Innføring om lyd Forelesningsreferat 2003/2004 Petter Brækken
INTRODUKSJON OM LYD LYD, LYDNIVÅ Lyd er longitudinale trykkbølger (se http://www.kettering.edu/~drussell/demos/waves/wavemotion.html ) som brer seg med en viss hastighet v. I luft ved havnivå og 18 C er lydhastigheten ca. 340 m/s. Lydhastigheten i gasser avhenger av tetthet ρ og trykk p: p der γ = c p /c v 1,4 for luft er en konstant (adiabatkonstanten) lik forholdet mellom v = γ spesifikk varmekapasitet ved konstant trykk og konstant volum ρ I luft i 30000ft høyde er lydhastigheten ca. 300 m/s. I en ideell gass gjelder at p = ρrt som gir oss at lydhastigheten i luft kan uttrykkes bare ved konstanter og absolutt temperatur T (luftfuktigheten innvirker litt). v= γ RT 20,05 T [ m/ s] I et metall er lydhastigheten typisk i størrelsesorden 3000m/s. Hørbare lydbølger har frekvenser innenfor området 20Hz til 20000Hz. De aller laveste frekvensene føles like mye som de høres og de høyeste frekvensene (10000-20000 Hz) hører ikke de mer voksne av oss. Bølgelengden λ kan som vanlig beregnes ut fra frekvensen som v λ = f Noen eksempler på bølgelengder ved lydhastighet v=340 m/s: f [Hz] 20 100 300 1000 3000 10000 20000 λ 17m 3,4m 1,13m 34 cm 11 cm 3,4 cm 1,7 cm Angivelse av lydnivå. Lydnivået kan angis ved lydtrykket p som måles i Pascal [Pa]; 1 Pa = 1 N/ m 2 = 10 µbar (for sinusbølger angis oftest effektivverdien, RMS). Effekttettheten i bølgen, Intensiteten I [W/m 2 ] Effekttettheten eller Intensiteten er proporsjonal med kvadratet av lydtrykket. Den svakeste lyd et normalt øre kan oppfatte, har en intensitet ca. I 0 =10-12 W/m 2 og tilsvarer ved 4000Hz et lydtrykk på ca. p 0 =2 10-5 Pa. Dette kalles "høreterskelen". Vanligvis oppgir vi lydnivået relativt, som intensiteten i forhold til høreterskelen, altså I/I 0. Den intensitet der vi begynner å få smerter i øret ligger i området 1-10 W/m 2, altså 10 12 10 13 ganger høreterskelen (10 13 = 10000000000000 ganger, et enormt dynamikkområde). Hvis en regner på det, kan en finne at utsvinget til trommehinna for en 3kHz tone ved høreterskelen er ca 1,5 10-8 mm, som er mindre enn diameteren til et hydrogenatom! På grunn av dette store området har en innført den logaritmiske enheten Bel, forkortet B: I/I 0 [B] = lg{i/i 0 } som enhet for lydnivå. Denne enheten er ofte for stor, og en bruker derfor desibel, forkortet db, som standardenhet for lydintensitet eller lydnivå. Lydtrukket betegnes ofte SPL (SPL = Sound pressure level) som får samme db-verdier som den tilsvarende lydintensitet: SPL[dB] = p/p 0 [db] = I/I 0 [db] = 10lg{I/I 0 ]
Tabellen nedenfor illustrerer sammenhengen mellom lydtrykk, intensitet og lydnivå i db. Lydtrykk Pa (N/m 2 ) Intensitet W/m 2 Relativ intensitet db Jetfly på nært hold 10 130 } Smertegrensen Rockeband i liten sal 20 1 120 } Smertegrensen 10-1 110 2 10-2 100 Tung truck i 10m avst. 10-3 90 } Mulig hørselskade Tung motorsykkel 7m 0.2 10-4 80 10-5 70 Middels bil 0.02 10-6 60 Lavmælt samtale 10-7 50 Stille rom 0.002 10-8 40 10-9 30 Løv som rasler 0.0002 10-10 20 10-11 10 0.00002 