ΧρίστοςΝέστωρας, BSc MSc PhD MoASA MoEAA/YANcompus.uom.gr/EDU207/document/Nestoras_-_notes_2011.pdf · 5 25 Ακουστική-Ψυχοακουστική ΕΙΣΑΓΩΓΗΣΤΙΣΕΠΙΣΤΗΜΕΣΛΟΓΟΥΚΑΙΑΚΟΗΣ

1

1Ακουστική-Ψυχοακουστική

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΙΣ ΕΠΙΣΤΗΜΕΣ ΛΟΓΟΥ ΚΑΙ ΑΚΟΗΣ(Ακουστική-Ψυχοακουστική)

Ενδεικτική βιβλιογραφία:

Χρίστος Νέστωρας, BSc MSc PhD MoASA MoEAA/YAN

•F. Alton Everest, Master Handbook of Acoustics (Εγχειρίδιοακουστικής), ISBN: 960-7219-67-8

•Γ. Παπανικολάου, Ηλεκτρακουστική, 2η έκδοση, ISBN: 978-960-12-1394-1

•Heinrich Kuttruff, Acoustics, An introduction,ISBN-10: 0415386802

•G. Miller, Γλώσσα και οµιλία, ISBN: 960-01-0577-4

•Ν. Τσινίκας, Ακουστικός σχεδιασµός χώρων, ISBN: 960-12-1402-x2

Ακουστική-Ψυχοακουστική


• Εισαγωγή στις έννοιες της Ακουστικής και Ψυχοακουστικής

Επικοινωνία/Οµιλία/Ηχος - Μετάδοση (µέσο, χώρος) -Αντίληψη/µέτρηση


• Περιεχόµενο διάλεξης

•Ήχος-Ορισµός, Μέτρηση•Θεµελιώδης συχνότητα-Αρµονικές•Ανάλυση Fourier•Φίλτρα (Ιδιοσυχνότητα, Ζώνη συχνοτήτων, Ζώνη διέλευσης συχνοτήτων)•Το όργανο της ακοής•Πεδίο και όρια της ακοής•Ψυχοακουστική•Χαρακτηριστικά οµιλίας•Αντιληπτικότητα λόγου•Σχεδιασµός ακουστικής δωµατίου για οµιλία•Αντήχηση, Χρόνος αντήχησης (Reverberation Time, RT)•Μετρήσεις ακουστικής, Η θεωρία της ωστικής απόκρισης




• Ηχητικά κύµαταΗ παραγωγή ηχητικών κυµάτων βασίζεται στη ταλάντωση

Αν υποθέσουµε ότι έχουµε µια ταλαντούµενη επίπεδη επιφάνεια, π.χ. το σκέλος ενός διαπασών, δηµιουργείται ώθηση στα µόρια του αέρα (δεξιά-αριστερά)

Οι συνέπειες είναι:•Αύξηση της ατµοσφαιρικής πίεσης από την κατάσταση ηρεµίας P κατά p, ακολουθώντας τη φορα κίνησης του σκέλους

•∆ηµιουργία υποπίεσης λόγω πεπερασµένης ταχύτητας τών µορίων αέρα, p

•Περιοδικότητα, συνεπώς διάδοση ενός µηχανικού κύµατος το οποίο µπορεί να διεγείρει την αίσθηση της ακοής δηµιουργώντας το αίσθηµα του ήχου

ΕΛΟΤ 263.1:Ακουστική-Ορολογία-Μέρος 1: Ταλαντώσεις, ∆ονήσεις, ήχος, µηχανικό σοκ

Θόρυβος? Απώλεια ακοής, ενόχληση, δυσκολία στην επικοινωνία κτλ.



