Partikkelhastighet – en teoritråd

[Hedde]

Ofte hører man ting som at partikkelhastighet har betydning, bass kjennes mer på kroppen og en får også mer fysisk feedback fra omgivelsene. Men hva er nå egentlig partikkelhastighet og hvilken betydning har den? Denne tråden tenke jeg kunne omhandle de mere teoretiske sidene ved dette, å grave litt i det underliggende, se sammenhenger og for selv å kunne forstå dette litt bedre.

Så jeg starter ut litt grunnleggende ut fra min egen forståelse av stoffet. Partikkelhastighet er den andre av to fundamentale variabler som vi bruker for å beskrive lydbølger, den første er selvsagt lydtrykket som vi er så godt kjent med. Ofte leser man at disse to variablene er 90° ut av fase med hverandre. La oss se på det i første omgang.

Når man tar bølgen på Ullevåll, så flytter folk seg bare opp og ned og ikke rundt banen. På samme måte er det med lydbølger. Når bølgen passerer, så vil partiklene i lufta oscillere frem og tilbake rundt sitt likevektspunkt men ikke flytte med selve bølgen.

Bildet over viser en langsbølge som vandrer gjennom fri luft (ikke i ett rom). Bølgen er en kontinuerlig sinusbølge som drives av en plan bevegelse og med områder med kompresjon hvor partiklene er presset sammen, og områder med vakuum hvor partiklene er spredt utover. Røde prikker og piler viser individuelle partikler som oscillerer fram og tilbake rundt likevektspunktet mens bølgen passerer.

Animasjonen ovenfor vise en pulsbølge som vandrer mot høyre. Partikkelhastighet og trykk er i fase, positiv hastighet og positivt trykk skjer samtidig. Vi ser altså sammenhengen mellom den opprinnelige bevegelsen som driver bølgen, partikkelhastigheten og trykket som oppstår.

Denne animasjonen viser bølgen som går motsatt vei, mot venstre. Partikkelhastighet og trykk har nå motsatt fase. Det blir undertrykk når hastigheten er positiv.

Det siste som må viser i denne omgangen er hvordan forholdene er i rom hvor bølgen reflekteres tilbake og det dannes stående bølger.

Partiklene rett foran høyttaleren beveger seg med membranens bevegelse. Ellers ser vi partikler som oscillerer frem og tilbake, noen med membranbevegelsen og noen mot. Vi ser også at noen steder så beveger partiklene seg ikke i det hele tatt. De står i ro. Dette er områder med maks trykk positivt og negativt.

I ett senere innlegg skal jeg forsøke å skrive litt om hva som skjer når refleksjonene ikke er fullstendige som vist ovenfor, da får man nemlig litt netto bevegelse. Hva med bevegelse i andre retninger? Der har vært nevnt i andre tråder at denne hastigheten er vektoriell og at det kan ha betydning.

Dette får begynne å holde for ett startinnlegg om denne saken. Men jeg har håp om at denne tråden videre kan belyse noe av følgende:

- Har partikkelhastighet betydning og i så fall når og hvordan?
- Har hastighetens retning betydning og hvorfor?
- Hva påvirker partikkelhastighet og særlig den opplevde partikkelhastighet
- Intensitet (vektorproduktet av partikkelh og spl) kan ha betydning langt utover bassområdet, og kan være det som gir "smekk"?
- Loudness isn’t everything! . At least two additional perceptions: –Envelopment –Externalization (i mangel på gode norske ord)


Animasjoner er hentet fra: Acoustics and Vibration Animations by Dr. Daniel A. Russell Teaching Professor of Acoustics, Graduate Program in Acoustics, The Pennsylvania State University https://www.acs.psu.edu/drussell/demos.html

 

[Laban MK3]

Er det svevestøv dette her disse partiklene luft er vel ca 20% oksygen - ca 78% nitrogen pluss noen andre gasser til rest .

(ser vitenskapen definerer molekyler som partikler sånn i etterkant)

 

[Sluket]

Fin tråd - satt akkurat og tenkte gjennom dette i forbindelse med lydmålinger og hvilke mikrofonprinsipper som må til for å gjøre komplette målinger. I hovedsak to typer

 

[Hedde]

Er det svevestøv dette her disse partiklene luft er vel ca 20% oksygen - ca 78% nitrogen pluss noen andre gasser til rest .

(ser vitenskapen definerer molekyler som partikler sånn i etterkant)

Hehe, men verd å tenke litt gjennom. Lydbølger er vandrende partikkelvibrasjoner i luft, vann, metall eller andre medium. Det kan ikke finnes lyd i det tomme rom som ikke inneholder atomer eller molekyler.

 

[Hedde]

Fin tråd - satt akkurat og tenkte gjennom dette i forbindelse med lydmålinger og hvilke mikrofonprinsipper som må til for å gjøre komplette målinger. I hovedsak to typer

Jeg husker at Kvålsvoll skrev litt om dette i "Multiple Subwoofer tråden" et par tre år tilbake i tid. Kanskje kan denne teoritråden bidra til å komme ett stykke videre her. Klipper litt fra tråden for å ha det med seg videre:

Nei, for det ender opp i en diskusjon jeg ikke synes er interessant.
Det er forholdsvis lett å måle hastighetspotensialet (velocity potential), en hvilken osm helst elektrodynamisk transducer kan brukes, prinsippet er beskrevet i alle fagbøker om elektroakustikk.
Litt verre er det om en skal måle intensitet, for da må en også ha med seg faseforholdet mellom v og p.

--
Må gå an å legge til litt mere, hadde faktisk vært veldig interessant om flere fikk opp instrumentering for å måle dette, for da er det brått potensiale for mange flere observasjoner, som igjen gir bedre grunnlag for en forståelse av hva dette betyr for lyden.

