Capitol 1 Introducere
Capitol 1 Introducere
1.1 Context
În secolul XXI suntem constant bombardați de sunete care mai de care mai diferite. Majoritatea sunetelor produse sunt placute,dar din nefericire există și situații în care sunetele devin zgomot. Faptul că unii oameni sunt mai sensibili decat alții la percepția zgomotului, face ca acesta să se împarta în categorii diferite. Ceea ce putem afirma cu toții este ca zgomotul în esența sa este un sunet nedorit. Zgomotul poate duce la diferite afecțiuni, una dintre cele mai frecvente este pierderea de auz.
O intrebare ce e pe buzele tuturor oamenilor atunci când vine vorba de zgomot, este aceea cum acesta ne poate afecta auzul?
Urechea este un organ complex în simplitatea sa vizuala, iar parțile sale delicate pot fi grav afectate la impactul cu un sunet puternic. Urechea internă este alcatuită din celule senzoriale, care transformă sunetul în impulsuri nervoase care pot fi înțelese de creier. Dacă sunetul produs este puternic, aceste celule senzoriale pot fi avariate sau în cel mai rau caz distruse. Din nefericire aceste celule nu se pot reface sau regenera, ceea ce duce la pierderea de auz permanent. De aceea este important să avem grijă de auzul nostru, fiind precauți față de expunerea la anumite zgomote.
Trebuie să facem o diferențiere a zgomotului, încadrandu-l in anumite categorii de dB. Limita admisă în Uniunea Europeană si America pentru zgomot în mediul de lucru este aceea de 85dB, timp maxim de expunere frontala 20 de minute. Aceasta limită se bazează pe intensitatea zgomotului si perioada de timp de expunere la acesta. Cu cât intensitatea zgomotului este mai mare cu atât este mai scurt timpul permis de expunere. Un exemplu concret ar fi acela al unei persoane care ascultă un concert la nivelul de 110dB timp de 60 de minute,ceea ce ar duce la pierderea de auz permanenta sau doar pentru câteva minute.
Încadrand zgomotul intr-o limită de dB, încercăm sa facem si o diferențiere intre sunet și zgomot.
Trăim intr-o lume zgomotoasă, suntem expusi la o mulțime de sunete si de zgomote, atât la locul de munca cât și pe strada sau în casă. Traficul rutier reprezintă un zgomot, o construcție in desfașurare reprezintă un zgomot.CD sau Mp3-urile portabile, foarte populare în randul adolescenților, sunt de asemenea o potențială sursă de zgomot dacă este folosit o perioadă mai indelungată la un volum apropiat de cel maxim sau chiar cel maxim. Un concert rock în aer liber poate fi o formă de zgomot,chitarile maeștrilor rock având o puternică impregnanță in sunetul propagat ceea ce poate reda sunetul în amplificatoare pana la 120dB.
Ca să facem o diferențiere clară despre ceea ce este zgomotul dăm o definiție ce este la îndemana tuturor:
ZGÓMOT, zgomote, s. n. 1. Sunet supărător sau amestec de sunete discordante, puternice, nocive. ♦ Gălăgie, vacarm; vuiet, tumult. ◊ Expr. A face zgomot = a produce senzație, a face vâlvă. 2. (în sintagmele) Zgomot de fond = perturbație sonoră (de mică intensitate) care apare în orice mediu de transmisie a semnalelor. Zgomot alb = zgomot de bandă largă, folosit în măsurători electroacustice, caracterizat prin energie egală pe lățime de bandă constantă. Zgomot colorat = zgomot de bandă largă, folosit în măsurători electroacustice, caracterizat printr-un spectru continuu și uniform într-un domeniu de frecvențe specificat. Zgomot roz = zgomot de bandă largă, folosit în măsurători electroacustice, caracterizat prin energie constantă pe octavă. — Din sb. glomot.
Auzul se incadreaza in mai multe praguri de sensibilitate. Aceste praguri pot fi redate pe o audiograma. Cu cât pragurile auditive obținute pe audiograma sunt cuprinse intre 0-25dB,cu atât auzul persoanei respective este mai sensibil.
Pierderile de auz sunt incadrate în mai multe categori.
Pierdere ușoara: pragurile auditive sunt inscrise intre 25-40dB,la aceasta pierdere ușoara apar anumite dificultați la vorbirea incetă sau în șoaptă,dar și la ascultarea zgomotului de fond.
Pierderea de auz moderată: se înscrie între pragurile auditive 41-55 dB,la această pierdere nu pot fi auzite clar discursurile sau conversațiile, în special când persistă zgomot de fond. La această pierdere ascultarea radioului și telivizorului este efectuată la niveluri mai ridicate pentru a auzi mai clar.
Pierderea moderată-severă: praguri cuprinse între 56-70 dB,claritatea vorbirii este afectată semnificativ și pot apărea mari dificultăți în grup când clariatatea vorbirii scade și este greu de înțeles toate persoanele din care vorbesc concomitent.
Pierderea de auz severă: pragurile sunt cuprinse între 71-90 ,la acestă pierdere a auzului, vocea la nivelul normal nu mai poate fi auzită. De asemenea este dificil de înțeles vocea la un nivelul ridicat, în acest moment persoanele cu pierdere de auz severă vor auzi doar strigăte.
Pierderea auzului profundă: praguri stabilete de la 91 dB și mai mult,la acest nivel, persoanele cu pierderea auzului profund pot avea dificultăți în înțelegerea vorbirii chiar dacă aceasta este amplificată. La această pierdere nu pot auzi fi auzite sunete care ar fi durerose pentru o persoană cu auz normal.
Ce putem face în astfel de condiții?
Cel mai bun lucru pe care îl putem face pentru auzul nostrum este sa evitam zonele zgomotoase. Trebuie sa cunoaștem potențialele surse de zgomot și să ne indreptăm spre un mediu sonor mai placut. Cel mai bun informator al acestor zone, sunt chiar propriile noastre urechi. Acestea lucrează pentru noi ca un sistem de avertizare că unele sunete sunt mai deranjante sau pot duce la distrugerea senzorilor auditivi.
Dacă mediul in care lucram este unu zgomotos, trebuie sa folosim echipamente de protecție auditiva. În prezent exista o gama foarte largă de produse ce se pot folosi pentru a reduce sau chiar elimina zgomotul total.
Primele dispositive folosite de starurile rock ce erau supuse in mod repetat la aceste alterații ale urechilor a fost folosirea antifoanelor. Acele mici bucați de burete tare,ce se introduc în ureche și pot diminua zgomotul produs în concerte considerabil.
Ce este zgomotul în aviație?
Caracteristica zborului unei aeronave este zgomotul generat de vibrațiile aerului, datorită elicei care spintecă aerul, eșapamentului motorului și curenților de aer care izbesc părțile avionului, având intensitatea maximă în fața aeronavei. Zgomotul se măsoară în unități de măsură speciale, numite decibeli, cu aparatură specială. Zgomotul de intensitate maximă suportabil de către om un timp mai îndelungat nu trebuie să depășească 60-70 dB. Intensitatea zgomotului aeronavelor care zboară cu viteze de până la 875 km/h depășeste 130 dB, avioanele supersonice produc zgomote de 180 dB, iar rachetele de 195 dB, motiv pentru care interioarele aeronavelor sunt prevăzute cu izolație fonică pentru reducerea zgomotului – la locul echipajului și al călătorilor – sub 70 dB.
1.2 Scopul lucrarii
Scopul acestei lucrari este de a aduce în prim-plan o inovație a secolului XXI, trecând de la antifoanele clasice la sisteme digitale de antifonare.
Sisteme digitale de antifonare sau sisteme de anulare al zgomotului reprezinta dispozitivele audio ce reduc sunetele ambientale nedorite, folosind ingineria activă de control al zgomotului. Anularea zgomotului de fundal duce la posibilitatea ascultarii muzicii fără a fi nevoit să ridici volumul pentru a asculta cu atenție. Aceasta,de asemenea, poate ajuta un pasager al unui vehicul zgomotos, cum ar fi avionul, să poată să se odihnească sau chiar să doarmă fară a fi perturbat de zgomotul produs de motoare.
În aviație, sistemul activ de anulare al zgomotului este mult mai eficient decât sistemul de atenuare al zgomotului pasiv, facând astfel auzită in caz de alarmă informația dată de pilot pasagerului, sau turnul de control pilotului. Pentru piloți acest sistem este eficient in situațiile de criza, când o alarma vitală poate fi acoperită de zgomotul produs de un motor avariat sau alte alarme. Aceste suprapuneri pot duce la neînțelegeri in comunicarea de date vitale intre turnul de control si avion, sau chiar și intre piloți.
Un exemplu, ar putea să-l reprezinta dezastrul aviatic produs în data de 2 octombrie 1996, zborul 603 Aero Peru. Când un avion ultra modern pentru acea vreme 757Boeing, recunoscut și pentru siguranța conferită de aparatura de bord s-a prabușit in Oceanul Pacific. Dezastrul s-a bazat pe o eroare umană. Acoperirea sistemului static Pitot pentru măsurarea presiunii aerului ce determina altitudinea și viteza cu o bandă adezivă. Dacă acest sistem este blocat, computerul avionului primește date eronate și genereaza alarme false. Aceste alarme se „materializeaza” prin semnale acustice și vizuale in cabina piloților. Zgomotul produs de alarmele acustice pentru: altitudine,viteză și viteză verticală in acelaș timp, impreună cu zgomotul motoarelor subturate ce se aflau la nivelul marii,au dus la o stare de insuficiență in concentrare a piloților pentru a lua o decizie optimă și o comunicare nereușita intre turnul de control și avion. În condiții de zgomot puternic si tensiune, mintea umană nu lucrează la cel mai bun randament. Zgomotul poate afecta gandirea rapida si luarea unor decizii eficiente. Implementarea unui sistem de antifonare acustică in cabina piloților poate duce la creșterea siguranței zborului in caz de criza. Sigranța reprezinta in aviație principala referință atât in proiectare cât și in exploatare.
1.2.3. Relaxare psihica – tipuri de unde celebrale care se produc in timpul relaxari.
Într-o liniște perfecta se spune că omul își poate auzi bataile inimii, dar uneori această liniște poate fi daunătoare subconștientului, dacă, aceasta este produsă in mod artificial. De aceea într-o relaxare totală într-un mediu antifonat digital, creierul uman își poate gasi relaxarea percepând sunete special create pentru acest tip de terapie. Terapia prin sunet se bazează pet rei tipuri împortante de unde care se produc în timpul relaxării:
undele beta ( β )
undele alfa ( α )
undele teta ( Ө )
În urma unor experimente realizate de cercetatori, aceștia au stabilit că:
Undele beta se observă la persoanele care sunt in stare de veghe. Când atenția ne este reținută, fară ca activitatea respective sa ne absoarbă complet. De exemplu, atunci când suntem, angajați într-o activitate conștientă, ne aflăm în starea de unde beta.
Atunci când începem o activitate și suntem atât de absorbiți încat pierdem noțiunea timpului și a spațiului, suntem în starea de unde alfa. Aceste unde apar înainte de a adormi. Atunci, facilitățile intelectuale, discernământul și capacitatea de a judeca sunt maxime.
Capacitatea de rezolvare a problemelor și de întelegere sunt puternic crescute când ne aflăm în starea undelor teta.
Capitolul 2. Sunetul
2.1Știința sunetului, de la analogic la digital
SÚNET, sunete, s. n. 1. Vibrație a particulelor unui mediu elastic care poate fi înregistrată de ureche. ◊ Sunet asociat = semnal de frecvență audio care însoțește imaginea de televiziune. Sunet complex = sunet compus din mai multe sunete pure. Sunet reverberat = sunet care persistă după ce o sursă sonoră încetează să emită, prelungind sunetul inițial un timp finit. Sunet vobulat = sunet a cărui frecvență variază periodic în jurul unei valori medii, folosit în măsurători electroacustice. 2. Vibrație muzicală. ♦ Anunțare, vestire (a unui eveniment); semnal. 3. Răsunet; ecou. ♦ Vâlvă, gălăgie. 4. (Lingv.) Element al vorbirii rezultat din modificarea curentului de aer expirat prin articulare. — Lat. sonitus.
Semnalele audio digitale sunt prezente peste tot în lumea modernă – telefoane, televiziune, sonare și pe Spotify. Deși a revoluționat felul în care ascultăm muzică, conversia undelor în unu și zero e un proces surprinzător de simplu. Iată știința sunetului.
Alături de imagine, sunetul este unul dintre cele mai importante purtătoare de informații nu numai pentru noi, ci pentru o mulțime de alte ființe ce populează Terra. Mai mult, folosim sunetul pentru calcularea distanțelor, pentru comunicare sau chiar pentru controlul maselor. I-am depășit viteza cu echipamentele noastre de zbor, am compus simfonii pentru a ne armoniza cu universul și l-am trimis în spațiul cosmic.
Sunetul e o oscilație de presiune propagându-se printr-un mediu compresibil, fie că e gaz, lichid, solid sau chiar plasmă. Acesta e motivul pentru care în spațiu nu te poate auzi nimeni cum strigi – nu există un mediu de propagare a oscilațiilor. În condiții normale, lungimea de undă a sunetului e cuprinsă între 17m și 17mm, deși urechea umană e limitată la perceperea frecvențelor cuprinse între 20Hz și 20.000Hz.
Înainte de a definii in totalitate ceea ce este sunetul, trebuie să ne dăm seama cu ce instrumente lucreaza acesta. Principalul factor la creerea și transportarea sunetelor este aerul. Acesta fiind considerat prin practică moale și elastic. Cu alte cuvinte, sunetul este alcatuit din unde elastice care se propagă prin aer. Un exemplu ar fi un clopot: fiind lovit, el vibreaza (oscileaza) și vibrațiile presând aerul produc sunetul si propagarea lui în aer. Undele sonore sunt, deci, rezultatul mișcarii particulelor de aer (moleculelor), care se deplasează în jurul unei surse sonore (clopot, lamă elastica, diapazon, instrument muzical). Propagarea sunetelor se face cu o viteză ce depinde de mediul în care ele se deplasează. În vid sunetul nu se aude, de exemplu pe Lună unde nu exista aer. Viteza sunetului in aer este de 344m/s, în apă și in metale (mediu solid) viteza crește, ajungând la 1000-4500 m/s, datorită moleculelor care sunt mai apropiate una de cealaltă. Astfel pe vreme umedă sunetul se aude mai bine, deoarece atmosfera conține vapori de apă, în care viteza sunetului este de 401 m/s.
Menționam că la propagarea sunetului moleculele nu se deplasează, ci doar transmit mișcarea, întocmai cum ar împinge o locomotivă primul vagon de lânga ea, iar acesta îl ciocnește pe urmatorul și așa mai departe, pâna la ultimul vagon. Unda transportă numai energie, nu și materie.
Frecvențele audibile pentru noi, oamenii, se află în gama de 20 Hz și 20.000 Hz, dar niciuna dintre limite nu este bătută în cuie. Cât despre limita superioară, aceasta se reduce odată cu vârsta. Oamenii de știință au descoperit că auzul începe să sufere modificări începând chiar cu vârste fragede (14-15 ani). Aceștia au emis sunete de frecvențe înalte, care pentru adulți sunt inaudibile, dar care îi enervează la culme pe copii.
Cel mai bun prieten al omului, cainele, aude frecvențe mai înalte decât noi, dar dacă subwoofer-ul (boxa de bas) de la sistemul audio din living emite sunete cu frecvență mai mică de 40 Hz, el va rămâne indiferent.
Sunetul poate fi propagat prin orice formă de materie, dar nu poate trece prin vacuum.
Inventarea în 1937 a modulației impulsurilor în cod, mecanismul de bază al digitizării sunetului, îi e atribuită omului de știință britanic Alec Reeves. Dar natura folosea deja de mult sunetele digitale, în urechea umană. Când vorbim, coardele vocale vibrează moleculele de aer ce ies din plămâni. Această vibrație afectează moleculele de aer din apropiere cauzând o reacție în lanț, ca o undă de șoc formată din molecule comprimate ce se extind din gură până ajung la o ureche. Când se întâmplă asta, unda acustică vibrează timpanul, care traduce acele vibrații în semnale electrice. Creierul recunoaște asta ca fiind sunet, iar frecvența vibrațiilor determină înălțimea sunetului pe care îl auzim. Astfel, o undă acustică analogică e transformată într-un semnal electric – ca un semnal audio digital natural.
2.2Semnalul audio
Semnalele cu spectrul în intervalul 10-20Hz … 20-25kHz sunt considerate semnale de audiofrecvență (audio, AF), deoarece sunt percepute de urechea umană când sunt sub formă de variații ale presiunii aerului. Semnalul audio poate fi: vocal sau muzical. Semnalul vocal (vorbire) are spectrul extins de la 20-40 Hz la 8 –10 kHz (componentele din afara acestui interval transportă sub 10-3 din puterea totală). Folosind esantioane de vorbire – fraze tip, s-a calculat spectrul folosind FFT; s-au obținut curbe ale densității spectrale de putere ca. S-a constatat că cea mai mare parte din energie este concentrată într-un interval mic de frecvențe, înjurul a 300 – 2000Hz. Pe de altă parte, timbrul – care face identificabilă vorbirea, este determinat de componentele cu frecvență ceva mai mare, până pe la 3 – 4 kHz. Ca urmare, se consideră acceptabilă banda 240-300 … 2700-3400 Hz. Deși componentele sub circa 300Hz au destul de multă putere, s-a constatat experimental că nu contribuie esențial la inteligibilitatea vorbirii. Semnalul (provenit din vorbire) cu spectrul limitat la banda 240-300 … 2700-3400Hz se numește uzual semnal telefonic (deoarece sub această formă este vehiculat în telefonie). Semnalul muzical are spectrul extins de la sub 20-40Hz la peste 20kHz. S-a constatat că fidelitatea audiției este satisfăcătoare dacă se transmite numai banda 50-100 … 8000-10000Hz; un asemnea semnal (provenit din vorbire sau muzică) este numit adesea semnal radiofonic.