10-12 0 Høreterskelen Oppgave: Beregn lydnivået når intensiteten er a) 10-6 W/m 2 (vanlig samtale på 1m avstand) b) 0.0004 W/m 2 (stor motorsykkel på 7.5m avstand) c) 0.05 W/m 2 (normal lydstyrke på diskotek) Et orkester kan spille kanskje opp til 110 db og et system som skal gjengi helt naturtro orkestermusikken vil trenge et dynamikkområde på 110dB, noe som svært få HIFI-systemer har. Ei vinylplate kan klare et dynamisk område på 60-70 db, en musikk-cd har teoretisk maksimalt dynamikkområde 96 db, en 24-bit DVD teoretisk maksimalt dynamikkområde 144dB. Det er dessuten få HIFI-forsterkere som gjengir et dynamisk område over 90dB. Det som begrenser dynamikkområdet for gjengiverutstyret er at elektrisk støy (sus) setter nedre grense for svakeste lyd mens klipping og forvrengning eventuelt fysisk ødeleggelse av utstyret setter grensen for sterkeste lyd som kan gjengis. For øret er det tilsvarende ting som setter grensene, sterkeste lyd begrenses av faren for ødeleggelse av komponenter i øret, svakeste lyd begrenses av støy fra blodstrømmen i øret og tilfeldige kollisjoner mellom termisk eksiterte luftmolekyler og trommehinna. Dersom flere ukorrelerte sinusbølger samvirker, adderes deres akustiske effekt, dvs. det er intensitetene i W/m 2 som adderes slik at resulterende SPL i db blir: SPL total = SPL /10 10 lg[ 10 i ] i db Målinger [Jourdain] indikerer at total akustisk effekt fra et orkester som spiller for fullt, kan være ca. 67W. Effektiviteten (virkningsgraden) for omformingen fra elektrisk til akustisk effekt er ganske dårlig for våre HIFI-høyttalere, 0,5-2 % er ikke uvanlig. Hvor stor elektrisk effekt må vi tilføre en høyttaler med 1% virkningsgrad for å få ut 67W akustisk effekt? P in = (100/1) 67W = 6700W!!
Dersom vi bare ønsker å lage orkesternivå i et lite lytterom og ikke i en konsertsal, trenger vi rimeligvis ikke så stor akustisk effekt som 67W og trenger derfor ikke 6700W forsterkere. Ludwig [Ref. 5] har målt at 17W midlere effekt fra forsterkeranlegget gir 100dB SPL i hans lytterom med en låt av Talking Heads i spilleren. Men, han har også målt kortvarige effekttopper med 40 ganger middeleffekten, dvs. ca. 700W. Dette indikerer at naturtro gjengivelse av nivåene i orkestermusikk vil kreve store forsterkere og høyttalere. Men, noe lavere nivåer kan likevel gi en god musikkopplevelse og vil være mindre belastende både for lommeboka og for hørselen. Tabellen viser hva en kilde angir som nivå som gir en signifikant fare for hørselskade. Det er et kjent problem at unormalt mange orkestermusikere plages med nedsatt hørsel og øresus (Tinnitus), noe en mener skyldes langvarig eksponering for høye lydnivåer. Hva er en PHON? SPL er en objektiv måleenhet for intensitet i watt eller lydtrykk og er ikke avhengig av lydens frekvens. I 1933 gjorde Fletcher og Munson en undersøkelse som viste at den subjektive oppfatning av lydnivå ikke alltid samsvarte med SPL-nivået og avviket var både avhengig av frekvensen og det absolutte lydtrykknivået. Grafen ovenfor har på x-aksen frekvens og langs y-aksen SPL.
