Fysikalisk akustik i lyssningsrummet for dummies,

Generell diskussion om hifi och områden runt hifi.

Moderator: Redaktörer

JM
 
Inlägg: 2837
Blev medlem: 2011-08-13

Fysikalisk akustik i lyssningsrummet for dummies,

Inläggav JM » 2018-09-15 08:56

I "Master Handbook of Acustics" och "Acustictics of Small Rooms" beskrivs fysikaliska akustiken på ett matematiskt utförligt sätt.

Vilka delar av akustiken i lyssningsrummet är viktiga och kan förstås med icke matematiska begrepp.
Vilka relevanta delar av akustiken kan bara förstås med matematiska begrepp?
Tacksam för exempel.

JM
Senast redigerad av JM 2018-09-15 17:56, redigerad totalt 1 gång.

Användarvisningsbild
petersteindl
Der Eiermann
 
Inlägg: 31623
Blev medlem: 2007-04-17
Ort: Saltsjö-Boo

Re: Fysikalisk akustik for dummies i lyssningsrummet.

Inläggav petersteindl » 2018-09-15 10:30

Alla fysikaliska samband kräver matematik i en eller annan form. Akustiken är läran om akustiska samband där ljudvågor och därmed vågrörelseläran är grundläggande.

Hörseln och hur den fungerar kan, som jag ser det, delas in i tre eller fyra olika områden.

1.) Psykofysiken. För hörseln är det då ljudvågen når människan och öronen. Mycket matematik.
2.) Psykoakustiken. Här studeras det upplevda ljudet som funktion av fysikalisk input till öronen. Vad gäller input-delen så bygger det på förståelse av fysik och speciellt akustiken. Output är upplevelse och räknas in i den psykologiska domänen.
3.) Neurofysiologi. Här är det medicinstudier med biologi, biokemi, fysik, matematik, statistik, mikrobiologi och kunskap om gener som ligger till grund. Vågrörelselära finns även här eftersom det finns olika typer av vågor som uppstår vid hjärnaktivitet.
4. Läran om hur medvetandet fungerar. Kognitiva processer. Minnesfunktioner. Återkopplade system. Neurala nätverk och dess påverkan.

Det är en kortfattad beskrivning. Vill man förstå hur ljudvågor ter sig i små rum så är vågrörelseläran inom akustiken grundläggande. Det är inget lätt område eftersom det är ett tredimensionellt fenomen och luften är osynlig. I simuleringsprogram eller matematikprogram kan man försöka åskådliggöra hur akustiska vågrörelser ter sig i frifält, i frifält med 1 vägg/begränsningsyta, med 2 väggar som är parallella med några meters avstånd från varandra. Man måste börja med 1 eller 2 dimensioner.

Då finns det i princip 3 olika vågutbredningar. Sfäriska ljudvågor, cylindriska ljudvågor och plana ljudvågor. Ljudvågor kan delas in i 2 huvudprinciper. Dipol eller bipol. Hos dipolen är ljudvågen bakåt i motsatt polaritet gentemot ljudvågen framåt. Hos bipolen är det samma polaritet. Hos plana ljudvågor är dipolen speciell för stora svängande ytor. För små membran i fri luft fås sfärisk vågutbredning som dipol. Riktningskarakteristiken blir då en 8 och ett fassprång sker i mitten på åttan.

Vid simuleringar ter sig de olika akustiska vågutbredningarna helt olika och speciellt då begränsningsytor införs.

Med 2 parallella begränsningsytor och med en ljudkälla som är belägen mellan dessa uppnås resonans vid vissa frekvenser. Fenomenet ter sig lite olika beroende på ljudkällans vågutbredning och speciellt vid fassprång som är dipolens kännetecken. Vid simuleringar är det knappast till dess fördel. Jag och lilltroll håller på med det just nu. En fördel med Programmet MatLab är att man kan generera Wavfiler på det man simulerar. Då kan man lyssna på det man åskådliggör.

Dipoler ter sig lite konstigt vid resonans mellan väggar beroende på var dipolen placeras och konstigheten uppstår på grund av dess fassprång mellan vågen framåt och vågen bakåt.