2.3. Acustica-Sunetul
Cuvantul fizică provine de la grecescul “physis” – natura. Ea este știinta naturii care studiaza structura materiei, proprietațile generale si legile care le guverneaza. S-a pastrat multa vreme imparțirea fizicii in capitole corespunzatoare în mare parte organelor de simț afectate de fenomenele, din fizica, studiate printre care și fenomenele legate de simtul auzului, care a generat un capitol intitulat acustica. Acustica provine și ea de al cuvantul grecesc “akoustikos” din “akouein” care înseamna “a auzi”. Aceasta este știinta care se ocupa cu studiul producerii, propagarii și recepționarii energiei acustice incluzand si efectele produse de aceasta energie asupra organelor omului cat si asupra corpurilor. Omul este cufundat intr-un ocean de sunete produse de cele mai variate surse sonore, liniște depina nu exista. Sursele sonore pot fi de la tic-tacul ceasului din casa, zgomotul strazii generat de mijloacele de locomotie, mersul și vocile trecatorilor, la oraș, sau latratul cainelui, cantecul cocoșului și fosnetul frunzelor la țara. Murmurul oceanului și al marii este și el o sursa de zgomote, chiar și în apa lacurilor “lumea tacerii” este plină de sunete de tot feluri. Corpurile care produc sunete se numesc surse sonore. Sursele sonore produc vibrații ale mediului.
Sunetul este un fenomen fizic care stimuleaza simțul auzului. Sunetele pot fi placute precum sunetele muzicale sau neplacute care se numesc zgomote. Acestea din urmă, daca sunt puternice, pot provoca durere. La oameni auzul are loc cand sunetul are vibrații sau frecvențe intre 15 –
20 000 de hertzi.
Herții, prescurtat Hz, sunt unitatea de masura a frecvenței echivalenta cu un ciclu per secundă. Aceste vibrații ajung la urechea interioară cand sunt transmise prin aer Iar termenul de sunet este limitat la astfel de unde – vibratii aerene. Fizicienii moderni deobicei extind termenul și includ și undele de sunet similare, dar in medii diferite, cum ar fi lichid sau metal – solid. Sunetele cu frecvențe mai mari de 20 000 Hz sunt numite ultrasunete. Ultrasunetul este o ramura a fizicii care se ocupa cu frecvențe mari ce depasesc limita de auz a oamenilor. Generatoarele moderne de ultrasunete pot produce pană la cateva milioane de Hz prin transformarea curentului electric in oscilatii mecanice.
În general undele pot fi propagate transversal sau longitudinal. În ambele cazuri este propagată doar energia mișcarii undelor prin mediu. De exemplu, o sfoară poate fi legata foarte bine de un stalp la un capăt, iar celalalt capăt este tras și scuturat o data. O undă va merge pe sfoară până la stalp, iar la un anumit punct se va reflecta si se va intoarce la mână. Nici o parte a sforii nu se miscă longitudinal spre stalp, dar toată succesiunea de parte de sfoara se miscă transversal. O astfel de mișcare se numeste mișcare transversala a undei. La fel este și daca o piatra este aruncată in apă o serie de mișcari de unde transversale se deplaseaza de la punctul de impact spre exterior. Un dop care pluteste langă punctul de impact se va misca in sus și în jos; el va avea o mișcare transversală odata cu undele produse, dar se va mișca și longitudinal, insa foarte puțin. Pe de alta parte o undă sonoră se misca longitudinal. In timp ce energia mișcarii undei este propagată spre exterior de centru, de sursa sonoră, moleculele individuale de aer propagă sunetul in fața și în spate, paralel cu direcția mișcarii undei. Astfel o unda sonoră se defineste ca alternări de comprimari și rarefieri ale aerului. Fiecare molecula individuală transmite energia unei molecule din apropiere, dar după ce undele sonore au trecutm, fiecare moleculă ramane aproximativ in acelasi loc. Undele sonore sunt captate de pavilionul urechii și transmise la nervul auditiv printr-o membrana numită timpan care vibrează și prin intermediul ciocanasului, nicovalei, scaritei și melcului.
Caracteristici fizice:
Orice sunet, cum ar fi o nota muzicala poate fi descris complet prin trei caracteristici: inalțimea, intensitatea – tăria și calitatea – diferența de timbru. Aceste trei caracteristici ale sunetului corespund la trei caracteristici fizice: frecvența, amplitudinea și formația armonica.
Frecvența:
Sunetul poate fi produs la frecvența dorita prin diferite modalitați: exemplu, un sunet de 440 Hz poate fi creat prin reglarea difuzorului la frecvența dorita; acesta poate fi intrerupt de o roata zimțată (44 dinți) ce se roteste cu 10 revoluții/sec., utilizata la sirena. Sunetul difuzorului și sunetul sirenei au “calitate” total diferită dar inalțimea sunetelor aproape corespund. O lege fundamentală a armoniei spune că doua note la diferență de o octavă, apasate concomitent, produc o combinație “eufonică”’; eufonia fiind o succesiune armonioasa a notelor cu efect placut.
Gălăgia este un sunet complex, un amestec de multe frecvențe diferite, sau note ce nu au legatura armonica – fară armonie.
Poză preluată de pe:http://www.musicians.ro/undele-audio/
2.4 Caracteristicile undelor audio
Pentru a putea lucra cu sunetul, trebuie înțeles comportamentul acestuia. Orice sunet are o frecvență care determină caracteristicile sale. Cu toții știm cum o piatră aruncată în apă creează valuri în jur, care pleaca în cercuri concentrice spre exterior. La fel și sunetul creează niște valuri similare în aer, pe care nu le putem vedea, dar pe care le putem percepe. În redarea unui sunet, difuzorul boxei vibrează și atunci când este împins în față crează vârful valului, cu presiune mai mare, iar când se retrage, presiunea moleculelor aerului scade.
Poză preluată de pe:http://www.musicians.ro/undele-audio/
Frecvența acestor vibrații se măsoară în Hz (hertz). 1 Hz semnifică ciclul unei vibrații într-o secundă, iar 1000 de Hz = 1kHz. Se spune că urechea umană este capabilă să audă sunete de la 20Hz până la 20kHz (sau 20.000Hz). Acest spectru variază de la persoană la persoană, fiind greu de determinat limita inferioară, când începem să nu mai auzim sunetul cu urechea, ci să-l simțim în stomac, ca la concertele mari. Cert este însă că odată cu înaintarea în vârstă, limita de sus pe care o percepem scade. Dacă un sistem audio este însă capabil să redea sunete de până la 20kHz, atunci puține sunt persoanele care vor sesiza diferențe semnificative.
Frecvența are o legatură directă cu lungimea undei prin formula:
Velocitatea = (frecvența) x (lungimea undei)
Astfel se poate determina viteza (velocitatea) sunetului în aer, care este de aproximativ 340 m/s. O undă audio la 20Hz are o lungime de 17m (un lucru esențial de luat în calcul la izolarea fonică a unei sali de repetitii de exemplu), iar la celălat capăt al spectrului – o undă la 20kHz va avea lungimea de doar 17mm. Deducem că lungimea pe orizontală a unui ciclu determină tonalitatea sunetului (cu cât e mai scurt ciclul, cu atât sunetul va avea o tonalitate mai înaltă), iar amplitudinea verticală a undei reprezintă volumul acesteia. Ca să vă puteți face o idee, nota cea mai joasă de pe o chitară cu 6 corzi acordată standard în Mi (E) este la 82,4 Hz, iar coarda cea mai subțire vibrează cu o frecvență de 329,6 Hz.
Poză preluată de pe: http://www.musicians.ro/
Ar trebui să menționăm aici și interacțiunea dintre 2 sau mai multe unde. 2 unde identice redate în același timp vor dubla, evident, volumul sunetului, determinând o dublare a amplitudinii undei:
Poză preluată de pe: http://www.musicians.ro/
Despre cele 2 unde de mai sus se poate spune că sunt în aceeași fază, adică au vârfurile perfect aliniate. Despre 2 unde perfect opuse se poate spune că sunt în anti-fază, sau opuse, la 180 de grade. Redate în același timp, acestea se vor elimina complet una pe cealaltă. Este ca și cum una din unde împinge difuzorul în față, iar cealaltă, cu o forță identică, îl trage înapoi. Rezultatul este că difuzorul va rămâne nemișcat și nu va produce niciun sunet. Este o situație pe care nu o vom întâlni însă într-un mediu natural, dar care poate fi întâlnită în mediile de lucru cu sunet:
Poză preluată de pe:http://www.musicians.ro/undele-audio/
Evident că atunci când vom combina 2 unde diferite, va rezulta o undă cu o forma nouă, o combinație a celor 2. În locurile în care o undă este în urcare, iar cealalta în coborâre, ele își vor reduce amplitudinea, în locurile în care sunt ambele în acelasi sens, amplitudinea va crește. Astfel se pot obține noi forme complexe din 2 unde cu frecvențe diferite dar constante:
2.5 Amplitudine și volum:
2.5.1 Amplitudinea
Amplitudinea este caracteristica undelor sonore perceputa de noi ca volum. Distanța maximă parcursă de unda sonoră de la poziția normala sau “zero” este amplitudinea. Distanța corespunde gradelor de mișcare a moleculelor în aer ale unei unde, ce corespund rarefierii sau compresii de aer ce acompaniază unda. In timp ce gradele de mișcare ale moleculelor cresc, acestea lovesc timpanul cu o forța din ce în ce mai mare. Din aceasta cauză urechea percepe un sunet mai tare. O comparație intre exemplele de amplitudine joasa, medie, mare demonstreaza schimbarea volumului sunetului cauzată de schimbarea amplitudinii. Aceste trei unde au aceeasi frecvența așa ca sunetul este identic cu o diferență perceptibilă de volum. Amplitudinea unei unde sonore poate fi evidențiată prin masurarea disatanței de dispersie a moleculelor din aer, sau prin presiunea diferențiată la compresia si rarefierea aerului sau presiunea indusa. Exemplu: un discurs la microfon produce o energie sonoră de aproximativ 1/100 000 dintr-un watt, masuratori ce sunt foarte greu de facut, dar oricum intensitatea – taria sunetelor sunt raportate la o intensitate standard masurată în decibeli (db)
2.5.2Intensitatea
Intensitatea sunetului este masurata în db. Exemplu: Intensitatea la pragul de jos al auzului este de 0 db. Intensitatea șoptitului este de 10 db, iar intensitatea foșnetului frunzelor ajunge la 20 db. Intensitățile sunetului sunt aranjate intr-o scală logaritmică ce inseamna că o crestere de 10 db corespunde unei creșteri in in tensitate de zece ori. Astfel fosnetul frunzelor este de zece ori mai tare decat șoptitul. Distanta la care un sunet poate fi auzit depinde de intensitatea sa, care este rata de energie per unitate perpendicular pe direcția de propagare.
2.5.3 Calitatea
Calitatea este caracteristica sunetului care permite urechii sa distingă tonurile create de diferite instrumente, chiar când undele sonore sunt identice ca frecvență si amplitudine. Tonurile ridicate sunt componente adiționale la unda ce vibrează, în simple multiplicari ale frecvenței de bază, cauzând diferența de calitate sau timbru. Urechea percepe diferite calitați ale aceleiași note cand este produsă de un diapazon vioară sau pian. Între aceste trei surse cel mai simplu ton este produs de diapazon, sunetul constând dintr-o vibrație care este aproape în intregime de 440 Hz (nota “la”). Datorita proprietații acustice a urechii și a proprietăților rezonante ale timpanului, este de necrezut că un ton pur ajunge la mecanismul urechii într-o formă nemodificată. Principalele componente produse de pian sau de vioară deasemeni au 440 Hz, dar aceste note conțin de asemenea componente care sunt multiple de 440 Hz și care se numesc tonuri ridicate (880 Hz, 1320 Hz, 1760 Hz). Intensitatea exactă a acestor componente care se numesc armonice determină calitatea notei.
2.6Nivelul semnalului
Nivelul semnalului nu este considerat în mod strict un indicator al calității conținutului audio. Totuși, rezultatul procesului înregistrare –> transport –> redare –> ascultare depinde foarte mult de alegerea corectă a nivelelor de semnal pe tot parcursul traseului informațional. Dacă luăm ca exemplu ascultarea unui CD, nu avem controlul asupra calității echipamentului celui care o ascultă. Suntem însă cu toții de acord, că pentru a obține un material audio ce satisface cele mai stricte exigențe, echipamentele de studio (începând de la microfon și terminând cu inscriptorul de CD) trebuie operate la parametri ce scot maximul de performanță din acestea. Trebuie subliniat însă, că un material audio va putea fi considerat bun dacă și din punct de vedere al conținutului, și din punct de vedere tehnic nu este nimic de reproșat. Aceste pagini au fost scrise cu gândul de ajuta la atingerea celui de-al doilea deziderat.
2.6.1 Efecte audibile ale nivelului de semnal
Pe parcursul înregistrării, mixării, procesării, etc. trebuie menținut nivelul corect al semnalului. Pot fi comise erori de genul:
– nivelul a două semnale mixate nu este corect, deci semnalele nu se raportează corect unul la
celălalt
– nivelul a două bucăți de program consecutive diferă, acesta se traduce la ascultător prin schimbări neplăcute de volum
– într-un punct al lanțului de semnal nivelul este prea ridicat sau prea scăzut, astfel încât echipamentele sunt folosite în afara limitelor tehnice. Nivelul semnalului are un efect crucial asupra unor indicatori de calitate: dacă nivelul este prea scăzut, raportului semnal-zgomot este înrăutățit, dacă nivelul este prea ridicat, cresc foarte mult distorsiunile.
Este important de menționat, că nivelul semnalului trebuie să fie corect nu numai la ieșirea din amplificatorul final sau la ieșirea din studio, ci pe parcursul întregului lanț de semnal. Trebuie monitorizate nivelele și setate corespunzător fiecare potențiometru de volum de pe fiecare echipament din lanț.
Urechea umană este un instrument mult prea imprecis pentru evaluarea nivelul unui semnal audio. Nu poate detecta valoarea absolută a intensității. Nimeni nu poate compara intensitatea a două sunete decât dacă apar simultan, sau imediat unul după celălalt. În plus, urechea este relativ insensibil și la detecția variațiilor de volum, o schimbare de cel puțin 10% în intensitate este necesară pentru a fi percepută.
Din această cauză avem nevoie de instrumente pentru măsurarea și indicarea corectă a nivelului de semnale. Sunetul fiind transformat în semnale electrice, nivelul semnalului este caracterizat prin mărimi electrice. Semnalul audio este un curent sau o tensiune alternativă. Pentru caracterizarea lor se folosesc mărimi specifice, cum ar fi valoarea efectivă sau RMS, valoarea vârf-vârf, frecvența semnalului, spectrul de frecvențe, etc. Semnalele audio obișnuite, cum ar fi muzica sau vorbitul nu conțin numai o singură frencvență, ci sunt de fapt o suprapunere de semnale sinusoidale de frecvențe foarte diferite și amplitudini (intensități) diferite, care pe deasupra se și schimbă cu timpul. Pentru testarea echipamentelor sunt folosite semnale “pure”, formate dintr-o singură componentă sinusoidală (curent alternativ) de frecvență și intensitate specificată. De exemplu: semnal sinusoidal cu “amplitudinea 2 VPP și frecvența 1 kHz” înseamnă că valoarea momentană a tensiunii variază între extremele +1V, -1V, +1V, -1V etc. (2 VPP sau 2 V Peak-to-Peak sau 2 Volți vârf-vârf), un ciclu complet (de la 0 V la +1 V, la 0 V, la -1 V și înapoi la 0 V) repetându-se de 1000 ori pe secundă. Amplitudinea aceluiași semnal poate fi caracterizată și prin valoarea efectivă sau RMS (root-mean-square), în cazul menționat este vorba de un nivel de 0,707 Veff sau 0.707 VRMS.