• Τύποι ηχητικών κυµάτων:

Η κατεύθυνση διαδοσης είναι κάθετη µε τη κατεύθυνση ταλάντωσης των µορίων του µέσου

Η κατεύθυνση διαδοσης είναι παράλληλη µε τη κατεύθυνση ταλάντωσης των µορίων του µέσου

∆ιαδίδονται στην επιφάνεια στερεών (ελλειπτική τροχιά των σωµατιδίων του µέσου). Κάθετη αλλά και οριζόντια περιοδική κίνηση σε τρεις διαστάσεις

∆ιαµήκη κύµατα:

Εγκάρσια κύµατα:

Επιφανειακά κύµατα:



• Ηχητικά κύµατα - Μήκος κύµατος και συχνότητα (Hz)

•Συχνότητα είναι το πλήθος των περιόδων ανά δευτερόλεπτο

•Μήκος κύµατος είναι η απόσταση που διανύει ένα κύµα µέχρι να συµπληρώσει µία περίοδο

)()/(..)(

HzFrequencysmSoundofSpeedmWavelength =

Μήκος κύµατος (λ)Συχνότητα κύµατος (f)Ταχύτητα κύµατος (c)f

c=λ⇔

Η συχνότητα και το µήκος κύµατος συνδέονται ως εξής:

2



• Ηχητικά κύµατα - Μήκος κύµατος και συχνότητα

)()/(..)(

HzFrequencysmSoundofSpeedmWavelength =

fc

=λ

0,017 m20 kHz

0,043 m8 kHz

0,344 m1 kHz

5,397 m63 Hz

17,175 m20 Hz

Wavelength (λ)Frequency (f)

Μήκος κύµατος (λ)Συχνότητα κύµατος (f)Ταχύτητα κύµατος (c)

⇔8



• Συχνότητα και όρια ακοής

Ήχοι µε συχνότητες 15Hz-20kHz είναι ακουστοί από το ανθρώπινο αυτί

Υπόηχοι <15Hz

Υπέρηχοι >20.000Hz

(8Hz ?)



• Γενικά χαρακτηριστικά σηµάτων οµιλίας

Οι ήχοι της οµιλίας δεν είναι τίποτε άλλο παρά διαµορφωµένος θόρυβος

Σε µια γενική θεώρηση, υπάρχουν δύο ανεξάρτητες λειτουργίες στην παραγωγή των ήχων της οµιλίας, η ηχητική πηγη και το φωνητικό σύστηµα




Στην πραγµατικότητα υπάρχουν τρεις διαφορετικές πηγές ήχου που διαµορφώνονται από τη φωνητική οδό

Πρώτη πηγή, είναι οι ήχοι που παράγονται από τις φωνητικές χορδές, οι οποίοι διαµορφώνονται σε ήχους φωνής



• Γενικά χαρακτηριστικά σηµάτων οµιλίας - Θεµελιώδης συχνότητα και Αρµονικές (οµιλία)

Η αρχική συχνότητα ενός συστήµατος (ιδιοσυχνότητα) ονοµάζεται θεµελιώδης συχνότητα (f1)

**Στη φύση δεν υπάρχει τέλειος ταλαντωτής, συνεπώς όλα τα συστήµατα έχουν κάποιο περιεχόµενο σε αρµονικές**

Το κύµα µε τη διπλάσια συχνότητα ονοµάζεται 2η αρµονική... µε τη τριπλάσια 3η αρµονική κ.ο.κ.

**Σύνθετα κύµατα-Fourier transform**

Πρώτη πηγή




∆εύτερη πηγή, είναι αυτή που δηµιουργείται µε σχηµατισµό ενός στενώµατος σε κάποιο µέρος της φωνητικής οδού µε τα δόντια, την γλώσσα ή τα χείλη και που εξαναγκάζει τον αέρα να περνά µέσα απ’αυτά µε αρκετά µεγάλη πίεση έτσι ώστε να δηµιουργείται στροβιλισµός, παράγοντας θόρυβο

Ο θόρυβος διαµορφώνεται ώστε να σχηµατίζει τους δασείς ήχους της οµιλίας, όπως φ, σ, β και ζ

∆εύτερη πηγή

3




Τρίτη πηγή, είναι αυτή που δηµιουργείται µε το πλήρες σταµάτηµα της αναπνοής µε αύξηση της πίεσης και στη συνέχεια µε την απότοµη απελευθέρωση της αναπνοής (κροτικοί ήχοι, κ, π και τ)