Högtalarelement i praktiken är inte oändligt stora eller infinitesimalt små och ter sig därför olika beroende på vilken frekvens elementet skall alstra.

Mvh
Peter
VD Bremen Production AB; Grundare av Ljudbutiken AB; Fd import av hifi; Konstruktör av LICENCE No1 D/A, Bremen No1 D/A, Forsell D/A, SMS FrameSound, Bremen 3D8 m.fl.

JM
 
Inlägg: 2837
Blev medlem: 2011-08-13

Re: Fysikalisk akustik for dummies i lyssningsrummet.

Inläggav JM » 2018-09-15 11:24

Nu var det den fysikaliska akustiken jag avsåg.
Praktisk akustik i lyssningsrummet handlar som jag ser det om primärt om tryckförändringar i luften dvs hur luftens densitet varierar i volymen sekundärt till molekylkollisioner. Detta ger något som vi kan höra och mäta som ljud.

Kan man då säga att ljud beskrivet i frekvenser är matematiska abstrakta omskrivningar av primära tryckförändringar i volymen?
Trumhinnan och mikrofonen registrerar tryckförändringar över tiden och inget annat.

JM

Användarvisningsbild
Nattlorden
pumpkin
 
Inlägg: 50671
Blev medlem: 2003-10-28
Ort: Grå Hamnarna

Re: Fysikalisk akustik for dummies i lyssningsrummet.

Inläggav Nattlorden » 2018-09-15 11:43

Om vi generaliserar riktigt långt, så utöver den osäkerhet som uppstår på subatomär nivå, så rent fysikalisk skulle det gå att beskriva allt exakt - under förutsättning att all indata till beräkningen är känd. I realiteten har vi sällan koll på exakt lufttryck, temperatur, variation av temperatur på olika platser och olika material, hur mycket golv, väggar, tak etc flexar, transmitterar, reflekterar.... Ju mer exakt vi vill ha ett resultat, desto mer måste vi veta i detalj om allt.

Och det gör man självklart inte, utan man förenklar till en nivå där det blir praktiskt förståeligt och hanterbart. De som är experter på området kan gå något mer i detalj än vi amatörer... och inte alltid är det per explicit kunskap/beräkning... utan även en erhållen intuition från att ha gjort liknande saker ett antal gånger innan...

Att för en dator beräkna resonansmoder i ett idealt rätblockrum med fullständigt styva väggar är bara en beräkningsfråga. Ett likande rum med gipsväggar, ett par fönster, friskluftventiler, några öppningar mot andra rum, lite mattor, soffor, stolar, bord, taklampor, någon mer eller mindre slarvig bokhylla... så är inte längre det teoretiska svaret fullt gångbart.
It's all fun and games until Darth Vader comes.

Användarvisningsbild
ChristianAndersson
 
Inlägg: 5161
Blev medlem: 2009-03-25
Ort: s moln

Re: Fysikalisk akustik for dummies i lyssningsrummet.

Inläggav ChristianAndersson » 2018-09-15 12:45

För de som är i krokarna

"Evenemang
Teknisk Akustik LTH
Plats: Lunds Tekniska Högskola (LTH)

När: lördag 15 sep 16:15 - 17:00 (även 17:15 - 18 reds anm)

Detta är ett återkommande evenemang

Träffa forskare och prova-på aktiviteter för både barn och vuxna.

Genom hela livet rör vi oss genom olika ljudmiljöer och för de flesta av oss är ljud och buller en naturlig del av vårt liv. Men hur fungerar egentligen ljud? Vad är egentligen resonans, och varför kan det låta så olika i olika rum?

Studenter och personal vid Akustikavdelningen på LTH bjuder in till en guidad visning av våra lab i V-huset, med demonstrationer av ljudvågor och stående vågor. Turen beräknas ta cirka 40 minuter, och antalet platser är begränsat till 16.

Vi släpper biljetterna en halvtimme innan varje tur.