Alle elektrodynamiske mikrofoner måler i utgangspunktet hastighet, de er ikke trykksensitive får de plasseres i en box som lukker baksiden.
En båndmikrofon er et eksempel på en mikrofon som også i ferdig utførelse faktisk ikke måler trykk, den måler bare partikkelhastigheten i lydbølgen.
Når en skal måle partikkelhastighet ved forholdsvis lave frekvenser, si under noen få 100 hz, så blir det enda enklere, for da kan mikrofonen ha mye større areal, og følsomheten går opp.
Alt dette står nøye og eksakt og fullstendig beskrevet på en noe uforståelig måte, i bøker om elektroakustikk, i kapittelet om acoustic receivers.

https://www.hifisentralen.no/forume...er-approach-av-earl-geddes-4.html#post2017002

 

[Hedde]

I startinnlegget så vi hvordan bølgen fortoner seg når hele bølgen blir reflektert fra bakveggen og danner en stående bølge.
To like bølger i motsatt retning fører til områder med partikkelhastighet i begge retninger og områder hvor partikler står i
ro. Dette betinger en hard bakvegg med svært høy tetthet for å skape ett slikt idealisert tilfelle.

Så viste jeg også tilfellet i det fri, hvor det ikke blir reflektert noen motsatt bølge. Man kan i dette tilfellet tenke seg en virtuell
bakvegg med en tetthet som er lik luft sin tetthet. Bølgen blir absorbert i sin helhet og fortsetter videre på baksiden av veggen.

Tilfellene i mellom disse to ytterlighetene avhenger av tettheten på bakvegg. Vi prater om den karakterisere impedans fra en
impedans diskontinuitet. Deler av bølgen blir reflektert fra veggen, og resten blir absorbert gjennom veggen gitt av material-
egenskapene.

Animasjonen nedenfor viser forløpet for en bølgepuls. Her vander bølgen fra ett område med lav tetthet og høy hastighet til ett
område med høyere tetthet men med lavere hastighet. Vi ser altså også at hastigheten endres som en funksjon av tettheten i
materialet og at amplituden på reflektert bølge reduseres tilsvarende (den som blir negativ og vandrer tilbake).

Dersom vi nå ser på en sinusbølge som kommer mot en slikt bakveggen så får vi ett slikt forløp.

Vi har nå en mellomting mellom en stående bølge og en bølge i fritt rom. Faseforholdet mellom trykk og partikkelhastighet vil
være ett sted mellom 0 og 90 grader, og bølgen vil ha netto energi i retning mot bakveggen.

 

[Hedde]

Trykk og partikkelhastighet

Jeg fortsette den grunnleggende gjennomgangen, også litt for meg selv, for å kunne komme litt videre når det gjelder
partikkelhastighet og forståelsen for hvordan denne eventuelt kan være relevant for lydgjengivelse.

Når ett molekyl i luft (en partikkel) flyttes fra sin posisjon oppstår det en midlertidig endring i trykket. Trykkendringen
virker på to måter: for å sørge for at partikkelen kommer tilbake til sin likevektsposisjon, og for å videreføre bølgen
som er startet til neste partikkel.

Lydintensitet er produktet av partikkelhastighet og trykk. Jeg kommer tilbake til hva lydintensitet brukes til senere, men
vi husket at bland annet Kvålsvoll nevnte dette som en parameter.

I ett lydfelt i det fri (aktivt lydfelt) vil trykk og partikkelhastighet variere likt slik at en peak i trykk oppstår samtidig som
en peak i hastighet. Det er derfor i fase og produktet av dem gir enn netto intensitet.

I ett lydfelt med stående bølger (reaktivt lydfelt) er trykket og hastigheten 90 grader ut av fase. Produktet av dette er
sinusformet rundt null som gir en netto intensitet over tid lik null.

Følgende grafikk viser tre tilfeller og er hentet fra ett hefte fra Brüel & Kjær.

 

[Hedde]

Det man ofte leser, at trykk og partikkelhastighet er 90° ut av fase med hverandre, er altså en sannhet med modifikasjoner kan vi i allefall si.

 

[Hedde]

Det er kanskje på tide med ett praktisk sidespor i denne tråden.

Den virkelige grunnen til å plassere bassfeller i hjørnet er kanskje ikke den man tror.

“You need to put your bass traps in the corners because that’s where the bass energy builds up. You can hear it when
you play some bass heavy music and stick your head in the corner. That’s where your bass traps need to go.”

Er nå det helt sant eller?

Bassfeller er bredbånd absorbenter bygget av porøst isolasjonsmateriale som mineralull eller fiberglass. Disse absorbentene
virker ved å endre hastigheten til partiklene og gjøre energien om til varme via friksjon og de er selvsagt impedans
diskontinuiteter som vi så i forrige innlegg.

Å plassere slike bassfeller, basert på porøst isolasjonsmateriale, der hvor trykket er høyest er faktisk det verste man kan gjøre.
De bør plasseres der hvor partikkelhastigheten er høy. For å behandle flere frekvenser og lavest mulig frekvens er det en fordel
å plassere dem i hjørnet. I ett helt reaktivt rom kan man bruke ¼ bølge regelen som altså tilsvarer 90 grader faseforskjell men
vi har sett at dette ikke trenger være helt korrekt.

En link: The Real Reason You Place Bass Traps In Corners (It's Not Why You Think) — Acoustics Insider

 

[Balle Clorin]

Så for å dempe en 50 hz peak mest mulig må man plassere dempingen 170cm. fra hjørne i i figuren..det sier litt om hva de estetiske utfordringen blir om man ikke har dedikert lytterom...

