KURZUS: Mérnöki fizika

MODUL: Rezgő- és hullámmozgások

10. lecke: A hangtan alapjai

A hangtan alapjai

A jegyzet feldolgozandó fejezetei:

  • Alapfogalmak
  • Távolságmérés és képalkotás hanggal
  • A hang erősségének mérőszámai (és annak alfejezetei)

Tanulási célok:

A lecke anyagának feldolgozása után Ön képes lesz:

  • Elmondani, milyen általános tulajdonságok és jellemző értékek (hullámhossz, frekvencia) rendelhetők a hanghoz, mint hullámhoz.
  • Megfogalmazni, mit értünk ultrahangok és infrahangok alatt és néhány felhasználásukat vázlatosan ismertetni.
  • Meghatározni a hangintenzitás és hangnyomásszint fogalmát, a köztük levő kapcsolat alapján számítási problémákat megoldani.
  • Az emberi fül érzékenységi görbéinek értelmezni, a fon-skálát használni egyszerű számítási feladatokban.

Támpontok a tanuláshoz

A hang a levegőben terjedő longitudinális hullám, ezért a hullámtanban a korábbi leckék során tanultak alkalmazhatók a hangtanban is. Például a Huygens-Fresnel elv, a réseken való elhajlás és a többi jelenség is mind fellép a hangtanban. Ez a lecke a csak a hangra jellemző speciális ismereteket tartalmazza.

A hangra jellemző tipikus értékek (hullámhossz, frekvencia, terjedési sebesség) megismerése azért fontos, mert ebből látható, hogy a különböző frekvenciájú hangok milyen körülmények közt alkalmazhatók távolságmérésre, vagy akár képalkotásra is. Az erről szóló rész olvasmányos, csak elemi számításokat tartalmaz a jellemző paraméterek tipikus értékeivel. Ezen tipikus értékek nagyságrendjének megismerése azonban fontos, így a tanuláskor fordítson rá figyelmet, hogy megjegyezze nagyságrendileg milyen hullámhosszak jellemeznek pl. egy orvosi ultrahang készüléket.

A hangintenzitás fogalma magától értetődő, így ennek megértése nem jelent nehézséget, de a hangnyomásszint ('decibel-skála') már kissé bonyolultabb. Az ezekkel kapcsolatos számításokhoz esetleg fel kell elevenítenie a logaritmus- és exponenciális függvényekről tanultakat. Fontos, hogy az e témakörből közölt gyakorló számítási feladatokat megértse és önállóan is végig tudja számolni.

Az emberi hallás frekvencia-függéséről szóló rész kulcspontja az egyenlő hangosságú görbék grafikonjának megértése. Szánjon időt arra, hogy pontosan megismerje, mit is jelentenek ezek a görbék. A görbékről leolvasott értékek segítségével legyen képes a közölthöz hasonló egyszerű számítási feladatok elvégzésére is.

Ellenőrző kérdések
1. Mekkora az emberi fül számára hallható frekvenciatartomány?
20 Hz -- 20 000 Hz.
100 Hz -- 1000 Hz.
10 kHz -- 500 kHz.
0,1 Hz -- 150 Hz.
2. Mekkora a hallásküszöbnek megfelelő hangintenzitás?
10 W/m2.
1012 W/m2.
10-12 W/m2
10-6 W/m2.
3. Mit értünk egy adott hang fon-értékén?
Az adott hang hangnyomásszintjét.
Az adott hang intenzitását.
Az adott hang terjedési sebességét.
Azt az 1 kHz-es hangforrásból származó hangnyomásszintet értjük, amelyet ugyanolyan erősnek hallunk, mint az adott hangot.
4. Mennyivel erősebbnek fogjuk hallani a 10-6} W/m2 intenzitású hangot, mint a 10^{-9 W/m2 intenzitásút?
Az első hang kétszer olyan erősen szól.
Az első hang ezerszer olyan erősen szól.
Az első hang 1,5-szer erősebben szól.
A két hangot ugyanolyan erősnek fogjuk hallani.
5. Tegyük fel, hogy egy szobában az egy beszélő emberre vonatkoztatott átlagos hangerő 40 dB. Mekkora lesz a hangerő, ha 20-an beszélnek egyszerre?
53 dB.
42 dB.
400 dB.
67 dB.