1 / 43

Ljudets fysik och psykoakustik

Ljudets fysik och psykoakustik. Vad är ljud? Hur uppfattar örat ljud? Hur tolkar hjärnan ljud?. Ljudvågor. Ljud uppstår när något vibrerar – lufttryck Högtalarmembran Förtätning Förtunning. Ljudvågor. Ljudvågens egenskaper: Amplitud Frekvens Våglängd Fas. Frekvens.

jenn
Télécharger la présentation

Ljudets fysik och psykoakustik

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Ljudets fysik och psykoakustik Vad är ljud? Hur uppfattar örat ljud? Hur tolkar hjärnan ljud?

  2. Ljudvågor • Ljud uppstår när något vibrerar – lufttryck Högtalarmembran Förtätning Förtunning

  3. Ljudvågor • Ljudvågens egenskaper: • Amplitud • Frekvens • Våglängd • Fas

  4. Frekvens • Antalet svängningar per sekund • Anges i Hertz (Hz) • En period – tiden för en svängning 5 Hz En period (0,2 s) 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Tid (s)

  5. Frekvens • Vi kan höra 20-20000 Hz • Försämras med åldern • Unga barn kan höra upp till 23 kHz • Över 60 år hör man sällan över 8 kHz • Under 20 Hz – infraljud • Vi känner ofta vibrationerna • Över 20 kHz – ultraljud

  6. Ljudvågor

  7. Våglängd • Ljudet breder ut sig med ljudets hastighet • Beroende av medium • Material, temperatur mm • Ca 340 m/s i luft, rumstemperatur Ex. f =100 Hz, l = 3,4 m Våglängd (m)

  8. Fas • Fas har betydelse då två signaler adderas • Lägg ihop värdena i varje tidpunkt Fas – signalen är förskjuten i tid Två likadana signaler med motsatt fas släcker ut varandra + + = =

  9. Frekvensinnehåll • En enda ton (sinusvåg) • Fördubbling av frekvensen – en oktav Amplitud = Frekvens Tidsplan Frekvensplan 220 Hz 440 Hz 880 Hz

  10. Frekvensinnehåll • Ljud innehåller oftast flera frekvenser • Alla ljud kan skapas genom att addera sinustoner Amplitud + 440 880 Frekvens = 440 + 880 Hz 440 Hz

  11. Tonhöjd och klang • Harmoniska övertoner – multiplar av grundtonen • Komplext ljud, t ex ett instrument • Grundton + harmoniska övertoner • Olika instrument har olika frekvensinnehåll • – Klangfärg • Vi uppfattar grundfrekvensen som tonhöjden

  12. Klangfärg • Gitarr Klarinett Människa Tid Frekvens

  13. Tonhöjd • Upplevda tonhöjden är dock inte automatiskt ”lägsta frekvensen” • Sågtandsvåg – grundton + alla övertoner • I bägge fallen nedan upplevs grundfrekvensen Tid Frekvens Frekvens Sågtand 220 Hz Sågtand 220 Hz utan grundton

  14. Klangförändring - EQ • Vi kan förändra ljudets klangfärg utan att musiken förändras – equalization • Dämpa vissa frekvenser • Lågpassfilter – släpper bara igenom låga, dämpar höga • Högpassfilter – vice versa • Bandpassfilter – släpper igenom frekvenser inom ett visst frekvensområde Original Lågpass Högpass Bandpass <3400 Hz >200 Hz 200-3400 Hz (som en telefon)

  15. Envelope (kontur) • Inte bara klangfärg skiljer instrument • Envelope – det dynamiska förloppet • Anslag – stustain – avklingning • Även klangfärgen påverkas – vissa frekvenser dör ut snabbare än andra Piano Gitarr Fiol

  16. Amplitud • Volym – SPL (Sound Pressure Level) • Ljudtrycksnivå • Förändrat tryck på trumhinnan • Mäts som lufttryck, i bar • Normalt lufttryck ca 1 bar • Örat uppfattar skillnader på delar av en bar (mikro= miljondel) • Små, små förändringar

  17. Amplitud • Hörselgränsen är förändringar på 0,0002 bar (2  10-10) • Högsta gräns – smärtgräns – 0,2 mbar (milli=tusendel) (210-4) • Skillnad 1:1 000 000 • Hörseln är logaritmiskt

  18. Logaritmisk skala • Linjär Logaritmisk • log(x), det man ska ”höja upp tio till” • log(100)=2 (102), log(1000)=3 (103) osv

  19. Decibel • Decibel förkortas dB • Tryckreferens är hörseltröskeln=0,0002 bar • Dubbelt tryck – ökar 6 dB • 20 dB – 10 gånger högre tryck • Smärtgränsen är 120 dB • Det är så örat uppfattar ljudnivån!

  20. Decibel – olika ljud

  21. Olika frekvenskänslighet • Phon – den nivå ett ljud med viss frekvens måste ha för att upplevas som nivån för 1000 Hz

  22. Olika frekvenskänslighet • Allra känsligast vid 3400 Hz • Klangen av ett instrument ändras beroende om man spelar högt eller lågt • ”Loudness compensation” på vissa förstärkare • Minst skillnader vid 85 dB – bästa volymen för ljudredigering • Hemma spelas ofta musik kring 75-90 dB

  23. Olika decibel • Skillnader mellan vad man mäter • Tryck eller spänning • Effekt • (Samband:)

  24. ”Förstärkardecibel” • Ofta ser man på stereoanläggningar skalor där det högsta värdet är 0 dB, sedan bara negativa värden • 0 dB – den högsta volymen anläggningen kan ge • Denna används som referens! • Samma princip – kvoten av lägre utsignaler relativt referensen ger negativa dB