Problema cu specificarea semnalelor în Volți este că dacă ascultăm în mod consecutiv, spre exemplu la intervale de 1 secundă semnale de aceiași formă (de ex. sinusoidal) cu valoarea efectivă de 8VRMS, 7VRMS, 6VRMS, 5VRMS, 4VRMS, 3VRMS, 2VRMS, 1VRMS pe un difuzor, nu vom percepe o scădere liniară al volumului, de ritm constant. Urechea umană va percepe o scădere foarte lentă, apoi tot mai rapidă a intensității sunetului. Pentru a obține o percepție cu intensitatea sonoră scăzând în trepte echidistante, ar trebui să aplicăm difuzorului semnale consecutive de valoare 8VRMS, 4VRMS, 2VRMS, 1VRMS, 0,5VRMS, 0,25VRMS, 0,125VRMS, 0,0625VRMS. Este incomod să se caracterizeze prin valorile tensiunii nivelele semnalelor din studio, pentru că dacă este să comparăm nivelele sonore a două sau mai multe semnale, ele nu vor fi în același raport ca și indicația voltmetrelor. Acest fenomen se poate explica cu caracteristica de percepție logaritmică a urechii (umane, dar nu numai), acest tip de carasteristică permițând o gamă mult mai largă de intensități perceptibile decât caracteristica liniară. De fapt mai toți “senzorii” biologici au o asemenea caracteristică logaritmică. Pentru a avea o metodă de caracterizare a nivelelor semnalelor apropiată de percepția auzului uman, și totodată pentru a putea vizualiza aceiași gamă foarte largă de amplitudini (de la microVolți la Volți) pe un instrument, s-a introdus scara de decibeli. Decibelul (prescurtat dB) este de fapt exprimarea unui raport, și nu are unitate de măsură cum ar fi Volt-ul, metrul sau altele. Este doar un număr, ce semnifică cum se raportează semnalul măsurat la unul de referință. Pentru a indica totuși că este vorba de o reprezentare pe o astfel de scară specială, valorii i se atașează pseudo-unitatea dB, cu mici variații în funcție de unde este folosit și cum se definește exact. În electronică în mod uzual se lucrează cu “unitățile” dB, dBr și dBu (fost dBm).
2.7. Undele sinusoidale
Undele sinusoidale apar în momentul în care sunetele reflectate înapoi în încapere de către suprafețe ( masa, birou, perete, ș.a.m.d. ) se îmbină într-un anumit punct cu sunetul firect, cel venit de la boxă sau de la sursa generatoare de sunet, având alte reflexii, cee ace duce la atenuarea sau întarirea unora dintre frecvențe. Acestea afecteaza frecvențele joase cu precadere, datorită lungimii de undă foarte mari. Ca să putem observa direct acest lucru, ne referim la unde staționare prin prisma efectului lor asupra frecvențelor joase și subsonice.
Ca idee, o suprafața solidă masivă, cum ar fi un perete de caramidă, deși este benefic din punct de vedere al antifonarii, va reflecta înapoi în camera mai multe unde joase ceea ce va genera mai multe unde staționare decât o cameră construită strict din rigips, care va permite trecerea mai multor frecvențe joase, precum și va oferi o oarecare absorbție a lor.
Exemplu de undă staționare:
În momentul în care două unde se întâlnesc, acestea se pot întari sau atenua, în funcție de faza în care se află undele în acel moment, dacă sunt în fază, va aparea o creștere a amplitudinii la respectiva frecvență, de până la 6dB; dacă sunt în parțială sau totală antifază, va aparea o scădere a amplitudinii. Ce este și mai neplacut este faptul că în funcție de poziția în camera, anomaliile de raspuns în frecvență pot diferi fundamental, într-un loc să fie întarite, iar 1 m mai încolo să fie attenuate puternic. Aceste modificari în amplitudine pot fi extreme, nu rareori se întâmplă să apară scaderi în amplitudine la anumite frecvențe de 25dB, iar anulări se aproape totale la altele. Rezultatul multiplelor anulari și întăriri ale raspunsului în amplitudine la anumite frecvențe duce la un raspuns eronat într-o camera netratată, după cum vom putea observa în exemplul de mai jos:
Sursa fotografii: www.ethanwinner.com
În urma absorbției pe frecvențele joase, se vor obține “văi” și “vârfuri” de amplitudine mai mici și mai blânde, ceea ce duce la un răspuns similar cu acesta:
Sursa fotografii: www.ethanwinner.com
Cu ce afectează aceste deviații de la raspunsul în frecvență? Mix-ul sau master-ul făcut nu se va transmite bine pe alte sisteme de audiție. Am putea presupune că la poziția de mix avem o anulare de 20dB la 60HZ. Această eroare se poate compensa prin egalizare, pentru a suna plin, cum ar trebui să sune o tobă mare de exemplu. Dar o data pus pe un sistem audio care nu are același raspuns redus la 60Hz, aceasta se va auzi extreme de puternic. Dacă s-ar pune intr-o discotecă plină de subwoofere, situația ar fi în cazul bun: volumul la care se desfășoara testul de sunet, iar toba mare ar acoperi celalalte sunete. Cazul total neindicat: într-un test de sunet la volum mare cu un sistem audio prost gândit ca și putere s-ar putea ca boxele să se distrugă și difuzoarele de joase să distruga membrane.
Capitolul 3: Sistem de antifonare clasic
3.1 Tratamentul acustic și izolarea fonică
În cele mai multe cazuri se face o grava confuzie intre tratamentul acustic și izolare fonică, în sensul că nu se face diferențierea clara intre cele 2 noțiuni fundamentale.
Izolarea fonică: cunoscută și ca antifonare are rolul de a minimiza cât se poate de mult propagarea unui sunet în afara unui spațiu sau a unei incinte;
Tratamentul acustic, are rolul de a îmbunătății calitatea și puritatea unui suntet în interiorul unui spațiu
Izolarea unei incinte nu se poate face in totalitate doar prin poziționarea unor panouri de burete absorbant de vibrație sau a unor cofraje de oua, deoarece, propagarea unui sunet ține cont foarte mult de undele audio și de viteza de propagare prin diferite medii.
3.2Izolarea fonica
Trebuie să ținem seamă că într-o sală de repetiții folosim un tratament acustic ce este combinat cu izolarea fonică. Nu materialele textile, vata sau placajul sunt cele care absorb sunetul, ci masa mare a cartonului presat combinat cu cele doua straturi de rigips/gips-carton. Un sunet propagat ce are o undă puternica nu va putea fi oprit decât cu o masă sufficient de mare și puternica astfel încat sa poată sa opreasca vibrațiile aerului cauzate de unda sunetului. Materialele textile și vata orice grosime ar avea, au un efect minim isolator fonic. De exemplu am putea avea un strat foarte gros de vată c ear putea să absoarbă cam 75% din presiunea sunetului, 25% tot ar patrunde dincolo de materialul antiphon și ar crea fenomenul de reflexive, ceea ce nu este foarte util din cauza costurilor și a suprafeței mari de ocupare. Făcând un calcul scurt matematic în decibel și ținând cont ca doar un sfert a trecut, asta însemnănd 12 dB, putem lua un sunet interior de 100 dB, ceea ce in exterior va exista un sunet de 88 dB, ceea ce este foarte mult.
Pentru o izolare fonică buna avem nevoie de un material care să nu vibreze, dar care sa nu reflecte sunetul. Caracteristicile esențiale de luat în calcul sunt:
Masa de material cât mai mare
structura continua ( de evitat îmbinaturile)
Lipsa defectelor în material – sunetul poate distruge zonele sensibile ale materialelor.
Bașii având o lungime mai mare de unda se transmit mai bine, vibrațiile fiind mult mai puternice, cee ace face ca aceștia să reușească sa patrundă mult mai ușor în exterior. În acest caz vom apela la camere flotante. Aceste incinte flotante sunt isolate în spațiile în care sunt montate, astfel încât să nu transmit mai departe vibrația. Aceste camere flotante se gasesc foarte des în salile de repetiții. O idee inovatoare ar fi fost aceea ca aceste incinte sa fie suspendate in aer fiind cea mai bună soluție in preluarea șocurilor, dar acest lucru fiind imposibil de realizat. Astfel s-a recurs la amplasarea lor pe cauciuc sau burete foarte dens, aceste două soluții putând să reia cel mai eficient șocurile undelor.
O altă metodă ar fi aceea de a tăia benzi lungi de linoleum gros, pe care-l rulezi până se obține o grosime de aproximativ 10cm pus la o distanța de un metro sub bârne de lemn pe care se asează pe urmă podeaua salii. Astfel neexistând un alt punct de contact al salii suspendate cu restul incintei în care se afla. Cu cât materialul de sub incinta este mai gros și mai poros cu atât acesta va absorbi mai bine virbațiile.
În orice încapere exista geamuri, uși și sisteme de ventilație cărora le vom da o atenție deosebită. Sistemul de ventilație trebuie să aibe tuburi cat mai mari deoarece ca aerul sa poată circula cu o viteză mică și sa nu produca zgomot în interior, să aibă un traseu cât mai lung pentu a absorbi din sunetul care iese din cameră, și sa fie pe interior captușit cu materiale care să absoarbă sunetul. O idee ar fi ca tuburile să fie suspendate, pentru a putea și acestea să absoarba șocul transmis de unda de sunet.
3.2.1 Modurile unei incintă
După cum am discutat in cele două subcapitole precedente putem spune ca antifonarea este o subcategorie al tratamentului acustic, și ca aceasta se refera strict la împiedicarea transmisiei sunetului dintr-o incintă in alta, precum și patrunderea sunetului din exterior în interiorul incintei. Aceste doua aspecte fiind direct legate intre ele, nu există antifonare unidirecțională.
Prin tratamentul acustic propriu-zis se deduce rezolvarea unor probleme de acustică – răspunsul in frecvență/amplitudinea specifice fiecarei incinte, pentru a îmbunatați calitatea unei audiți și/sau a unei înregistrari desfașurate în respectiva incinta, avem nevoie de un sunet cât mai clar și liniar în frecvență și timp, dacă luam în calcul și efectele spațiale cum ar fi reverberația. Din pacate oricât am incerca aceste două aspecte nu merg chiar mână in mână. De exemplu o cameră dedicată mixajului ( camera de control ) ar beneficia de alt tip de tratament acustic, față de o cameră de inregistrare sau de repetitii. Cu toate acestea, se poate întampla în unele cazuri ca alegerea unei singure camere mai mari care să cuprindă desfașurarea înregistrarii și mixajului sa fie mai bună din punct de vedere acustic,decat împarțirea acesteia în doua incinte mai mici cu o acustică închisa. În acest caz ar trebui luate anumite măsuri pentru a asigura o variantă intermediară intre cele doua.
Tot ce ține de aceste două aspecte se bazează pe: reflexie, absorbție si difuzia unui sunet. În cele din urmă putem defini reflexia ca fiind o manifestare a sunetului când acesta întalnește o anumită suprafața solidă si este trimis înapoi în incinta coerent în frecvență și direcție, fară a pierde semnificativ din energia sa. Dacă materialul face sunetul să piardă din energie, atunci putem considera că este vorba despre o absorbție a sunetului.
Difuzia este o formă de refleie, dar cu sunetul reflectat dispersat ce suferă modificari în faza și/sau direcție. Un material bun antifon absorbant la o anumită frecvență nu va reflecta sau difuza, reciproca acestui postulat este 100% valabilă. Însa există posibilitatea în schimb ca un material să fie reflectiv sau difuziv la anumite frecvențe, și absorbant la altele.
De exemplu:
placa de rigips: ce va absorbi o parte a energiei cinetice a sunetului lasând sa treacă fara probleme frecvențele joase,dar în acelaș timp va reflecta frecvențele medii și înalte înapoi în încapere.
suprafață masiva: cum ar fi un perete de BCA sau cărămida, va reflecta o buna parte din frecvențele joase înapoi în incinta, împiedicandu-le în acelaș timp să se transmită mai departe într-o oarecare măsură, iar efectul va fi acelaș ca în cazul placilor de rigips.
pătura sau burete antifon: va absorbi mediile și înaltele, dar nu va avea niciun efect asupra frecvențelor joase
Un birou încarcat cu obiecte,sau orice obstacol: va face difuzie pe medii și înale, dar nu va avea un efect asupra frecvențelor joase, eventual ar aparea o oarecare absorbție
Analizând cele două aspecte putem spuene că o antifonare totală pe întreaga plajă de frecvențe nu ar fi posibilă. Antifonarea fiind relativ ușoară pe frecvențe joase sau medii, dar cu frecvențele joase sau subsonice aproape imposibilă.
Principiul fundamental pe care se bazează în general fonica unui sunet este masă-aer-masă. Viteza de propagare a undei sonore fiind diferită intre medii, de exemplu, în apă se transmite cu de patru ori mai repede decat în aer, dar sunetul pierde din energia sa cinetică când trebuie să se propage dintr-un mediu în altul. Astfel, dacă avem un perete solid construit în interiorul incintei , rigips, de exemplu, urmat de un spațiu gol și apoi peretele efectiv al camerei, sunetul va trebui să se propage în trei medii total diferite și va pierde din energia sa. Dacă intre peretele fals, cel de rigips și spatiul gol se va plasa o vata minerala bazaltică, se va elimina posibila rezonanță a peretelui fals, acesta putând cauza probleme mari de acustica, precum și în cazul în care incinta creata între cei doi pereți este etanșă, o îmbunătățire a absorbției de frecvențe joase. Deducem ca acesta ar duce la efectul unui panou absorbant cu o placă de rezonanță, dar trebuie luat și în calcul spațiul cât de mic al golului de aer chiar și între vata și peretele camerei pentru a nu pierde din efectul masă-aer-masă.
Cea mai eficienta metodă rămânând construirea unei incinte,numite camera în camera. După cum putem deduce din denumire se va construi o incinta într-o alta incinta cu pereți falși, precum și a tavanului și a podelei, în ineriorul camerei, singurul contact dintre cele două incinte fizic fiind podeaua flotantă așezată pe un material absorbant, atent calculat și stratificat pentru aîmpiedica transmiterea frecvențelor joase din interiorul acestei incinte false catre exterior și invers.
Principalele dezavantaje ale acestei metode fiind: costul ridicat și eficiența redusă în frecvențele jose. În cazul unui designe greșit sau a unei impedanțe defectuase, efectul de absorbție va fi nul. În cazul în care podeaua si/sau tavanul nu sunt flotante și podeaua nu este plasată pe materiale de decuplare acustică perfect adegvate greutații și dimensiunilor incintei, se va produce fenomenul de răzbatere a undei. Undele joase si subsonice trecând fară probleme, motivul este transmisia laterală a sunetului prin structură, reflectându-se și părăsind incinta pe calea cea mai ușoara, în cazul de față podeaua.
Privind fundamentele problemelor de acustică rezultă faptul că tratamentul acustic, în principiu are ca scop urmatoarele caracteristici:
Atenuarea undelor staționare, care modifică raspunsul în frecvență al camerei de control și al camerei de înregistrare.
Reducerea ringing-ului dodal încamere mici și a timpului de reverberație ( RT – reverb – time ) al camerelor mai mari în mod aproximativ egal pe toate frecvențele, dar se prefera totuși un timp puțin mai lung de frecvență joasa – în spatiile reale, rareori se întamplă să existe absorbție pe joase, implicit se va păstra un răspuns în timp/frecvență mai natural, dar totuși controlat)
Absorbția sau difuzia sunetului pentru evitarea futter echo-ului și al filter-ing-ului, ducând la o îmbunatățire a imaginii sunetului stereo și a clarității acestuia.
Modulurile unei camere sau frecvențele modale ale unei camere se referă la anumite rezonanțe ce pot aparea intr-o incintă, atunci când în aceasta se propaga frecvențe joase. Modurile unei camere diferă în funcție de dimensiunile acesteia. Dacă luăm o camera cu laturi de 5m va avea un mod la 34.3Hz și la toți multiplii acestei frecvențe ( 68.6Hz, 102Hz…), motivul acestei amplificari fiind acela ca lungimea de undă are o multiplicabilitate de 1/2, 1/3 ș.a.m.d. din valoarea fundamentală a frecvenței modale, adica încap în acelaș spațiu, dar cu un multiplu mai mare de cicluri.
Pentru a vizualiza mai clar acest numar mai mare de cicluri alegem o chitară bas care va emite o notă cu frecvența fundamentală apropiată de un mod al incintei sau demultiplii săi de propagare Do#2 ar fi cea ai apropiată notă de propagare a undei prin cameră de exeplu cu o frecvență de 69.3 Hz ce va avea amplificarea această nota și notele aflate la interval de o octavă ascendentă. Acestea vor avea o susținere mai mare sau un ecou mai bine propagat.
Dacă luăm o incintă tridimensionala, adică în trei laturi, oricare dintre cele trei laturi ale incintei va genera moduri de propagare diferite și astfel, într-o singura cameră vor exita la trei moduri de frecvențe fundamentale tot atâția multiplii ai lor. Interesant devine acum modul în care dispunem aceste trei laturi pentru frecvențele joase, este de dorit ca distribuția acestora sa fie cât mai egală pe tot spectrul joaselor și să nu se intersecteze reciproc în propagare.
Cu cât o incintă este mai mare, cu atât sansele ca aceasta sa rezoneze în mod audibil pe frecvențe joase scade considerabil, datorită faptului că acestea incep de mai de jos în frecvență și astfel multiplii lor au o dispunere mai apropiată de liniaritate începând de mai de jos în frecvență. Mergând mai departe cu exemplul dat, dacă o latură a dispunerii va avea 10metri, frecvența modală fundamentală a acesteia va fi la 17.15Hz., adică jumatate din valoarea frecvenței modale generate la o latura de 5metri.
Trebuie să ținem seama în aceste dispuneri că modurile sunt de trei tipuri: axiale, tangențiale și oblice. Cele mai importante sunt cele axiale, care apar datorită reflectarii directe a sunetului între două suprafețe paralele cum am descris într-un capitol anterior. Acestea fiind cele mai puternice.
