16. Zvuk, lidské ucho a fyziologické vlastnosti slyšení

Question 1

Definice zvuku

Answer 1

Zvuk je mechanické vlnění částic pružného prostředí.

Question 2

Základní vlastnosti zvukového vlnění (frekvence/perioda, vlnová délka, rychlost šíření), jejich význam a vzájemný vztah

Answer 2

Perioda T (Hz) = doba trvání 1 opakování
Frekvence f (Hz) = Kolik period se vejde do 1 s
-> pro krajní hodnoty slyšitelného pásma: 20 - 20 000 Hz

Vlnová délka (lambda) (m) = vzdálenost, kterou zv. vlna urazí za dobu 1 periody
-> pro krajní hodnoty slyšitelného pásma: 20 m ~ 20 mm

Rychlost šíření c (m/s) = vzdálenost, kterou zv. vlna urazí za 1 s
-> obecně závisí na vlastnostech prostředí šíření:
Vzduch - 340 m/s
Kapaliny - 1500 m/s
Pevné látky - 6500 m/s

VZÁJEMNÝ VZTAH:
lambda = c × T = c/f

Question 3

Veličiny pro popis úrovně zvukového zdroje,
zákon převrácených čtverců

Answer 3

Akustický výkon Pa (w) = udává množství energie vyzářené daným zdrojem za 1 s

Intenzita zvuku I (w/m²) = udává akustický výkon vztažený k vyzařované ploše
-> pro kulové vloplochy klesá intenzita s druhou mocninou vzdálenosti => ZÁKON PŘEVRÁCENÝCH ČTVERCŮ

Tlak p (Pa) = udává množství síly vztažené k ploše, na kterou tato síla působí

Question 4

Interference – základní druhy a její důsledky (efekt hřebenového filtru aj.)

Answer 4

INTERFERENCE = jev, při kterém dochází ke skládání dvou a více zv. vln
- rozlišujeme 2 základní stavy interference:
KONTRUKTIVNÍ
- vlnění se sejdou vzájemně ve fázi -> signál se zesílí
DESTRUKTIVNÍ
- vlnění se sejdou v protifázi -> signál se zeslabí
- výrazným “problémem” interference je, že pozice pro konstruktivní a destruktivní interferenci se liší v závislosti na frekvenci - HŘEBENOVÝ FILTR

Question 5

Struktura HAS (Human Auditory System) – 3 základní části a jejich význam

Answer 5

HAS = lidský smyslový systém, který se zabývá vnímáním zvuku v lidském těle
- základní části:
1, UCHO = MIC
- slouží k zachycení a předzesílení zv. signálu, převádí na nervové vzruchy
2, CNS = KABEL
- slouží k vědění signálu mezi uchem a mozkem
3, MOZEK = MIX
- slouží ke zpracování nervových vzruchů z ucha

Question 6

(ROZDĚLENÍ UCHA) + Struktura hlemýždě a podstata akusticko-elektrického převodu v uchu

Answer 6

Ucho můžeme dle funkce rozdělit do 3 částí:
1, VNĚJŠÍ: slouží k zachycení signálu = anténa,
části: boltec, zvukovod, bubínek
2, STŘEDNÍ: slouží k předzesílení signálu = předzesilovač,
části: kladívko, kovadlinka, třmínek
3, VNITŘNÍ: slouží k přeměně akustického vlnění na nervové vzruchy = měnič,
části: hlemýžď (kochlea)

HLEMÝŽĎ
(Nakreslit obrázek)
Uprostřed nízké frekvence,
Venku vysoké frekvence,
Na vstupu ovální okénko,
Celé bazilární membrána

Princip převodu v hlemýždi:
1, Ovální okénko rozkmitá kapalinu vnitřního ucha.
2, V určitém místě na toto kmitání reaguje tzv. Bazilární membrána.
3, Na Bazilární membráně jsou tzv. Vláskové buňky, které se na základě reakce baz. membrány rozhýbou.
4, Pohybem Vláskových buněk se generují Nervové vzruchy.

Question 7

Funkční parametry ucha – frekvenční a dynamický rozsah

Answer 7

Frekvenční rozsah: 20 - 20 kHZ
- udává rozsah frekvencí, které jsme schopni vnímat
- informaci o frekvenční složce signálu dohledáváme ve Spektrogramu
- dán tloušťkou bazilární membrány

Dynamický rozsah: 0 dB SPL - 130 dB SPL
- udává rozsah úrovní signálu, které jsme schopni vnímat bez bolesti
- informace o dynamickém signálu dohledáváme ve Waveformě
- je dán funkcí ušního svalstva

Question 8

Polohování zdrojů zvuku – přehled a význam jednotlivých parametrů (azimut, elevace, vzdálenost)

Answer 8

PROSTOROVÁ LOKALIZACE ZVUKU = proces, při kterém hledám umístění konkrétního zdroje zvuku
- obecně je zdroj zvuku lokalizován pomocí 3 souřadnic, v akustice používáme polárního souřadnicového systému:
AZIMUT (fí) - udává úhel v horizontální rovině
ELEVACE (přeškrtlé O) - udává úhel ve vertikální rovině
VZDÁLENOST (d) udává, jak daleko se posluchač a zdroj vzájemně nacházejí

Question 9

Základní parametry pro prostorovou lokalizaci zvuku v horizontální a vertikální rovině, důsledky pro binaurální a vícekanálovou reprodukci

Answer 9

HORIZONTÁLNÍ ROVINA/AZIMUT - pro určení Azimutu využíváme:
ITD (Interoural Time Difference)
- udává rozdíly v čase dopadu zv. vlny na levé a pravé ucho
- primárně pro lokalizaci nízkých kmitočtů
ILD (Interoural Level Difference)
- udává rozdíly v úrovni dopadu zv. vlny na levé a pravé ucho
- primárně pro lokalizaci vyšších kmitočtů

VERTIKÁLNÍ ROVINA/ELEVACE - pro určení Elevace využíváme filtraci ušním boltcem
- pro každého člověka individuální - dá se změřit v laboratoři