  25. Olika psykoakustiska fenomen • Beats – örat kan inte separera två väldigt närliggande frekvenser • Man hör snittfrekvensen och amplituden varierar som skillnaden mellan frekvenserna • Utnyttjas när man stämmer stränginstrument 200 Hz 208 Hz 200 + 208 Hz (hörs 204 Hz, beat på 8 Hz)

  26. Olika psykoakustiska fenomen • Kombinationstoner – om frekvenser är separerade med minst 50 Hz kan man höra kombinationstoner • f1 – f2 och f1 + f2 200 Hz 300 Hz 200 + 300 Hz (100 Hz) (500 Hz)

  27. Olika psykoakustiska fenomen • Maskning - en stark ton maskar över svagare toner med närliggande frekvenser • T ex 4 kHz – svårt att höra svagare 3,5 kHz ton. Dock lätt att höra lika svag 1 kHz-ton. • Gäller även övertoner – 1 kHz med 2 kHz överton – svårt att höra 1900 Hz 4000 Hz 1000 Hz 4000 + 0,1*1000 4000 Hz 3500 Hz 4000 + 0,1*3500

  28. Akustik • När en ljudvåg träffar en yta kommer en del energi att reflekteras, en del att absorberas eller släppas igenom • Reflekteras med infallsvinkeln • Absorption – energin omvandlas till värme • Olika förhållanden beroende på material

  29. Fler begrepp • Diffusion • Ljudvågorna reflekteras åt alla håll • Diffraktion • Ljudvågorna viker av runt vassa kanter eller smala öppningar, går ”runt hörn”

  30. Rumsuppfattning • Två öron ger stereomöjligheter – vi kan uppfatta vart ett ljud kommer ifrån • Ett öra kan inte lokalisera en ljudkälla ordentligt • Öronen och hjärnan analyserar • skillnaden i intensitet mellan öronen • skillnaden i ankomsttid – || – • effekterna av ytterörat • Kan även användas av ett öra (monolyssning) } } höger/vänster fram/bak upp/ner

  31. Rumsuppfattning • Det uppstår en akustisk skugga för ena örat • Ljudet måste reflekteras • Förlorar intensitet • Tar längre tid • Låga frekvenser kan ”runda” huvudet (diffraktion), tar dock längre tid

  32. Rumsuppfattning • Stereohögtalare • Utnyttjar intensitetskillnader till att placera ut instrument mellan högtalarna, panorering • Om ljudkällan är lika stark i båda öronen – befinner sig rakt framför • Surround – fler högtalare gör att ljudkällor kan placeras ut runtom i rummet

  33. Rumsuppfattning • Ljudet sprids åt alla håll från en ljudkälla • Bara en liten del når lyssnaren direkt (direktljud) • Resten studsar runt och reflekteras eller absorberas • Olika frekvenser reflekteras olika, klangen ändras • Reflekterat ljud anländer senare och från andra håll än direktljudet • Direktljud – tidiga reflektioner – reverb

  34. Rumsuppfattning

  35. Rumsuppfattning • Tidiga reflektioner – inom 50 ms • Örat och hjärnan sammanfogar ljud inom ca 30 ms, allt tolkas som en och samma ljudkälla • Reflektioner gör ljudet fylligare och ger en uppfattning om rummets storlek • Större rum – tar längre tid att reflektera • Litet rum/kyrkosal?

  36. Rumsuppfattning • Reverb – reflektioner som anländer efter 50 ms • Kommer från alla möjliga håll • Efterklangstid: RT60 – ljudnivån har sjunkit 60 dB • Hjärnan använder reverbets tid och klang (oftast basfrekvenser som hänger kvar längst) för att uppfatta hårdheten på omgivande ytor • Reverbets volym i förhållande till direktljud ger en uppfattning om avståndet till källan

  37. Rumsuppfattning • Direktljud – ger information om ljudkällans placering, storlek och klangfärg • Tidiga reflektioner – ger information om rummets storlek • Reverb – ger information om rummets ytor. Proportionen mellan reverb och direktljud ger uppfattning om avstånd

  38. Ljudeffekter • På konstgjord väg kan man ändra rummet som en inspelning ägt rum i • Genom att lägga på distortion och begränsa bandbredden (frekvenserna) kan man t ex få rösten att verka komma ur en flygplansradio Talinspelning utan effekter Talinspelning med reverb Talinspelning med distortion Talinspelning med distortion och bandbreddsbegränsning

  39. Stående vågor • Strängar, rum, ja så gott som alla material har en viss egenfrekvens/resonansfrekvens • Betrakta rummet som ett slutet rör, ljudet reflekteras fram och tillbaka mellan väggarna

  40. Stående vågor • Beroende på rumsdimensionerna förstärks vissa frekvenser, med våglängder som ”passar” i rummet /2  /3/2 2

  41. Stående vågor • Ex. ett rum med dimensionerna 3×6×2,5 m • Grundtoner, /2: • 1=3×2, 2=6×2, 3=2,5×2 • Första överton, : • 4=3, 5=6, 6=2,5 • Frekvenser: • f1=57 Hz, f2=28 Hz, f3=68 Hz • f4=113 Hz, f5=57 Hz, f6=136 Hz • OSV…

  42. Stående vågor • Försök se till att rummets dimensioner inte är multiplar av varandra

  43. Lyssna! • Tänk på hur omgivningen låter vid inspelningen • Vi hör selektivt och kan urskilja ljud i störiga miljöer, vi tänker inte på störningarna • Mikrofoner tar upp allt ljud • Hörs inte förrän vid uppspelning • Försök lyssna på inspelningen • Jobbigt att spela in nytt ljud…

More Related