híranyagok alapvető jellemzői, érzékszerveink felbontása, finomsága és becsaphatósága

Cs.J. 2009.02.16. Híranyagok jellemzői, érzékszerveink

1

Híranyagok alapvető jellemzői, érzékszerveink felbontása, finomsága és becsaphatósága

Csiszár János


2

Bevezetés

Hallás, látás, szaglás, ízlelés, tapintás, hőérzet, (egyensúlyérzet) Internetes kommunikáció során: hallás, látás (egyenlőre) Hallás, látás minőségi jellemzőinek megismerése Az információt digitális formában közvetítjük, adott a csatorna

kapacitása CD hangadat: 1,4 Mbit/s, SDTV kép (4:2:2): 216 Mbit/s Adatredukció (tömörítés) szükséges, de úgy, hogy ne vegyük észre

(legalább is azt szeretnénk, hogy ne legyen látható-hallható a tömörített információn a beavatkozás!)

Először a hallással foglalkozunk, aztán a látással


3

A hangtér jellemzői, hanghullámok Légnyomás: 100.000 Pascal, ezt növeli, csökkenti a hangnyomás Legkisebb, hallható hangnyomás(1 kHz) 20 μPa Legnagyobb, elviselhető hangnyomás: 20-50 Pa Gömbhullám (pontsugárzó), síkhullám (síksugárzó), hengerhullám

(vonalsugárzó) Közelítés: tekintsük a hangforrást pontsugárzónak, hangnyomás (p),

részecske sebesség (v), a hangtér impedanciája: p/v Gömbhullám: p és v nincsenek fázisban, komplex szám adódik „Elég messziről” szemlélve a gömbhullámot síkhullámnak tekinthető „Akusztikai Ohm törvény” p / v = ρ c a levegő specifikus

impedanciája, valós szám

c

ppv

r

WI

0

2

24

Az intenzitás a távolság négyzetével fordítva,A hangnyomás a távolsággal fordítva arányos


4

A hallás „blokksémája”

0,6 cm2 0,03cm2


5

A hallás frekvencia és szintfüggése

Szabad térben (süketszobában) mért görbeseregHelmholtz rezonátor Fülkagyló hatása

Létezik diffúz térben és fejhallgatóval mért görbesereg is!

Weber-Fechner:hangosságérzet

00

lg20lg10)(.p

p

I

IphonérzetH

Fletcher-Stevens:hangosság6,0

1

2

3,0

1

2)(

p

p

I

IsonHangosság

40dB+40dB=43dB

40 dB felett igaz csak!!!40phon=1son1son+1son=2son


6

phon, son, dB Inger érzet W-F szerint : logaritmikus, százszoros intenzitású hangot hússzor

hangosabbnak hallunk Fl-St szerint : hatványkitevős (0,3), százszoros intenzitású hangot

négyszer hangosabbnak hallunk Kísérlet: 10 hang 500Hz-től 500 Hz-enként, 60 dB intenzitással szól,

mekkora intenzitású 1 kHz-es hangot hallunk ugyanolyan erősnek? Eredmény: a 93 dB-est! W-F szerint: a 70 dB-est kellene

ugyanolyan erősnek hallani! Milyen átszámítás a jó, hogy a 10 jelet 10-szer olyan hangosnak

halljuk?

10

40

2

phon

son

60 phon=4 son, 10 x 4=40 son=93 dB

402lg

lg10

sonphon


7

A phon-son átszámítási görbe

(Tarnóczy Tamás)


8

A hallás kritikus sávjaiBizonyos feltételekkel a W-F törvény igaz! Bizonyos frekvenciasávokon belül az intenzitások összegződnek! Ezek a sávok a kritikus sávok.

Barkhausen tiszteletére „Bark”-ak nevezték el a sávokat, 24 db létezik.Sávszélességük változó, 400 Hz-ig 100 Hz, 1 kHz felett a frekvencialogaritmusával arányosan növekszik.