 

[Hedde]

Opps. Fint du regnet på det, men sånn blir det om man skal optimalisere i ett helt reaktivt rom (bomberom).

Nå er vell de fleste rom mykere enn bomberom sånn at vinkelen blir mindre, samt at det fortsatt er mye
hastighet bort fra den optimale toppen. Kanskje følgende bilde kan illustrere bedre en min tekst:

Slike bassfeller er godt virksomme for 1/8 bølger hvor man fortsatt har mye hastighet (ca 70% av maks). Med rom
som i midterste tilfelle i Brüel & Kjær figuren med en fase på 60 grader, så er vi nok nede på 50-70 cm sånn uten å
egentlig finregne på det for den frekvensen som ble nevnt og oppover.

 

[Snickers-is]

Interessant tråd, men jeg er av den oppfatning at partikkelhastighet i seg selv ikke er så relevant for akustikken som mange tror, men at det er amplitude og tidskomponentene i stående bølger som er av størst betydning. Nå vil selvsagt slike ting påvirke partikkelhastigheten, men jeg synes det blir en omvei å gå "via partikkelhastighet". Det er jo tross alt bare en konsekvens. Dessuten kan man emulere romresonanser elektronisk, uten at det påvirker partikkelhastigheten i annen forstand enn hva amplituden medfører.

 

[Hedde]

Slik jeg forstår dette så er det trykket som er en konsekvens av at partikler vibrerer og ikke motsatt. Altså at lyd er en bølge som oppstår når partikler vibrerer frem og tilbake, og som skaper lokalt over- og undertrykk, som vist i innlegg #1.

Men trykket, og amplituden av trykket, er jo helt klart den viktige parameteren. Det er her man kan ødelegge hørselen.

Hva mener du med å emulere romresonanser elektronisk? Har det ikke helt klart for meg.

---

Ellers, til leserne av denne tråden tenkte jeg at denne tråden kan gå litt rolig fremover. Har så langt skrevet om "mono" signal med retning mot lytteren, men det gjelder jo også for alle slike signal i alle retninger. Skal skrive litt om "stereo" signal også og hvordan disse arter seg på tvers av rommet og lytteren og hvordan trykk og partikkelhastighet da vil bli. Noen mener at det er relevant også i bassen.

 

[DagT]

Interessant tråd, men jeg er av den oppfatning at partikkelhastighet i seg selv ikke er så relevant for akustikken som mange tror, men at det er amplitude og tidskomponentene i stående bølger som er av størst betydning. Nå vil selvsagt slike ting påvirke partikkelhastigheten, men jeg synes det blir en omvei å gå "via partikkelhastighet". Det er jo tross alt bare en konsekvens. Dessuten kan man emulere romresonanser elektronisk, uten at det påvirker partikkelhastigheten i annen forstand enn hva amplituden medfører.

Noe av morroa her er at vi snakker om begge deler. I diskanten er nok partikkelhastighet viktig, sammen med refleksjoner og interferens mellom disse, men jo lenger ned du kommer jo mer blir det snakk om resonanser, stående bølger. De påvirker hvordan vi oppfatter lydbildet forskjellig.

 

[DagT]

Det er kanskje på tide med ett praktisk sidespor i denne tråden.

Den virkelige grunnen til å plassere bassfeller i hjørnet er kanskje ikke den man tror.

“You need to put your bass traps in the corners because that’s where the bass energy builds up. You can hear it when
you play some bass heavy music and stick your head in the corner. That’s where your bass traps need to go.”

Er nå det helt sant eller?

Bassfeller er bredbånd absorbenter bygget av porøst isolasjonsmateriale som mineralull eller fiberglass. Disse absorbentene
virker ved å endre hastigheten til partiklene og gjøre energien om til varme via friksjon og de er selvsagt impedans
diskontinuiteter som vi så i forrige innlegg.

Å plassere slike bassfeller, basert på porøst isolasjonsmateriale, der hvor trykket er høyest er faktisk det verste man kan gjøre.
De bør plasseres der hvor partikkelhastigheten er høy. For å behandle flere frekvenser og lavest mulig frekvens er det en fordel
å plassere dem i hjørnet. I ett helt reaktivt rom kan man bruke ¼ bølge regelen som altså tilsvarer 90 grader faseforskjell men
vi har sett at dette ikke trenger være helt korrekt.

Vis vedlegget 517945

En link: The Real Reason You Place Bass Traps In Corners (It's Not Why You Think) — Acoustics Insider

Her synes jeg beskrivelsen av fysikken blir litt omtrentlig. Et poeng med hjørner er at de er retroreflekterende. De sender bølgene tilbake der de kom fra, mot høyttalerne. Du ser det samme prinsippet på gammeldagse refleksbrikker som består av en masse små "hjørner". Du hører bassen bedre om du stikker hodet opp i et hjørne fordi du hører den samme bølgen på vei inn i hjørnet som på vei ut. Da blir det litt feil å snakke om å samle energi i hjørner. Bølgens energi er den samme, men hjørnene danner mer fokuserte refleksjoner enn en flat vegg.

 

[Hedde]

Her synes jeg beskrivelsen av fysikken blir litt omtrentlig. Et poeng med hjørner er at de er retroreflekterende. De sender bølgene tilbake der de kom fra, mot høyttalerne. Du ser det samme prinsippet på gammeldagse refleksbrikker som består av en masse små "hjørner". Du hører bassen bedre om du stikker hodet opp i et hjørne fordi du hører den samme bølgen på vei inn i hjørnet som på vei ut. Da blir det litt feil å snakke om å samle energi i hjørner. Bølgens energi er den samme, men hjørnene danner mer fokuserte refleksjoner enn en flat vegg.