Τρίτη πηγή



• Θεµελιώδης συχνότητα και Αρµονικές, Το φαινόµενο του συντονισµού

**Η φωνητική οδός και το µοντέλο σωλήνα (φίλτρα)**

Εκτός από τη δηµιουργία αρµονικών στη πηγή, πρέπει να υπολογίσουµε και τα φαινόµενα συντονισµού

•Σε συγκεκριµένη συχνότητα η απόσταση που ταξιδεύει το κύµα µεταξύ των ορίων θα είναι ίση ή πολλαπλάσια του µήκους κύµατος οπότε και εχουµε τη δηµιουργία συντονισµού



• Γενικά χαρακτηριστικά σηµάτων οµιλίας (Σχηµατισµός ήχων φωνής /voiced)

Οι κορυφές του φίλτρου οφείλονται στις ακουστικές αντηχήσεις που ονοµάζονται χαρακτηριστικές ιδιοσυχνότητες (formant) της φωνητικής οδού που είναι ουσιαστικά κλειστή στο άκρο µε τις φωνητικές χορδές

Ένας τέτοιος ακουστικός σωλήνας µε µήκος 17εκ. έχει συντονισµούς σε περιττά τέταρτα µηκών κύµατος και οι κορυφές αυτές εµφανίζονται περίπου στα 500, 1500 και 2500Hz



• Γενικά χαρακτηριστικά σηµάτων οµιλίας (Σχηµατισµός ήχων όχι φωνής /unvoiced)

Σύνδεση όλων

∆ιάγραµµα παραγωγής δασέων ήχων όχι φωνής όπως φ, σ, β και ζ



• Θεµελιώδης συχνότητα και Αρµονικές, Πηγή - φίλτρα

Χαρακτηρίζει εν µέρει τη φωνή κάποιου18



• Κατευθυντικότητα της οµιλίας

4



• Γενικά χαρακτηριστικά σηµάτων οµιλίας•Formants create the various vowel sounds and the transitions among them while considered as a relatively efficient way to generate sound.

•Their amplitude can be up to 27dB higher than consonants which are all impulsive in character along with being voiced or unvoiced, with the latter being particularly quiet.

•Common durations for vowels and consonants are 90ms and 20ms respectively.

•Vowels emerge as the main reason for possible masking effects over the consonants.

•A critical element that is also utilized by the STI method is the modulation spectrum (defining the rate at which humans utter phonemes).

•Audible speech sounds organized into packets of phonemic information, can be modeled by amplitude modulating a wide-band signal.

•This can be represented by fourteen frequencies spaced at one-third octave intervals ranging from 0.63Hz to about 16Hz (the specific spectrum is not flat). There is a tendency for higher values at the middle frequencies.



• Η έννοια του φάσµατος-Φασµατογραφία

**SpectraLAB, WASP demo**



• Το όργανο της ακοής

Τα ακουστικά κύµατα για να γίνουν αντιληπτά από τον άνθρωπο µετατρέπονται σε ακουστικά ερεθίσµατα µέσω του οργάνου της ακοής. Το ακουστικό όργανο, σε µια πολύ γενική θεώρηση, αποτελείται από τρία τµήµατα:

1. Το αυτί, που λαµβάνει το ηχητικό κύµα και το µετατρέπει σε νευρικά ερεθίσµατα

2. Το ακουστικό νεύρο, που διαβιβάζει αυτά τα ερεθίσµατα προς τον εγκέφαλο

3. Το κέντρο ακουστικής αντίληψης, που επεξεργάζεται τα νευρικά σήµατα και τα µετατρέπει σε ακουστική αντίληψη

Η όλη διαδικασία αυτής της επεξεργασίας δεν είναι ακόµα τελείως γνωστή. Γενική αντιµετώπιση του προβλήµατος εδώ, δεδοµένου του πεδίου µελέτης



