) jak równeż z uwa na właścwśc słuchu kreślne rawem Webera-Fechnera (tzn. że uch reauje na wzlęną, a ne bezwzlęną zmanę wartśc cśneń) wrwazn wzlęną marę larytmczną kreślającą zm cśnena akustyczne: = 10 l = 0 l [] ze: - wartść skuteczna cśnena akustyczne, [Pa]; 0 - cśnene nesena równe 10-5 [N/m ], (za wartść cśnena nesena rzyjęt wartść cśnena rwe la tnu częsttlwśc 1000 Hz). Pzm cśnena waający cśnenu nesena jest równy 0. Elektrakustyka labratrum EE8300 Ćwczene 1 nstrukcja str. 7
Słuchwe wrażene łśnśc źwęku ne ma bezśrene zwązku z je welkścam zycznym. Jest zwązane z czułścą słuchu, a ta zależy częsttlwśc źwęku zmu cśnena akustyczne. Na rysunku 3 kazan krzywe jenakwe zmu łśnśc (zny). Oznacza t, że unkty leżące na jenej ln waają zmm cśnena akustyczne częsttlwścm, które są berane rzez słuchaczy jak jenakw łśne. Najnższa zlna waa rw słyszena ucha luzke. Należy zauważyć, że la źwęków cchych (lne zny) słabej słyszalne są tny małych częsttlwścach. Owaający rw słyszena zm cśnena akustyczne tnu częsttlwśc 1 khz (1000 Hz) jest równy 0, natmast tn częsttlwśc 0 Hz mus meć zm k. 70, aby uch luzke mł usłyszeć. Jak wać tny częsttlwścach k 3 4 khz mą meć zmy mnejsze 0 być słyszalne, jest t bwem zakres maksymalnej czułśc ucha luzke wynkający z je wymarów. Przy alszym wzrśce częsttlwśc zauważa sę nwne saek czułśc ucha, a węc zm cśnena akustyczne mus być wększy, aby tn był słyszalny. Aby rzyrząy marwe trały zmerzyć welkśc bektywne waające wrażenm słuchwym w zakrese czuwana łśnśc wrwazn arametry nazywane zmam źwęku. Pzm źwęku jest t welkść skrywane zmu cśnena akustyczne tak aby wynk maru tej welkśc rzyblżał wrażene słuchwe. W mernkach cśnena akustyczne wbuwane są ltry krekcyjne, których charakterystyka jest w rzyblżenu wrtnścą zn la źwęków cchych (A), la śren-łśnych () łśnych (C). Najczęścej stswany jest ltr A wększść nrm kreślających uszczalne wartśc zmu źwęku w różnych meszczenach lub hałasu śrwskwe, aje wartśc zmu źwęku A w. Charakterystyk ltrów krekcyjnych kazan na rys. 5. Rys. 4 Krzywe jenakwe zmu łśnśc (zny) Elektrakustyka labratrum EE8300 Ćwczene 1 nstrukcja str. 8
Rys. 5 Krzywe krekcyjne A,, C Jeżel mar zmu cśnena akustyczne jest wyknywany w asmach ktawwych ( ), t wartść zmu źwęku A wyznacza sę w zależnśc: A = 10 l 10 j 0.1( j, ze: - zm cśnena akustyczne w -tym ktawwym aśme częsttlwśc, []; K A rawka w krzywej krekcyjnej A (tabela), []. [Hz] 31,5 63 15 50 500 1000 000 4000 8000 16000 K A [] -39,9-6, -16,1-8,6-3, 0 +1, +1,0-1,1-6,6 kt + K ja ) 6.5 Szum Szum synał rzyakwym charakterze, ne mający wyraźne kreślnych skławych Szum bały szum, które ęstść wmwa mcy ne zależy częsttlwśc w rzważanym zakrese częsttlwśc. G ( ) = C C wlna stała C>0 Na skal lnwej trzymujemy lnę rstą, natmast w asmach ktawwych ze wzlęu na wukrtny wzrst szerkśc asma zm w klejnych asmach wzrasta 3. Szum różwy szum, które ęstść wmwa mcy jest wrtne rrcjnalna częsttlwśc w rzważanym zakrese częsttlwśc. C G ( ) = Na skal larytmcznej wynk maru w asmach ktawwych lub nnych stałej wzlęnej szerkśc asma ają lnę rstą, natmast na skal lnwej maleją. Dla klejnych asm ktawwych 3. Elektrakustyka labratrum EE8300 Ćwczene 1 nstrukcja str. 9