(Tarnóczy Tamás)


9

Hangelfedés a frekvencia tartományban Megszólaló színuszos hang, vagy

keskenysávú zörej a hallásküszöb görbét módosítja, a jel frekvencia környezetében érzéketlenebb lesz hallásunk.

1) Nagyobb intenzitású elfedő jel szélesebb frekvenciasávban okoz elfedést 100 1000 10000

f(Hz)

p(dB)

20

40

6

0

80

100 1 k Hz

4,5 k Hz250 Hz

2) A fedőgörbe nem szimmetrikus, nagyobb frekvenciák felé szélesebbsávban hat (kórus: basszus, szoprán)A görbe alatti intenzitású hangokat nem halljuk!

A hangesemény dinamikusan változó fedőgörbét alakít ki, ami a görbealatt van energiában, azt nem kell átvinni! (Digitális jelek adatredukciója)


10

Hangelfedés az időtartománybanUtóelfedés: egy erős hang-inger után, míg az alaphártyarezgései lecsillapodnak, a kisebb intenzitású hang nemhallható!

Előelfedés: a korábban meg-Szólaló hangot egy későbbérkező erős hang elfed!Az idegpályákon az áramimpulzusok sebessége a kiváltó inger nagyságától függ?Az időbeli elfedés jelenségét szintén kihasználjuk a digitális jelek adatredukciójánál!


11

Két hang hangosságának összegeFigyelembe kell venni a kritikus sávokat és a hangelfedés jelenségét a

hang intenzitásának függvényében!Ha a két hang frekvenciában távol van egymástól, és nem túl nagy

intenzitású (elfedési görbének nincs szerepe), a son-ok összegződnek.

Minél nagyobb energiájú a két hang, annál távolabb kell lenni egymástól frekvenciában, pl. 90 dB esetén 10-12 kritikus sáv távolság szükséges!

Kritikus sávon belül az intenzitások összegződnek.Ha az egyik hang sokkal hangosabb, elfedi a másikat! (Nem

szimmetrikus az elfedés, mély-magas hang, nem mindegy, melyik az erősebb!

Digitális hang adatredukciója: pl. 32 frekvenciasávra bontva a jelet egyszerű összegzési és elfedési törvények érvényesek!


12

Dinamikus hallásküszöb kialakulása

0,1 0,2 0,5 1 2 5 10 f (kHz)

p(dB)

Abszolút hallásküszöb Eredő hallásküszöb

50

40

30

20

10

0


13

Hangesemény sávszélessége és a hangosság kapcsolata Kísérlet: 50 dB-es színuszjel hangossága 2 son

Tíz db. 40 dB-es színuszjel összhangossága 7,9 son

A két jel energiája azonos, de a nagyobb sávszélesség miatt hangosabbnak halljuk!

Rövid ideig tartó hang hangosságának fokozása:kissé torzítva a hangot, többspektrumvonal jelenik meg, az eredeti jelhez hozzáadva,a hangosság nagyobb lesz!(Exciter)


14

A hallás időállandói Hallásunk több rezgőrendszer kapcsolata útján alakul ki Minden rezgőrendszer rendelkezik feléledési (berezgési) és

lecsengési idővel (időállandóval, a végállapot 63 %-a) Mély hangokra 50 ms, 1000 Hz feletti hangokra 20 ms A teljes hangérzet kialakulásához kb. 200 ms szükséges, ez idő

elteltével kapja meg az agy a teljes információ mennyiséget! A 200 ms „ablakozás” miatt a hangmagasság érzékelésünk nem

pontos! (Megérthető a színuszjel, ill. a kapuzott színuszjel Fourier-transzformáltja alapján!)

1 tfx- Egy 200 ms időtartamig észlelt színuszjelet 5 Hz pontossággal hallunk- Az 50 ms időállandó miatt több, különböző frekvenciájú mély hangot azonos magasságúnak érzünk!- A hangmagasság érzékelése függ az intenzitástól is!