• Το όργανο της ακοής

Το ανθρώπινο αυτί αποτελείται από τρία βασικά µέρη:

1. Εξωτερικό αυτί, τµήµα που λαµβάνει το ηχητικό κύµα και το προωθεί προς τη µεµβράνη (διάδοση µέσω αέρα)

2. Κεντρικό αυτί, αποτελείται από τη µεµβράνη και τα τρία οστάρια: σφύρα, άκµονας και αναβολέας (µηχανική διάδοση)

3. Εσωτερικό αυτί, αποτελείται από τα παράθυρα του προθαλάµου του κοχλία (Ελλειψοειδές, κυκλικό), τον κοχλία και τα τρία ηµικύκλια κανάλια



• Το όργανο της ακοής, Το εξωτερικό αυτί

Το εξωτερικό αυτί αποτελείται από το ακουστικό πτερύγιο (ένα είδος χοάνης), τον ακουστικό πόρο και το τύµπανο

Κατευθυντικότητα πηγής (>700Hz όριο)?

Το ακουστικό κανάλι (πόρος) έχει µήκος 3 εκ. και διάµετρο 0.7 εκ. περίπου (τύµπανο, µύες)

Από κυµατική σκοπιά αυτό το κανάλι δεν είναι τίποτα άλλο παρά ένας σωλήνας µε διαρκώς εναλλασσόµενη διατοµή κατά το µήκος του, µε ένα ανοικτό άκρο (χοάνη-τύµπανο) 24



• Το όργανο της ακοής, Το εξωτερικό αυτί

fc

=λ

Στη συχνότητα που αντιστοιχεί στο λ/4 του στάσιµου κύµατος που αναπτύσσεται

µέσα στο κανάλι (λ/4=3εκ.) θα έχουµε τη µέγιστη πίεση. Από τη γνωστή σχέση

βγαίνει ότι η συχνότητα αυτή είναι γύρω στα 2870 Hz

Φίλτρο, Μέγιστη ευαισθησία ακοής (3000Hz)?

cfλ

=⇒

5



• Το όργανο της ακοής, Το κεντρικό αυτί Το κεντρικό αυτί, όπως και το εξωτερικό, περιέχει µέσα του αέρα. Για τηνεξισορρόπηση της τυχόν διαφοράς στατικής πίεσης υπάρχει ένας στενόςαγωγός που συνδέει το κεντρικό αυτί µε την ατµόσφαιρα µέσω του επιφάρυγγα(ευσταχιανή σάλπιγγα)

Μόνιµη µετατόπιση της µεµβράνης?

Μηχανικό σύστηµα σφύρας, άκµονα, αναβολέα 26Ακουστική-Ψυχοακουστική


• Το όργανο της ακοής, Το εσωτερικό αυτί

Το εσωτερικό αυτί αποτελείται από ένα ελικοειδές όργανο (κοχλία) µήκους 35χιλ.περίπου µέσα στο οποίο γίνεται η µετατροπή των µηχανικών κινήσεων σε νευρικούς παλµούς. Ο κοχλίας αποτελείται από τρεις θαλάµους που περιέχουνυγρό.

Η βασική µεµβράνη στηρίζει τον θάλαµο που περιέχει τριχοειδή κύτταρα τα οποία είναι υπεύθυνα για τη µετατροπή των µηχανικών ερεθισµάτων σε νευρικά ερεθίσµατα (Όργανο του Corti)

(Ιδιοσυχνότητα, Ζώνη συχνοτήτων, Ζώνη διέλευσης συχνοτήτων)

**CochSim demo**



• Πεδίο και όρια της ακοής

Το φάσµα των ακουστών συχνοτήτων είναι περιορισµένο εξαιτίας της ανατοµίας του ανθρώπινου αυτιού (φίλτρο)

Συχνότητα 16-20.000HzΕντάσεις?