Godt innspill rundt fysikken til bassfeller. Smart plassering. Rart ikke artikkelen jeg linket til nevnte det. Nå fant jeg jo flere feil i den artikkelen uansett så det er vell ikke den beste artikkelen man kan spa opp rundt dette temaet. Poenget står seg likevel rundt virkemåte, å sette ned hastigheten på partikler, at de virker når partiklene har høy hastighet og ikke nødvendigvis når det er høyt trykk.

 

[DagT]

Her synes jeg beskrivelsen av fysikken blir litt omtrentlig. Et poeng med hjørner er at de er retroreflekterende. De sender bølgene tilbake der de kom fra, mot høyttalerne. Du ser det samme prinsippet på gammeldagse refleksbrikker som består av en masse små "hjørner". Du hører bassen bedre om du stikker hodet opp i et hjørne fordi du hører den samme bølgen på vei inn i hjørnet som på vei ut. Da blir det litt feil å snakke om å samle energi i hjørner. Bølgens energi er den samme, men hjørnene danner mer fokuserte refleksjoner enn en flat vegg.

Godt innspill rundt fysikken til bassfeller. Smart plassering. Rart ikke artikkelen jeg linket til nevnte det. Nå fant jeg jo flere feil i den artikkelen uansett så det er vell ikke den beste artikkelen man kan spa opp rundt dette temaet. Poenget står seg likevel rundt virkemåte, å sette ned hastigheten på partikler, at de virker når partiklene har høy hastighet og ikke nødvendigvis når det er høyt trykk.

Såvidt jeg har forstått har bassfellene den funksjonen at lydbølgene/partiklene møter motstand og da er det forsåvidt riktig at hastigheten går ned samtidig som de også absorberer en del av energien. Men siden vi har snakker om såpass lange bølger at man har et stort innslag av resonanser/stående bølger er det nok mest effektivt å sette dem et sted der det finnes en resonanstopp, for der er amplituden størst og absorpsjonen også. Den plasseringen vil imidlertid komme an på bølgelengden.

Edit: En fordel ved å sette dem ved hjørner er da også at de demper bølger både på vei inn i og på vei ut av dem i samme retning.

 

[Hedde]

Ikke helt ening. Stående bølger har sin amplitudetopp helt inne ved veggen som vi så i figur i innlegg#11 og dette gjelder selvsagt for lange bølger f.eks under 200 hz hvor romnoder er de som gjelder. En del av greia for bassfeller er at de virker for ulike bølgelengder siden "tykkelsen" varierer (lengden til vegg) i ett hjørne, da også hensyntatt ditt retroreflekterende og fine innspill.

 

[DagT]

Ikke helt ening. Stående bølger har sin amplitudetopp helt inne ved veggen som vi så i figur i innlegg#11 og dette gjelder selvsagt for lange bølger f.eks under 200 hz hvor romnoder er de som gjelder. En del av greia for bassfeller er at de virker for ulike bølgelengder siden "tykkelsen" varierer (lengden til vegg) i ett hjørne, da også hensyntatt ditt retroreflekterende og fine innspill.

Aha, takk for korreksjonen. Jeg glemte at akustiske bølger av naturlige grunner ikke har fasedreining ved refleksjon (sånt skjer når man vanligvis tenker på lys)

 

[Snickers-is]

Slik jeg forstår dette så er det trykket som er en konsekvens av at partikler vibrerer og ikke motsatt. Altså at lyd er en bølge som oppstår når partikler vibrerer frem og tilbake, og som skaper lokalt over- og undertrykk, som vist i innlegg #1.

Men trykket, og amplituden av trykket, er jo helt klart den viktige parameteren. Det er her man kan ødelegge hørselen.

Hva mener du med å emulere romresonanser elektronisk? Har det ikke helt klart for meg.

---

Ellers, til leserne av denne tråden tenkte jeg at denne tråden kan gå litt rolig fremover. Har så langt skrevet om "mono" signal med retning mot lytteren, men det gjelder jo også for alle slike signal i alle retninger. Skal skrive litt om "stereo" signal også og hvordan disse arter seg på tvers av rommet og lytteren og hvordan trykk og partikkelhastighet da vil bli. Noen mener at det er relevant også i bassen.

Det eneste vi trenger å forholde oss til er at høner legger egg, og fra egg kommer høner. Ingen bølger kan eksistere uten at partikler flytter seg, og ingen partikler kan flytte seg uten at det innebærer en bølge.

Det som gjør at jeg er skeptisk til hele tankegangen er at man kan beskrive partikkelforflytning og bølgeforflytning som vektorer. En bølge har bare en retning, mens partiklene involvert har to retninger. Når man betrakter partikkelhastigheten beskriver man flere funksjoner av bølgen. Dette inkluderer aksen bølgen beveger seg langs, amplituden, frekvensen, fasen osv, men ikke alltid den absolutte retningen. Det er først når man enten betrakter mange partikler samtidig slik at man danner seg et bilde av bølgen, eller når man beskriver selve bølgen, får man svar på dette, og da får man også svar på alt annet.

Med andre ord, man kan hente det meste ut av å studere partiklers bevegelse, men det er når man studerer trykkbølgene, som i realiteten er grupper av partikler, at man får hele svaret. Med andre ord, når man har inkludert nok informasjon om partiklenes bevegelser har man i realiteten gått over til å betrakte bølgen og ikke partiklenes bevegelse. Derfor fremstår det for meg som tungvint å gå omveien via partikkelbevegelse.