3.2.2Calculul matematic al unei incinte izolatoare fonic
Dimensionarea
Pentru a observa concret cele prezentate anterior vom dimensiona o incintă cubică in 3 dimensiuni: înalțime, lățime, lungime. Pentru a avea o propagare perfectă in teorie, alegem o dimensionare standard pentru cele trei.
Înalțime 10m
Lungime 10m
Lațime 10m
Pentru că avem o incintă perfectă, doar în teorie, pentru că în practică este foarte greu de obținut acest lucru, frecvența emisă va avea aceeași valoare în simularea de propagare atât pe înalțime, lățime și lungime.
Aceste frecvențe au fost calculate în functie de propagarea Do#2 a frecvențelor joase (deoarece acestea sunt singurele care ridică probleme la o antifonare standard) într-o incintă ecofonă la scara multiplililor sai de o octava ascendentă. În general pentru calculele acustice și acordarea instrumentelor muzicale se alege nota La#, dar pentru o mai buna rezonanță in ceea ce privesște calculul incintelor ecofone se alege nota Do#2 deoarece vibrația acesteia este mult mai puternică pentru frecvențele joase.Nota Do fiind prin consecință un ton de frecvență joasă acesta emite cele mai multe vibrații. Știind ca in mediu natural nu se poate crea sunetul Do perfect, atunci calculul acustic se va face cu un semiton mai sus. # ne ajută sa ridicăm frecvența la care putem calcula acustica unei incinte.
Interpretarea grafică
Graficul reprezintă propagarea acestei frecvențe de la 10Hz la 500Hz în 16 moduri axiale într-o încapere cubică. Liniile reprezentate cu roșu sunt frecvențele joase ce se propagă și ridică probleme în estomparea totală a sunetului pentru ca acesta sa nu aibă schimb de energie cinetică cu exteriorul.
Acest calcul explica elementele de bază ale modurilor de proiectare ale unei incinte și interpretarea rezulatelor acestora. Trebuie să întelegem că aceste calcule nu sunt menite sa determine cu exactitate în practică tratamentul de antifonare în frecvențe joase. Indiferent de calcule sau de rezultatul echipamentelor de masurare sau testare, soluția nu este aceeași pentru acelaș tip de camera în dimensionare. Aceasta dimensionare depinde foarte mult de bas-bandă captată de incinta de testare.
3.2.3 Moduri de proiectare ale incintelor/camerelor antifone.
Modurile de incinte sau de cameră rezoneaza natural datorită spațiului închis, precum și frecvența de rezonanță este direct legată de dimensionarea incintei. De exemplu o camera de 16m lungime are un mod de 35Hz,deoarece pereții rezonează natural la aceasta dimensionare,iar aici apar moduri suplimentare multiple de 35HZ,deoarece această frecvență rezonează de mai multe ori în același spațiu. Spațiul oferit de incintă poate gazdui un ciclu de un val de 35Hz, de doua cicluri 70Hz, de treci cicluri 105Hz ș.a.m.d.
Atunci când redai o nota muzicală în aceeași incinta cu o rezonanță naturala a camerei, această notă nefiind amplificată, fiind un sunet analogic. Această notă va suna mai tare un anumit timp, pierzând din intensitate o data cu numarul multiplu de cicluri pe care aceasta îl parcurge în încapere. Desigur, că acest lucru nu este de dorit, deoarece, unele note sunt mai puternice in frecvența ca altele, iar timpul lung de propagare ar reduce claritatea altor sunete. De exemplu o frecvența de bas va acoperi mereu o frecvența de medii fiind redate în acelaș timp și la aceeași intensitate. Prin urmare modul de camera este foarte important deoarece el efectuează în mod direct caracterul clar al unui sunet. Deși rezonanța incintei poate fi redusa prin capcane de bas, aceste frecvențe joase nu pot fi complet eliminate. Din acest motiv,camera pentru înregistrare și camera de lucru sunt concepute diferit pentru a avea o rezonanța ce distribuie in mod egal, dar sub o alta formă rezonanța la aceeași frecvența din apropierea spațiului de lucru.
Incintele mici de lucru au moduri distanțate, aici apărând problema propagarii frecvențelor în afara camerei, deoarece prima frecvență de propagare începe de la o distanță mai scurtă. De exemplu atunci când dimensionam lungimea unei camere cu 10m, modurile de propagare a frecvențelor joase încep de la 56,5Hz si cresc ascendent cu intensitatea sonora atribuită. Într-o incinta dimensionata peste 16m frecvența de impact este mult mai mica, astfel undele de propagare sunt mai apropiate și mai împreunate. Prin urmare o incintă mai mare are un raspuns mai plat la o oasa frecvență,deoarece unda are mai multe moduri de propagare ce se afla la distanțe îndepartate una de cealaltă.
Formula de calcul a dimensionări unei incinte este una extrem de simplă, indiferent dacă masurăm incina în picioare sau în metri. Primul mod,dimensionarea în picioare se face 1130 împarțit la dublul dimensiunii (1130 este viteza sunetului în in mediu lichid masurată înm/s), iar toate pragurile ulterioare sunt multiplii ai acestui rezultat. La utilizarea masuratorii în metri formula este 344 ( viteza sunetului în aer masurată în m/s) împarțit la de două ori dimensiunea camerei. Se ia de două ori dimensiunea camerei deoarece distanța totala pentru a avea un ciclu este dublul lungimii de propagare a unui sunet. De exemplu pentru o cameră de 10 m lungime distanța totală a ciclului va fi de 20m având o frecvența de 56,5Hz
Calcul în picioare:
Al doilea prag se va lua ca fiind de două ori primul prag
56,5Hz-113Hz
Al treilea prag de trei ori primul prag
56,5-113-169,5 ș.a.m.d. până la a 16-1 modulare a frecvenței.
Presurizarea:
În aviație incintele sunt presurizate, dar acest lucru nu schimbă cu nimic calculele de prag, deoarece presiunea în aeronavă este aceeași ca presiunea dintr-u studio de înregistrare. Sistemul de ventilație neafectând propagarea sunetului.
Odată cu zborurile în stratosferă, în aviația modernă s-au impus cabinele presurizate care asigură menținerea unei presiuni barometrice mult crescută față de cea a înălțimii de zbor și menținerea unei temperaturi optime, constantă în interiorul cabinei. Dezavantajul major al acestor cabine presurizate este reprezentat de posibilitatea deteriorării lor, caz în care presiunea din interior devine egală cu cea a atmosferei înconjurătoare, acesta este fenomenul de decompresie care, după viteza de realizare poate fi lentă, rapidă sau explozivă. Decompresia rapidă se realizează într-un timp foarte scurt. Acest tip este condiționat de:
– altitudinea la care se produce decompresia;
– diferența de presiune realizată în cabină;
– tipul în volumul cabinei;
– dimensiunile orificiului de comunicare cu exteriorul.
Cabina unui avion începe să fie presurizată, în mod normal, la o altitudine cuprinsă între 1.800 și 2.400 și pe măsură ce avionul câștigă altitudine. Presurizarea avionului Concorde începea pe la 1.800 m. Unii pasageri pot avea probleme chiar și la acel nivel de presurizare. O schimbare bruscă a presiunii cabinei este periculoasă pentru pasageri și echipaj. Altitudinea maximă de croazieră a aeronavei Concorde era de 18.000 m, deși altitudinea tipică atinsă pe parcursul distanței Londra – New York era de 17.000 m; avioanele convenționale de linie ating o altitudine de croazieră sub 12.000 m. Peste 15.000 m, lipsa oxigenului conduce la pierderea cunoștinței, chiar și pentru un atlet, în circa 10-15 secunde. La altitudinea la care zbura aeronava Concorde densitatea aerului este foarte scăzută; orice fisurare a fuzelajului ducea la o depresurizare atât de gravă încât măștile de oxigen ar fi fost inutile, pasagerii intrând imediat în stare de hipoxie chiar și cu măștile puse. Prin urmare, ferestrele aeronavei Concorde erau mai mici pentru a evita o depresurizare foarte rapidă în cazul unei fisuri. În plus, exista o rezervă de aer suplimentară iar avionul era coborât imediat la o altitudine sigură. Piloții aveau acces la niște măști speciale ce forțau ventilația plămânilor cu oxigen sub presiune.(sitemul CPAP)
Incinta cabinei presurizate este realizata prin asamblarea unor panouri modulare din tabla zincata. Spatiul interior contine unul sau mai multe fronturi aspirante si este completata de un tavan filtrant (plenum) pentru introducere si distributie aer, doua grupuri de presurizare ( unul pentru camera de pulverizare si unul pentru camera de uscare) si generare aer cald, tablou de comanda instalatie. Iluminatul intern este asigurat de lampi neon 2 x 36 W , protectie IP 65.
3.2.4Indici de incintă
Cea mai rea formă de incintă este aceea de tip cub perfect,exact dimensionarea pe care am luat-o la începutul acestui capitol,deoarece cele trei dimensiuni sunt la fel și toate cele trei dimensiuni rezonează la aceeași frecvență. Un o incintă cub perfect de 10m va avea o rezonanță puternic inertă în apropierea pragului de 55Hz, care descrie un șir continu de frecvențe debas,deci atunci când vom reda o notă apropiată de această frecvență, aceasta va rezone mai puternic decat alta notă de o frecvență diferită. O astfel de încintă are un timp mult mai scurt de dezintegrare a sunetului natural ce va intra intr-o rezonanță de bas cu notele care urmează.
O altă alegere neinspirată o reprezinta incintele dimensionate multiplicativ – de exemplu 10metri – 20 de metri -30 de metri, deoarece multe din aceste frecvențe propagate se vor accentua. Prin urmare, scopul este de a avea o incinta cu o forma neuniformă care sa permit raspândirea frecvențelor în toate gamele posibile și întâlnite pâna acum în practica. Acest lucru se face prin proiectarea unei incinte ale carei raporturi de dimensionare ( lungime, lățime și înalțime ) sunt independente. De aici calculul matematic de dimensionare este util pentru a vedea la ce frecvențe apar modurile de prag și cât de aproape snt unul de celalalt, de asemenea putem observa și rapoartele de dimensionare utile și putem compara în mai multe situații.
Incinta unui avion având forma tubulară facilitează calculul acustic mult, deoarece frecvențele propagate nu se va putea dispersa atât de mult iar indicele de dezintegrare al sunetului este mult mai ridicat ceea ce duce la dezaccentuarea frecvențelor rapid până la eliminarea lor totală prin metodă natural.
3.2.5Program de calcul
Pentru a nu face greșeli matematice în dimensionarea unei incinte vom utiliza un program de calcul rapid intitulat ModeCalc.
Programul este foarte ușor de utilizat și la îndemâna orcui, însa rezultatele obținute trebuiesc interpretate doar de un inginer de sunet specializat pe tratamente antifone.
Se introduce datele de dimensionare : lungime, lățime, înalțime și se da comanda de plotare a rezultatelor. Acest program va efectua o simulare până la 16 moduri pentru fiecare dimensiune a incintei fiind redate graphic pentru a putea observa în cazul în care aceste praguri apar și modul în care unul se suprapune cu altul. Fiecare set de praguri este prezentat intr-o culoare diferită, iar atunci când apar două sau mai multe praguri pe aceeași frecvență liniile de prag sunt trasate mai înalt. Porțiunea de afișare grafică a acestui program este una logaritmică, deoarece acesta este și modul în care sunt aranjate octavele și intervalele muzicale și este, de asemenea, modul în care ar trebui privită spațierea incintei.
Acest program ia în considerare rapoarte de camera în termini de intervale muzicale:
1: 1.06 – 2 Minor
1: 1.12 – 2 Major
1: 1.19 – 3 Minor
1: 1.26 – Major treia
1: 1.33 – 4 Perfect
1: 1.41 – 5 Diminuarea
1: 1.50 – 5 Perfect
1: 1.59 – 6 Minor
1: 1.68 – 6 Major
1: 1.78 – 7 Minor
1: 1.89 – 7 Major
De preferabil este evitarea camerelor dreptunghiulare,cu unghiuri fixe, se prefer camera cu tavan boltit si unghiuri de îmbinare al tavanului și al pereților cât mai rotunjit. Dacă există unghiuri proeminente nu se poate determina direct modul de camera pentru dimensionare, acestea fiind mult mai greu de prezis. Însă daca unghiurile nu sunt prea severe putem media dimensiunile. De exemplu: în cazul în care plafonul variaza de la 8m la 10 m, avem posibilitatea de a calcula utilizând marimea de 9m înalțime
STAS vorbind există rapoarte de dimensionare pentru incinte ce au volumul de sau , aceste dimensionari fiind cele mai favorabile pentru incaperile de lucru sau înregistrare. Trebuie sa luăm în calcul mai multe moduri care apar la aceeași frecvență și de asemenea să comparam rapoartele de dimensionare introduce cu rapoartele recomandate.
Pentru a face mai ușor identificarea pragurilor care sunt aproape împreună ModeCalc trasează aceste linii de prag mai inalt, care simulează vârf de răspuns mai mare, ce are loc pe parcursul simulari. Înălțimea normală a liniei este marcat cu o linie orizontală gri subțire. Când două praguri sunt adiacente, sau cel puțin apropiate, ambele linii sunt trase mai inalt. Cu cât sunt mai aproape pragurile unele de altele, cel mai inalt apare reprezentat. Acest lucru permite, de asemenea, să identifice pragurile care cad pe frecvențe identice. ModeCalc trasează toate liniile pentru un prag, apoi următorul, și următorul. Deci, în cazul în care mai multe praguri de transport sunt la frecvențe identice, o linie o va ascunde pe cealaltă. Dacă se observă că o linie izolată este mai mare decât de obicei, înseamnă că există cel puțin două praguri în care aceeași frecvență rezonează. Apoi, putem utiliza afișajul tabelului de frecvențe pentru a le vedea pe toate. Prin urmare, avem linii mai înalte spre partea dreaptă a graficului ceea ce este normal, și nu înseamnă că incinta va avea cu adevărat un răspuns eronat în frecvență.
Toate camerele au nevoie de bas-capcane acestea ajutând la obținerea unei mai bune frecvențe în propagare. Pentru o camera deja existent putem introduce, de asemenea, dimensiuni recomandate, cum ar fi de 23,3 de 16 de 10 de metri. Apoi, vedem cum, chiar cu rapoartele recomandate modurile sunt încă oarecum inegală, și două praguri încă, să apară la aceeași frecvență.
3.2.6 STAS Camereă ntifonă
Exista două tipuri de bază de camera: axiale si non-axiale.
Modurile axiale de propagare au loc între doua suprafețe paralele, iar cele non-axiale au un model asemeni unui diamant. Cele non-axiale mai sunt numite si incinte tangențiale deoarece undele propagate ating patru suprafețe de camera, iar valurile produse de undă ating cele șase suprafețe.
Fiecare camera dreptunghiulara are trei moduri axiale:
Podea – tavan
Perete dreapta – perete stânga
Perete față – perete spate
Tipurile axiale sunt cele mai importante, deoarece acestea sunt cele mai puternice in claritate si in absorbția de rezonanță, ele având un puternic impact asupra vârfurilor de semnal dar și a null-urilor ceea ce duce la o puternica dezintegrare a undelor joase, decât modurile non-axiale. Aceasta se datorează faptului ca limitele sunt paralele, deci distanța dintre reflexii este scurta. Dar au un mare dezavantaj tipurile axiale, deoarece nu pot reda la cea mai înaltă claritate reproducerea muzicii exacte.
3.3 Tratamentul acustic
Sunetul propagat intr-o incinta creeaza unde ce se propagă în toate direcțiile. Undele sonore emise de om (vocea) intr-o inregistrare se reflectă de pereți, de obiecte și de orice lucru pe care îl intalnește in drumul său de propagare, pâna ajunge la capsula microfonului de captare. Acelaș fenomen se repetă la ieșirea sunetului din boxă, sunetul se va reflecta iar in toate obstacolele până va ajunge să fie perceput de senzorii urechii umane. Mărimea incintei în care se propagă sunetul determină durata acestuia de reflexie. Într-o incintă mica, reflexia va dura sub jumătate de secundă, iar într-o incintă mare (sala de spectacol), reflexia va dura până la câteva secunde, de unde ne putem da seama și de percepția mai clară a ecoului, față de senzorii urechii umane. Acest fenomen de reflexive nu poate fi calculate cu exactitate nici cu tehnologia actuala. Un factor princhipal al necalcularii fenomenului, îl reprezintă complexitatea structurii spațiului, de aceea in majoritatea calculelor de tratament acustic este necesară o anume ajustare milimetrică sau centimetrică a panourilor absorbante de sunet.