• Ένταση ήχου, ακουστότητα

Η αντίληψη των φυσικών ακουστικών µεγεθών από τον εγκέφαλο είναι πολύ διαφορετική από την ανάλυση που µπορεί να εκτελεί ένα όργανο µέτρησης των µεγεθών αυτών

Αντικειµενική-Υποκειµενική αντίληψη

Επειδή η ακουστότητα είναι ένα υποκειµενικό φαινόµενο της ανθρώπινης αντίληψης του ήχου, αναφέρεται πάντοτε σε ακουστότητα ενός συγκεκριµένου τόνου µε γνωστή συχνότητα και ένταση

1000Hz (από το 1937) 50 2.04 10p Pascal−= ×



• Ένταση ήχου, ακουστότητα

**Στάθµη ακουστότητας ορίζεται ως η στάθµη ηχητικής πίεσης ενός τόνου 1kHz που η ανθρώπινη ακοή αντιλαµβάνεται το ίδιο έντονα µε τον ήχο υπό µελέτη, και µετριέται σε Phons**

Fletcher & Munson (1930) equal loudness curves



• Έκθεση σε υψηλές στάθµες

1. Ακουστική αντίδραση, Ήχοι πάνω από 90dB και διάρκεια >10msec

2. Στα ~140dB τα οστάρια αλλάζουν κατεύθυνση ταλάντωσης κατά 90°

∆ύο φυσικοί µηχανισµοί άµυνας:

∆ραστηριοποιείται ο τυµπανικός τένοντας µειώνοντας την ευαισθησία του τυµπάνου, κάνοντάς το πιο άκαµπτο

Στα 140dB η πίεση είναι περίπου ίση µε τα όρια της µηχανικής αντοχής του τυµπάνου

6



• Το φαινόµενο απόκρυψης (masking effect)

Ειδική συµπεριφορά της ακοής αναλόγως της συχνότητας, αλλά και για άλλους λόγους

Είναι φυσικό όταν ένας τόνος µε κάποια συχνότητα, ένας άλλος τόνος µετην ίδια συχνότητα και µε χαµηλότερη στάθµη να µην γίνεται αντιληπτός

Η ευαισθησία της ακοής µειώνεται επίσης και σε µια ευρύτερη περιοχή που εκτείνεται προς τις υψηλότερες περιοχές συχνοτήτων



• ∆ιωτική ακοή (Binaural hearing)

∆ιωτική ακοή και εντοπισµός κατεύθυνσης πηγής (localization), ITD-ILD

Effects of binaural hearing,I) ITD, based on phase difference (for lower frequencies)II) ILD, based on level difference (for higher frequencies)

∆ιαφορά φάσης, An upper frequency limit relates to the directional angle of the source, e.g. 743Hz for a 90° angle. Above this frequency the ear simply cannot resolve the phase differences, while the limit increases with more acute source-listening angles

∆ιαφορά έντασης, ILD is based on the level difference at the ears due to shadowing effects caused by the head. Given that objects whose size is small compared to the wavelength will appear acoustically invisible, the function is effectively introduced into human perception over a threshold frequency value, relating to the size of the listeners head.

Αντιληπτικότηταλόγου?Πηγή σε θόρυβο

∆ιαχωρισµός φωνών



• ∆ιωτική ακοή (Binaural hearing)

Πλεονέκτηµα διωτικής ακοής ως προς την αντίληψη οµιλίας και εντοπισµός κατεύθυνσης πηγής (localization), ITD-ILD

Αντιληπτικότηταλόγου?Πηγή σε θόρυβο

∆ιαχωρισµός φωνών34



• Η αντιληπτικότητα του λόγου

Κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν την αντιληπτικότητα του λόγου:•Ένταση της φωνής του οµιλητή (ηχοσύστηµα)

•Θόρυβος περιβάλοντος

•Χρόνος αντήχησης

•Έλεγχος των πρώτων αντανακλάσεων του ήχου

•Η αντιληπτικότητα του λόγου µπορεί να µετρηθεί όχι µόνο υποκειµενικά αλλά και αντικειµενικά (STI, C50..)