Hver kurve i grafen angir det lydtrykk som ved hver frekvens subjektivt oppfattes som samme lydnivå og definerer kurvens lydstyrke i Phon som den tilsvarende SPL ved 1kHz. Vi ser av kurvene ellers at øret faktisk er mest følsomt i området 2-5 khz som er det området der tale har det meste av effekten. Vi kan fra kurvene også se at når lydtrykket reduseres fra 100 db SPL til 80 db (-20dB), vil mellomtoner ved 1000Hz minke fra 100 Phon til 80 Phon mens bass ved 20Hz minker fra 50 Phon til 10 Phon (-40 db). Dette at bass (og diskant) faller forholdsvis mer enn mellomtoner blir i enkelte forsterkere kompensert ved det som kalles fysiologisk volumkontroll ( loudness control ). Hva er en SON? En annen alternativ angivelse av subjektivt lydnivå er SON. Denne måleenheten er laget ut fra den erfaringen at en 10dB øking i SPL bare gir en følelse av doblet lydstyrke. Måleenheten skal reflektere dette, slik at den dobling av Son-verdien skal tilsvare en dobling av subjektivt oppfattet lydstyrke. 40 Phon skal tilsvare 1 Son, og da blir omregningsformelen fra Phon til Son: ( 40)/10 SON 2 PHON = Grovt sett, trengs det en øking på 10 Phon for å få en dobling av subjektiv nivåoppfatning altså en dobling av Son-verdien. Filterkurver, dba Ved måling av lyd, brukes ofte standardiserte filterkurver (veiekurver) i måleinstrumentet for å gi måleresultater som er bedre tilpasset ørets frekvensavhengige følsomhet. A-kurve B-kurve C-kurve Denne er en tilnærming til ørets følsomhetskurve ved 40 Phon. Den er mye brukt ved støymålinger og målte tallverdier angis ofte som dba. er en tilnærming til ørets følsomhetskurve ved 60 Phon. er en tilnærming til ørets følsomhetskurve ved 80 Phon. Figuren viser eksempel på en realisering av et A-filter og resulterende frekvensgang. [ref. 4]
Frekvensinnholdet i musikk og tale Figuren viser frekvensene til de forskjellige notene i skalaen og området for grunntonene til forskjellige musikkinstrumenter. Vi ser av figuren at f.eks. fiolinen ikke har toner over 2kHz. Et piano med 88 tangenter dekker frekvensområdet 27,5 til 4186 Hz og er det instrumentet som har størst frekvensområde. Ble du overrasket? Husk da at overtoner og støylyder fra instrumentene strekker seg mye høyere i frekvens og kan være nødvendig for oppfattelsen av instrumentets karakter som ekte gjengitt.
Et eksempel på overtoneinnholdet: Figuren illustrerer overtoneinnholdet ved stryking på åpen G- (196Hz) og E-streng (659Hz) på fiolin. Vi ser at overtoneinnholdet også her kan være svært høyt (30 overtoner med signifikant amplitude for G). I tillegg vil mange musikkinstrumenter generere lyd i forskjellige svingemodi som kan gi samtidige frekvenskomponenter uten harmonisk frekvensforhold. Dette gjelder eksempelvis strengeinstrumenter og slaginstrumenter. Eksempel lyddemo: Pianotone frekvens 660Hz (E 5 ) 660Hz tone med samme attack og decay men uten overtoner 440 Hz firkant lavpassfiltrert 440 Hz firkant båndpassfiltrert 440Hz firkant Figuren til venstre viser frekvensspektret til pianotonen. De røde sirklene viser frekvensen til grunntonen og harmoniske av denne. Merk at de høyeste overtonene ikke ser ut til å være eksakte heltallsharmoniske av grunntonen. Dette skyldes pianostrengens stivhet som får større innvirkning på høyere ordens svingemodi. Laveste tone på et piano er 27,5 Hz og på et orgel 16,4 Hz. 20-20000 Hz angis ofte som det nødvendige frekvensområdet for HIFI. Det fins HIFI-eksperter som hevder at også frekvenser opp mot 30kHz bidrar til lydoppfattelsen.
Figuren viser den delen av det hørbare området som utnyttes mest i typisk musikk. Dette gjelder gjennomsnittsverdier og forskjellig konsertmusikk vil i korte intervall kunne inneholde frekvenser og nivåer godt utenfor det skraverte området. Hvis vi ser på det tilsvarende bilde når det gjelder tale, finner vi at det her egentlig er tale om et svært lite område, både i frekvens og i dynamikk. Blant annet dette er med på å forenkle koding og overføring av tale. Taleforståeligheten kan være god selv om en godt hører at det er forvrengning til stede og da oppfattes ofte ikke forvrengningen som særlig problematisk. Figuren viser frekvens- og dynamikkområdet for typiske talelyder.