Ideea fundamental a captarii unui sunet cât mai curat sau să-l audiem într-o audiție cât mai clara este să eliminam ceea ce în ingineria sunetului se numește ecou ( deranjant – puternic ) din incăperea în care facem inregistrarea sau audiția. Teoretic sa avem reflexii cât mai intarziate. Eliminarea totală a ecoului duce la un sunet fals, adica, sunetul inregistrat nu va mai suna natural. Aceasta necesitate minima a ecoului în inregistrări sau în audiții este pentru că urechea umana este obișnuita sa audă sunete naturale, sunete ce aparțin mediilor din care sunt produse, astfel, reflexiile scurte și la o anumită intensitate și claritate ajuta la un sunet mai clar,bun șî inteligibil
Rezonanța undelor reprezintă un fenomen deranjant în reflexia sunetului. Revenind la un capitol anterior unde am vorbit despre caracteristica undelor audio, acum putem spune ca în dependența unei unde față de frecvență poate fi calculate mathematic lungimea acesteia. Omul poate percepe unde cu lungimi cuprinse între 17mm și 17m. De exemplu intr-o incăpere cu doi pereți paraleli aflați la o distanță de 5 metrii unul față de celălalt va încapea cu precizie maximă o undă de lungime de 5 metri, adică o undă de 53Hz. Unda propagată intre acești doi pereți va intra in rezonanță, având aceeași formă de fiecare data când circulă dintr-un sens în celălalt. O descriere vizuală a undei va fi că presiunea aerului va fi mai mare lângă suprafețele lovite și o presiune mai mica intre ele. Orice semnal de sunet ce se află la această frecvență va putea fi amplificat și va avea o durată mai mare a ecoului ce se propagă intre cele două obstacole.
Poză preluată de pe http://www.musicians.ro/undele-audio/
Nu este neaparată nevoie ca acest fenomen să se întample intre doi pereți paraleli, ci acest fenomen se regasește în general și in incinte patrulatere, cameră, deoarece sunetul nu poate circula intr-o singură direcție. Un exemplu îl putem observa în jocul de biliard,cand bila lovită se lovește de cele 4 mante și revine in locul de unde a fost lovită. La fel circulă si sunetul, lovindu-se de toate obstacolele ce le întalnește in drum, în cazul nostru pereții încaperii. Pentru evitarea acestui fenomen de undă rezonantă, trebuie în principal să alegem cu grijă proporțiile, o camera cubică nu este cea mai inspirată alegere, trebuie să evitam pe cat posibil poziționarea suprafețelor paralele. Cea mai potrivită alegere ar fi mai multe suprafețe sub unghiuri diferite, cu cât numarul acestora este mai mare cu atât este mai bine. Oricât ne-am stradui să poziționăm mai multe panouri sub mai multe unghiuri , undele rezonante tot vor gasi un drum de a apărea la o anumita frecvență, oricât de complex ar fi reflexia in pereții de propagare. De aceea la înregistrari si l-a audiții este nevoie de intervenția unui tratament acustic. Rolul materialelor și al ustensilelor de absorbție este de a opri reflexiile, care creeaza pe un timp îndelungat un ecou, prin fenomenul de lovire a undei de cât mai multe suprafețe rigide.
Cu cât materialul folosit în antifonare este mai absorbant, cu atât crește marimea fizică de reducere a reflexiei sunetului. Un aport benefic și de calitate o au materialele textile sau vata absorbanta/mineral/sticla acestea având un grad ridicat de absorbție al undelor propagate. Pentru a avea un efect cu adevărat calitativ, materialele folosite pentru reducerea reflexiilor ar trebui să aibă o grosime de cel puțin un sfert din lungimea de undă produsă de sursă. Din acest context ne putem da seama că tratamentul acesta de antifonare ne va ajuta doar în privința undelor cu frecvențe medii sau înalte, ceea ce denotă faptul ca bașii, adică frecvențele joase, ramân incă o problem destul de mare al acestui principiu de antifonare. Dacă ne orientăm atenția doar pe aceste două masuri ( unde înalte și unde medii ), sunetul din încapere va suna înfundat. Pentru frecvențe joase ( frecvențe de bas ) se folosește un alt tip de material. O placa de lemn ( balsa sau placaj ) de o grosime de circa 5-20 mm, aceasta rezonând la frecvențe joase și astfel șa poata reduce reflexia acestor unde de o puternică propagare. În general ingineria de absorbție a ajuns la combinarea celor 2 modalități, placajul de lemn este acoperit cu un alt material textile sau vata, cee ace duce ca noul ansamblu sa poată sa absoarbă o gamă mai largă de frecvențe. Pentru a avea efect cât mai ridicat, noul ansamblu va fi montat la câțiva centimetri distanță de perete, iar acel spațiu dintre perete și ansamblu sa fie bine sigilat. Pe piața internaționala această inginerie de absorbție s-a dezvoltat foarte mult în ultimii ani, ajungandu-se la o concurența foarte mare între producatorii de materiale sonoabsorbante. Pentru un efect mai mare al absorbției de sunet, este necesar un calcul acustic al incintei, ceea ce este necesar pentru a determina un factor ridicat de antifonare. Marii producatori livreaza la “gata” aceste incinte pentru studiourile profesionale de înregistrare audio.
Acest mod de izolare se foloseste in studiourile de înregistrare audio, dar în aviație lucruile nu stau mult mai diferit.
Poză preluată de pe:http://www.musicians.ro/undele-audio/
3.4 Antifonarea clasică în aviație
ZenithJet.
În cele ce urmeaza ne vom referii strict la modul actual de izolare fonica a incintei sau a unui compartiment al unei aeronave.
Un mare furnizor de materiale de antifonare acustică în aviație este firma: ZenithJrt. Aceasta firma și-a facut puternic simțita prezența pe piața de antifonare a aeronavelor prin stilul asemănator de antifonare al unei aeronave cu parametrii unui studio de producție. Fapt care a dus la o eficiență în domeniu și o ușoara exploatare a acestei metode, deoarece adevarații ingineri de acustică puteau sa faca calculele chiar și fără sa fi avut studii de specialitate în domeniul aviației.
ZenithJet este o afacere exclusive de proiectarea sistemelor de antifonare, oferind spre vanzare kit-uri universale pentru orice tip de aeronavă. Kit-uri precum: truse de verificare a rezonanței acustice, Quiet System și izolație sonoră.
Kitul-Zenith Jet Silentium air
Acest kit de antifonare este cel mai apropiat de antifonarea clasică a tuturor timpurilor. Plecând de la idea de bază zgomotul în cabina. Zgomotul în aviație la fel ca și în producție se masoara în dB SIL. SIL se refera la nivelul de interferență al vorbirii umane cu zgomotul de fond. dB SIL măsoara zgomotul perceput în cabină de urechea umana și poate fi identificat foarte ușor. 10dB SIL, reprezintă nivelul de interferență la vorbire, iar creșterea acestuia în intensitate se face cu 100% valoarea inițiala de 10 dB SIL.Cele mai multe aeronave se gasesc în intervalul de zgomot 50-80 dB SIL. Avioanele businessaircraft modern fiind dotate cu material de antifonare din cele mai moderne, iar cele comerciale încadrându-se spre mijlocul gamei de antifonare. Aeronavele cargo având cea mai slab dotată tehnică de antifonare pe aeronavă. ZenithJet a venit cu o suprimare considerabila a sunetului și a reducerii nivelului de zgomot atât din cabină cât și din compartimente avionului adobtând antifonarea clasică.
Performanțele de lucru au stabilit că există 4 pasi critici pentru a proiecta un sistem de verificare si antifonare al sunetului eficient.
Incinta avionului trebuie sa rămână neschimbată
Expertiza acustică să nu afecteze structura
Metoda adoptată de antifonare să nu aibe costuri ridicate
Propagarea sunetelor normale “informații audio” să nu aibe de suferit în timpul zborului
2….Modul de creere al sistemului de antifonare:
Fabricarea materialelor textile de antifonare se face in fabrica proprie a companiei pentru a asigura controlul calității produsului și pentru a oferi rapid informații caracteristice ale materialului de antifonare.Fabrica are un renume mondial pe producția de material ce reduc zgomotul și furnizarea de inginerie acustica, fiind singura fabric din domeniu de antifonare al aeronavelor certificata ISO 9001/AS9100 pe plan mondial. Producatorul ZenithJet a luat în calcul faptul ca orice inslatație de antifonare este diferită de la o aeronavă la alta,de aceea calculele se fac pentru orice aeronava ce intra in serviciu chit ca face parte dintr-o serie antifonată anterior pentru a determina echilibrul dorit de client între antifonarea din cabină si cea din compartimentul avionului.
Cu ce este diferit aceasta firmă față de celalte firme de antifonare?
Faptul că adoptă un kit simplificat: materialele textile folosite au o greutate redusă iar prinderea lor pe pereții avionului se face prin agrafe și nu prin șuruburi pentru a nu afecta structura aeronavei.
Instalarea mai ușoară: fiecare pachet ( kit) de instalare conține desenele sale proprii, paturile antifon înlocuite cu plastic ce se modeleaza eficient pe corpul aeronavei, materialele textile vin gata de montare nefiind nevoie de ajustare.
Materiale: tehnologia de fabricație a materialelor este cea mai modernă din domeniul aerospațial, un exemplu concret reprezentându-l buretele antifon înlocuit cu spuma izolatoare ce atunci când se întarește devine asemeni unui burete.
Avantaje: greutatea redusă și ia instant forma incintei în care a fost pulverizată
Kitul de instalare include :
Materiale/panouri pentru izolarea termică și acustică
Documentația necesară:
Desene de execuție
Certificate de conformitate
Certificare ISO 8130-3
Marii producatori din domeniul aviației ce dotează aeronavele din stadiul de fabricație cu astfel de tip de izolație fonică
Challenger 300/60X Series-
(RQ) Replacement Quiet kit
(SQ) Supplemental Quiet Kit
Challenger 850/CRJ200 Series-
(RQ) Replacement Quiet kit
(SQ) Supplemental Quiet Kit
Boeing models (BBJ, B757,B767 & B777)
(RQ) Replacement Quiet kit
(SQ) Supplemental Quiet Kit
Global Express/XRS/5000
(RQ) Replacement Quiet kit
(SQ) Supplemental Quiet Kit
Exemplu: Challenger 300 seria RQ SQ & kituri
Folosește acest tip de antifonare pentru reducerea greutații fapt care duce la economisirea de combustibil și creșterea puterii.Calitatea antifonarii față este de 3 ori mai bună, iar manopera de instalare a chitului dureaza între 2 și 5 zile.
Produsul final
Poza preluată de pe: Aviation Services Zenith Jet
Poza preluată de pe: Aviation Services Zenith Jet
Kitul de instalare Poza preluată de pe: Aviation Services Zenith Jet
Modul de fabricație al kitului/Poza preluată de pe: Aviation Services Zenith Jet
Capitolul 4
Sistem de antifonare prin metode acustice
4.1 Controlul zgomotului activ
Controlul zgomotului activ (ANC) cunoscut și sub numele său „reducerea zgomotului activ” (ANR), este o metodă prin care sunetele nedorite sunt eliminate prin adăugarea unui al doilea sunet special conceput pentru a anula primul zgomot
Imagine preluată de pe Wikipedia.com
Sunetul este o undă de presiune, care cuprinde o fază de comprimare si o fază de rarefiere. Un emițător de anulare a zgomotului, emite un sunet cu aceeași amplitudine, dar cu fază inversă (cunoscut și sub numele de antifază) peste sunetul original. Cele două unde se combină pentru a forma o singura undă, într-un proces numit interferență și in mod clar se vor anula reciproc, efect care se numește anulare de fază.
Metoda moderna de a reduce zgomotul se realizează în general prin utilizarea de circuite analogice sau procesare a semnalului digital. Algoritmii adaptați sunt concepuți pentru a analiza forma de undă, zgomotul de fundal sau zgomotul natural. Apoi algoritmul se bazeaza pe generarea unui semnal care va fi invers polarizat față de semnalul inițial. Acest semnal inversat (în antifază) este apoi amplificat și un traductor creează o undă de sunet direct proporțională cu amplitudinea undei originale, astfel creându-se o interferență distructivă. Astfel se reduce în mod eficient volumul de zgomot perceptat.
Un procesor de anulare al zgomotului poate fi plasat și ca sursă de sunet care va atenua unda inițiala. În acest caz trebuie sa aibă același nivel de putere audio ca sursa de sunet nedorită.
Traductorul care emite semnalul de anulare al zgomotului, poate fi amplasat în locul unde dorim atenuarea zgomotului. Acest lucru, amplasarea traductorului in locul zgomotos, necesită un nivel de energie mult mai mic pentru anulare, dar va fi eficient pentru un singur tip de sunet. Anularea de zgomot de la alte surse față de cea de referință este mult mai dificilă, deoarece, s-ar putea crea zone alternante de interferență constructivă sau distructivă, adica, reducerea zgomotului în unele puncte în timp ce s-ar putea dubla zgomotul în alte puncte. În spațiile mici, închise ( de exemplu, compartimentul de pasageri VIP al unui avion) poate fi realizată mult mai ușor prin amplasarea mau multor difuzoare de antifază și microfoane de feedback, alaturi de niște procesoare de masurare și de raspuns în timp real.
4.2 Dimensionarea zgomotului
Pentru a putea anula zgomotul trebuie ca acesta să fie încadrat într-o dimensiune sau trei dimensiuni, în funcție de tipul zonei de proiecție. Sunetele periodice, chiar și cele mai complexe, sunt mult mai usor de anulat decât sunetele aleatorii, datorită repetarii în formă de catre undă.
4.2.1 O dimensiune
Proiecția intr-o dimensiune este mai ușoară și necesită doar una sau doua microfoane și doua difuzoare pentru a putea da randament. Mai multe inovații din domeniul comercial au avut un adevarat success: căști de anulare a zgomotului, paturi active de anulare a zgomotului, precum si controlul zgomotului în conductele de aer condiționat. Termenul de o dimensiune a sunetului se refera la relația simplă a distanței dintre zgomot-microfon-difuzor, mai este numită și reducerea zgomotului mechanic, sau difuzor activ.
4.2.2 Trei dimensiuni
Proiecția pet rei dimensiuni necesită mai multe microfoane și difuzoare, ceea ce duce la un cost suplimentar. Fiecare zgomot tinde sa interfereze cu boxa din apropere, reducând performanța general a sistemului. Reducerea zgomotului este mai ușor de realizat cu un singur zgomot rămas staționar, dar în cazul în care există mai multe forme de zgomot sau în cazul în care receptorul își mută poziția pe tot parcursul spațiului de acționare al sistemului, provoacă perturbații in spațiul de propagare al sunetului și reducerea zgomotului se face mult mai dificil. Undele de înaltă frecvență sunt mai dificil de a se reduce în trei dimensiuni, datorită lungimii de undă relative scurtă în aer.
Lungimea de undă în aer are formă sinusoidală și este de aproximativ 800Hz, ceea ce înseamnă de două ori distanța de la urechea stânga la urechea dreaptă. Astfel un zgomot care vine direct din față va fi redus cu usurință printr-un sistem activ, dar zgomotul venit din lateral ca tinde să se anuleze la o ureche, în timp ce la cealaltă s-ar amplifica, ceea ce duce la un zgomot mai tare.
Undele ce depașesc 1000Hz tind să se anuleze și să se anuleze mai rapid dacă vin din mai multe direcții. În concluzie, reducerea zgomotului în spațiu tridimensional devine eficientă doar la sunete de frecvență joasă. Aplicații comerciale de reducere a zgomotului 3-D include proiecția cabinei unei aeronave și interioarele automobilelor, dar în aceste spații proiecția este limitată în principal la anularea zgomotului repetitive (sau periodic), cum ar fi: motor, elice sau zgomot indus de rotot. Acest lucru se datorează faptului că natura ciclica a unui motor se încadrează in algoritmul de analiză matematică Fourier ceea ce duce la un calcul rapid de anulare a zgomotului în aplicație.
4.3. Controlul zgomotului pasiv vs active.
Controlul zgomotului se paote face active sau pasiv prin reducerea emisiilor sonore de mai multe ori pentru a oferii un confort, dar trebuie luat în calcul considerentele de mediu și respectarea legislației. Controlul active al zgomotului se face prin folosirea unei surse de alimentare a antifazei acestuia.
Controlul pasiv al zgomotului se face prin folosirea metodelor clasice de antifonare: placi de antifon, burete antifon ș.a.m.d.
Anularea active a zgomotului este cea mai potrivită pentru frecvențele joase. Pentru frecvențele mai mari, cerințele de distanțare: spațiu liber și zona tihnică devine unu prohibitive. În sistemele ce se bazează pe cavitate și tubulaturi acustice, numarul de moduri de propagare crește rapid cu o frecvență mult mai mare, ceea ce face, ethnic vorbind, zona de control a zgomotului mult mai greu de controlat. Tratamentele pasive, antifonarea clasică devin mai eficiente la frecvențe mult mai mari și oferă adesea o soluție mult mai adecvată.
4.4. Proiectarea și implementarea
Anularea zgomotului face uz de noțiundea de interferență distructivă. Atunci când undele sinusoidale se suprapun și formeaza o undă rezultantă aceasta depinde de amplitudinea frecvenței și a fazei relative celor doua semnale. Dacă mergem pe principiul de baza ca unda inițiala sa fie suprapusă cu unda inversă a sa, antunci mereu va aparea anularea zgomotului.
Provocarile de proiectare și implementare ale acestui sistem au aparut la identificarea semnalului original și la generearea inversului acestuia fară întârziere în toate directiile in care este propagate sunetul.
