Laborationer i miljöfysik
Hörselkontroll
Bullerskydd med öronproppar
Målet med övningen är att ta upp ett audiogram för en person, samt att undersöka hur mycket ljudet
dämpas i olika frekvensområden med öronproppar.
1 Audiogram
Audiogrammet ska täcka frekvensintervallet 125 Hz till 12000 Hz. Arbeta parvis så att en person,
”specialisten”, sköter tongeneratorn och en är ”patient”.
Specialist och patient placerar sig så att patienten inte kan se specialistens agerande. Det är viktigt att
försöket utförs i ett rum med så lite störande ljud som möjlig.
För att genomföra en undersökning ska specialisten skicka korta signaler med olika styrka och
frekvens till patienten. Då specialisten trycker på knappen TEST på tongeneratorn sänds en ton till
hörlurarna på patienten.. Signalen kan skickas till vänster eller höger öra eller till båda beroende på
inställningen av ett vridreglage på tongenerator panelen.
Undersök det ena örat på försökspersonen. Använd ett förbearbetat audiogram (på papper eller i Excel)
för att markera mätresultaten. Observera att mätaren mäter vägd ljudnivå, dB(A). Mätarens nollnivå
följer alltså den streckade kurvan. Om mätresultatet t ex är 12 dB skall du markera 12 dB ovanför den
streckade kurvan.
Patienten:
Sätt på dig lurarna så att du har den som är markerad L på vänster och R på höger öra. Då
du uppfattar en signal ska du trycka på kontrolltangenten. Detta är ditt svar till
specialisten att du hört en ton. Specialisten kommer att markera i audiogrammet vilken
frekvens och ljudnivå du hört.
Specialisten: Starta med vänster öra (omkopplaren i läge LEFT) och frekvensen 125 Hz
(MULTIPLIER på 10 och FREQUENCY på 12,5. Ställ områdesomkopplaren för ljudnivå
på 0-50 dB och vrid ner på mätaren till 1 dB. Tryck på TEST. Patienten uppfattar inget
här. Öka i steg om 5 dB tills patienten uppfattar ljudet. Se bilden nedan där 20 dB är
inställt. När signallampan tänds, patienten hör tonen, gör du en markering i diagrammet.
Om det skulle behövas kan du med områdesomkopplaren byta till 40-90 dB.
OBSERVERA att du då först måste vrida ner till 1 på mätaren. Detta är viktigt för
patienten!
Sedan byter du frekvens till 250 Hz, 500 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz, 4000 Hz, 8000 Hz,
12000 Hz. För att kunna ställa in frekvensen 250 Hz byter du till området ”100” med
MULTIPLER och vid frekvensen 2000 Hz byts till 1000). Starta alltid med minimal
ljudnivå (1 dB) och gå uppåt så att patienten kan observera minsta möjliga ljudnivå.
Då du undersökt upp till frekvensen 12000 Hz enligt ovan så öka frekvensen i steg upp
emot 20000 Hz (med ökande ljudnivå) för att ta reda på vilken högsta frekvens som
patienten hör.
Är hörseln OK? Kan patienten uppfatta normalt tal och musik?
Finns det några felkällor i undersökningen? Hur inverkar dessa på mätresultatet?
MALMÖ HÖGSKOLA, Lärarutbildningen, Avdelningen för fysik
Mats Areskoug och Lars Jakobsson
1
2003-08-11
Örats hörselområde
120
110
100
90
80
70
Hörseltröskel 0 phon
Vägningskurva 0 dB(A)
Normalomfång musik
Normalomfång tal
60
50
40
30
20
10
0
-10
10
100
1000
10000
100000
Frekvens / Hz
2 Bullerdämpning med öronproppar.
Sätt nu en öronpropp i det undersökta örat. Upprepa hörselundersökningen. Beräkna öronproppens
dämpning i dB och redovisa den som funktion av frekvensen i ett diagram.