Jeg har sett en del ting skrevet om dette tidligere. Ofte brukes dipole mikrofoner for å måle dette. Det har hyppig vært argumentert for dette som et bevis for at partikkelhastigheten er viktig. Men det en slik mikrofon (ofte referert til som pressure gradient) i realiteten gjør er å gjengi et signal som funksjon av lydbølgene og og sine egne fysiske dimensjoner som bidrar til å skape en midlertidig trykkforskjell på forsiden og baksiden. Det er luftens reaktive natur som gjør dette mulig, og det er også luftens reaktive natur som gjør det mulig for luften å overføre lydbølger.

Så kort sagt, partikkelhastighet handler egentlig bare om lydtrykk og lydbølgenes retning.

 

[Hedde]

Det eneste vi trenger å forholde oss til er at høner legger egg, og fra egg kommer høner. Ingen bølger kan eksistere uten at partikler flytter seg, og ingen partikler kan flytte seg uten at det innebærer en bølge.

Det som gjør at jeg er skeptisk til hele tankegangen er at man kan beskrive partikkelforflytning og bølgeforflytning som vektorer. En bølge har bare en retning, mens partiklene involvert har to retninger. Når man betrakter partikkelhastigheten beskriver man flere funksjoner av bølgen. Dette inkluderer aksen bølgen beveger seg langs, amplituden, frekvensen, fasen osv, men ikke alltid den absolutte retningen. Det er først når man enten betrakter mange partikler samtidig slik at man danner seg et bilde av bølgen, eller når man beskriver selve bølgen, får man svar på dette, og da får man også svar på alt annet.

Med andre ord, man kan hente det meste ut av å studere partiklers bevegelse, men det er når man studerer trykkbølgene, som i realiteten er grupper av partikler, at man får hele svaret. Med andre ord, når man har inkludert nok informasjon om partiklenes bevegelser har man i realiteten gått over til å betrakte bølgen og ikke partiklenes bevegelse. Derfor fremstår det for meg som tungvint å gå omveien via partikkelbevegelse.

Jeg har sett en del ting skrevet om dette tidligere. Ofte brukes dipole mikrofoner for å måle dette. Det har hyppig vært argumentert for dette som et bevis for at partikkelhastigheten er viktig. Men det en slik mikrofon (ofte referert til som pressure gradient) i realiteten gjør er å gjengi et signal som funksjon av lydbølgene og og sine egne fysiske dimensjoner som bidrar til å skape en midlertidig trykkforskjell på forsiden og baksiden. Det er luftens reaktive natur som gjør dette mulig, og det er også luftens reaktive natur som gjør det mulig for luften å overføre lydbølger.

Så kort sagt, partikkelhastighet handler egentlig bare om lydtrykk og lydbølgenes retning.

Vi skal ikke la dette bli en høna og egget debatt. Der er vi helt enige. Jeg vill bare skrive litt om selve fysikken bak en bølge og når vi har det med oss så går vi videre.

Det du nevner med reaktiv luft skjønner jeg ikke helt for å være ærlig. I fritt rom er trykk og partikkelhastighet i fase og således er vell luften aktiv. Når man har refleksjoner og stående bølger blir forholdet reaktivt, men da tenker jeg mere på forholdene eller rommet som reaktivt grunnet sine materielle egenskaper.

Så langt i denne tråden har jeg funnet det nyttig å tenke partikkelhastighet ved følgende:
- Ved stående bølger har vi stor hastighet ved lavt trykk. Stående bølger har også stående partikler som er helt i ro, men på andre steder.
- Som bedre forklaring til absorbsjon som vist med bassfelle eksempel.

Derfor er jeg ikke ening i at partikkelhastighet bare handler om lydtrykk og lydbølgenes retning. Og det kommer mere som nok gir vektorbegrepet mere kjøtt på beina.

Fint at du nevner at partikkelhastigheten ikke er viktig bare fordi man kan måle den. Det blir i allefall helt galt.

 

[Snickers-is]

Det at luften er reaktiv er en konsekvens av at den kan komprimeres (kapasitiv) og at den har masse (reaktiv). Det er disse to egenskapene som gjør at luften kan overføre lyd, og at det ikke skjer med uendelig høy hastighet. Luften er også resistiv.

Grunnen til at jeg ikke bryr meg om partiklenes bevegelse i stående bølger er at det er akkurat det samme som for andre bølger, men med den forskjellen at ved stående bølger går bølgene i flere retninger for samme frekvens og i samme punkt i rommet.

Der partiklene står stille (ved stående bølger langs samme akse) har man, som du har påpekt, trykkmaksimum og trykkminimum. Vi vet jo at porøse absorbenter har lite for seg når det kommer til å behandle en resonans ved trykkmaksimum, på samme måte som panelabsorbenter må plasseres i trykkmaksimum/minimum. Det jeg ikke forstår er hvorfor du mener at vi allikevel trenger å forholde oss til partikkelhastigheten? Det er jo ikke slik at partikkelhastigheten gjør ulike ting fra tilfelle til tilfelle som vi ikke finner gjennom å måle bølgene?

 

[Hedde]

Noen mener det, og kanskje kan denne tråden bidra til å forsøke å forstå hvorfor det eventuelt kan være sånn.

 

[Snickers-is]

Noen mener hva?

 

[Hedde]

Gir partikkelhastigheten oss svar som trykkbølgen ikke gir?

Jeg tar en litt annen retning enn jeg opprinnelig hadde planlagt og følger opp Snickers-is sine innspill. Jeg tror
jeg forstår hans innsigelser mot relevansen til partikkelhastigheten og at den bunner ut i at den ikke gir nye svar
som ikke trykkbølgen allerede gir oss.