15

Látásunk alapjai-1

120 millió pálcika, 7 millió csapPálcika: fényérzékelésCsap: szín+fény


16

Látásunk alapjai-2

A háromféle csap érzékenységea hullámhossz függvényében

A csapok és pálcikák relatív sűrűségea függőleges síkban

Ezer db/mm2

Homlok OrrPálcikák Csapok


17

Kép felbontása sorokra

Fekete-fehér képre: 2 szögperc (két vonal 1mm-re egymástól, 3 m-ről nézve)Színes képre: átlagosan ötször rosszabb

Hány sorra bontsuk a képet, hogy ne lássuk a sorokat külön-külön?A szem felbontóképessége szabja meg a sorok számát

„Kényelmes látás”: 20 fok látószög

20 fok, két szögperc=600 sorMozi 4:3 képarány, TV is (SDTV)Állókép 600x800 pixelMozgókép: legalább 20 kép/sDe! legalább 50 felvillanás/sA leg részletgazdagabb kép: egy sorban400 periódus (fekete-fehér)

Maximális fr. mozgó képnél f= 400x600x25=6 MHz, fekete-fehér képreSzínfelbontásunk ötször rosszabb, tehát minden 25.-ik képelemhez kell színinformáció, 6000/25=240 kHz a maximális frekvencia!


18

Színes TV kép információtartalma Mintavételi frekvencia>2x6 MHz, legyen 13,5 MHz, ez az európai és

amerikai sorfrekvenciának is egészszámú többszöröse (konvertálhatóság)

100 f-f árnyalatú képet jónak látunk, legalább 7 bit kell 8 bit Legyen a színkülönbségi jelekre is 8 bit, bár tudjuk, nem szükséges! Vadat=fsxN=13,5x(3x8)=324 Mbit/s 4:4:4 mintavételezés Színkülönbségi jeleket elég fele, vagy negyede akkora frekvenciával

mintavételezni, mint a világosságjelet (szem felbontóképessége színekre)

Vadat=13,5x8+6,75x(8+8)=216 Mbit/s 4:2:2 mintavételezés

Vadat=13,5x8+3,375(8+8)=108 Mbit/s 4:1:1mintavételezés

4:2:0 mintavételezés


19

Látásunk „becsaphatósága” Néhány példa az optikai illúziókra: Mindent perspektívikusan akarunk látni! Minden kép térbeli! Szemünk és agyunk az objektumok jó elkülönítésére rendezkedett

be: világos-sötét váltásnál erősíteni igyekszik a különbséget, a világosat világosabbnak, a sötétet sötétebbnek látjuk.

Háttér-ábra: agyunk képes megcserélni a látott alakzatokat, egyszer háttérnek értelmezve, máskor ábrának ugyanazt!

Az agyunkba ellentétes információk jutnak a képről, az erősebb dominál, annak ellenére, hogy a tudatunk jelzi az ellentmondást!

Sok illúziót már „megtanult” agyunk, egy beépített skála alapján a téves észlelést korrigálja.


20

„Optikai csalódás”-1

Sötétből világosba váltást világosabbnak, világosból sötétbe váltástsötétebbnek látjuk!


21


Perspektívikusan akarunk látni: a hosszúvonalaknak összetartónak kellene lennia rövid vonalaknak sűrűsödnie kellene.Mivel nem sűrűsödnek,a hosszú vonalakszéttartónak látszanak.

(Zöllner illúzió)


22


A perspektíva miatt a hátsó alakot kisebbnek kell látni, ha egyforma méretűek, az agy felnagyítja a hátsó alakot!


23


„Mindent térbelinek akarunk látni”


24

Melyik érzékszervünk „finomabb”? Hallásküszöb 1 kHz:10-9 W-os hangforrás 30 méterről hallgatva Képi analógia: mintha egy 25 W-os izzót 1400 km-ről látnánk!

TV: 50 félkép/s, mozi: 48 kép/s Képzeljünk el egy zeneművet 40-50 Hz-cel megszaggatva!

Hangtömörítés átlagosan 10x Képtömörítés átlagosan 100x

híranyagok alapvető jellemzői, érzékszerveink felbontása, finomsága és becsaphatósága

Documents