Tonalność

Czym jest tonalność?

Tonalność to miara jakości dźwięku, która koreluje z tym, jak ludzie postrzegają tonalne składniki dźwięku. Analiza tonalności identyfikuje i mierzy tony w określonym widmie hałasu. W akustyce tonalność jest przedmiotem psychoakustyki, która bada korelację między bodźcami akustycznymi a wrażeniami słuchowymi. W muzyce tonalność to układ dźwięków w piosence lub utworze muzycznym tworząca  poczucie rozdzielczości.

Co to jest widmo częstotliwości?

Widmo częstotliwości dźwięku (spektrogram) to wynik procesu analizy częstotliwościowej dźwięku, która rozkłada złożony sygnał  dźwiękowy na oktawy lub tercje.

Co to jest pasmo oktawowe?

Pasmo 1/1 oktawy  to pasmo częstotliwości, w którym najwyższa częstotliwość jest dwa razy większa od najniższej. W paśmie 1/3 oktawy najwyższa częstotliwość jest 1,26 razy niższa od najniższej.

Przykład tonalności w tercjach

Kolor żółty na przykładzie z lewej strony wskazuje najwyższy ton. Kolor pomarańczowy wskazuje dodatkowe tony, które stanowią 1/3 szerokości pasma najwyższego tonu. Czerwona linia to krzywa izofoniczna (równej głośności) zgodnie z normą ISO 226:2003, styczna z najwyższym tonem.

tonality

Czym jest częstotliwość dźwięku?

Częstotliwość dźwięku jest definiowana jako liczba wahań ciśnienia na sekundę i jest wyrażana w Hercach (Hz). Przykładowo, gwizd ma wysoką częstotliwość, a odległy grzmot burzy ma niską częstotliwość. Tony dźwięku są generowane przez częstotliwość dźwięku.

Czym jest ton prosty?

Ton prosty to dźwięk, który ma tylko jedną częstotliwość. W rzeczywistości bardzo rzadko można usłyszeć tony proste, bo większość dźwięków składa się z różnych częstotliwości (hałas szerokopasmowy). Przykładowo, nawet pojedyncza nuta na fortepianie ma skomplikowany przebieg.

Jakie częstotliwości zawiera hałas szerokopasmowy?

Hałas szerokopasmowy zawiera szereg częstotliwości. Przykładem hałasu szerokopasmowego jest szum biały, który przypomina szumiącą wodę i jest definiowany jako hałas, który jest równomiernie rozłożony w widmie o zakresie słyszalnym. 

Ile wynosi zakres słyszalności?

Zakres słyszalny zdrowego człowieka wynosi od 0 dB do 130 dB w zakresie częstotliwości od 20 Hz do 20 000 Hz (20 kHz). Pomimo, iż w fizyce dwukrotny wzrost ciśnienia równy jest sześciu decybelom, to  w praktyce wrażenie słuchowe potrzebuje wzrostu o 10 dB, aby dźwięk był odbierany jako dwa razy głośniejszy.

Co to są krzywe równej głośności?

Krzywe równej głośności określają poziom dB wymagany dla każdej częstotliwości, aby uzyskać taką samą odczuwalną głośność, jak w przypadku tonu o częstotliwości 1 kHz. Ludzkie ucho nie jest jednakowo wrażliwe na wszystkie częstotliwości. Jest ono najbardziej czułe na dźwięki o częstotliwości od 2 kHz do 5 kHz, natomiast mniej wyczulone na wyższe i niższe częstotliwości. Na przykład ton o częstotliwości 50 Hz musi być o 15 dB wyższy niż ton o częstotliwości 1 kHz przy poziomie 70 dB, aby uzyskać taką samą odczuwalną głośność.

Jak ucho odbiera częstotliwość dźwięku?

Błona bębenkowa w uchu jest wprawiana w drgania przez częstotliwości dźwięku. Drgania są przekazywane do ucha wewnętrznego, gdzie komórki włosowe na  błonie podstawnej przekształcają drgania w impulsy nerwowe przesyłane do mózgu.

Tonalność hałasu w środowisku

Co to jest tonalność hałasu?