• Μείωση της ακοής/∆υσµενείς συνθήκες ακρόασης - Προβλήµατα κατανόησης

Όταν κάποιος υποφέρει από απώλεια ακοής λόγω θορύβου χάνει τη δυνατότητα να ακούει κυρίως υψηλές συχνότητες, συνεπώς τα σύµφωνα στο λόγο (όπως σ, κ, φ).

Παρ’όλο που αυτά αποτελούν µόνο ένα µικρό µέρος του λόγου συµβάλλουν σηµαντικά στην αντιληπτικότητα του λόγου. Συνεπώς δηµιουργούνται προβλήµατα κατανόησης.

Frequency Sound Type %Speech %Intelligibility

60-800 Hz Vowels 60 5

800-1kHz Consonants 35 35

1-4kHz Consonants 5 60



• Παραδείγµατα- Προβλήµατα κατανόησης (αντιληπτικότητα του λόγου)

Παράδειγµα (ηχητικό):

1. Οµιλητής µόνο

2. Οµιλητής µε θόρυβο περιβάλλοντος

3. Οµιλητής µε µεγάλο χρόνο αντήχησης

4. Οµιλητής µε ελεγχόµενο χρόνο αντήχησης

7



• Αντιληπτικότητα του λόγου και ακουστική δωµατίου

Η αντιληπτικότητα λόγου είναι κρίσιµος παράγοντας στην ακουστική χώρων για οµιλία και απαιτούνται συγκεκριµένες προϋποθέσεις για αποδεκτό αποτέλεσµα

Octave-band Contributions to Speech Intelligibility

05

101520253035

125 250 500 1k 2k 4k 8kFrequency (Hz)

%

Συµβολή διαφορετικών οκτάβων στην αντιληπτικότητα του λόγου



Παράγοντες που οφείλονται στον αρχιτεκτονικό σχεδιασµό

Θόρυβος περιβάλλοντος-βάθους (κίνηση σε δρόµους, θόρυβος πλήθους, κλιµατιστικά..)

Expressed in decibels, low values of the S/N ratio are responsible for impaired acoustical performance that can result in a multitude of problematic situations


S/N ratios are subject to these parameters as they are also considered as unwanted elements (noise)

Υπερβολική αντήχηση

Υψηλής στάθµης ηχώ

Πρόωρες αντανακλάσεις



Παράγοντες που οφείλονται στον ηλεκτρονικό εξοπλισµό

Απόκριση συχνοτήτων (Frequency response)Flat response (for better loudness), Wide frequency response (essential but not necessary)

Κατευθυντικότητα (Directivity), Comb-filteringThe directivity factor of microphones and especially loudspeakers has an important role in the sense of minimizing pointless reception and dispersion of sound


Παραµόρφωση συστήµατοςEvery electrical component has certain restraints and limitations



• Αντήχηση, Χρόνος αντήχησης (Reverberation Time, RT)

Ο χρόνος αντήχησης ορίζεται ως ο χρόνος που χρειάζεται ώστε ο ήχος να εξασθενήσει κατά 60dB µέσα σε ένα δωµάτιο

..κατά προσέγγιση για µικρό δυναµικό πεδίο (extrapolation)



• Καµπύλη εξασθένησης ήχου και πεδίο τέλειας διάχυσης (sound decay curve and perfectly diffuse field)

Μετάδοση ακουστικής ενέργειας στο χώρο



• Καµπύλη εξασθένησης ήχου - ∆ηµιουργία ανοµοιόµορφου ακουστικού πεδίου (non diffuse field)

Μερική χρήση απορρόφησης

∆υσανάλογες διαστάσεις >4:2:1 ratio γιαµήκος : πλάτος : ύψος

Άνισα διανεµηµένη απορρόφηση

Εµπόδια

Χωρίσµατα

8



• Καµπύλη εξασθένησης ήχου – Ακουστικά συζευγµένοι χώροι



• Υπολογισµός χρόνου αντήχησης – Τύπος του Sabine

)()(.161.02

3

mUnitsAbsorptionmVolumeRT =

Ο τύπος του Sabine προϋποθέτει ένα οµοιόµορφο ακουστικό πεδίοσυνεπώς για την αντίθετη περίπτωση δίνει αυξανόµενα µη ακριβείς λύσεις