Plecând de la tradiționalul control acustic de zgomot ce utiliza tehnologia pasiva, cum ar fi carcase, bariere de zgomot sau amortizoare de zgomot pentru anularea zgomotului nedorit s-a ajuns la concluzia ca o gamă mare de frecvențe au puterea de a patrunde și dincolo de sistemul de antifonare și ca sunt practice ineficiente la frecvențe joase. Pe de altă parte, sistemul ANC atenuează eficient zgomotul de joasă frecvență în care experimental s-a demonstrate ca orice metodă pasiva este ineficienta. Aceste metode pasive erau destul de costisitoare și voluminoase, iar acest aspect a dus la realizarea unui nou mod de antifonare. Unul dintre avantajele constructive ale ANC-ului este costul redus față de moetoda clasică, volumul redus de ocupare și faptul că acesta poate bloca selective anumite frecvențe. ANC s-a dezvoltat rapid ca tehnologie, deoarece permite îmbunătațirea controlului zgomotului și blocarea de joasă frecvență are prioritate în aceasta tehnologie deoarece cele mai multe zgomote din viața reala sunt sub 1 KHZ, de exemplu zgomotul avionului. Acest lucru a dus la determinarea unei metode moderne de anulare a zgomotului.
Există un numar mare de aplicații pentru dispozitivele de anulare a zgomotului active. Anularea zgomotului necesită anularea sunetului de la o sursă, cum ar fi un difuzor. Acesta este motivul pentru care acest sistem functionează mai bine implementat pe caști, deoarece acestea pot să consțina și sunetul original și sunetul de anulare a zgomotului ce se situează intr-o zona aprope de ureche. O cerere deosebită a venit din partea aviației pentru persoanele ce lucrează la sol în jurul aeronavei. ANC s-a dezvoltat ideal pentru uzul industrial, anularea active a zgomotului produs de motoarele unui avion are diverse beneficii pentru sanatatea urechii umane.
În figură avem reprezentat un model cu cască. Cercul simbolizează microfonul. Exista două microfoane pe un set de caști cu antifonare active, unul în afara caștii și celalat în interior.
Microfonul exterior, numit și microfon de referință este utilizat pentru masurarea zgomotului în apropierea caștii și este introdus în procesorul de inversare a fazei (DSK). DSK-ul încearcă sa producă un zgomot inversat prin procesarea semnalului de intrare de la microfon. Microfonul intern, numit și microfon de eroare, va percepe eroarea dintre zgomotul din sursa de zgomot și semnalul înversat generat de DSK. Acest semnal de eroare va fi alimentat înapoi la DSK, care actualizeaza coeficenții de filtrare bazat pe feedback.
Deoarece caracteristicile sursei de zgomot acustic și mediul de propagare al sunetului sunt variabile în timp și spațiu, conținutul de frecvență, amplitudinea, și faza depind de viteza acustică a zgomotului nedorit, acest zgomot fiind în unde nestaționare. Prin urmare, un sistem ANC trebuie să fie adaptabil la aceste variații.
Se implementează un nou tip de filtru, de a reduce la minimum un semnal de eroare și sa se poata realiza raspunsul finit al acestui impuls. Cele mai commune dorme de filter ce se pot adapta sunt filtrele transversale folosind ca mod de calcul algoritmul LMS. În figura reprezentăm un cadru de filtru adaptive pentru sistemul de antifonare acustic active. Practic, există un filtru reglabil cu intrare X și Y la ieșire. Scopul este de a reduce la minumul diferența dintre “d” și “Y”, unde “d” este semnalul dorit. Odată ce diferența este calculate, algoritmul adaptive va ajusta coeficenții de filtrare cu diferența necesara.
Exista mulți algoritmi de adaptare disponibili pe piața actuala de specialitate, însa cei mai populari sunt cei LMS.
Utilizarea acestei îmbunatățiri pentru ANC este complicate, deoarece, joncțiunea suprapunerii acustice dintre difuzorul de anulare și microfonul ce indică datele poate aparea un sunet primar care este combinat și el in filtrul de ieșire. Astfel deduce ca acest model este sensibil la anumite faze de semnal nepotrivite. În cazul în care are loc faza de nepotrivire, chiar daca se produce semnalul inversat, sunetul procesat nu poate fi anulat complet. În plus, ANC este sensibil la zgomote neliniare sau necorelate. Dacă afară microfonul primește sunete necorelate, DSK va încerca sa producă inversul zgomotului necorelat, ceea ce va duce la o degradare a performanței sistemului.
Pentru a putea evidenția acest lucru se face o simulare în matlab de anulare a zgomotuluil.
primul grafic reprezintă zgomotul initial
al 2-lea grafic zgomotul observant la casca sau microfon
al 3-lea grafic zgomotul inversat printr-un algoritm adaptive folosind DSK
al 4-lea grafic erroarea
La erroare putem observa că semnalul initial este unul foarte mare, doar că algoritmul DSK pentru observare la un nivel ridicat tinde rapid la anularea efectiva a zgomotului generat de sursa de zgomot.
Una dintre principalele constrângeri în alegerea unui sistem algorithmic adaptive este complexitatea sa de calcul. În aplicarea ANC, se dorește sa se aleagă un algoritm de calcul care este foarte rapid. Luând în considerare acest lucru, LNS ca algoritm a devenit cea mai eficientă alegere.
4.5 FILTRARE ADAPTIVĂ LMS
Cuvântul adaptiv este întâlnit deseori în vorbirea curentă, în contexte care nu au neapărat o conotație tehnică. Adaptarea vitezei de rulare a unei mașini condițiilor meteorologice, adaptarea unei plante la un mediu ostil sau adaptarea unei persoane la un nou loc de muncă sunt exemple care ilustrează un același principiu: modificarea comportării unui sistem fizic sub acțiunea unor factori externi în sensul optimizării performanțelor acestuia. Aceleași exemple practice pun în evidență și câteva caracteristici specifice oricărui proces adaptiv:
a) modificările nu se petrec brusc, ci gradual, iar efectul acestora poate avea, temporar, un efect nedorit, deși pe ansamblu conduc la efectul scontat (controlul unui autoturism pe un drum acoperit de polei este un exemplu edificator în acest sens). În plus, modificările țin cont în mod nemijlocit de diferența existentă între comportarea considerată “dorită” și cea reală;
b) pe măsură ce procesul de adaptare evoluează, iar comportarea sistemului analizat se apropie de cea dorită, amplitudinea modificărilor succesive se diminuează;
c) de regulă, putem cuantifica “ținta” înspre care tinde sistemul. În multe situații practice, chiar dacă obiectivul nu este atins cu exactitate, plasarea performanțelor “suficient de aproape” de acesta este acceptabilă;
d) este posibil ca uneori procesul de adaptare să scape de sub control, iar rezultatele să fie complet nedorite. În cuprinsul acestui capitol vom trece în revistă principiile de operare, terminologia, parametrii caracteristici și ariile de aplicabilitate ale principalilor algoritmi adaptivi descriși în literatură. Fără a diminua importanța versiunilor neliniare ale tehnicilor adaptive, accentul va fi pus pe prezentarea metodelor cu caracter liniar care, pe de o parte, beneficiază de posibilitatea analizei riguroase a dinamicii sistemelor considerate, iar pe de altă parte domină cu autoritate “piața” aplicațiilor practice. Ne vom concentra cu precădere pe algoritmul de tip “scădere după gradient”, respectiv pe implementarea practică a acestuia sub forma familiei de algoritmi de tip LMS (Least Mean- Squares), a căror eficiență va fi ilustrată prin intermediul unor exemple sugestive. Nu în ultimul rând, vom evidenția și o serie de elemente specifice implementării algoritmilor adaptivi prin metode digitale.
4.6 Algoritmi de filtrare adaptivă LMS
Este important de subliniat încă de la început că o aplicație de filtrare adaptivă nu admite o soluție unică. În fapt, avem la dispoziție un întreg arsenal de tehnici diferite, fiecare având avantaje și dezavantaje specifice, iar alegerea uneia sau alteia dintre variantele posibile trebuie să ia în considerare criterii precum viteza de convergență, volumul de calcul și de memorie necesar, ori efectul apariției erorilor specifice implementării algoritmului folosind circuite care oferă precizie limitată. În cele ce urmează vom trece în revistă câteva exemple de algoritmi adaptivi reprezentativi, anume algoritmul LMS (Least Mean-Squares). Acest algorit a fost elaborat în contextul utilizării unor filtre liniare, însă cu modificări specifice se regăsește și în cazul filtrelor neliniare, în particular al rețelelor neurale. Aspectele teoretice fundamentale sunt prezentate astfel încât ne vom rezuma la a introduce terminologia corespunzătoare, a defini expresiile matematice proprii fiecărui algoritm și de a sublinia o serie de elemente utile în aplicațiile practice.
După cum s-a prezentat în paragraful anterior, una dintre abordările cele mai des utilizate în teoria filtrării adaptive este cea bazată pe formularea unei astfel de aplicații sub forma unei probleme de optimizare. În mod concret, se definește un criteriu de performanță sub forma unei funcționale care asociază fiecărui vector de coeficienți ai filtrului o valoare scalară care depinde și de proprietățile statistice ale semnalelor de la intrarea și ieșirea dorită a acestuia. Aspectul geometric al suprafeței multidimensionale corespunzătoare funcției de eroare rezultate poate fi foarte complicat, însă în cazul particular al unui filtru discret liniar de tip FIR și al erorii pătratice medii aceasta se prezintă ca o suprafață parabolică de formă convexă, având o valoare minimă unică.
Expresia funcției de eroare se poate scrie sub forma:
Unde
Se observă imediat că vectorul de coeficienți corespunzător acestei valori minime este chiar setul optim definit de ecuațiile Wiener-Hopf! În principiu, rezolvarea acestui sistem de ecuații s-ar putea efectua “dintr-un singur foc” printr-un calcul pur algebric indicat în ecuația de mai sus, însă în multe situații practice apar dificultăți datorate dimensiunilor mari ale matricilor implicate sau probleme de stabilitate ale metodelor numerice folosite în inversarea matricii de autocorelație R. Determinarea valorilor extreme ale unei funcții de mai multe variabile poate fi asigurată printr-o paletă largă de metode, expuse cu acuratețe în textele referitoare la tehnicile de optimizare. Una dintre cele mai des folosite soluții o reprezintă scăderea după gradient (gradient descent), care în esență se bazează pe modificarea succesivă a variabilelor pe direcția și în sens invers gradientului funcției supuse procesului de optimizare. În cazul particular al erorii pătratice medii expresia gradientului se poate scrie compact sub forma:
Modul de operare al algoritmului este descris prin relația următoare și prezentat
detaliat în tabelul (constanta pozitivă η este denumită constantă de adaptare)
Analiza teoretică a algoritmului de tip scădere după gradient permite evidențierea următoarelor aspecte :
– stabilitatea algoritmului (convergența către valorile optime) este asigurată pentru o gamă de valori ale constantei de adaptare cupinsă în intervalul 0 < η < 2/λmax , unde λmax desemnează valoarea proprie maximă a matricii de autocorelație R.
– viteza de convergență a componentelor vectorului w către valorile optime wopt poate fi apreciată cu ajutorul unor constante de timp cuprinse în intervalul:
– evoluția în decursul procesului de convergență a erorii pătratice medii este descrisă de relația:
în care vectorul v[n] se definește prin relația (matricea Q are drept coloane vectorii proprii ai matricii de autocorelație R). Este ușor de observat că relația recursivă care exprimă modul de operare al algoritmului include matricile R și p. În multe situații practice, datorită imposibilității de a caracteriza corect din punct de vedere statistic procesele aleatoare implicate, aceste mărimi nu sunt disponibile, astfel încât suntem nevoiți să utilizăm valori estimate ale acestora. Cea mai simplă metodă de estimare constă în înlocuirea valorilor exacte ale matricilor menționate anterior – calculate prin acțiunea operatorului de mediere E{.} pe un ansamblu de realizări individuale ale proceselor aleatoare considerate – prin valorile lor instantanee. Procedeul stă la baza formulării algoritmului denumit Least Mean-Squares (LMS) și este prezentat în tabelul de mai jos.
Avantajul principal al acestui algoritm constă în simplitatea sa, însă sunt necesare o serie de observații:
– spre deosebire de algoritmul de scădere după gradient, la care modificarea setului de coeficienți se face determinist, strict pe direcția gradientului funcției de eroare, în cazul algoritmului LMS apare un zgomot de gradient (datorat lucrului cu valorile estimate și nu cele exacte ale acestei mărimi), care imprimă modificărilor un caracter aleator – nu întotdeauna pe direcția gradientului! – deși în medie evoluția urmărește această direcție.
– din același motiv, valorile finale ale setului de coeficienți ai filtrului nu se mai stabilizează la wopt (soluția ecuaților Wiener-Hopf), ci fluctuează permanent în mod aleator în jurul acestora. Ca urmare, avem de-a face și cu o modificare a noțiunii de convergență a algoritmului. Astfel, se consideră următoarele 2 definiții:
Convergență în valoare medie: E{w[n]}→
Convergență în valoare pătratică medie:
Pentru a asigura convergența conform acestor definiții, constanta de adaptare
trebuie să satisfacă următoarele condiții
Se poate arăta că relațiile anterioare conduc la formularea unei condiții ușor de utilizat în practică, anume că valoarea constaneu de adaptare η trebuie aleasă invers proporțional cu puterea semnalului aplicat la intrare .
– există un “preț” care se plătește pentru simplificarea majoră datorată estimării valorilor matricilor R și p: valoarea finală a erorii pătratice medii, notată J (∞) , va fi mai mare decât cea corespunzătoare folosirii setului de coeficienți optim w:
Parametrul denumit misadjustement exprimă cantitativ această abatere (de regulă, în valori procentuale):
Constanta de timp asociată procesului de convergență a algoritmului este:
Au fost elaborate și o serie de variante la algoritmul LMS standard, menite să corecteze unele dintre dezavantajele acestuia, printre care viteza redusă de convergență, apariția unor probleme de natură numerică la implementarea hard a algoritmului datorate preciziei finite de lucru (în acest caz se manifestă efectul erorilor de cuantizare), zgomot de gradient apreciabil în cazul lucrului cu semnale de intrare cu gamă dinamică mare (în acestă situație variația valorilor coeficienților filtrului de la o iterație la alta este prea mare). În de mai jos se prezintă câteva dintre variantele utilizate des în aplicații, iar mai jos se indică funcția MATLAB care implementează varianta standard a algoritmului.
4.7 Integrarea sistemului de antifonare prin metoda active pe o aeronavă
Integrarea/Sintetizarea si testarea Controlerului/Sistemului Audio ANC
Integrarea Sistemului
Folosind pozitiile numeric determinate ale unui actuator, un sistem experimental ANC a fost integrat in macheta VLJ dupa cum se vede in Fig. 12.20. Se poate observa faptul ca doua microfoane sunt plasate la fiecare capat. Difuzoarele de anulare a zgomotului se afla in pozitiile determinate de optimizarea selectiva.
Implementarea algoritmului de control a fost facuta pe o platforma hardware dSPACE (tip 1006, 2.6GHz, 16 bit I/O) pentru un sistem cu mai multe canale de marime K= 1 semnal de referinta, L=8 microfoane de eroare si M=6 surse secundare care folosesc o frecventa de esantionare egala cu 4 kHZ. Algoritmul a fost implementat in putere nominala, forma indiscreta cu un sistem de modelare inactiv de tip plant pentru rutele secundare.
Schema sistemului audio integrat ANC este ilustrata figura de mai jos. Campul zgomotului primar a fost creat cu ajutorul unui difuzor separat, de asemenea localizat in cabina, compara de mai jos. Pentru aceste experimente, semnalul de zgomot a fost transmis direct pana la controller (referinte interne). Semnalul audio de intrare transmis la controller a fost pre-filtrat cu un filtru universal trece-jos ( frecventa de taiere 1 kHZ). O versiune filtrata cu ajutorul unui filtru trece-sus a semnalului audio a fost trimisa catre un sistem audio separat.
Asa cum se poate vedea, atenuarea zgomotului este mai mare pentru microfonul care este mai aproape de pasaj. Zona cu un minim de 10 dB atenuati ( reducere toatala SPL) este marita la aproximativ 0.15- in apropierea microfoanelor de eroare. A se observa ca realizarea schemei a fost facuta fara plasarea unui cap si a unui trunchi artificiale in scaun. Pentru scaunele din spate o usor mai limitata zona de liniste ( aproximativ pentru 10 dB de scadere a atenuarii) a fost detectata, ceea ce se datoreaza pozitionarii apropiate a actuatorilor si a senzorilor de cabina din spate.
Evaluarea experimentala a performantei unui ANC
Rezultatele experimentale prezentate aici au fost create cu un camp de zgomot primar in banda larga (50 Hz < f <800 Hz) 45 dB peste valoarea zgomotului de fundal al cabinei. Cel din urma a fost dat la aproximativ 40 dB.
Cele mai bune rezultate au fost obtinute folosind o lungime de filtru de 300 coeficienti pentru filtrele adaptive si 200 coeficienti pentru modelele cailor secundare. SPL-ul masurat la microfoanele M1-M8 in domeniul necontrolat si controlat al sunetului. Poate fi observat ca perturbatia initiala a fost micsorata cu aproximativ 15 dB la toate erorile senzorilor.
Rezultatele testului prezentate in aceasta figura clarifica faptul ca succesul controlului a fost concentrat in sfera frecventelor mai joase de 250 Hz.
Zona de efect a sistemului de zgomot activ din jurul senzorilor de eroare a fost reprezentata cu o matrice dreptunghiulara formata din 16 microfoane. Doua planuri, unul vertical, altul orizontal aliniat, au fost analizate pentru fiecare loc.
Evaluarea metodelor de control audio activ combinate(Audio Active Noise Control – ANC).