Subjektiv tonehøyde, Mel En har en ganske god forståelse av hvordan omdanningen av lydsvingninger i lufta til nerveimpulser skjer i øret, men hvordan impulsene videre behandles til vår oppfattelse (persepsjon) av lyd og musikk er mer uklart (Fin intro; http://www.phy.ntnu.edu.tw/java/doppler/doppler.html ). Det vi vet, er at den subjektive oppfattelsen av tonehøyde heller ikke er direkte proporsjonal tonens frekvens. Figuren nedenfor viser resultatet fra mange lyttetester der forsøkspersonene ble bedt om å angi antatt frekvens (tonehøyde i Mel) for testtoner, sammenlignet med en kjent referansetone på 1000Hz. Overtoneinnholdet vil ofte også endre det subjektive inntrykket av tonehøyden (frekvensen). Hør for eksempel på dette lyddemo med først en ren A, deretter en A med overtoner opp til femte overtone og til slutt overtonene alene.
Punktlydkilde Intensiteten avhenger av avstanden fra lydkilden Beregning i fritt rom av lyd fra en punktkilde: Lydbølgene fra klokka brer seg utover som kulebølger. Dersom klokka utvikler akustisk effekt P watt, vil denne fordele seg over kulebølgens areal A, slik at effekttettheten (intensiteten) i en avstand R er: P P I = = 2 A 4πR Intensiteten avtar altså proporsjonalt med avstanden R i kvadrat, dersom en kan se bort fra effekttap i bølgen. En dobling av avstanden vil for eksempel redusere intensiteten til 1/4, eller en reduksjon med 6 db. Tilsvarende prinsipp kan brukes selv om lydkilden har delvis retningsbestemt utstråling Kulebølge fra rundstrålende kilde H r A En høyttaler befinner seg i punkt H. Den akustiske effekt P som høyttaleren leverer, fordeles nå bare over arealet A, slik at i avstand r er effekttettheten P D = P/A. A blir også her proporsjonalt med r 2 slik at en dobling av avstanden reduserer intensiteten (effekttettheten) til 1/4 (-6dB). Eksempel: En høyttaler med driftseffekt 4W (4W tilført gir 96dB SPL i 1m avstand), krever da for å gi 96 db SPL i 4m avstand tilført effekt: P 4m = P 1m (4/1) 2 = 64W Vi kan da få nesten orkesternivå i stua 4m unna høyttalerne, forutsatt at høyttaleren klarer å gi store nok membranutsving uten å forvrenge lyden eller ødelegges. Beregningene foran er utledet for bølger fra en fysisk liten lydkilde i fritt rom. I en stue vil vi få refleksjoner fra veggene, som vil komplisere bildet. Hvis veggene reflekterer godt, vil reflektert bølge og utsendt bølge kombineres slik at noen steder fås destruktiv interferens og lydnivået svekkes, et lite stykke unna er interferensen konstruktiv og lydnivået øker. Frittromsberegningen vår kan derfor bare gi en pekepinn om det faktiske resultat, i et sterkt dempet rom (mye stoppede møbler, folk, tepper) stemmer det ganske bra, særlig nær lydkilden. I et øde rom med harde vegger betyr refleksjoner fra veggene mer og da blir også lydnivået mindre avhengig av avstanden fra høyttaleren. Er lydkildens utstrekning stor i forhold til bølgelengden fås interferens mellom lyden fra forskjellige deler av lydkilden og vi får retningsbestemt utstråling.
Figuren viser et eksempel på hvordan lydnivået fra en høyttaler avtar med avstanden innendørs i et stort rom. [Ref. 1] Vi ser at ut til ca. 5-7 m avtar lyden omtrent som i fritt rom. På større avstand blir lydnivået høyere på grunn av refleksjoner fra gulv, tak og vegger. Hvor mye refleksjonene innvirker, vil være avhengig av refleksjonsgraden. Var alle flater ideelt reflekterende, skulle ikke gjennomsnittlig lydnivå avta med avstanden i det hele tatt. Direktelyden, det første som når fram til lytteren, vil imidlertid alltid dempes som i fritt rom siden ingen refleksjoner da har rukket fram. Lydkilder med stor utstrekning Lydkilden kan i noen tilfeller ha stor utstrekning i forhold til bølgelengden. Det vil også påvirke bølgefrontens form. Figuren nedenfor viser noen ulike bølgefronter. En sylindrisk bølgefront (bilde b) oppstår når lydkilden er linjeformet med lengde mye større enn bølgelengden. Dersom vi ser på bølgefrontens areal, vil dette være A=l 2πR der R igjen er avstanden fra kilden til bølgefronten og l er lydkildens lengde. P P Dette viser at lydintensiteten I = A = l 2π R dvs. at intensiteten nå bare avtar proporsjonalt med avstanden, i motsetning til proporsjonalt med kvadratet av avstanden for punktkilden. Eksempel på en linjeformet lydkilde kan være en motorvei med tett trafikk. Støyen fra en slik kan dempes overraskende lite med avstanden.