OBS! Samling vid tältet framför Studiecentrum."

https://kulturnatten.nu/#/e7zbsn0hmpbpecnursjwpafpniwsiguw
I´m only in it for the övrigt

Användarvisningsbild
Max_Headroom
Adventurer
 
Inlägg: 17777
Blev medlem: 2003-10-03
Ort: Metropolis, men passet är från Moskva

Re: Fysikalisk akustik i lyssningsrummet for dummies,

Inläggav Max_Headroom » 2018-09-16 11:33

JM skrev:I "Master Handbook of Acustics" och "Acustictics of Small Rooms" beskrivs fysikaliska akustiken på ett matematiskt utförligt sätt.

Vilka delar av akustiken i lyssningsrummet är viktiga och kan förstås med icke matematiska begrepp.
Vilka relevanta delar av akustiken kan bara förstås med matematiska begrepp?
Tacksam för exempel.

JM


Både absorbsion och diffraktion kan förstås med ikke-matematiska begrepp. Skall man utföra en specefik akustik-reglerande åtgärd med någon av dessa metoder så måste man dock räkna så att dimensioneringen av åtgärden hamnar rätt iförhållande till den/dom frekvenser man vill påverka. Så lite mallanstadie-matte slipper du inte undan.
Av skatteskäl så har jag fel på mitt slott i Saint Tropez!

Användarvisningsbild
Max_Headroom
Adventurer
 
Inlägg: 17777
Blev medlem: 2003-10-03
Ort: Metropolis, men passet är från Moskva

Re: Fysikalisk akustik for dummies i lyssningsrummet.

Inläggav Max_Headroom » 2018-09-16 11:40

JM skrev:Nu var det den fysikaliska akustiken jag avsåg.
Praktisk akustik i lyssningsrummet handlar som jag ser det om primärt om tryckförändringar i luften dvs hur luftens densitet varierar i volymen sekundärt till molekylkollisioner. Detta ger något som vi kan höra och mäta som ljud.


Nej, skulle jag vilja påstå.
Praktisk akustik skulle jag vilja påstå handlar om 2 fenomen:
- Vågmekanik
- Tryckvariationer över tid (ganska korta tider)

Gränsen för vad som dominerar är beroede på rum och frekvens. Det går dessutom att "attackera" ett akustikproblem med båda angreppssätten och få ett likvärdigt resultat i många, dock inte alls alla, fall.
Av skatteskäl så har jag fel på mitt slott i Saint Tropez!

jansch
 
Inlägg: 1178
Blev medlem: 2009-05-01

Re: Fysikalisk akustik i lyssningsrummet for dummies,

Inläggav jansch » 2018-09-16 14:42

JM skrev:Nu var det den fysikaliska akustiken jag avsåg.
Praktisk akustik i lyssningsrummet handlar som jag ser det om primärt om tryckförändringar i luften dvs hur luftens densitet varierar i volymen sekundärt till molekylkollisioner. Detta ger något som vi kan höra och mäta som ljud.

Kan man då säga att ljud beskrivet i frekvenser är matematiska abstrakta omskrivningar av primära tryckförändringar i volymen?
Trumhinnan och mikrofonen registrerar tryckförändringar över tiden och inget annat.

JM


Det är ju visserligen sant att att TRUMMHINNAN "registrerar" (för mej ett lite konstigt ord i sammanhanget) tryckförändringar som en mikrofon eller snarare ett mikrofonmembran. Därefter går det inte att göra någon liknelse då hörseln processar tryckförändringarna på ett sätt som vi inte kan göra med mätutrustning.
Använder vi två öron och då två mikrofoner blir det ännu mer komplext då det inte går att summera mikrofonsignalerna eller på annat sätt mixa ihop dessa till en integrerad ljudbild som motsvarar hörselnintrycket.

Det mest "klassiska" exemplet är väl LTAS mätningar (med en mick) där en uppmätt rak, eller svagt lutande, frekvensgång kan låta fantastiskt eller helt enkelt skit.
En annan typisk svårmätt sak är ju hörselns förmåga att hantera fasförskjutning - t.ex 180graders fasskillnad på samma signal till öronen ger inte utsläckning.

Något som också sällan diskuteras är örats upptagningskaraktäristik (3D polärdiagram) i reation till mätmikrofonens. Här på Faktiskt.io används oftast 1/4 tums mikrofoner vilka är för rundupptagande för t.ex traditionella LTAS mätningar. Ett komplext problem då rummet som sådant blir en variabel på hur stort felet blir.

