1 Základy teoretické akustiky Sales Support Organization | 30/04/2008 | © Robert Bosch GmbH reserves all rights even in the event of industrial property rights. We reserve all rights of disposal such as copying and passing on to third parties. Security Systems Základní principy teoretické akustiky

2 Sales Support Organization | 30/04/2008 | © Robert Bosch GmbH reserves all rights even in the event of industrial property rights. We reserve all rights of disposal such as copying and passing on to third parties. Security Systems Zvuk je mechanické vlnění částic, které můžeme pozorovat sluchem. Co je zvuk? Základní principy teoretické akustiky

3 Sales Support Organization | 30/04/2008 | © Robert Bosch GmbH reserves all rights even in the event of industrial property rights. We reserve all rights of disposal such as copying and passing on to third parties. Security Systems Sluchový orgán člověka se skládá ze 3 částí: - zevní (boltec a zvukovod) - střední (bubínek a sluchové kůstky - kladívko, kovadlinka a třmínek) - vnitřní části (hlemýžď s Cortiho orgánem, který obsahuje na vláskových buněk s nervovými zakončeními) a je spojen s mozkovou kůrou sluchovým nervem. Sluchový orgán Základní principy teoretické akustiky

4 Sales Support Organization | 30/04/2008 | © Robert Bosch GmbH reserves all rights even in the event of industrial property rights. We reserve all rights of disposal such as copying and passing on to third parties. Security Systems U člověka je oblast slyšení vymezena kmitočty od 16 do Hz  Rozsah je individuální, v dětství je horní hranice rozsahu kolem 20 kHz, ve stáří klesá k 10 kHz a rozsahem intenzity zvuku mezi: - prahem slyšení cca W.m -2 (= akustickému tlaku p 0 = 2·10 -5 Pa). - prahem bolesti cca. 10 W.m -2 Sluchový orgán Základní principy teoretické akustiky

5 Sales Support Organization | 30/04/2008 | © Robert Bosch GmbH reserves all rights even in the event of industrial property rights. We reserve all rights of disposal such as copying and passing on to third parties. Security Systems  Při stejných intenzitách dvou tónů různých výšek nejsou jejich hlasitosti stejné. Průměrný jedinec slyší nejvýrazněji kmitočty kolem kHz.  Hladina hlasitosti L N je veličina umožňující hodnocení subjektivního sluchového vjemu. Pro vytvoření etalonu se použil sinusový tón 1000 Hz.  Ten se pouštěl velmi potichu v absolutně tichém, bezodrazovém prostředí jedincům s odpočatým sluchem. Zjistilo se, že průměrný jedinec jej začne vnímat, je-li v komoře hladina akustického tlaku p 0 = 2.10 −5 Pa. Hladina hlasitosti Základní principy teoretické akustiky

6 Sales Support Organization | 30/04/2008 | © Robert Bosch GmbH reserves all rights even in the event of industrial property rights. We reserve all rights of disposal such as copying and passing on to third parties. Security Systems Citlivost lidského sluchu  Citlivost lidského sluchu při vnímání akustické intenzity není vždy stejná, ale s rostoucí intenzitou se snižuje. Při zvyšování akustické intenzity jakoby sluchový orgán stále více ztrácel schopnost vnímat v plné hodnotě její další přírůstek. Uvedená vlastnost sluchu není samoúčelná. Umožňuje nám totiž vnímat i velmi slabé zvukové signály s vysokou citlivostí a zároveň nás chrání před zvukem vysoké intenzity.  Poslechněte si následující ukázky Základní principy teoretické akustiky

7 Sales Support Organization | 30/04/2008 | © Robert Bosch GmbH reserves all rights even in the event of industrial property rights. We reserve all rights of disposal such as copying and passing on to third parties. Security Systems Hladina akustického tlaku (SPL)  Reference  +1 dB  +3 dB  +6 dB (zvýšení na dvojnásobek)  +10 dB Základní principy teoretické akustiky