MALMÖ HÖGSKOLA, Lärarutbildningen, Avdelningen för fysik
Mats Areskoug och Lars Jakobsson
2
2003-08-11
Laborationer i miljöfysik
Frekvensanalys av musik och tal
Version med ljudanalysprogrammet Cool edit
Målet med laborationen är att du skall få kunskap om hur ljudnivån fördelar sig på olika
frekvenser i tal och musik. Du får då bl a underlag för att bedöma hur en hörselskada drabbar
förmågan att uppfatta tal och musik. (Detta skall du sedan undersöka vidare i nästa del av
laborationen, Hörselnedsättning.)
3 Beskrivning av datorprogrammet Cool edit
Programmet Cool edit är ett ljudredigerings och analysprogram. De funktioner du behöver
utnyttja är
Du kan se ljudtryckets variation med tiden, översiktligt över flera sekunder eller i detalj på
mikrosekundsnivå.
Du kan frekvensanalysera ljudet – i ett frekvensspektrum ser du ljudnivån som funktion av
frekvensen.
Du kan filtrera ljudet så att vissa frekvensintervall förstärks eller försvagas.
Det går inte att skriva ut direkt från programmet, men du kan göra skärmdump (Tryck på
Print screen på tangentbordet. Gå till ett word-dokument och klistra in bilden).
4 Utförande och analys
4.1
Enkla toner
4.1.1 Ljudtryckets variation med tiden
Starta programmet Cool edit (ikon finns på skrivbordet). Öppna filen stämgaffel.
(C\coolpro\ljudfiler\Enkla toner\stämgaffel)
Du ser ljudtrycket som funktion av tiden.
MALMÖ HÖGSKOLA, Lärarutbildningen, Avdelningen för fysik
Mats Areskoug och Lars Jakobsson
3
2003-08-11
•
•
Starta avspelning med pilknappen i nedre vänstra hörnet av skärmen. Lyssna och följ
skeendet på skärmen. Iakttag hur ljudnivån förändras allteftersom tonen dör ut.
Klicka ungefär mitt i ljudet. Rulla med scrollknappen på musen. Då förstorar du tidsskalan
och kan så småningom se de enstaka svängningarna. (Du kan också förstora tidsskalan
med de gula ”förstoringsknapparna” nedanför graferna).
•
•
Vilken kurvform har svängningarna?
Gör lämplig avläsning på skärmen, så att du kan beräkna svängningens frekvens!
Scrolla vidare tills du ser punkter längs kurvan. Det är digitaliseringspunkterna – i den digitala
ljudfilen finns amplituden lagrad endast i dessa punkter. När man spelar upp ljudet fyller
digital-analogomvandlaren i så att det uppstår en kontinuerlig kurva.
4.1.2 Frekvensanalys
MALMÖ HÖGSKOLA, Lärarutbildningen, Avdelningen för fysik
Mats Areskoug och Lars Jakobsson
4
2003-08-11
Scrolla tillbaka så att du ser ett tiotal svängningar. Markera någonstans mitt i skärmen. Gå in
på menyraden: Analyze, Frequency Analysis. Datorn utnyttjar nu en beräkningsmetod (FFT,
fast fourier transform) för att beräkna frekvensen på ljudet. I ett nytt fönster ser du ljudnivån
som funktion av frekvensen. Du ser en enda frekvenstopp, dvs stämgaffeln ger ifrån sig en
enda väldefinierad frekvens.
•
Avläs frekvensen i fönstret Frequency i underkanten. Hur stämmer det med din egen
beräkning?
Några speciella egenskaper hos FFT-grafen:
Under 100 Hz ger FFT-analysen inga pålitliga värden – ofta visar grafen en del skräp som
inte finns i verkligheten.
Begreppet ljudnivå används ofta relativt. Man relaterar inte till människans hörseltröskel,
utan väljer t ex att definiera 0 dB som den maximala ljudnivå datorn kan behandla. Alla
andra ljudnivåer får då ett negativt värde.
Under c:a –84 dB finns en matta av brus som uppstår i elektroniken. Du bör därför se till
att diagrammet inte visar något under denna gräns (Range bör stå på 84 dB).