Som svar på din fråga - Det går nog inte att beskriva hur hörseln hanterar ljud med matematiska begrepp förutom vissa grundläggande egenskaper, t.ex första vågfront eller hörseln "logaritmiska" sätt att hantera ljudnivå eller varför vi uppfattar harmoni eller dissonans. Det finnsju många fler exempel...
Dessa är ju i de flesta fall matematiska förenklingar på något mycket mer komplext.
Jag har därmed då gjort ett antagande - att du med akustik menar hur vi kommer att uppfatta ljud t,ex i ett litet rum.
Har jag uppfattat din ansats i förstainlägget fel?

JM
 
Inlägg: 2837
Blev medlem: 2011-08-13

Re: Fysikalisk akustik i lyssningsrummet for dummies,

Inläggav JM » 2018-09-16 21:31

jansch skrev:
JM skrev:Nu var det den fysikaliska akustiken jag avsåg.
Praktisk akustik i lyssningsrummet handlar som jag ser det om primärt om tryckförändringar i luften dvs hur luftens densitet varierar i volymen sekundärt till molekylkollisioner. Detta ger något som vi kan höra och mäta som ljud.

Kan man då säga att ljud beskrivet i frekvenser är matematiska abstrakta omskrivningar av primära tryckförändringar i volymen?
Trumhinnan och mikrofonen registrerar tryckförändringar över tiden och inget annat.

JM


Det är ju visserligen sant att att TRUMMHINNAN "registrerar" (för mej ett lite konstigt ord i sammanhanget) tryckförändringar som en mikrofon eller snarare ett mikrofonmembran. Därefter går det inte att göra någon liknelse då hörseln processar tryckförändringarna på ett sätt som vi inte kan göra med mätutrustning.
Använder vi två öron och då två mikrofoner blir det ännu mer komplext då det inte går att summera mikrofonsignalerna eller på annat sätt mixa ihop dessa till en integrerad ljudbild som motsvarar hörselnintrycket.

Det mest "klassiska" exemplet är väl LTAS mätningar (med en mick) där en uppmätt rak, eller svagt lutande, frekvensgång kan låta fantastiskt eller helt enkelt skit.
En annan typisk svårmätt sak är ju hörselns förmåga att hantera fasförskjutning - t.ex 180graders fasskillnad på samma signal till öronen ger inte utsläckning.

Något som också sällan diskuteras är örats upptagningskaraktäristik (3D polärdiagram) i reation till mätmikrofonens. Här på Faktiskt.io används oftast 1/4 tums mikrofoner vilka är för rundupptagande för t.ex traditionella LTAS mätningar. Ett komplext problem då rummet som sådant blir en variabel på hur stort felet blir.

Som svar på din fråga - Det går nog inte att beskriva hur hörseln hanterar ljud med matematiska begrepp förutom vissa grundläggande egenskaper, t.ex första vågfront eller hörseln "logaritmiska" sätt att hantera ljudnivå eller varför vi uppfattar harmoni eller dissonans. Det finnsju många fler exempel...
Dessa är ju i de flesta fall matematiska förenklingar på något mycket mer komplext.
Jag har därmed då gjort ett antagande - att du med akustik menar hur vi kommer att uppfatta ljud t,ex i ett litet rum.
Har jag uppfattat din ansats i förstainlägget fel?

I min värld delar jag upp akustiken i två principiella huvudgrenar vilka båda på helt olika sätt förhåller sig till tryckförändringar i mediet luft nämligen fysikalisk mätbar akustik och neuropsykologisk/neurofysiologisk akustik.

Nu var mitt fokus på fysikalisk akustik - inte hur vi hör ljud i rummet.

Vilka grunder inom fysikalisk akustik bör vi kunna för att fixa ett bra rum att lyssna i?
Vilka grunder inom fysikalisk akustik går inte att undvara utan avancerad matematik för att optimera lyssningsrummet i tillräcklig grad?