Mye litteratur på område er tydelig på at hørselen er direkte relatert til lydtrykket på trommehinnen. Når man
prater om stereogjengivelse bruker man begrepet «intensitet» om lydnivå, IID og ILD brukes om hverandre og
handler altså om «Level» eller lydtrykket. Som jeg så vidt har vært innom er intensitet egentlig definert som en
vektorstørrelse som produktet av lydtrykket og partikkelhastigheten. Men uansett så virker gjengs oppfatning å
være at våre ører ikke er følsomme for partikkelhastighet, men bare til lydtrykket akkurat som innspillene til
snickers-is.

Lyd og vibrasjonsspesiallisten Brüel & Kjær, skriver også i en av sine hefter at når det gjelder den menneskelige
responsen til lyd så er det lydtrykket som er den naturlige målevariabelen. For mye lyd kan blant annet medføre
hørselsskade. Likevel har de utviklet spesielle apparater til å måle intensiteten for å kunne gi ett mål på lydeffektens
retning. Dette er viktig for å kunne treffe de riktige tiltakene og for å kunne forstå hvor kilden til lydtrykket kommer
fra. De kan altså lage konturplott av fabrikklokaler og utstyr for å angi hvor lydkildene er og hvor mye de bidrar til
det totale lydtrykket basert på målinger av trykk og partikkelhastighet.

David Griesinger har skrevet mye om ørets og hjernens mekanismer til å oppfatte lyd og hvordan dette blir påvirket
av akustikk i store og små rom. I en av sine publikasjoner om spatial reproduksjon av lave frekvenser i lytterom,
skriver han om hastighet og trykkgradient.


In free field we detect the azimuth of sounds at low frequencies by detecting the time differences between the zero-
crossings of the pressure waveform at the two ears. Human perception is particularly sensitive to sounds with sharp
onsets. We tend to localize the beginnings of sounds. We can localize an impulsive sound at low frequencies in part
because it takes time for standing waves to establish themselves. But there is a second reason.

The second reason is that standing waves preserve the original sound direction information if you average over enough
of them. Low frequency noise or a pulse will excite many room modes all at once, and the time differences between the
ears will correspond to the source azimuth.


Den siste grunnen av disse to overnevnte, handler etter mine meninger nettopp om intensitet. Vi har tidligere i denne tråden sett hvordan netto
intensitet over tid varierte med rommet og romnodene hvor den blir høy i friluft mens den går mot null i bomberom.
Griesman viser til intensitet og at den kan vise retning selv i rom preget av romnoder, men ikke i bomberom altså.

Det ovenfor som er preget av mine egne meninger og spekulasjoner skal man selvsagt ikke ta for god fisk sånn umiddelbart
men kan det være sånn at lokasjon og de mange tilhørende lydegenskapene dette gir kan være av betydning?


Typisk litteratur på område: Sound pressure level SPL 400 particle velocity characteristic specific acoustic impedance Z sound intensity acoustic power sound energy formulas acoustics sound units intensity acoustic characteristic impedance dB SPL calculations pascal audio calcul

Brüel & Kjær : http://www.reins.co.za/gallery/educational-pdfs-Sound_Intensity_-_br047614.pdf

http://www.davidgriesinger.com/

 

[Snickers-is]

Slik jeg tolker intensitetsbegrepet i denne sammenhengen så er det ingen forskjell på å benytte bølgenes retning som vektor eller å benytte partikkelhastigheten. Det vi ikke må glemme er at trykk utelukkende oppstår som en direkte følge av at partikler beveger seg mot et punkt. Men om partikkel A bar bevegelsen V, og partikkel B har bevegelsen -V vil de ikke medføre noen trykkendring. Da oppstår det heller ikke lyd. Skal man måle partiklenes bevegelse må man måle det retningsbestemte lydtrykket. Det finnes ingen pålitelig måte å måle dette på uten at man rent faktisk måler retningsbestemt lydtrykk. Metoden for å fastslå partikkelhastigheten er gjerne at man benytter flere dipol mikrofoner sammen med en rundstrålende mikrofon, også regner ut partikkelhastigheten fra forskjellene man måler mellom de ulike mikrofonene. Det forandrer ikke det faktum at alle mikrofonene fanger opp lyd.

Jeg sier ikke at man ikke skal snakke om partikkelhastighete, for den gjør det for eksempel enklere å forstå virkemåten til en del typer demping. Men man må være klar over at det ikke eksisterer noe skille. Litt som impulsrespons og frekvensrespons. De er bare to fremstillinger av det samme, og selv om de ulike modellene henger 100% sammen matematisk er det allikevel noen ting som er litt lettere å se ut fra en betraktningsmåte enn den andre.

Det, etter min mening en ting det snakkes for lite om når det kommer til romresonanser. Om man har en stående bølge ved 50Hz, og trykker 48Hz på systemet. Da får man litt mindre forsterkning enn man ville fått ved 50Hz. Men hva med kurveformen?

 

[DagT]

Litt usikker på hvor du vil her, Hedde. Lydintensitet er ganske greit definert matematisk, også i en av de linkene du viser til. At mennesket er flinkere til å detektere fronten av en bølge er vel relativt kjent og hvis man har høy "rise time" på en trykkbølge vil det også synes på en Fouriertransformasjon at den inneholder et innslag av høyere frekvenser som er lettere å lokalisere for ørene.

Hvordan lyden forplanter seg vil som tidligere sagt variere sterkt med frekvensen, og om man skal gå tilbake til partikkelhastigheten (som kanskje heller burde oversettes til luftstrømmen siden "phononer" ofte brukes som betegnelse på lydbølger som oppfører seg som partikler) så vil en bassfelle klart kunne dempe den bevegelsen/luftstrømmen og dermed kunne sies å dempe bassen.