Frekvensskalan går upp till 11000 Hz. Om du vill kunna urskilja frekvenser under 1000
Hz bättre kan du välja log-skala (klicka bort linear view)
Stäng ljudfilen och öppna någon av de andra, t ex provröret.
MALMÖ HÖGSKOLA, Lärarutbildningen, Avdelningen för fysik
Mats Areskoug och Lars Jakobsson
5
2003-08-11
Provrör
När man blåser i ett provrör får man en grundton, men också ett antal övertoner.
• Hämta filen provrör. Lyssna på ljudet. Studera vågformen genom att förstora (rulla på
mustangent).
• Gör frekvensanalys på ljudet från provröret, Analyze, Frequency Analysis. . Peka på
topparna och avläs frekvensen för grundton och de fyra första övertonerna i fönstret
Cursor. Vilken samband ser du?
•
•
•
Beräkna våglängden för grundtonen
Det aktuella provröret har längden 15 cm. Ser du något samband mellan provrörets längd
och grundtonens våglängd?
Jämför ljudnivån för de olika övertonerna! Ser du något mönster?
Klarinettskala
• Gör motsvarande avläsningar som för provröret för några av skalans toner.
• Spela upp skalan och iakttag hur grundton och övertoner förändras (använd logskala i
frekvensanalys-fönstret).
• Scrolla ut så att du ser de enskilda vågorna. Titta på vågformen. Utöver grundsvängningen
innehåller den uppenbarligen även snabbare svängningar. Det är dessa som FFT-analysen
kan urskilja som en rad övertoner med noggrant bestämda frekvenser.
MALMÖ HÖGSKOLA, Lärarutbildningen, Avdelningen för fysik
Mats Areskoug och Lars Jakobsson
6
2003-08-11
4.2
Sammansatt ljud
4.2.1 Röstljud, inspelning
Inspelning av egna ljud
• Välj Arkiv, Nytt. Ställ in Sample Rate 22050, Mono och 16 bitar. Klicka på OK.
• Se till att mikrofonen är ansluten. Sätt på mikrofonen och mikrofonförstärkaren. Drag ned
ljudnivån i högtalaren till noll, för att undvika rundgång på ljudet.
• När du är klar att göra en inspelning så klicka på röda Record-knappen nere till vänster.
Spela in egna ljud1, sjung, vissla, tala. Du kan ha FFT-fönstret öppet och se
frekvensfördelningen i realtid, eller stoppa inspelningen och analysera.
Växla mellan linjär och logaritmisk skala. Försök besvara följande frågor:
• Vid ungefär vilken frekvens ligger grundtonen för man resp kvinna?
• Vilka ljud i alfabetet har hög ljudnivå vid höga frekvenser (4000-8000 Hz)?
• Sjung olika vokaler med samma grundton. Hur förändras frekvensfördelningen?
4.2.2 Musik
Undersök några av musikfilerna (i mappen Sammansatt ljud), t ex
12 Symfoniorkester, 10 Altsaxofon, jazz och 16 Pop
Du kan titta på FFT-grafen i realtid medan du spelar av ljudet. Du kan också stoppa
avspelningen och sätta markören någonstans i musiken för att analysera ljudet momentant.
Slutligen kan du markera ett typiskt avsnitt av musiken, några sekunder, och välja scan
(längst till höger i FFT-fönstret). Programmet ger då ett medelvärde av frekvensfördelningen
under intervallet. Du ser inte längre enstaka toppar från enskilda toner, utan en graf som är
representativ för musiktypen.
Gör en scan för vardera av de
tre musiktyperna. Titta på
dem i linjär skala och jämför
dem med varandra.
Vilken musiktyp tror du
medför störst risk för
hörselskador?
1
Undvik att tala så högt att amplituden slår i taket. Inspelningsnivån kan justeras med mikrofonvolymkontrollen,
som finns under: Start, Program, Tillbehör, Underhållning, Volymkontroll. Välj Alternativ, Egenskaper,
Inspelning. Välj Mikrofon och sätt dess volymkontroll på näst nedersta strecket.