Controller-ul a fost testat acum cu ANC combinat si cu playback audio. Asa cum a fost descrisa in lucrarea experimentala, semnalul audio procesar de filtrul “trece-jos” a fost folosit ca intrare pentru controller-ul ANC in timp ce partea filtrata prin “trece-sus” a fost trimisa catre alt sistem audio separat.
Dupa aproximativ 2 secunde dupa ce sistemul ANC este pornit, diminuarea zgomotului este observabila in plaja de frecvente dorite. Mai mult, semnalul audio ramane vizibil in mod clar, asa cum se poate observa prin
comparatia cu o spectrograma de referinta, nefiltrata.
Prin compararea elementelor semnalului audio in spectrograma microfonului camerei acustice si al referintei efectul filtrelor “trece-jos” si “trece-sus” precum si al camerei acustice trebuie retinute.
In timpul playback-ului audio, nicio perturbare a sistemului ANC nu este sesizabila. Diminuarea sunetului poate deci fi interpretata ca o imbunatatire directa a ponderii semnalului raportat la zgomot, permitand folosirea nivelelor de presiune acustica mai joase in limita inferioara a limitei sistemului audio.
Pe de alta parte, o evaluare obiectiva a schimbarii calitatii audio este complexa in acest caz deoarece majoritatea uneltelor pentru analiza si a algoritmilor se bazeaza pe scheme de encodare audio si deci, nu sunt potrivite pentru utilizare cu nivele de zgomot intalnite aici. Ca urmare, raman testele pe scara larga ca o optiune viabila.
Localizarea surselor de zgomot in cabina unei aeronave.
Abstract. Analizarea campului de zgomot este, de obicei, prima sarcina de design a procesului de design al unui sistem ANC a carui procedura a fost discutata in capitolul. O asemenea analiza poate sa includa, de asemenea, identificarea unei surse de zgomot pentru a dezvolta un concept ANC care este capabil de izolarea/protejarea interiorului in mod eficient fata de sunetul exterior. Pentru acest scop, este esential sa se determine atat pozitia si intensitatea celor mai intense surse de zgomot. Aceste informatii sunt necesare pentru o plasare si un control potrivite ale senzorilor si elementelor de actionare(acuator). O unealta puternica ce este folosita pentru a realiza design-ul unui sistem ANC cu scopul de a identifica sursele de zgomot este IFEM.
Rapoartele din capitolul urmator despre investigatiile in care IFEM a fost folosita pentru a indentifica punctele cheie acustice intr-o sectiune incrucisata a unui avion de distanta mare. Campul sonor in aceasta cavitate, care reprezinta sistemul de baza a fost exitat atat de surse interne cat si externe si inregistrat cu un sir de microfoane aranjate intr-un mod anume. Un model pentru elemente finite potrivit a fost dezvoltat. Asa cum se va arata in capitolul urmator, variabile acustice au fost determinate din datele inregistrate cu succes.
4.8 Sistem de antifonare acustic active
Pentru a putea face acest experiment avem nevoie intr-o primă etapă de:
2 microfoane (un microfon sursa de preluare zgomot și un microfon martor)
2 difuzoare
un processor digital de semnal DSP
placa de sunet
4.8.1 Microfonul:
Există mai multe tipuri de microfoane: Microfonul cu bobina mobila, Microfonul cu banda, Microfonul condensator, Microfonul cu electret, microfoane cu cristal.
Microfoane
Dintre sursele de semnal enumerate mai sus microfoanele ocupa un loc de frunte. Ele sunt singurele aparate electroacustice capabile sa capteze oscilatiile sonore naturale, din care motiv sunt denumite si surse de semnal primare.
Microfoanele capteaza semnalele produse in spatiul inconjurator transformand oscilatiile acustice (mecanice) in oscilatii electrice, obtinandu –se la bornele acestora semnale electrice de audiofrecventa.
Ele se pot clasifica dupa mai multe criterii :
din punct de vedere al principiului constructiv
dupa principiul de functionare
dupa tipul constructiv
dupa caracteristicile de directivitate
dupa dependenta de iesire
Din punct de vedere al principiului constructiv intalnim doua tipuri de microfoane. Microfoanele cu carbune utilizate in telefonie, care functioneaza pe principiul comandarii unei surse de curent continuu si microfoanele utilizate in electrostatica, functionand pe principiul transformarii energiei.
Dupa principiul de functionare intalnim: microfoane cu rezistenta variabila, electrodinamice, electromagnetice si piezoelectrice.
Acestea la randul lor se pot clasifica din punct de vedere constructiv :
Microfoane cu rezistenta variabila
microfoane cu carbune
Electrodinamice
microfoane cu bobina mobila
microfoane cu banda
Electroacustice
microfoane condensator
microfoane cu electret
Piezoelectrice
microfoane cu cristal
Dupa caracteristica de directivitate intalnim microfoane cu caracteristica de directivitate simpla si microfoane cu caracteristica de directivitate compusa.
Dupa impedanta de iesire se disting doua tipuri de microfoane de impedanta mica si de impedanta mare.
Microfoanele din primul tip au impedanta de 50Ω, 150 Ω, 200-500 Ω ; microfoanele din al doilea tip au impedanta cuprinsa intre 20K Ω-50K Ω.
5. Caracteristici electrice si acustice ale microfoanelor
Cele mai importante caracteristici electrice care influenteaza esential calitatea transmisiunilor sonore sunt: sensibilitatea, caracteristica de frecventa, distorsiunile, zgomotul propriu si impedanta de iesire.
Pentru a se putea analiza in mod unitar transformarea de catre diferite microfoane a oscilatiilor acustice in semnale electrice este util a se stabili o caracteristica, prin care sa se exprime sensibilitatea in functie de frecventa si directia din spatiu a oscilatiilor acustice.
Caracteristica se numeste caracteristica de directivitate si este trasata grafic prin diagrame de directivitate.
Caracteristicile de directivitate sunt de trei feluri :
de forma circulara
de forma cardiodei
de forma cifrei opt sau dublu sferica
Sensibilitatea este calitatea microfonului de a transforma cat mai eficient energia acustica in energie electrica.
Ea se exprima cantitativ prin raportul dintre valoarea tensiunii efective U, obtinuta la bornele microfonului si valoare presiunii acustice P ce se exercita asupra microfonului:
Caracteristica de frecventa sau raspunsul microfonului reprezinta nivelul tensiunii la bornele microfonului in functie de frecventa, la aplicarea unei oscilatii acustice de intensitate constanta.
Ea se prezinta grafic, in abscisa avand frecventa(scara este de regula logaritmica), iar in ordonata nivelul tensiunii la bornele microfonului(in general exprimata in dB).
Neuniformitatea caracteristicii de frecventa reprezinta valorile extreme (maxima si minima) a tensiunii date de microfon in raport cu tensiunea de referinta. Ca nivel de referinta se considera nivelul debitat de microfon la frecventa de 1KHz si un nivel acustic de 30dB .
Valorile admisibile ale abaterii caracteristicii de frecventa sunt date in prospectul microfonului si ele depind de calitatea acestuia.
Distorsiunile neliniare pot afecta in mod neplacut auditia. Ele apar datorita deformarii formei sinusoidale a semnalului, deformari ce duc la aparitia armonicilor. Urechea umana este sensibila la distorsiunile neliniare, pe care la 2% le sesizeaza. Distorsiunile mai mari de 10% fac auditia neplacuta.
In tehnica moderna a microfoanelor s-au obtinut distorsiuni sub 0,5% in banda de 20-20000Hz(cazul microfoanelor HI-FI pentru studiouri)
Raportul semnal/zgomot este parametrul care pune in evidenta zgomotul propriu al microfonului. El reprezinta raportul dintre tensiunea utila si cea de zgomot pentru o presiune acustica stabilita. Ea se exprima in dB.
In cazul microfoanelor de calitate se obtine la o presiune de1µbar raportul semnal/zgomot de 60dB (adica de 1000 de ori).
Rezistenta interna a microfoanelor depinde de principiul de functionare si de tipul constructiv al acestora. In majoritatea cazurilor, rezistenta interna este chiar impedanta de iesire a microfonului.
De valoarea rezistentei interne depinde si nivelul tensiunii de zgomot. Se stie ca la o rezistenta mica, zgomotul este scazut. De aceea se prefera microfoane cu rezistenta interna mica. La acestea se pot conecta si cabluri de legatura mai lungi fara a afecta calitatea semnalului.
Microfonul cu bobina mobile
Microfonul dinamic cu bobina mobila este compus dintr-un magnet permanent, o bobina circulara mobila si o membrana realizata din mase plastice
Microfonul dinamic; M─magnet permanent;B─bobina mobila; D─membrana;
Fata membranei este in contact direct cu masa de aer. In spatele membranei este fixata o bobina cilindrica. Ea se afla intre polii magnetului, adica in flux magnetic constant creat de polii acestuia. Daca in masa de aer apar vibratii acustice, acestea vor actiona asupra membranei deplasand-o. Odata cu aceasta se va deplasa si bobina mobila a carei miscare va aduce la intersectarea liniilor campului magnetic generat de magnet.
Prin intersectarea liniilor campului magnetic la capetele bobinei va aparea o tensiune electromotoare indusa de audiofrecventa.
Caracteristica de frecventa a microfonului dinamic depinde in cea mai mare masura de forma si dimensiunile membranei, precum si de forma constructiva a microfonului. In diferite microfoane cu bobina mobila forma membranei utilizate poate fi: circulara, semisferica, conica, eventual sector sferic.
Sensibilitatea microfoanelor cu bobina mobila este cuprinsa intre 0,1…0,2mV/µbar, iar nivelul tensiunii de iesire este cuprins intre 0,1…0,5mV. Datorita nivelului mic al tensiunii de iesire este necesara montarea dupa cel mult 2m de cablu a unui preamplificator sau a unui transformator de microfon.
Caracteristica de frecventa a microfoanelor cu bobina mobila difera de la un tip la altul. Microfoanele de calitate medie cu banda cuprinsa intre 80…12000Hz, au o abatere de ±4…6dB. Cele semiprofesionale au banda de frecventa intre 60…16000Hz, cu o abatere de ±4dB.
Distorsiunile acestui tip de microfon nu depasesc 2%. In cazul microfoanelor semiprofesionale HI-FI distorsiunile sunt de 0,5…1,5% in banda de frecventa data.
Microfonul cu banda
Microfonul cu banda este tot un microfon care se aseamana functional cu microfonul cu bobina. La acest tip de microfon, locul bobinei circulare este luat de o folie subtire de aluminiu(fig.6). Ea se afla situata intre polii unui magnet. Cand banda este antrenata de oscilatiile acustice, miscandu –se intr-un camp magnetic, in ea se induce o tensiune electromotoare de audiofrecventa. (fig.6).
Microfonul cu banda.
Rezistenta interna proprie a benzii este foarte mica, in general 0,1Ω. Din acest motiv tensiunea de la bornele ei este deosebit de mica si nu se poate transmite prin cablu nici macar 1 m.
De aceea in interiorul microfonului se incorporeaza un transformator. Acesta are rolul, pe de o parte, de a ridica in secundar tensiunea de audiofrecventa, iar pe de alta parte, de a realiza adaptarea rezistentei foarte mici la impedanta cablului de microfon.
Transformatoarele de microfon utilizate au in general un raport de transformare de 1 /45. In felul acesta se obtine o impedanta de iesire in jur de 200Ω.
Microfoanele cu banda au in general caracteristici calitative bune, motiv pentru care sunt utilizate in tehnica studiourilor. Ele sunt folosite atat pentru vorba cat si pentru muzica.
Una din caracteristicile specifice ale microfonului cu banda, este aceea ca in cazul surselor apropiate de microfon se produce o accentuare a frecventelor joase, care in cazul vocii, introduce o tenta sonora ireala. In cazul transmisiunilor muzicale, acest efect este utilizat pentru favorizarea instrumentelor solo din domeniul frecventelor joase.
Sensibilitatea microfoanelor cu banda este in jurul valorilor de 0,1mV/µbar. Caracteristica de frecventa a microfoanelor de calitate medie de acest tip este 30…14000Hz, cu o abatere de ±6dB, iar a microfoanelor profesionale 30…16000Hz, cu o abatere de ±4dB.
Nivelul propriu este mai mic decat al microfoanelor cu bobina mobila 0,2µV, iar distorsiunile sunt cuprinse intre 0,5…1,5%.
8. Microfonul condensator
Dintre toate microfoanele ce actioneaza pe principii electroacustice, microfonul condensator este cel mai bun transductor.
Principiul lui de functionare este deosebit de simplu. El se bazeaza pe variatia capacitatii in functie de oscilatiile sonore. Constructiv el este format dintr-o incinta acustica ce formeaza armatura fixa si o membrana de masa plastica metalizata ce formeaza armatura mobila a condensatorului. Odata cu vibratiile membranei mobile sub influenta oscilatiilor sonore, se modifica corespunzator si capacitatea electrica.
Intre cele doua armaturi se formeaza o perna de aer care readuce membrana mobila─dupa incetarea presiunii─in pozitia initiala. Pentru marirea elasticitatii pernei se practica in armatura fixa mici orificii. Acestea nu afecteaza esential capacitatea microfonului
Microfonul condensator.
Dupa cum se vede din figura armaturile condensatorilor sunt polarizate printr-un rezistor de ordinul unui megaohm, de catre o sursa de curent continuu. Cand oscilatiile sonore determina miscarea membranei, capacitatea se modifica, deci prin sarcina electrica a celor doua armaturi, si prin rezistor va trece un curent proportional cu variatia capacitatii.
De la bornele rezistorului se va culege tensiune de audiofrecventa.
Amplitudinea vibratiilor membranei bine tensionate este deosebit de mica, astfel inertia ei este neglijabila. Din acest motiv distorsiunile armonice ale microfonului condensator sunt foarte mici.
Rezistenta interna a microfonului condensator este foarte mare, iar nivelul semnalului de iesire foarte mic avand o valoare de 0,05…1mV. Acest nivel foarte mic nu permite conectarea unui cablu de o lungime acceptabila fara a nu afecta raportul semnal/zgomot. Deoarece utilizarea unui transformator de microfon nu este posibila, datorita rezistentei interne mari, s-a recurs la un preamplificator. Acesta are o impedanta de intrare de 100…200Ω si se conecteaza chiar in carcasa microfonului.
Lungimea cablului de legatura dintre capsula microfonului si preamplificator este de 3…4cm.
In prezent datorita dezvoltarii circuitelor integrate, aceste preamplificatoare, au un gabarit mic, avand totodata si un raport semnal/zgomot foarte bun.
Dupa cum rezulta de mai sus caracteristica de frecventa si raportul semnal/zgomot ale microfonului condensator sunt intr-o stransa dependenta de performantele preamplificatorului cu care este prevazut.
Cu preamplificatoarele fabricate in prezent, microfoanele profesionale au o banda de 20…20000Hz cu abaterea de 1dB si un raport semnal/zgomot de 65…75dB.
Rezistenta de iesire a acestui tip de microfon este nominalizata la 200Ω. Nivelul semnalului de iesire este de 5…10mV valoare ce permite conectarea microfonului cu un cablu ecranat mai lung, fara a influenta semnificativ raportul semnal/zgomot.
Sensibilitatea microfoanelor condensator este intre 0,1…0,3mV/µbar. Nivelul zgomotului este dependent de tipul preamplificatorului incorporat.
9. Microfonul cu electret
Electretul este un strat subtire izolant, care pe ambele fete este incarcat cu sarcini electrice de semne opuse. Electretul se realizeaza in felul urmator: izolantul topit este supus unui camp electrostatic foarte puternic sub actiunea caruia se produce polarizarea moleculelor. Se lasa apoi folia izolanta sa se raceasca in acest camp. In acest fel se obtine o folie incarcata cu sarcini electrice de semne opuse, pe cele doua fete, creandu-se intre acestea un camp electrostatic, asemanator campului magnetic permanent.
Functionarea si constructia microfonului cu electret este asemanatoare microfonului condensator.
Folia de electret (care inlocuieste folia metalizata de la microfonul condensator) se metalizeaza pe una din fete si va constitui armatura mobila a condensatorului. Armatura fixa, rigida, se realizeaza din metal si are o forma constructiva asemanatoare cu cea de la armatura fixa a microfonului condensator. Peste armatura fixa se aseaza fata nemetalizata (izolata) a foliei electretului .
Microfonul cu electret.
Intre folia electret si armatura fixa exista un strat de aer de ordinul milimetrilor. Volumul aerului inchis de folii se mareste prin practicarea unor orificii de mici dimensiuni in armatura fixa. Odata cu cresterea volumului de aer se mareste si elasticitatea membranei microfonului si implicit si sensibilitatea lui.
Deoarece grosimea foliei de electret este foarte mica, capacitatea electrica este mai mare ca in cazul microfonului clasic cu condensator (capacitatea creste de aproximativ trei ori). De asemenea scade si valoarea rezistentei interne usurandu-se problema realizarii preamplificatoarelor. Existenta campului electric in folia de electret face inutila tensiunea mare de polarizare, necesara microfoanelor condensator.
Microfoanele cu electret de calitate medie au caracteristica de frecventa cuprinsa intre 20…20000Hz, cu abatere de ±3dB. Impedantele uzuale sunt: 50Ω, 250Ω, 600Ω si 1000Ω.
