Akusztika

A tantárgy angol neve: Acoustics

Adatlap utolsó módosítása: 2022. november 26.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar 		Villamosmérnöki szak, MSc, Akusztika és hangtechnika mellékspecializáció
Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIHIMA19   2/1/0/v 5  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Fiala Péter,
A tantárgy tanszéki weboldala https://last.hit.bme.hu/hu/education/lectures/engineering-acoustics
4. A tantárgy előadója Dr. Fiala Péter, docens, HIT
Dr. Firtha Gergely, adjunktus, HIT
Koller István, mestertanár, HIT
6. Előtanulmányi rend
Kötelező:
NEM
(TárgyEredmény( "BMEVIHIMA11", "jegy" , _ ) >= 2
VAGY
TárgyEredmény("BMEVIHIMA11", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0)

A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

A kötelező előtanulmányi rend az adott szak honlapján és képzési programjában található.

7. A tantárgy célkitűzése A tantárgy célkitűzése az akusztika, ezen belül különösen a műszaki akusztika alapfogalmainak és ezek összefüggéseinek megismertetése, az akusztikai rendszerekben lejátszódó folyamatok bemutatása és a gyakorlati alkalmazásokhoz, mérési és tervezési tevékenységhez szükséges alapismeretek átadása. Az oktatott témakörök súlypontja a hangterjedés fizikai mechanizmusa, a hullámterjedés matematikai leírása, és a megoldások gyakorlati akusztikai problémákra való alkalmazása. A tantárgy részletesen foglalkozik a koncentrált paraméteres mechanikai és akusztikai hálózatokkal, a hangtér modális leírásával, elektroakusztikai átalakítók analízisével és tervezésével, valamint érint teremakusztikai problémákat is. 
8. A tantárgy részletes tematikája

Előadások:

Szabadtéri hangterjedés. A hangtér leíró paraméterei, hangnyomás, sűrűség, kitérés, sebesség, gyorsulás, specifikus impedancia, hangnyomásszint, dB-skála. A homogén akusztikai hullámegyenlet egy, és három dimenzióban idő- és frekvenciatartományban.

A hullámegyenlet egyszerű megoldásai a változók szeparációjával: síkhullámok, hengerhullámok, gömbhullámok. Az inhomogén hullámegyenlet és megoldásai: a Green-függvény, monopólus és dipólus tere, iránykarakterisztika fogalma.

Hanghullámok viselkedése közeghatáron. Lokálisan reaktív felületek, felületi/bemeneti impedancia fogalma. Síkhullámok visszaverődése sík felületről, reflexiós, elnyelési tényező. Visszaverődés végtelen merev falról, tükörforrások módszere.

Kültéri lesugárzási problémák. A Kirchhoff-Helmholtz-integrál. Végtelen merev síkba ágyazott sugárzó tere, a Rayleigh-integrál. Távoltéri leírás, iránykarakterisztika. Elsugárzott teljesítmény, sugárzási impedancia, sugárzási hatékonyság fogalma.

Síkhullám sorfejtés és alkalmazásai. Lemezek rezgései. Végtelen lemez rezgései és lesugárzott nyomástere. Véges méretű lemez módusai és lesugárzott tere, a modális szuperpozíció elve.

Beltéri lesugárzási problémák, teremakusztika. Hullámterjedés zárt csőben, kisfrekvenciás 1D modellek. Koncentrált mechanikai paraméterek és azok összekapcsolása. Első- és magasabb fokú rezgőrendszerek analízise, akusztikai analógiák.

Hullámterjedés zárt csőben a változók szeparációjával. 1D hangtér merev, idálisan szabad ill. szabad féltérbe való sugárzás esetén. Összetett akusztikai rendszerek tere: a Helmholtz-rezonátor jellemzői.

Hullámterjedés zárt térben (merev falú szobában). A 3D hullámegyenlet megoldása merev falú zárt térben a változók szeparálásával, modális szuperpozícióval. Téglalap alapú szoba módusai, a módusalakok értelmezése, teljes megoldás módusokkal.

A teremimpulzusválasz értelmezése, különböző szakaszai. A teremimpulzusválasz becslése (geometriai akusztika): tükörforrások módszere. A teremimpulzusválasz méréstechnikája.

Zárt terek statisztikai jellemzése. EDC, és egyéb integrált RIR-energiajellemzők. Az utózengési idő, Eyring-, Sabine-modellek. Szabványos teremjellemző paraméterek.

Zárt terek akusztikai tervezése, akusztikai anyagok. Akusztikus elnyelők elmélete. Abszorptív elnyelők jellemzői. Lemezrezonátorok jellemzői. Helmholtz-rezonátorok jellemzői. Összetett rendszerek jellemzése, a transzfermátrix-módszer. Elnyelők méréstechnikája, a Kundt-cső elmélete.

Elektromechanikus átalakítók. A Dinamikus hangszóró. Kisfrekvenciás jellemzés: A hangszóró elektro-mechanikai helyettesítő képe, Thiele-Small paraméterek. A hangszóró átvitele. A sugárzási impedancia hatása, szabad ill. végtelen féltér esetekben. A dobozolás hatása. Nagyfrekvenciás jellemzés: körlemez módusai, a valós membrán lesugárzott tere.

Dinamikus és kondenzátormikrofonok. A kondenzátormikrofon kisfrekvenciás helyettesítőképe. A kondenzátormikrofon nagyfrekvenciás analízise. A kondenzátormikrofon saját zaja. Szabadtéri és nyomásmikrofonok.

Gyakorlatok:

  1. Sík- és gömbhullámú hangtér jellemzőinek számítása: hangnyomás, részecskesebesség, impedancia, teljesítmény, szintek. 


  2. Merev falba épített dugattyú hangterének számítása. Sugárzási hatékonyság, sugárzási impedancia, iránykarakterisztika. 

  1. Koncentrált paraméteres mechanikai és akusztikai rendszerek számítási feladatai. Rugalmas alátét-rezgésszigetelés méretezése. 


  2. Teremmódusok és modális szuperpozíció. Téglatest alakú termek modális viselkedése. A módusok ortogonalitása. Akusztikai reciprocitás szemléltetése. 


  2. Szobaimpulzusválaszok elemzése. Utózengési idő becslése szobaimpulzusválaszok alapján. Standard teremakusztikai paraméterek származtatása az impulzusválaszból (Clarity, Speech Intelligibility) 


  2. Akusztikus elnyelő és diffúzorok méretezése: teremakusztikai tervezési feladat. 


  2. Egyutas hangdoboz méretezése. Bass-reflex hangdoboz méretezése: számítási feladat. 

 

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) Heti két óra előadás, illetve két hetente két óra tantermi gyakorlat 
10. Követelmények

Egy írásbeli zárthelyi sikeres teljesítése a szorgalmi időszak közepén.  

Írásbeli és szóbeli vizsga sikeres teljesítése.  

11. Pótlási lehetőségek A pótlási héten a félévközi zárthelyi pótolható. 
12. Konzultációs lehetőségek A tárgy oktatóival, előre egyeztetett időpontban 
13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

Allan D. Pierce: Acoustics: An Introduction to Its Physical Principles and Applications. 

Trevor Cox: Acoustic Absorbers and Diffusers: Theory, Design and Application 

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontakt óra42
Félévközi készülés órákra25
Felkészülés zárthelyire25
Házi feladat elkészítése0
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása20
Vizsgafelkészülés38
Összesen150
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

Dr. Fiala Péter (docens, HIT) 

Dr. Firtha Gergely (adjunktus, HIT) 
Dr. Rucz Péter (adjunktus, HIT)