8 Sales Support Organization | 30/04/2008 | © Robert Bosch GmbH reserves all rights even in the event of industrial property rights. We reserve all rights of disposal such as copying and passing on to third parties. Security Systems Decibel je jednotka pro měření hladiny intenzity zvuku, ve skutečnosti se jedná o obecné měřítko podílu dvou hodnot. Jde o fyzikálně bezrozměrnou míru, obdobně jako třeba procento, ovšem na rozdíl od něj je decibel logaritmická jednotka, jejíž definice souvisí s objevením Fechner-Weberova zákona, že totiž lidské tělo vnímá podněty logaritmicky jejich intenzitě (i velké změny velkých podnětů způsobují jen malé změny počitků).  Z hlediska decibelové stupnice hladiny akustického tlaku je vhodné si pamatovat, že zvýšení hladiny akustického tlaku o 6 dB znamená zvýšení akustického tlaku na dvojnásobek a snížení hladiny akustického tlaku o 6 dB znamená snížení akustického tlaku na polovinu. Decibel Základní principy teoretické akustiky

9 Sales Support Organization | 30/04/2008 | © Robert Bosch GmbH reserves all rights even in the event of industrial property rights. We reserve all rights of disposal such as copying and passing on to third parties. Security Systems  Logaritmováním poměru zvukového tlaku a stanoveného nejslabšího slyšitelného zvuku vznikne relativní (bezrozměrné) číslo, jehož jednotka je označena jako bel., resp.10x podrobnější jednotka decibel  Označíme-li hladinu akustického tlaku Lp, pak:  Lp = 10.log (p 2 / p o 2 ) = 20.log (p / p o ) (dB, Pa, Pa), p o = (Pa) Jde o logaritmus o základu 10.  Proč druhé mocniny? Ukazuje se výhodné zavést jednotku tak, aby pracovala primárně raději s výkonem a výkon vzrůstá se čtvercem tlaku  Definujeme hladinu intenzity L I :  L I = 10.log (I / I o ) (dB, W m -2, W m -2 )I o = (W.m -2 ) Hladina akustického tlaku, hladina intenzity Základní principy teoretické akustiky

10 Sales Support Organization | 30/04/2008 | © Robert Bosch GmbH reserves all rights even in the event of industrial property rights. We reserve all rights of disposal such as copying and passing on to third parties. Security Systems Typické úrovně hluku (akustického tlaku) Hladina akustického tlaku Práh bolesti Práh slyšení Základní principy teoretické akustiky

11 Sales Support Organization | 30/04/2008 | © Robert Bosch GmbH reserves all rights even in the event of industrial property rights. We reserve all rights of disposal such as copying and passing on to third parties. Security Systems Měření hladiny zvuku pomocí ručního analyzéru Při hodnocení hluku v pracovním prostředí je důležitý limit 85 dB. Tato hodnota se vztahuje k časovému intervalu v délce trvání pracovní směny a je-li překročena, pak se jedná o pracoviště rizikové z hlediska hluku. Více zákon č. 258/2000 Sb. o ochraně veřejného zdraví. Jmenovitý akustický tlak od reproduktoru v místě poslechu by měl být minimálně o 6 dB silnější, než je hluk okolí. Základní principy teoretické akustiky

12 Sales Support Organization | 30/04/2008 | © Robert Bosch GmbH reserves all rights even in the event of industrial property rights. We reserve all rights of disposal such as copying and passing on to third parties. Security Systems Šíření zvuku z bodového zdroje Základní principy teoretické akustiky

13 Šíření zvuku z bodového zdroje Sales Support Organization | 30/04/2008 | © Robert Bosch GmbH reserves all rights even in the event of industrial property rights. We reserve all rights of disposal such as copying and passing on to third parties. Security Systems 1m Základní principy teoretické akustiky

14 Šíření zvuku z bodového zdroje Sales Support Organization | 30/04/2008 | © Robert Bosch GmbH reserves all rights even in the event of industrial property rights. We reserve all rights of disposal such as copying and passing on to third parties. Security Systems 2m  Dvojnásobek vzdálenosti  Čtyrnásobek plochy Základní principy teoretické akustiky

15 Šíření zvuku z bodového zdroje Sales Support Organization | 30/04/2008 | © Robert Bosch GmbH reserves all rights even in the event of industrial property rights. We reserve all rights of disposal such as copying and passing on to third parties. Security Systems 3m  Trojnásobek vzdálenosti  Devítinásobek plochy Základní principy teoretické akustiky