MALMÖ HÖGSKOLA, Lärarutbildningen, Avdelningen för fysik
Mats Areskoug och Lars Jakobsson
7
2003-08-11
Laborationer i miljöfysik
Hörselnedsättning
Version med ljudanalysprogrammet Cool edit
5 Syfte
Laborationen ger dig tillfälle att skapa dig kunskaper och kännedom om hörselnedsättning.
Du skall
• Med hjälp av programmet Cool edit simulera några olika typer av hörselnedsättning
• Kvalitativt undersöka hur en person med hörselnedsättning uppfattar tal och musik
6 Programmet Cool edit
Programmet Cool edit ger flera olika möjligheter att filtrera ljudet. Man kan t. ex. sänka
ljudnivån inom ett eller flera frekvensintervall. Detta ger möjlighet för oss att simulera hur en
person med hörselskada upplever ljud, tal och musik.
7 Utförande och analys
Starta programmet Cool edit. Öppna en ljudfil, t ex 03, Kvinna Vetenskapsradion. Lyssna på
ett stycke.
Gå till menyraden, Transform, Filters, Graphic equalizer. Då öppnas ett fönster med en
equalizer, med reglar som gör att du kan höja eller sänka ljudnivån inom olika
frekvensintervall. Se till att fönstret Range längst ned står på 90 dB.
Använd knapen Preview för att lyssna på ljudet. Ändra på nivåerna medan du lyssnar.
Lämna fönstret med Close.
De gjorda inställningarna
finns då kvar till nästa gång
du öppnar detta fönster, men
ljudfilen i minnet ändras
inte. Lyssna på ljudet ”från
huvudfönstret” för att göra
en jämförelse.
Obs! Stäng inte fönstret med
OK-knappen. I så fall lagras
de gjorda inställningarna i
primärminnet och påverkar
avlyssnandet
även
i
huvudfönstret.
Om du av misstag skulle
stänga med OK kan du ångra
med Edit, Undo Graphic
Equalizer.
MALMÖ HÖGSKOLA, Lärarutbildningen, Avdelningen för fysik
Mats Areskoug och Lars Jakobsson
8
2003-08-11
En hörselnedsättning ger en hörselförändring, som varierar med frekvensen.
• Ställ in equalizern så att den dämpar ljudet på samma sätt som några publicerade exempel
på hörselnedsättning (se figurerna nedan).
• Spela upp några ljudfiler.
• Gör en kvalitativ bedömning av hur din förmåga att uppfatta olika typer av ljud påverkas
av olika hörselnedsättningar.
Förslag till ljudexempel att studera:
03 Kvinna Vetenskapsradion
05 Man Nyheter
10 Altsaxofon Domnerus
12 Symfoniorkester Mozart symf 41
16 Pop Lucy Street.
Bilderna nedan är hämtade från Arbetarskyddsnämnden: Arbete, människa teknik, sid 91.
Simulera exempelvis följande hörselnedsättningar:
Efter mångårigt arbete i buller, 80 dB.
Efter mångårigt arbete i buller, 100 dB
Normal åldersbetingad hörselnedsättning, kvinna 70 år
MALMÖ HÖGSKOLA, Lärarutbildningen, Avdelningen för fysik
Mats Areskoug och Lars Jakobsson
9
2003-08-11
Åldersbetingad hörselnedsättning, män
0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
40 år
50 år
60 år
70 år
80 år
-70
100
1000
10000
Frekvens / Hz
Åldersbetingad hörselnedsättning, kvinnor
0
-10
-20
-30
-40
40 år
-50
50 år
60 år
-60
70 år
80 år
-70
100
1000
10000
Frekvens / Hz
Hörselnedsättning efter mångårig bullerexponering
0
-10
-20
-30
-40
80 dB
85 dB
-50
-60
90 dB
95 dB
100 dB
-70
100
1000
10000
Frekvens / Hz
MALMÖ HÖGSKOLA, Lärarutbildningen, Avdelningen för fysik
Mats Areskoug och Lars Jakobsson
10
2003-08-11