 

[Snickers-is]

hvis man har høy "rise time" på en trykkbølge vil det også synes på en Fouriertransformasjon at den inneholder et innslag av høyere frekvenser

Du mener kanskje lav rise time? Fort gjort, i dobbel forstand

Oddsen er rimelig lav for at folk sier at oddsen er høy for at noe sannsynlig skal skje.

 

[Midas]

Interessant tråd!

Ører og mikrofoner er trykkfølsomme. Men hvordan er det med den taktile lyttingen? Er det partikkelfarten som stimulerer kroppen eller er det trykksonen som presser f.eks. mot volumet i lungene som skaper taktilitet?

Det at luften er reaktiv er en konsekvens av at den kan komprimeres (kapasitiv) og at den har masse (reaktiv). Det er disse to egenskapene som gjør at luften kan overføre lyd, og at det ikke skjer med uendelig høy hastighet. Luften er også resistiv.

Litt OT, men heter det kapasitiv og reaktiv for henholdsvis kompresjon og masse i mekanikk/akustikk? I elektronikken er reaktiv en samlebetegnelse for den komplekse/imaginære komponenten og den er enten kapasitiv eller induktiv, og begge er reaktive.

 

[DagT]

hvis man har høy "rise time" på en trykkbølge vil det også synes på en Fouriertransformasjon at den inneholder et innslag av høyere frekvenser

Du mener kanskje lav rise time? Fort gjort, i dobbel forstand

Oddsen er rimelig lav for at folk sier at oddsen er høy for at noe sannsynlig skal skje.

Meh

 

[Snickers-is]

Interessant tråd!

Ører og mikrofoner er trykkfølsomme. Men hvordan er det med den taktile lyttingen? Er det partikkelfarten som stimulerer kroppen eller er det trykksonen som presser f.eks. mot volumet i lungene som skaper taktilitet?

Den taktile opplevelsen er ikke noe forskjellig fra annen lytting. Så lenge ikke trykket er statisk er partikkelforflytning og trykkbølger en og samme sak.

Litt OT, men heter det kapasitiv og reaktiv for henholdsvis kompresjon og masse i mekanikk/akustikk? I elektronikken er reaktiv en samlebetegnelse for den komplekse/imaginære komponenten og den er enten kapasitiv eller induktiv, og begge er reaktive.

Du har selvsagt helt rett. Luftens masse er den induktive komponenten, og begge faller under betegnelsen reaktive.

Om man bruker betegnelsen innen akustikkfaget er iofs ikke spesielt viktig IMO siden dette er mekanikk. Det blir litt som at AES er en organisasjon for ingeniører som jobber med utvikling av teknologi, der man møtes for å forsøksvis utveksle erfaringer, bygge videre på hverandres ideer og bringe faget videre. Mens i Norge er det en gutteklubb for lydteknikere der importørene kan få vist frem sine nye mikrofoner og mixere, fordi ingen av dem er gode nok i engelsk til å forstå forskjellen på "Sound engineer" og "Audio engineer". Nesten som om Amnesty International Norge skulle være foreningen for folk som lider av hukommelsestap. Jeg er også hellig overbevist om at om ikke lenge så er den offisielle betegnelsen på en bassenhet til bilstereo en "bassær".

 

[Hedde]

Skal man måle partiklenes bevegelse må man måle det retningsbestemte lydtrykket.

Lydtrykk er en skalarverdi i motsetning til partikkelhastighet som er en vektor. Intensiteten som er produktet av disse blir da også en vektor som altså har både størrelse og retning. Retningsbestem lydtrykk er vell da intensiteten?

 

[grammofon]

Er det svevestøv dette her disse partiklene luft er vel ca 20% oksygen - ca 78% nitrogen pluss noen andre gasser til rest .

(ser vitenskapen definerer molekyler som partikler sånn i etterkant)

Hehe, men verd å tenke litt gjennom. Lydbølger er vandrende partikkelvibrasjoner i luft, vann, metall eller andre medium. Det kan ikke finnes lyd i det tomme rom som ikke inneholder atomer eller molekyler.

Selvsagt er det mange lyder i verdensrommet. Det gjelder bare å være der og å høre godt etter:

https://illvit.no/universet/9-lyder-fra-en-annen-verden

 

[Hedde]

Litt usikker på hvor du vil her, Hedde. Lydintensitet er ganske greit definert matematisk, også i en av de linkene du viser til. At mennesket er flinkere til å detektere fronten av en bølge er vel relativt kjent og hvis man har høy "rise time" på en trykkbølge vil det også synes på en Fouriertransformasjon at den inneholder et innslag av høyere frekvenser som er lettere å lokalisere for ørene.

Hvordan lyden forplanter seg vil som tidligere sagt variere sterkt med frekvensen, og om man skal gå tilbake til partikkelhastigheten (som kanskje heller burde oversettes til luftstrømmen siden "phononer" ofte brukes som betegnelse på lydbølger som oppfører seg som partikler) så vil en bassfelle klart kunne dempe den bevegelsen/luftstrømmen og dermed kunne sies å dempe bassen.

Helt greit, jeg er usikker jeg også.

Jeg er enig i at deteksjon av lokasjon basert på bratte flanker er kjent og lite kontroversielt. En liten detalj dog er jo at dette gjelder før de stående bølgene får tid til å etablere seg. Jeg var mere opptatt av den andre grunnen til lokasjon, den som viste til intensitet over tid og også ved stående bølger. Se for øvrig bilde i innlegg#7 for tre tilfeller med rom, fritt rom (0 grader), rom med myke vegger (60 grader) og rom med stive vegger (90 grader).

Partikkelhastighet er for øvrig ikke en luftstrøm. Om/når de vibrerer, så er det kun rundt sitt likevektspunkt.