W.C. Sabine, Harvard university

Μονάδες απορρόφησης= =Επιφάνεια*Συντελεστής απορρόφησης

Μία µονάδα απορρόφησης = 1 Sabine

aS



• Υπολογισµός χρόνου αντήχησης – Παράδειγµα

2.00x 0.10 =20Ξύλινο πάτωµα

2.80x 0.15 =20Οροφή

0.09x 0.03 =3Γυάλινη πόρτα

2.04x 0.04 =51Τοίχος

Absorption Units

Absorption Coef. 1 kHz

Area(m2)

Υπολογισµός χρόνου αντήχησης (RT) στο 1 kHz για ένα δωµάτιο µε διαστάσεις5m x 4m x 3m:

Ο χρόνος αντήχησης µετριέται χωριστά για κάθε οκτάβα / τριτοοκτάβα κ.ο.κ.Έλεγχος χρόνου αντήχησης ? (Απορρόφηση, Αντανάκλαση, ∆ιάχυση)

)()(.161.02

3

mUnitsAbsorptionmVolumeRT = 1

0.161 5 4 3 1.4sec2.04 0.09 2.8 2 kHz

× × ×= =

+ + +



• Επίδραση της αντήχησης στην οµιλία



• Ιδανικός χρόνος αντήχησης (RT)

Τεχνητή αντήχηση?)107.0012.0( 3 += VolumerRT

r = 4 Οµιλία, 5 Κλασική ορχήστρα ή 6 Χορωδία



• Σχεδιασµός ακουστικής δωµατίου για οµιλία

Στο σχεδιασµό αιθουσών ακροατηρίου που χρησιµοποιούνται κυρίως για οµιλία προτεραιότητα πρέπει να δίνεται στην ευκρίνεια της οµιλίας (συνεπώς..αντιληπτικότητα του λόγου)

Αίθουσες διαλέξεων και διδασκαλίας, θέατρα, σταθµοί..

Ειδικές ορολογίες, ξένη γλώσσα, δυσκολίες άρθρωσης, επείγοντα µηνύµατα.. Οι συνθήκες ακουστικής πρέπει να είναι ιδανικές

Χαρακτηριστικά οµιλίας (Σύµφωνα, φωνήεντα, στάθµη οµιλίας..)

Ευκρίνεια=ισχύς +διαύγεια

9




Τα χαρακτηριστικά που επηρεάζουν την ισχύ της οµιλίας είναι επιγραµµατικά:•Απόσταση από τον οµιλητή

•Κατεύθυνση της πηγής του ήχου

•Ηχοαπορρόφηση

•Ακουστικοί ανακλαστήρες

•Ηλεκτροακουστική ενίσχυση

•Ηχητικές σκιές

Τα χαρακτηριστικά που επηρεάζουν την διαύγεια της οµιλίας είναι επιγραµµατικά:•Ανακλάσεις µεγάλης χρονικής καθυστέρησης

•Χρόνος αντήχησης

•Αναπαραγωγή της πηγής από µεγάφωνα

•∆ιάχυτος θόρυβος

•Εισερχόµενος θόρυβος

Σχήµα, όγκος, αντήχηση, θόρυβος




Ο βέλτιστος χρόνος αντήχησης ενισχύει τη στάθµη ακουστότητας της οµιλίας

Υπερύψωση σκηνής (1m) για τη βελτίωση της γωνίας εκποµπής (επίσης 140° στο αζιµούθιο)

Ηλεκτροακουστική εγκατάσταση όταν >100-150 άτοµα χωρητικότητα.