JM

Användarvisningsbild
petersteindl
Der Eiermann
 
Inlägg: 31623
Blev medlem: 2007-04-17
Ort: Saltsjö-Boo

Re: Fysikalisk akustik i lyssningsrummet for dummies,

Inläggav petersteindl » 2018-09-17 02:34

@ JM: Jag är lite konfunderad över att du inte använder vanlig nomenklatur inom ämnet akustik. Uppriktigt sagt, jag vet inte hur jag skall svara i tråden eftersom din frågeställning inte känns konkret. Jag har varit osäker på vilken del av begreppet akustik du menar. Om det är akustiska parametrar i små rum du vill lära dig att kontrollera för att uppnå optimal ljudåtergivning av musik så är det bäst att säga det. Mitt svar på den frågan är att det beror på vilka högtalare som används och vad man vill uppnå. Grunden man först bör lära är att använda korrekt och distinkt/explicit nomenklatur. Studera de använda begreppen inom akustiken och dess definitioner. Kontemplera på definitionerna.

Akustiken i sig är en gren inom naturvetenskapen och fysiken som behandlar fysikaliska fenomen.

Akustik är läran om ljud. För allmänheten är begreppet "akustik" mest bekant som beteckning för ljudkaraktären hos ett rum. Rummet har akustiska egenskaper. Rumsakustik är läran om ljud i rum. Musikakustik behandlar hur musikinstrument fungerar fysikaliskt. Psykoakustik behandlar hur ljud uppfattas av den hörande.

På Engelska:

Wiki skrev:Acoustics is the branch of physics that deals with the study of all mechanical waves in gases, liquids, and solids including topics such as vibration, sound, ultrasound and infrasound.


Akustiken är alltid i den fysikaliska domänen. Det behandlar akustiska ljudvågor i ett medium. Neuropsykologisk/neurofysiologisk akustik existerar mig veterligen inte.

På Stockholms universitet finns en avdelning för perception och psykofysik. De bedriver forskning och ansvarar för grund-, avancerad- och forskarutbildning inom perception, psykofysik, kognition, psykofysiologi och allmän forskningsmetodik. Deras forskning kretsar kring människans perception utifrån multidisciplinära perspektiv. Perceptuella upplevelser studeras i relation till emotioner, uppmärksamhet, minne, hälsa, genetik, och hjärnaktivitet. Det ligger på den psykologiska institutionen. Om du läser mitt tidigare inlägg ser du att jag tar upp precis detta.

https://www.psychology.su.se/forskning/forskningsomr%C3%A5den/perception-och-psykofysik

En definition enligt ANSI/ASA är:
Wiki skrev:Acoustics is defined by ANSI/ASA S1.1-2013 as
(a) Science of sound, including its production, transmission, and effects, including biological and psychological effects.
(b) Those qualities of a room that, together, determine its character with respect to auditory effects.


Jag förmodar att det är (b) du menar.

Vill du exempelvis använda en dipol som alstrar plana ljudvågor i små rum så är matematiken denna:

Härledning dipol_Sida_1.jpg
Härledning dipol_Sida_1.jpg (90.46 KiB) Visad 292 gånger


Härledning dipol_Sida_2.jpg
Härledning dipol_Sida_2.jpg (149.47 KiB) Visad 292 gånger


Härledning dipol_Sida_3.jpg
Härledning dipol_Sida_3.jpg (91.32 KiB) Visad 292 gånger


Det är lilltroll som satt upp matematiken för simulering i MatLab. Lilltroll är anställd hos Bremen och jag är arbetsgivaren och ger mina riktlinjer till vad jag vill kunna visa i kommande undervisningssyfte. Utifrån detta teoretiska upplägg kan man simulera vägutbredning från ljudkälla i frifält, i frifält med 1 vägg och med 2 parallella väggar med ljudkällan placerad mellan väggarna och likaså mikrofoner mellan väggarna och få fram fysikaliskt resultat och även upplevt resultat som funktion av fysikaliskt resultat. Det uppstår således propagerande ljudvåg och stående våg samt resonans. Det fysikaliska resultatet har vi sparat i olika format för att illustrera olika ljudfenomen med begränsningsytor men även i wav-format för att höra hur det låter. Vi har även simulerat bipol samt sfärisk ljudvågsutbredning. Det blir olika resultat beroende på spridningskarakteristik. Därför går det inte att ge ett enkelt entydigt tumregelmässigt svar på dina frågor.