Raportul semnal/zgomot la constructiile mai simple este 45…55dB, iar tipurile de calitate 60…65dB.
Dimensiunile reduse a microfonului cu electret folosite la casetofoane au determinat constructorul sa foloseasca o folie de electret cu suprafata mica 1…1,5cm².
Prin reducerea suprafetei membranei, microfonul este mai putin sensibil la frecvente joase, asigurand o liniaritate buna a caracteristicii de frecventa numai pentru frecventele mai mari de 100…150Hz.
In felul acesta s-au putut elimina zgomotele datorate vibratiilor mecanice din continutul semnalului util.
Microfoanele cu electret de buna calitate au suprafata membranei de 2…5cm². Sensibilitatea in cazul acestora este de 0,5…1mV/µbar.
Amplificarea tensiunii de valoare mica ce provine de la capsula microfonului cu electret se realizeaza cu preamplificatoare moderne prevazute cu tranzistoare cu efect de camp(TEC), cu circuite discrete sau cu circuite integrate. Aceste preamplificatoare de regula sunt incorporate in microfon.
Schema electronica a unui microfon
4.8.2
Difusorul audio
Difuzorul este un dispozitiv în care energia electrică de audiofrecvență de la ieșirea receptorului radio, TV sau amplificatorului se transformă în sunet. Această transformare se face prin mai multe sisteme și anume:electromagnetic, electrodinamic, piezoelectric și electrostatic.
Constructiv, difuzorul are o parte fixă, carcasa, care susține partea mobilă. Descriu mai jos cum funcționează fiecare sistem de difuzor.
Sistemul electromagneti
Difuzorul bazat pe acest sistem este o construcție simplă care se bazează pe acțiunea câmpului magnetic alternativ. Se compune dintr-un magnet permanent care între cei doi poli are montată o bobină prin care circulă un curent de audiofrecvență emis de amplificator. Prin mijlocul bobine se găsește montată, circulând liber, o lamelă elastică de oțel care la un capăt este cuplată de o membrană în formă de pâlnie (poate pentru anumite cerințe să fie și plană). Datorită curentului de audiofrecvență și sub acțiunea câmpului magnetic alternativ, lamela vibrează antrenând membrana difuzorului emițând sunete. Cu toate că acest tip de difuzor are o sensibilitate bună, caracteristica de redare a frecvențelor este foarte proastă și cu distorsiuni mari. Nu se mai folosește, el a fost difuzorul începuturilor.
Sistemul electrodinamic
În acest sistem găsim două tipuri constructive: cu magnet permanent și cu electromagnet sau cu excitație (necesită un montaj care să asigure o tensiune de c.c. pentru bobina electromagnetului).
Constructiv sunt asemănătoare. Magnetul permanent sau electromagnetul dezvoltă un câmp magnetic circular în care se montează o bobină legată rigid de o membrană fixată în parte de sus a carcasei metalice, iar la nivelul legăturii cu bobina de un element numit fluture, care stopează ieșire completă din câmp a bobinei.
Curentul electric de audiofrecvență care trece prin bobină, creează în jurul acesteia un câmp magnetic alternativ care prin interacțiune cu câmpul magnetic permanent al magnetului sau electromagnetului produce o forță ce deplasează bobina pe verticală.
Acest tip de difuzor se caracterizează printr-o caracteristică de frecvență bună și largă și o gamă largă a puteriilor radiate. Puterea lor este de la câțiva fracțiuni de watt și zeci și sute de wați.
Sistemul piezoelectric
Principiul de funcționare: pe armăturile elementului piezoelectric se aplică tensiunea alternativă de audiofrecvență. Elementul începe să oscileze mecanic în aceeași frecvență. Oscilațiile sunt transmise membranei fixate rigid de elementul piezoelectric, care produce vibrații sonore. Acest tip de difuzoare se pretează pentru redarea frecvențelor audio superioare peste 8000 Hz. Puterea lor este oarecum limitată de rezistența mecanică a elementului piezoelectric.
Sistemul electrostatic
Acest tip de difuzor se poate compara cu un condensator. Este constructiv compus dintr-un electrod fix și un electrod mobil (se pot numi fiecare și armătură). Sunt confecționați dintr-o peliculă dielectrică foarte subțire, metalizată pe una din părți. Între cei doi electrozi se aplică o tensiune continuă care creează câmpul electric inițial. La aplicarea tensiunii alternative de audiofrecvență, armătura mobilă va vibra, producând sunete.
Calitatea redării în domeniul frecvențelor înalte este mult mai bună față de sistemul electrodinamic, ajungând să redea sunete până la 20 kHz.
Pentru o bună sonorizare difuzorul trebuie montat într-un sistem acustic.
Pentru a obține o deplasare liniară a armăturii mobile (în funcție de tensiunea aplicată) se pot folosi doi electrozi ficși în loc de unul singur, ca în figura alăturată. În acest caz, pentru a putea emite sunete efectiv, electrozii ficși trebuie să fie niște plăci perforate sau grile de sârmă.
Frecvență proprie
Frecvența proprie a unui difuzor este cea mai joasă frecvență pe care acesta poate să o reproducă. Ea este cu atât mai mică cu cât suprafața membranei este mai mare si cu cât este mai mare amplitudinea (ondulația) ei (a membranei).
4.8.3 DSP
Un DSP (Digital Signal Processor) sau procesor de semnal digital (numeric) este un tip de procesor optimizat pentru procesare continuă rapidă (în timp real) a unui flux analogic sau/și digital de date de natură fizica diversă precum sunet, video etc. Pentru prelucrare de semnale analogice, DSP-ul lucrează conjugat cu convertoare analog-digitale (-numerice) și convertoare digital-analogice (numeric-). Procesoarele de semnal digital, – DSP – pot să prelucreze fluxuri de date analogice care, printr-o procesare analogică doar în mod foarte greu ar fi, sau chiar nu ar fi posibil.
Caracteristici numerice
Memorii separate pentru date și pentru program (arhitectura Harvard).
Instrucțiuni speciale pentru operații SIMD (Single Instruction, Multiple Data)
Doar procesare paralelă, fără multitasking
Capacitatea de a acționa ca un circuit microprocesor (device) cu acces direct la memorie (direct memory access) dacă se află într-un mediu găzduit.
În sistem cu funcționare analogică, DSP-ul preia semnal digital de la un convertor analogic-digital și dă semnalul prelucrat (output-ul) către un convertor digital-analog, pentru relegare la sistem.
Caracteristici de prelucarare a datelor
Algoritmii de procesare digitală a semnalelor de intrare reclamă o gamă foarte largă de operații matematice, care să prelucreze prompt și performant seturile (grupurile) de date. În sistemele analogice, semnalele de prelucrat sunt permanent culese prin senzori, de exemplu auditivi sau/și vizuali, convertite în semnale digitale, apoi prelucrate în mod digital în DSP și rezultatele prelucrării convertite din nou, în sens invers din digital în semnale analogice, compatibile sistemului (linie de procesare). În cele mai multe cazuri de implementare a procesorului DSP, el este integrat în sistem pentru o funcționalitate de tip latent, potențial, deci pentru ca tot sistemul să poată lucra performant, DSP-ul este "obligat" să efectuze operațiile de prelucrare într-un timp bine stabilit, căci o procesare întârziată nu este acceptabilă, viabilă.
Placa de sunet
O placă de sunet (de asemenea cunoscut ca o placă audio) este un dispozitiv hardware care facilitează intrarea și de ieșirea semnalelor audio de la un computer prin intermediul aplicațiilor specializate. Placa de sunet poate fi și o interfață audio externă (folosită de alte echipamente electronice) care utilizează software pentru a genera un sunet. Aceste dispozitive bazate pe software sunt mai bine cunoscute sub numele de interfețe audio. Utilizările tipice ale plăcilor de sunet includ furnizarea de componente audio pentru aplicații multimedia, cum ar fi compoziția de muzică, editare video sau prezentări audio, educație și divertisment (jocuri) și proiecție video. Majoritatea computerelor au placa de sunet incorporată în placa de bază, în timp ce altele (cele din primele generații) necesită plăci audio atașate la placa de bază.
Caracteristici generale
Plăcile de sunet convertesc semnalele digitale înregistrate sau generate în semnale format analogic. Semnalul de ieșire este conectat la un amplificator, la căști sau la un dispozitiv standard extern utilizând interconectarea, prin conectori TRS sau RCA. Unele plăci audio avansate includ mai mult de un chip pentru sunet pentru a asigura rate de date mai mari și funcționalități multiple simultan (sintetizatoare) pentru generarea în timp real de muzică și efecte sonore.
DEscrierea experimentului
5 Meloterapia
Meloterapia este o terapie ce folosesește influențele sunetului asupra creierului uman stimulându-l. Acest lucru este cunoscut încă din antichitate, cand era folosită pentru a îmbunatății starea de spirit a oamenilor și a-i stimula în timpul muncii, dar și pentru a-i încuraja pe cei care plecau la luptă. Meloterapia are un efect asupra controlului durerilor, dar și a oboselii, deoarece, stimulează eliberarea endofinei, așa numiții hormoni ai fericirii. Meloterapia se poate împarții în terapia pasivă, care presupune simpla ascultare a unei melodii sau terapia activă, în timpul careia se cantă la un instrument muzical.
Muzica poate ameliora și uneori poate vindeca anumite afecțiuni, cum ar fi: starile provocate de stresul cotidian, nervozitatea, anxietatea, astenia fizică și psihică, durerile de cap, migrenele, insomnia, depresia, hipertensiunea arterială, palpitațiile, aritmia, dislexia, boala lui Parkinson, demența Alzeheimer, insuficiența cardiacă etc. Uneori se poate obține liniste si armonie interioară. Tensiunile sistemului nervos sunt dezintegrate fulgerător. Unele cercetări științifice au confirmat uneori rezultate excepționale, dar, incă nu se cunosc mecanismele prin care actioneaza acest stimul, numit MUZICĂ. Pulsul se normalizează, inima se relaxează, obținând calm launtric. Într-o audiție profundă apar stări de conștiință înalte. Toate gândurile și agitația mentală se topesc în armonia indusa de muzică.
Muzica ne poate influența starea psihică cât și pe cea fizica, muzicoterapia, în principiu, se bazează pe audiția uneia sau mai multor melodii, sunete ce se repetă după un algoritm fix stability de specialiști, astfel încât vibrațiile sunetelor sa fie constant. Uneori pasajele muzicale par monotone, dare le exprimă și imprimă celor ce le asculta stări benefice.
Trebuie să facem diferența clara că meloterapia este o terapie ce folosește o melodie față de sonoterapie care folosește doar anumite sunete din spectrul audibil uman. Însă mai există si vocaloterapia care folosește sunete emise vocal.
În aviație putem vorbi doar de o meloterapie, dearece creierul unui pasager să poată să-și îndrepte atenția atunci când dorește să se relaxeze doar asupra unui fragment musical ușor de interpretat. Chiar atenția celui în cauza nu se concentrează total asupra muzicii, efectele unei simple audiții sunt semnificative.
În mare parte din cazuri confortul unui scaun și o coloană sonoră adegvată pot face dintr-o simplă calatorie un adevarat refugiu de relaxare. Cei care sunt obosiți sau stresați din cauza unor calatorii bissnes sau pur și simplu frica de avion, îsi pot gasi rapid relaxarea prin această metodă.
Un experiment al Universitații Stanford, a demonstrate printr-un studiu a 17 persoane cu vârste diferite influența liniștitoare a muzicii asupra oricarui om. Indiferent de stilul muzical pe care acesta îl agrea s-a constatat că la anumite sunete toți aveau aceeași stare de calm. Acest lucru a fost analizat cu o aparatura cerebrală de rezonanță magnetică, care prin scanare s-a constatat ca sunetele muzicale activau zona creierului responsabila cu mișcarile mușchilor faciali.
Muzica dezvoltă și un puternic simț chromatic, într-un studio realizat de Palmer și colaboratorii sai în 2013 s-a demonstrate pe un eșantion de oameni din Mexic și Statele unite că aceștia asociau anumite fragmente muzicale cu anumite nuanțe de culori. Culorile mai anoste, mai închise cu fragmente muzicale mai triste și culorile deschise, cu fragmente muzicale mai vesele.
Un alt studio efectuat de Zentner si Eerola în 2010 a demonstrate că și copiii, nou nascuți, raspund ritmic la muzică și că aceștia consider acest lucru mult mai interesant decât vorbitul.
Studiul efectuat de Bradt & Dileo în 2009 a avut un adevarat impact în lumea medicală, aceștia au aratat ca muzica poate trata bolile de inima, ajutându-I pe pacinenții cardiac la gestionarea stresului și a anxietății. Analiza unui numar de 23 de studii effectuate de aceștia pe aproximativ 1500 de pacienți a arătat faptul ca ascultarea unui tip de muzică a redus ritmul cardiac, tensiunea arterial și starea de anxietate a pacienților internați în secția de cardiologie.
Studierea unui instrument muzical nu îmbunătățește doar abilitațile muzicale, de asemenea, poate îmbunatații și abilitațile verbale și vizuale. Un experiment realizat pe copii cu vârste cuprinse între 8 și 11 ani a demonstrate faptul că cei care au avut ore de instrument extrașcolare, au dezvoltat un IQ verbal și abilitați vizuale mult mai mari față de cei fara pregatire muzicală.
Zgomotul de fond și influențele acestuia asupra întelegerii unui text
Un studiu al profesorului de acustica din cadrul Universitații South Bank din Londra, Bridget Shield, a adus în prim-plan faptul că zgomotul produs pe un aeroport sau intr-un avion pot afecta puterea de concentrare chiar și a unui tanar școlar cu mintea odihnită. Acest studiu s-a realizat pe parcursul a 15 ani in cadrul mai multor experimente efectuate cu elevi puși să invețe în apropierea unui aeroport a unui text scris și alți elevi puși să învețe acelaș text scris într-o zona cu un zgomot de fond mult mai scazut. Analiza a dus la demonstrarea faptului că zgomotul produs de avioane afectează puterea de concentrare și ridica dificultăți la nivel cerebral asupra puterii de memorare a unui text scris.
Tratarea diferitelor afectiuni prin meloterapie
Indiferent de gusturile muzicale: muzică ambientală, de relaxare, simfonică sau chiar muzică ușoara acestea au o influență în schimbarea starii de spirit. Stilurile muzicale inclut în ele sunete neuro, sunt acele sunete sesizabile sau mai puțin sesizabile ce patrund în crereul ascultatorului și ii pot induce o anumita stare. Intr-un amalgam al muzicii gasim gusturi precum: rock, heavymetal, punck. Aceste stiluri deși au un sonoritm zbuciumat, încă nu a fost demonstrate că ar avea un efect dezechilibrant asupra creierului. Însă pentru ca emisferele cerebrale să se poată relaxa și sincroniza se folosesc nuanțări ale notelor muzicale, pentru a obține mai ușor relaxarea și concentrarea.
Muzica alfa simplă – Este considerată muzica tipică de relaxare, meditație. Starea indusă este de ritm alfa al undelor cerebrale. Adică, vorbim de o relaxare totală.
Muzica cu sunete de tip “binaural” – Este muzica ascultată la caști, între sunetele ascultate la căști există o diferența de 3-6 Hz, iar creierul va intra într-o rezonanța cu această diferența. Adică, va începe să genereze aceste frecvențe ce va oferii creierului o relaxare rapidă și o ușoara stare de somnolență a celui ce le ascultă
Muzica îmbogățită cu sunete deînaltă frecvență – Sunetele de 5000 sau 8000 Hz, de exemplu, au un efect benefic asupra creșterii concentrării.
Muzica cu mesaje subliminale – Este vorba de acele mesaje vorbite dar care nu pot fi percepute de urechea umana, dar sunt percepute instant de catre subconștient. Acest tip de muzică este adoptat în cazurile de investigație criminală, dar este strict interzis folosirea acestuia în muzica comercială sau în incercarea maniularii maselor.
Exemple de melodii și efectul lor asupra organismului:
– pentru calmarea sistemului nervos: Concertul nr. 5 pentru pian si orchestra de Beethoven si Uvertura operei Parsifal de Wagner.
– pentru destindere psihica si relaxare: Sonata pentru flaut, alto si harpa si Clar de luna de Debussy, Nocturnele lui Chopin .
– pentru combaterea oboselii si surmenajului: Poemul simfonic Vltva de Smetana si Dimineata de Grieg.
– pentru tratarea starilor depresive: Carnavalul de Dvorak.
– pentru calmarea starilor de agitatie: Oda bucuriei de Beethoven si Corul pelerinilor de Wagner.
– pentru tratarea nevrozei astenice si a tulburarilor vegetative: Mica serenada si Simfonia nr. 41 de Mozart.
– pentru calmarea marilor suferinte care apar în urma unor întimplari tragice: Concertul pentru violoncel de Dvorak si Patetica de Ceaikovski.
Copyright Notice
© Licențiada.org respectă drepturile de proprietate intelectuală și așteaptă ca toți utilizatorii să facă același lucru. Dacă consideri că un conținut de pe site încalcă drepturile tale de autor, te rugăm să trimiți o notificare DMCA.
Acest articol: Capitol 1 Introducere (ID: 156160)
Dacă considerați că acest conținut vă încalcă drepturile de autor, vă rugăm să depuneți o cerere pe pagina noastră Copyright Takedown.