En plan bølge (bilde b) kan oppstå når lydkilden har uendelig utstrekning i to dimensjoner (et plan). I en plan bølge endres ikke bølgefrontens areal med avstanden fra kilden, det vil bety at lydintensiteten ikke minker ved økende avstand! Dersom lengde og bredde hos lydkilden ikke er uendelig stor sammenlignet med bølgelengden, fås ulike mellomtilfeller mellom den plane kildens og punktkildens utbredelsesforhold. Figuren ovenfor viser asymptotisk hvordan lydintensiteten fra en linjeformet lydkilde med lengde A varierer med avstanden d fra kilden. [Ref. 2] Vi ser at nær kilden er variasjonen som fra en uendelig lang lydkilde, omvendt proporsjonal med d (avtar 3dB pr. dobling av avstanden). Fra avstanden d=a/π avtar intensiteten proporsjonalt med d 2 (avtar 6dB pr. dobling av avstanden), dvs. som fra en punktkilde. Figuren ovenfor viser asymptotisk hvordan lydintensiteten fra en rektangulær plan lydkilde varierer med avstanden d. A er den korteste sidekanten. [Ref. 2] Vi ser at nær kilden er lydnivået uavhengig av avstanden, som fra en uendelig stor plan lydkilde. Fra avstanden A/π avtar lydintensiteten som for en linjekilde, med 3 db for hver dobling av avstanden d. Dette gjelder ut til avstanden d=b/π. Videre utover avtar intensiteten med 6dB for hver dobling av avstanden, dvs. som fra en punktkilde. Av dette kan en trekke den konklusjon at når en er langt unna en lydkilde med endelig utstrekning, avtar lydintensiteten alltid med avstanden på samme måte som for en punktkilde. Utstrålingen vil likevel kunne være mer eller mindre retningsbestemt.
Retningsbestemt utstråling fra lydkilde Når lydkildens utstrekning ikke er ubetydelig i forhold til lydbølgelengden (D λ), vil utstrålingen også i fjernfeltet (d 2D 2 /λ) normalt bli retningsavhengig. Dette illustreres gjerne ved å tegne et retningsdiagram som viser Intensiteten eller lydtrykket (SPL) som funksjon av vinkelen i asimut og elevasjon. Figuren til venstre viser eksempel på retningsdiagram for en høyttaler ved frekvensene 3kHz, 1kHz og 500Hz. Vi ser at ved 3kHz (λ=11cm) er den sterkt retningsvirkende, mens den ved 500Hz (λ=66cm) er nesten rundstrålende. Basshøyttaler ved vegg analysert med speilkilder Som vi har sett foran, vil enhver høyttaler ved tilstrekkelig lav frekvens stråle som en punktkilde, dvs. tilnærmet likt i alle retninger. Dette kan endres ved høyttalerens plassering i rommet og det er da først og fremst i bassen at vi merker den store forskjellen. Når en høyttaler plasseres inntil en vegg (øverst til høyre i figuren), vil naturlig nok veggen skjerme bort den effekten som skulle stråles ut bakover. Effekten skal nå bare fordeles over halve rommet, og effekttettheten (intensiteten) vil dobles, dvs. øke med 3dB. SPL øker også med 3dB. Dette kan modelleres ved å innføre en speilkilde med samme utstrålte effekt som den egentlige kilden. Settes høyttaleren midt mellom tak og golv i et hjørne, fordeles lydeffekten over en firedel av rommet, får da firedobling av effekttettheten (Intensitet) øker med faktoren 2 2=4 dvs. 3+3=6dB. Enda mer utpreget blir økningen hvis høyttaleren plasseres ved golvet i et hjørne, slik vi ser nederst til høyre i figuren. Da vil effekttettheten 4 2 = 8-dobles foran høyttaleren, dvs. vi får en 6dB+3dB=9dB nivåøking i bassen i forhold til når høyttaleren står fritt i rommet.