Zgodnie z normą ISO/PAS 20065:2016 tonalność to obecność tonu w hałasie, którego poziom jest niższy od poziomu pozostałych składowych hałasu w paśmie krytycznym, o częstotliwości tonu mniejszej niż wartość indeksu maskowania.

Co to jest hałas tonalny?

Hałas tonalny to hałas, który w miejscu odbioru cechuje się zawartością tonów słyszalnych. Hałas tonalny jest mierzony i analizowany za pomocą metody inżynieryjnej lub uproszczonej zgodnie z normą ISO 1996-2.

Czy tonalność jest uciążliwa?

Hałas środowiskowy o charakterze tonalnym (np. wycie syren, czy hałas klimatyzatorów) jest uciążliwy i prowadzi do uczucia rozdrażnienia. Wobec czego, długotrwałe narażanie na hałas tonalny ma negatywny wpływ na zdrowie, m.in. powoduje zaburzenia snu.

Co to jest częstotliwość tonu?

Częstotliwość tonu to częstotliwość środkowa filtra wąskopasmowego widma, do poziomu której ton przyczynia się najbardziej.

Co oznacza słyszalność tonu?

Słyszalność tonu to różnica między poziomem tonu a progiem maskowania.

software for tonality
tonal noise

Co to jest maskowanie?

Szum maskujący to dźwięk, który nie należy do tonu i który ogranicza (maskuje) słyszalność tonu. W widmie częstotliwości, tylko dźwięk znajdujący się wokół tonu wpływa na jego słyszalność. Zakres ten nazywany jest pasmem krytycznym.

Co to jest pasmo krytyczne?

Pasmo krytyczne to zakres częstotliwości wokół tonu, w którym częstotliwość tonu jest na środku pasma. Tony, które leżą poza pasmem krytycznym, w niewielkim stopniu przyczyniają się do słyszalności w obrębie pasma krytycznego. Jeśli pasmo krytyczne zawiera kilka tonów, wówczas przeprowadza się sumowanie energetyczne poziomów tych tonów. 

Czym jest korekcja tonalna?

Zgodnie z ISO 1996-1:2016, korekcja tonalna (lub kara) jest to poziom w decybelach jaki należy dodać do zmierzonego poziomu ciśnienia akustycznego w przypadku gdy hałas zawiera słyszalne tony. Korekta o wartości od 3 dB do 6 dB jest dodawana w zależności od poziomu słyszalności tonu. Celem dodania kary do wyniku jest odzwierciedlenie uciążliwości hałasu tonalnego. 

Jak mierzy się tonalność?

Pomiar tonalności wymaga analizy w widmie częstotliwości z charakterystyką korekcyjną A (wyznacza się poziom równoważny Leq(A) dla każdej częstotliwości). W kolejnym kroku porównuje się poziom tonu oraz poziom maskowania w paśmie krytycznym. Jeżeli pasmo krytyczne zawiera kilka tonów, to przeprowadza się sumowanie energetyczne poziomów tych tonów.

Jakie są metody pomiaru tonalności?

Istnieją dwie główne metody pomiaru tonalności, o których mowa w normie ISO 1996-2: metoda FFT i metoda 1/3 oktawy. Metoda FFT jest opisana w normie ISO/PAS 20065:2016 oraz Joint Nordic Method. Metoda tercjowa to tzw. metoda uproszczona, która jest stosowana na przykład w Wielkiej Brytanii (BS 7445) i we Włoszech (Italian Law 447/95).

Jaka jest różnica między metodą FFT a metodą 1/3 oktawy?

Metoda tonalna FFT jest dokładniejsza i ma zastosowanie w przypadku złożonych dźwięków, takich jak hałas turbiny wiatrowej. Metoda 1/3 oktawy jest uproszczona i nie jest zalecana, gdy interesująca nas częstotliwość jest poniżej 500 Hz.

Na czym polega metoda uproszczona?