 

[Hedde]

Litt om horn og partikkelhastighet

Opp med hånda de som er gode på hornteori. For å være ærlig, så har jeg lest litt om det tidligere, men finner det alltid litt
vanskelig av en eller annen grunn. Til en viss grad er det intuitivt greit å forstå selve utforminga av hornet og munningen for
å utforme trykkbølgen til en plan (eller annen) bølgefront som gir god overgang til luftas lave impedans. Men der jeg sliter er
når jeg får inntrykk av at horn er en akustisk forsterker. Mange har kanskje lest litt i Kolbreks horn teori. Der hevdes det at
driverens plane bølge med høyt trykk og lav partikkelhastighet omformes i hornet til en bølge med lavt trykk og høy partikkel-
hastighet ved munningen. Men etter min mening kan ikke dette være mulig over ett større areal basert på energibetraktninger.

I boka “Fundamentals of Physical Acoustics” side 250-251 finner jeg svaret. Her skriver man at hornets driver med høyt trykk
og høy partikkelhastighet, i fase med hverandre, omformes til lavt trykk og lav partikkelhastighet, fortsatt i fase med hverandre
men nå over ett langt større areal, men at bølgen er (equally energetic). Her nevner man også spesielt at hornet løser oppgaven
ved å holde disse to størrelsene i fase med hverandre ved store tverrsnitt og lave frekvenser.

Det virker som om en av hornets oppgaver er å holde partikkelhastighet og trykk i fase ut av hornets munning, og partikkel-
hastigheten slik at bølgen blir en plan bølge ut i rommet.


Fundamentals of Physical Acoustics” side 250-251, David T. Blackstock https://books.google.no/books?id=e_...AB#v=onepage&q=particle velocity horn&f=false

 

[Midas]

Jeg var av den formeningen at økningen i SPL fra et horn skyldes økningen i virkningsgraden, ikke forsterkning. Og at i stedet for å stråle nomimelt i omni fullkule 4pi, så reduserer du kulearealet med hornet og får tilsvarende økning i SPL. -- Det er litt samme mekanisme i antennegain i radioantenner, at når man gjør utstrålingen smalere geometrisk (som med parabolantenner), så øker også effektiviteten i den retningen.

 

[Hedde]

Jo, der er jeg enig. Men greia med Kolbrekk er han han roter med partikkelhastigheten slik at man kan få inntrykk av en slags akustisk forstrekning i tillegg. Det skal være høy fart innerst og lav fart ytterst i hornet.

 

[Hedde]

Hmm. Det Blackstock sier i sin Akustikkbok er at intensiteten er viktig. Den blir størst når fasen mellom trykk og hastighet er liten. Intensiteten blir blant annet lav ved stående bølger i harde rom som vi har sett tidligere i tråden. Griesinger sier også at intensitet er viktig grunnet flere forhold.

 

[Snickers-is]

Skal man måle partiklenes bevegelse må man måle det retningsbestemte lydtrykket.

Lydtrykk er en skalarverdi i motsetning til partikkelhastighet som er en vektor. Intensiteten som er produktet av disse blir da også en vektor som altså har både størrelse og retning. Retningsbestem lydtrykk er vell da intensiteten?

Jeg tenkte først da jeg leste svaret ditt at jeg hadde rotet litt med begrepene, men det er et vesentlig poeng med at jeg ordla meg på den måten:

1: Det eneste man kan måle er trykkforskjeller. Med andre ord er lydtrykket sentralt her.
2: For å kunne bestemme retningen må vi måle med retningsbestemte mikrofoner. Da måler vi trykkforskjeller, og ikke endringer i absolutt trykk.
3: I en situasjon der vi har en enkel stående bølge og måler ved et trykkmaksimum vil den retningsbestemte mikrofonen ikke fange opp noen trykkforskjell, og den normale mikrofonen vil fange opp lydtrykket.

Dette gir oss en situasjon der vi har lydtrykk uten bestemt retning i et gitt punkt. Da kan vi også slå fast at partiklene i dette punktet i prinsippet ikke flytter seg (mer enn de gjør på grunn av gassens indre energi så klart).

Man kan selvsagt bytte ut "retningsbestemt lydtrykk" med bølge, men da forutsetter man at det bare finnes en. Lydtrykk er tross alt summen av bølger, og når hver av disse bølgene har retning vil man få et lydtrykk, men om man fokuserer på ett lite punkt, noe man må gjøre for å kunne beregne forflytning av partikler, vil man få et lydtrykk, og et netto retningsforhold.

Akkurat hva som vil være riktig terminologi skal jeg ikke være påståelig på, men jeg tror det skulle være lasegforståbart å kalle det for retningsbestemt lydtrykk. Man må gjerne kalle det partikkelhastighet også, men de er like fullt koblet tett sammen, og man måler alltid dette som lydtrykk.

 

[Hedde]

Lydtrykket er veldig sentralt. I innlegg#5 viste jeg et sitat fra en tidligere tråd her på HFS. Her var påstanden fra en annen at alle mikrofonprinsipper i utgangspunktet måler partikkelhastighet. Dette vet jeg nå er feil, de måler lydtrykket.

Brüel&Kjær (og sikker andre) har utviklet spesielle prober for å måle intensiteten. For å måle partikkelhastigheten kan de bruke en metode med to nært plassert mikrofoner for å finne trykkgradienten og så bruke en matematisk sammenheng (Eulers ligning).

Det som er viktig å være klar over er at det ikke alltid er en enkel sammenheng mellom trykk og partikkelhastighet. I lydfelt med plane bølger er det greit, bortsett fra det vi har nevnt før om stående bølger i harde og myke rom. I nærfelt til en lydkilde er det en helt annen sak. Se for eksempel på bølgeligningen for horn som neppe uttrykkes ved hjelp at det skalare trykket.