Brukt med forsiktighet kan dette fenomenet utnyttes for å bedre bassresponsen til en gitt høyttaler. Figuren viser aktuell frekvensgang for en høyttaler i lytterommet sammenlignet med frekvensgang målt i ekkofritt (anechoic) rom. Høyttaleren er plassert i et hjørne 140 cm foran den ene veggen og 90 cm foran den andre veggen. Det kan imidlertid lett oppstå uønskede bunner og topper i frekvensgangen. Figuren ovenfor viser frekvensgangen når den samme høyttaleren er plassert i hjørnet 60 cm fra begge veggene.
Avskjerming Lydbølger avskjermes og avbøyes på tilsvarende vis som lys. En avskjerming med dimensjon mye mindre enn en bølgelengde (bilde A) vil omtrent ikke skjerme mot lyd i det hele tatt. En avskjerming som er stor i forhold til bølgelengden vil derimot gi avskjerming. Avbøying (Diffraksjon) I figuren ovenfor faller både i bilde A og B en plan bølge inn mot en skjerm med en åpning. Dersom åpningen i skjermen er stor i forhold til bølgelengden (bilde A) blir bølgen bare delvis avskjermet og ingen diffraksjon oppstår. Har skjermen en åpning eller diskontinuitet som er liten i forhold til bølgelengden (som i bilde B), oppstår det en ny (halv)kulebølge bak åpningen. Bølgelengden for noen ulike frekvenser ved lydhastighet 340 m/s: f [Hz] 20 100 300 1000 3000 10000 20000 λ 17m 3,4m 1,13m 34 cm 11 cm 3,4 cm 1,7 cm
Ny kilde En lignende diffraksjonseffekt vil også oppstå ved et hjørne eller der skjermen slutter, se figuren til venstre [Ref. 1]. Et klassisk eksempel på dette er en støyskjerm av den typen som brukes rundt motorveier. Den vil skjerme for lyd med bølgelengder som er liten i forhold til skjermens høyde, dvs. frekvenser høyere enn noen hundre Hz. Skjermingen vil bli bedre jo mindre bølgelengden er. På grunn av diffraksjon vil det likevel være et visst lydfelt bak skjermen. Figuren nedenfor viser tilnærmingstall for dempningen som funksjon av frekvensen for noen ulike skjermhøyder [Ref. 1]. Dempning [db] Frekvens [Hz] Diffraksjonseffekter og høyttalerkabinett punkt - Dersom høyttalerkassen har skarpe kanter, vil en viss diffraksjoneffekt oppstå, slik at en får stråling også fra kantene. Denne flerveistransmisjonen vil gi enten konstruktiv eller destruktiv interferens avhengig av bølgelengden noe som resulterer i ujevnheter (topper og bunner) i høyttalerens frekvensrespons. Lytter
Impulsrespons for høyttaler i kabinett lignende forrige figur [ref 3] Vi ser den innledende hovedpuls direkte fra høyttalerelementet og to svakere pulser med motsatt polaritet fra diffraksjon ved to sidekanter med ulik avstand fra høyttaleren. Resulterende frekvensgang for høyttaler med diffraksjon [Ref 3]. "Pendlingen" i kurven ved høye frekvenser skyldes kantdiffraksjonen. Avhengig av kabinettets form kan disse "pendlingene" få en topp til topp amplitude fra 1dB og helt opp til 8 db. Et rektangulært kabinett med usymmetrisk plassert diskant vil gi bredere og flatere topper i frekvensgangen. En sylinder med diskanten i sentrum av endeflata er antakelig en ugunstig kabinettform, dette gir frekvensgangtopper med stor amplitude da alle punkter på sylinderkanten bidrar ved samme tidspunkt i impulsresponsen.