Zgodnie z normą ISO 1996-2, uproszczona metoda badania tonalności porównuje poziom ciśnienia akustycznego w danej tercji z wartościami w dwóch sąsiednich tercjach. Ton występuje, jeżeli istnieje odpowiednia różnica pomiędzy poziomem badanej tercji i poziomem w obu sąsiednich tercjach. Poziom tej różnicy zmienia się w zależności od częstotliwości: 15 dB w niskich pasmach o szerokości 1/3 oktawy (25 Hz – 125 Hz), 8 dB w pasmach o średniej częstotliwości (160 Hz – 400 Hz) i 5 dB w pasmach o wysokiej częstotliwości (500 Hz – 10 000 Hz).

Czym mierzy się tonalność?

Do pomiarów tonalności stosuje się mierniki poziomu dźwięku spełniające wymagania klasy 1 określone w normie IEC 61672-1.

Jakie są zastosowania pomiaru tonalności?

Przykłady zastosowania pomiarów tonalności można znaleźć w procedurach pomiarowych takich jak: Medyczny sprzęt elektryczny: Sprzęt do terapii bezdechu sennego (ISO 80601-2-70: 2015); Urządzenia zasilane silnikiem (domowe i komercyjne (CSA C22.2 NO 68); Akustyka – Krajobrazy dźwiękowe (ISO / TS 12913-2: 2018); ISO 3095: 2013 – Akustyka – Zastosowania na kolei. Międzynarodowe normy ISO 1996-2:2017 i ISO/PAS 20065:2016 oraz IEC 61400-11:2012 są wykorzystywane przy ocenie tonalności farm wiatrowych.

Przykłady tonalności wyznaczanej metodą FFT

Przykłady tonalności na podstawie analiz widm w czasie uśredniania 3 sekund.

Przykład 1

Znalezione tony: 7

  • Pasmo krytyczne: 203 Hz – 306 Hz;
  • Poziom tonów, LT: 50,4 dB;
  • Poziom hałasu, LG: 25,3 dB;
  • Słyszalność, L: 43,1 dB
  • Korekcja tonalna, Kt: 6,0 dB;
  • Średnia L: 56,8 dB;
  • U90%, margines niepewności rozszerzony: 2,5 dB
tonality-fft

Przykład 2

Znalezione tony: 6

  • Pasmo krytyczne: 443 Hz – 559 Hz;
  • Poziom tonów, LT: 66,1 dB;
  • Poziom hałasu, LG: 21,3 dB;
  • Słyszalność, L: 31,2 dB
  • Korekcja tonalna, Kt: 6,0 dB;
  • Średnia L: 56,8 dB;
  • U90%, margines niepewności rozszerzony: 2,5 dB
tonal-noise

Przykład 3

Znalezione tony: 17

  • Pasmo krytyczne: 921 Hz – 1,08 kHz;
  • Poziom tonów, LT: 85,5 dB;
  • Poziom hałasu, LG: 27,8 dB;
  • Słyszalność, L: 60,5 dB
  • Korekcja tonalna, Kt: 6,0 dB;
  • Średnia L: 56,8 dB;
  • U90%, margines niepewności rozszerzony: 2,5 dB
sound tones

Tonalność w psychoakustyce

Jakie są psychometryczne właściwości hałasu?

Głośność, hałaśliwość i uciążliwość to trzy psychometryczne właściwości hałasu.

Po co mierzy się tonalność?

Celem oceny tonalności jest ocena uciążliwości hałasu zawierającego tony. Jeśli w hałasie występuje słyszalny ton, powoduje on, że hałas jest bardziej uciążliwy niż wskazuje na to LAeq. Dodatkowa uciążliwość hałasu spowodowana przez ton jest uwzględniana (dodawana) poprzez korekcję tonalną (karę) dodawaną do LAeq.

Do czego stosuje się tonalność w psychoakustyce?

Uciążliwość dźwięku tonalnego jest jednym z najważniejszych czynników dla projektowania samochodów i pojazdów elektrycznych, oraz innych produktów emitujących dźwięki tonalne takich jak np. urządzenia telekomunikacyjne (norma ECMA-74).

spectrogram sound

Pobierz darmową wersję PDF artykułu o Tonalności
Dowiedz się na temat oferty mierników z funkcją tonalności

svantek consultant

Nasi konsultanci doradzą Ci w wyborze i pomogą w zakresie obsługi profesjonalnego sprzętu pomiarowego.

processing...