Lunds universitet i världsklass

2011-01-24
Psykoakustik
• Örats uppbyggnad och hörseln
• Skador
• Maskering
F2 – Psykoakustik + SDOF
• Subjektiva mått
• Binaural effekt
Kristian Stålne / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Psykoakustik
Örat
• Söker samband mellan ett ljuds fysikaliska parametrar och hur
ljudet uppfattas av hörsystemet.
• Psykoakustiska mått har som mål att beskriva hur ljudet
uppfattas.
Kristian Stålne / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Kristian Stålne / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
A – ytterörat
B – mellanörat

Kristian Stålne / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01

Kristian Stålne / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
1
2011-01-24
C – innerörat, cochlea
Basilarmembranet
Kristian Stålne / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Kristian Stålne / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Hörområde
Lika hörnivå-kurvor
Kristian Stålne / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Kristian Stålne / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
A–D-filter
Effekter vid exponering
Kristian Stålne / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
30 dB
God sömn
35 dB
Tal 100% förståeligt (1m avstånd)
45 dB
Tal ganska förståeligt
50 dB
10-25% ganska & mycket störda
55 dB
10-25% mycket störda
65 dB
Ohälsosam röstansträngning vid tal
65 dB
Barns inlärning försämrad
65 dB
Risk för bullerorsakat högt blodtryck/hjärt-kärlsjukdom
Kristian Stålne / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
2
2011-01-24
Buller inomhus – allmäna råd
Objektiva konsekvenser av buller
•
Maximalt ljud: LAmax = 45 dB
• Hörselnedsättning
•
Ekvivalent ljud: LAeq = 30 dB
• Tinnitus
•
Ljud med hörbara tonkomponenter: L Aeq = 25 dB
•
Ljud från musikanläggningar:
•
Värden för låga tersband (32-200 Hz)‫‏‬
• Försvårad kommunikation
LAeq = 25 dB
Kristian Stålne / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Kristian Stålne / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Hörselnedsättning
Konsekvens av hörselnedsättning
• Temporär eller permanent
• Svaga ljud ohörbara
• Diskantljud drabbas mest
• Hårcellerna skadas och kan ej läkas
eller lagas
• Förvrängning av ljud (disharmoni mellan öronen)
Friska hårceller
• Svårt att uppfatta tal
• Sociala konsekvenser
• Hårcellerna försvinner med åldern
Skadade hårceller
Kristian Stålne / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Kristian Stålne / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Tinnitus – tre grader
Skadliga miljöer
• Svaga sus
• Ringningar som påverkar det dagliga livet
• Starka ljud som påverkar allmäntillståndet, t ex med
koncentrations- och sömnstörningar
• Arbetsplatser
– Tung industri
– Skolor och daghem
– Dansrestauranger
• Musikklubbar och -konserter
• Mp3-spelare (lätt att skapa höga ljud i små volymer)‫‏‬
Ca 1,5 miljoner har tinnitus i Sverige, 100 000 så allvarligt att det påverkar
livet avsevärt
3 av 4 rock- och jazzmusiker
• Tonårsrum osv
(källa: www.ammot.se)
Kristian Stålne / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Kristian Stålne / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
3
2011-01-24
Subjektiva konsekvenser av buller
Utvecklingspsykologiska effekter
• Prestationsfömåga
• Barn i Storbritannien som var utsatta för flygplansbuller
lärde sig läsa i genomsnitt två månader senare än andra
barn per fem decibel som ljudnivån ökade.
– Koncentrationsstörningar
– Försämrad inlärning
– Stress
• Livskvalitet
– Nedstämdhet
• I Nederländerna var motsvarande skillnad närmare en
månad.
• I Tyskland (München) jämfördes två förskolor som låg nära
en flygplats före resp. efter att flygplatsen flyttades. Bullret
gav en försening i 'milstolpar' på ca 2 mån.
– Förhöjt blodtryck
– Sömnsvårigheter
– Trötthet
Kristian Stålne / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Kristian Stålne / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Maskering med brus
Binaural effekt
• Duplexteorin‫(‏‬Rayleigh’s)
– Fasskillnad och nivåskillnad
– Huvudets överföringsfunktion
• f < 1.5 kHz: Fasskillnad (interferens)
• f > 1.5 kHz: Nivåskillnad (diffraktion)
Kristian Stålne / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Kristian Stålne / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Precedenseffekt (Haaseffekt)
SDOF – Enfrihetsgradssystem
• Första vågfronten avgör riktningsbestämningen trots
• Massa, M
följande ekon
• Δt = tr – t1 < 0.25 ms
• Fjäder, K
F(t) = Fdrivcos(t)
• Dämpare, R
u(t)
Kristian Stålne / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Kristian Stålne / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
4
2011-01-24
Egenfrekvens
Homogen lösning
• Den frekvens vid vilken systemet svänger när den lämnas att
• Lösningen som erhålls när man sätter F(t) = 0
svänga fritt (efter att ha fått starthjälp).
• Uttryckt i vinkelfrekvens (rad/s) resp. frekvens (1/s = Hz)
• Bestäms m h a begynnelsevillkor
• Består av en exponentiellt avklingnande del...
• och en harmoniskt oscillerande del
K
0 
M
1
K
f0 

2 M
uh (t )  e

 0 t
2
A e
1

id t

 A2e id t  e

 0 t
2
B1 sin(d t )  B2 cos(d t )
 
 d  0 1   
R
 2
MK
2
Kristian Stålne / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Kristian Stålne / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Dämparens funktion
Partikulärlösning
• Är den komponent som står för
• Lösningen som visar förskjutningen från drivande kraft.
systemets energiförlust
• Ex: F(t) = Fdrivcos(t)
• Ansätt u p (t )  D1 sin(t )  D2 cos(t )
• Ex:
• Vilket ger lösningen
– Utan dämpning
– Med dämpning
R
D1 
K  M   R 
D2 
K  M   R 
2 2
2
K  M
2 2
2
 Fdriv
 Fdriv
u p (t )  D1 sin(t )  D2 cos(t )
Kristian Stålne / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Kristian Stålne / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Total lösning = homogen + partikulär
Olika drivfrekvenser
uh
up
u = uh + u p
Kristian Stålne / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
  0
  0
  0
Kristian Stålne / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
5
2011-01-24
Drivning vid låg frekvens ( < 0)
Drivning vid resonansfrekvens ( = 0)
• Fjädern dominerar
• Dämparen dominerar
• Kraft och förskjutning i fas
• Fasskillnad = 90 eller 
• Liten eller ingen dämpning:
systemet kollapsar
Kristian Stålne / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Kristian Stålne / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
Tacoma narrows
Drivning vid hög frekvens: ( > 0)
• 1600 m lång
• Massan dominerar
• Kollapsade 1940 pga cykliska
• Kraft och förskjutning i motfas
vindstötar vid egenfrekvensen
Kristian Stålne / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
(fasskillnad = 180 eller )
Kristian Stålne / Ljud i byggnad och samhälle / VTAF01
6