Fallet ved lave frekvenser skyldes også diffraksjon, men på en annen måte. Ved høye frekvenser er høyttaleren stor i forhold til bølgelengden og den stråler mye sterkere rett forover enn i andre retninger. Ved lave frekvenser blir høyttaleren liten i forhold til bølgelengden og virker som en rundstråler - med redusert lydtrykk og intensitet som resultat. Vanligvis vil plassering av høyttaleren i et kabinett bety at lave frekvenser utstråles med rundt 6 db lavere intensitet enn høye frekvenser. Litt romakustikk Ved bygging av konsertlokaler legges det meget stor vekt på dette, fordi det har stor betydning for hvordan lyden i lokalet blir. I våre hjemlige musikklytterom tenker vi vanligvis ikke over dette i det hele tatt, men også her påvirkes lyden av rommet. Når lyd treffer en flate i lytterommet kan den bli reflektert, men refleksjonen blir mer eller mindre dempet avhengig av gjenstandens art og form. En snakker ofte om en flates absorpsjonskoeffisient energi absorbert a = total energi mottatt Absorpsjonskoeffisienten kan variere fra 0,01 for glatt betong til 0,8 for spesielle lydabsorberende materialer. Absorpsjonen angis normalt for 1kHz lydfrekvens, men er frekvensavhengig og blir vanligvis mindre jo høyere frekvensen er. Total absorbert lydenergi angis ofte i [Sa] Sabine etter Wallace Sabine som i 1920 utviklet mye av denne teorien. Vi får en flates absorpsjon i Sa ved å multiplisere arealet A[ft 2 ] med absorpsjonskoeffisienten a. Måler vi arealet A i m 2, blir beregningen a 10A a Den lyden vi får inn til øret består både av direktelyd fra lydkilden og en rekke mer eller mindre dempede refleksjoner. Rommet vil derfor påvirke og farge lyden.
Etterklangstid Rommets etterklangstid defineres ofte som tiden det tar fra en lyd slutter til lydintensiteten i rommet har minket 60 db. Dette er RT60 (Reverberation Time 60dB). RT60 kan beregnes tilnærmet med formelen RT60 = k*(v/sa) Her er k=0,161 når V er rommets volum i m 2. Måles volumet i kubikkfot er k=0,05 Beregningseksempel, rom 13x20x8 ft (BxLxH) med volum 2080 kubikkfot: Reflekterende flate Areal[ft 2 ] Abs.koeff. Absorpsjon[Sa] Endevegg, panel, minus 1 vindu 196 0.3 58.8 Sidevegger, pusset murstein, - 2 vindu & 2 dr 256 0.03 7.68 Vinduer, 3 à 12 ft 2 hver 36 0.075 2.7 Dører, 2 à 20 ft 2 hver 40 0.1 4.0 Tak, gipsplate på spikerslag 260 0.025 6.5 Flisgolv 260 0.015 3.9 Gardiner 2.0 Sofa og lenestoler 16.0 Hard innredning 5.0 Total absorpsjon 106.58 [Sa] RT 60 = 0.05 x 2080 / 106.58 = 0.98 sekund. Er det personer i rommet, legger en til ca. 4,7 Sa absorpsjon for hver person. Med 4 personer i rommet vil eksempelvis absorpsjonen øke med 18,8 Sa og etterklangstida avta til ca. 0,83 sek. På lenksida til høyttalerteknologifaget ligger lenk til en kalkulator som benytter tilsvarende formler og enkelt kan gi svar på hva etterklangstida i stua di er. Etterklangstida påvirker lyden i stor grad, større etterklangstid gir en fyldigere klang (sml. synge i badet) men reduserer også forståeligheten av tale. Noen lydeksempler ligger på http://media.iet.hist.no/hoyttalerteknologi/ Tale uten etterklang med 0,6 sek med 0,8 sek med 1,3 sek med 2 sek med 5 sek Tale høres best ut ved en etterklangstid mellom 0.5 og 0.75 sekund, mens 0.75 til l sekund regnes som ideelt for musikk. [Ref. 1] F. Alton Everest: Master Handbook of Acoustics, 4. ed. Mc. Graw Hill 2001. ISBN 0-07-136097-2 [Ref. 2] John M. Eargle: Loudspeaker Handbook, Kluwer Academic Publishers 2002. ISBN 0-412-09721-4 [Ref 3] [Ref 4] Understanding edge diffraction http://www.speakerdesign.net/understand.html W. Marshall Leach Jr.: Introduction to Electroacoustics and Audio Amplifier Design, 2. ed. 2001. Kendall/Hunt Publishing Company, ISBN 0-7872-7861-0 [Ref 5]