16 Sales Support Organization | 30/04/2008 | © Robert Bosch GmbH reserves all rights even in the event of industrial property rights. We reserve all rights of disposal such as copying and passing on to third parties. Security Systems Vzorec pro výpočet akustického tlaku v dané vzdálenosti od zdroje  L = SPL + 10 log P – 20 log r  přičemž  L je hodnota akustického tlaku v dB ve vzdálenosti r  SPL je akustický tlak repro (1W, 1m)  P je jmenovitý výkon repro  r je vzdálenost, pro kterou počítám akustický tlak Základní principy teoretické akustiky

17 Sales Support Organization | 30/04/2008 | © Robert Bosch GmbH reserves all rights even in the event of industrial property rights. We reserve all rights of disposal such as copying and passing on to third parties. Security Systems Šíření zvuku z liniového zdroje Základní principy teoretické akustiky

18 Sales Support Organization | 30/04/2008 | © Robert Bosch GmbH reserves all rights even in the event of industrial property rights. We reserve all rights of disposal such as copying and passing on to third parties. Security Systems Šíření zvuku z liniového zdroje 1m Základní principy teoretické akustiky

19 Sales Support Organization | 30/04/2008 | © Robert Bosch GmbH reserves all rights even in the event of industrial property rights. We reserve all rights of disposal such as copying and passing on to third parties. Security Systems Šíření zvuku z liniového zdroje 2m  Dvonásobek vzdálenosti  Dvojnásobek prochy Základní principy teoretické akustiky

20 Sales Support Organization | 30/04/2008 | © Robert Bosch GmbH reserves all rights even in the event of industrial property rights. We reserve all rights of disposal such as copying and passing on to third parties. Security Systems Šíření zvuku z liniového zdroje 3m  Trojnásobek vzdálenosti  Trojnásobek prochy Základní principy teoretické akustiky

21 Sales Support Organization | 30/04/2008 | © Robert Bosch GmbH reserves all rights even in the event of industrial property rights. We reserve all rights of disposal such as copying and passing on to third parties. Security Systems Šíření zvuku z liniového zdroje  Příklady: Dálnice Železnice  Zdvojnásobí-li se vzdálenost, liniové zdroje se vyznačují poklesem SPL pouze o -3 dB namísto -6 dB.  Toho se využívá u sloupcových reproduktorů (např. line array) Základní principy teoretické akustiky

22 Sales Support Organization | 30/04/2008 | © Robert Bosch GmbH reserves all rights even in the event of industrial property rights. We reserve all rights of disposal such as copying and passing on to third parties. Security Systems Jak vlastně pracují reproduktory?  Reproduktory jsou elektroakustické měniče, tj. zařízení, které přeměňují elektrickou energii na mechanickou ve formě zvuku. Obvykle se skládají z membrány, vyrobené z plastu nebo papíru a z elektromagnetu, do něhož je přiváděn vstupní signál. Kromě principu elektromagnetu se v některých případech používá k rozkmitání membrány i piezoelektrický jev.  Podle způsobu vyzařování dělíme reproduktory na přímo vyzařující – membránové a nepřímo vyzařující - tlakové. Základní principy teoretické akustiky

23 Sales Support Organization | 30/04/2008 | © Robert Bosch GmbH reserves all rights even in the event of industrial property rights. We reserve all rights of disposal such as copying and passing on to third parties. Security Systems Jak vlastně pracují reproduktory? Tlakový reproduktor má malou membránu z duralové fólie, nejčastěji ve tvaru kulového vrchlíku, který přechází do rovinného mezikruží přes několik vlnek. K membráně je pevně přilepena kmitací cívka, navinutá z hliníkového nebo měděného pásku nebo drátu.  Název reproduktoru je odvozen od tlakové komůrky mezi membránou a hrdlem zvukovodu.  Vzduch v ní uzavřený tlumí pohyb membrány, takže tlakový reproduktor může mít větší příkon než reproduktor přímovyzařující. Změny tlaku se z komůrky přenášejí jedním otvorem nebo několika otvory do zvukovodu a jím se plynule přenášejí do okolního prostoru. Základní principy teoretické akustiky