Dessutom skulle jag uppskatta om IÖ och Svante ger sin syn. Svante, kom fram från bakom garderoben! :)

Med vänlig hälsning
Peter
VD Bremen Production AB; Grundare av Ljudbutiken AB; Fd import av hifi; Konstruktör av LICENCE No1 D/A, Bremen No1 D/A, Forsell D/A, SMS FrameSound, Bremen 3D8 m.fl.

jansch
 
Inlägg: 1178
Blev medlem: 2009-05-01

Re: Fysikalisk akustik i lyssningsrummet for dummies,

Inläggav jansch » 2018-09-17 06:52

JM

Nu var mitt fokus på fysikalisk akustik - inte hur vi hör ljud i rummet.

Vilka grunder inom fysikalisk akustik bör vi kunna för att fixa ett bra rum att lyssna i?
Vilka grunder inom fysikalisk akustik går inte att undvara utan avancerad matematik för att optimera lyssningsrummet i tillräcklig grad?

JM


JM - först och främst vill jag säga att jag oftast tycker dina frågeställningar är intressanta (inte bara denna tråd) även om det ibland blir feltolkningar (av vad du är ute efter) av både mej och andra. Om jag nu tittar på på dina två frågorna här ovan skulle jag vilja svara på följande sätt:

Om jag kommer in i ett lyssningsrum och försöker värdera om det är akustiskt bra eller dåligt utan att lyssna på musik vill jag nog först veta vilken typ av högtalare som skalll användas. Jag "klickar" med tungan eller klappar med händerna för att få grepp om efterklagen. Kollar vad avgränsningsytorna är gjorda av samt fysiska mått. Värderar dämpande material (typ soffor) och hårt reflekterand material (typ fönster) samt "läckage" (typ dörröppningar). mm.
Jag tror de flesta här på faktiskt.io gör/värderar ungefär likadant.

Alla dessa värderingar/konstateranden bygger ju på " grunder inom fysikalisk akustik" såsom våglängd, reflektion, dämpning, mm men också uppblandat med lite psykoakustik och erfarenheter t.ex hårt golv mellan lyssningsposition och högtalare ger "snabba" reflexer.

Utan att ha belägg för det anser jag att det inte behövs någon "avancerad matematik" för att optimera lyssningsrummet i "tillräcklig grad". Det finns ändå så många "parametrar" som förändrar lyssningsrummet dag för dag och som då påverkar på ett sådant sätt att de akustiska förusättningarna inte är statiska.
exempel:
- står fåtöljen på samma position efter städningen
- var inte gardinerna fördragna igår
- igår hade jag Tshirt, nu lyssnar jag i min mysiga morgonrock
- när jag dricker kaffe och lyssnar märker jag att jag sitter mer framåtlutad
- är jag trött slänger jag upp fötterna på fopallen ( och får då en helt annan vinkel på huvudet)
- är vi två eller fler i rummet eller är jag ensam?
- osv.

Användarvisningsbild
Max_Headroom
Adventurer
 
Inlägg: 17777
Blev medlem: 2003-10-03
Ort: Metropolis, men passet är från Moskva

Re: Fysikalisk akustik i lyssningsrummet for dummies,

Inläggav Max_Headroom » 2018-09-17 09:55

Jag tror nog jag missførstod vad TS (JM) var ute efter. Jag trodde JM var ute efter att förstå hur sådant som absorbtion, reflexion och diffraktion fungerar. Och det kan man ju förstå utan "krånglig matematik". Förstå som principer, alltså. Och det måste man nog börja med, inte någon större mening att börja räkna på det alls om man inte förstår principerna som sådana.

Bra inlägg av petersteindl, det gillar vi.
Av skatteskäl så har jag fel på mitt slott i Saint Tropez!


Återgå till Generellt om hifi


Vilka är online

Användare som besöker denna kategori: RogerGustavsson och 3 gäster