Οι διαδροµές του απευθείας ήχου πρέπει να είναι όσο το δυνατόν µικρότερες για την αποφυγή απορρόφησης από τον αέρα

Η σχέση όγκου ανά ακροατή πρέπει να είναι µεταξύ 2.3 - 4.3m3 µε προτεραιότητα προς το 2.3

Έλεγχος πρώιµων αντανακλάσεων (επίσης S/N)






• Μετρήσεις ακουστικής, Η θεωρία της ωστικής απόκρισης

Η ωστική απόκριση ενός συστήµατος είναι η µαθηµατική λειτουργία που περιγράφει το παράγωγο του συστήµατος όταν διεγείρεται από ένα παλµό

∆ωµάτιο=φίλτρο

Σήµα µέτρησης (ηχείο, φωνή)=είσοδος

Σηµείο µέτρησης στο χώρο (mic, αυτί)=έξοδος



• Μετρήσεις ακουστικής, Η θεωρία της ωστικής απόκρισης

Οι αλλαγές στις οποίες υπόκειται το σήµα κατά την µετάδοσή του µέσα από ένα σύστηµα µπορούν να δώσουν µια πλήρη περιγραφή των ακουστικών ιδιοτήτων αυτού του συστήµατος

Auralization

Virtual environments/Gaming

∆ιωτική (binaural) ωστική απόκριση



• Μετρήσεις ακουστικής, Σύγχρονες τεχνικές µέτρησης (ακουστικά ερεθίσµατα)

Το ακουστικό ερέθισµα για τη µέτρηση της ωστικής απόκρισης πρέπει να είναι ένας αναπαραγώγιµος, ως προς την κατευθυντικότητα/στάθµη και το φάσµα συχνοτήτων, παλµός

Η ιδανική µορφή ενός τέτοιου σήµατος ορίζεται ως ένας παλµός µε απείρως µικρή διάρκεια, απείρως υψηλή στάθµη και µια µονάδα ενέργειας (Dirac or Delta function pulse)

•Ένα ηχείο αντιµετωπίζει φυσικούς περιορισµούς στην αναπαραγωγή σηµάτων πολύ µικρής διάρκειας και µεγάλης ισχύος

•Άλλες πηγές (όπως: πιστόλι αφέτη, µπαλόνι κτλ.) δεν είναι ικανές να αναπαράγουν ένα σήµα µε την ίδια ακρίβεια κάθε φορά

•Όµως, διαφορετικού τύπου σήµατα µπορούν να χρησιµοποιηθούν αν έχουν ακριβή µαθηµατικό ορισµό και επαρκή ισχύ σε όλο το εύρος συχνοτήτων που αφορά την µέτρηση

10




Σήµα DIRAC (θεωρητικό)Ιδανικό

Πιστόλι αφέτη, µπαλόνι(παλµός κατά προσέγγιση) Κακή

αναπαραγωγιµότητα(directivity, power)




•Λευκός θόρυβος

•MLS (maximum length sequence)

•Ροζ θόρυβος (pseudo random) µε έµφαση σε συγκεκριµένες οκτάβες

•Ηµιτονοειδές σήµα (γραµµικό)

•Ηµιτονοειδές σήµα (λογαριθµικό)

WinMLS demo



• Μετρήσεις ακουστικής, Σύγχρονες τεχνικές µέτρησης (Schroederintegration)

Αντίστροφη ολοκλήρωση (Schroeder)

RT, EDT, C50, STI, D50, G, S/N…Μονάδες αξιολόγησης συνθηκών



• Μετρήσεις ακουστικής, Μονάδες αξιολόγησης συνθηκών

RT, EDT, C50, STI, D50, G, S/N…


Τέλος..

Dr Χρίστος ΝέστωραςAssociate member ASA, EAA/YAN

E: [email protected]

[email protected]


Documents

ΧρίστοςΝέστωρας, BSc MSc PhD MoASA MoEAA/YANcompus.uom.gr/EDU207/document/Nestoras_-_notes_2011.pdf · 5 25 Ακουστική-Ψυχοακουστική ΕΙΣΑΓΩΓΗΣΤΙΣΕΠΙΣΤΗΜΕΣΛΟΓΟΥΚΑΙΑΚΟΗΣ