Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Fundamentals of acoustics
Course of study:
2017/2018
Code:
RIA-1-303-s
Faculty of:
Mechanical Engineering and Robotics
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Acoustic Engineering
Semester:
3
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Full-time studies
Course homepage:
 
Responsible teacher:
prof. dr hab. inż. Gołaś Andrzej (ghgolas@cyf-kr.edu.pl)
Academic teachers:
dr inż. Suder-Dębska Katarzyna (suder@agh.edu.pl)
dr inż. Pilch Adam (apilch@agh.edu.pl)
dr inż. Gorazd Łukasz (gorazd@agh.edu.pl)
Module summary

Zaliczenie przedmiotu skutkuje opanowaniem prze studenta ogólnej wiedzy z zakresu podstaw akustyki oraz zrozumieniem interdyscyplinarnego wymiaru działalności inżyniera akustyka.

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence
M_K001 rozumie interdyscyplinarny wymiar działalności inżyniera akustyka, potrafi współpracować ze specjalistami z innych dziedzin inżynieryjnych a także muzykami czy realizatorami dźwięku IA1A_K05 Execution of laboratory classes,
Execution of exercises,
Test,
Examination,
Activity during classes
Skills
M_U001 potrafi ocenić szkodliwość wpływu różnych źródeł hałasu na człowieka i środowisko IA1A_U18, IA1A_U06, IA1A_U16 Execution of laboratory classes,
Execution of exercises,
Examination,
Activity during classes
M_U002 potrafi dostrzec interdyscyplinarność akustyki, rozróżnia i definiuje podstawowe parametry pola akustycznego, potrafi wykorzystywać metody symulacyjne do modelowania i analizy pola akustycznego IA1A_U15, IA1A_U02, IA1A_U01, IA1A_U07, IA1A_U20, IA1A_U08 Execution of laboratory classes,
Execution of exercises,
Examination,
Activity during classes
Knowledge
M_W001 posiada podstawową wiedzę z zakresu źródeł hałasu oraz ich wpływu na środowisko IA1A_W22 Execution of laboratory classes,
Execution of exercises,
Test,
Examination,
Activity during classes
M_W002 posiada ogólną wiedzę z zakresu podstaw akustyki IA1A_W12, IA1A_W06, IA1A_W19, IA1A_W08, IA1A_W22 Execution of laboratory classes,
Execution of exercises,
Test,
Examination,
Activity during classes
M_W003 zna pojęcia z zakresu pola akustycznego i modelowania pola akustycznego IA1A_W12, IA1A_W06, IA1A_W10 Execution of laboratory classes,
Execution of exercises,
Test,
Examination,
Activity during classes
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Others
E-learning
Social competence
M_K001 rozumie interdyscyplinarny wymiar działalności inżyniera akustyka, potrafi współpracować ze specjalistami z innych dziedzin inżynieryjnych a także muzykami czy realizatorami dźwięku - + + - - - - - - - -
Skills
M_U001 potrafi ocenić szkodliwość wpływu różnych źródeł hałasu na człowieka i środowisko - + + - - - - - - - -
M_U002 potrafi dostrzec interdyscyplinarność akustyki, rozróżnia i definiuje podstawowe parametry pola akustycznego, potrafi wykorzystywać metody symulacyjne do modelowania i analizy pola akustycznego - + + - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 posiada podstawową wiedzę z zakresu źródeł hałasu oraz ich wpływu na środowisko + + + - - - - - - - -
M_W002 posiada ogólną wiedzę z zakresu podstaw akustyki + + + - - - - - - - -
M_W003 zna pojęcia z zakresu pola akustycznego i modelowania pola akustycznego + + + - - - - - - - -
Module content
Lectures:
  1. Miejsce akustyki wśród innych nauk

    Rys historyczny. Określenie miejsca akustyki wśród innych nauk. Analogie elektro-mechano-akustyczne. Podstawowe informacje o ruchu drgającym i drganiach mechanicznych. Fale – charakterystyka i podział. Parametry fali sinusoidalnej.

  2. Podstawowe parametry pola akustycznego

    Dźwięk. Hałas. Natężenie dźwięku. Moc akustyczna. Poziom natężenia i poziom mocy akustycznej. Ciśnienie akustyczne i poziom ciśnienia akusycznego. Klasyfikacja źródeł energii wibroakustycznej. Modele źródeł dźwięku. Zakresy częstotliwości źródeł dźwięku. Zakresy percepcji częśtotliwości, percepcja dźwięku przez człowieka. Krzywe izofoniczne.

  3. Wprowadzenie do analizy sygnałów

    Rodzaje sygnałów. Parametry sygnału – wartość średnia, skuteczna, szczytowa. Układy do pomiaru i analizy sygnałów. Oktawa i tercja. Szeregi Fouriera. Widmo sygnału i widmo drgań. Szybka i dyskretna transformata Fouriera. Filtry.

  4. Modele pola akustycznego

    Klasyfikacja modeli pola akustycznego. Modele fizyczne. Modele abstrakcyjne.

  5. Zjawiska falowe

    Podstawy akustyki liniowej. Superpozycja fal. Opis czoła fali. Interferencja fal. Fale stojące. Zasada Huygensa. Dyfrakcja fal. Odbicie fali. Rozproszenie Fali. Zjawisko echa. Zjawisko Dopplera.

  6. Równanie falowe

    Rodzaje i podział fal. Wyprowadzenie akustycznego równania falowego. Warunki brzegowe na przykładzie pręta i belki. Częstości drgań własnych i mody drgań. Równanie falowe dla układów jednowymiarowych i powierzchniowych.

  7. Elementarne źródła dźwięku

    Klasyfikacja elementarnych źródeł dźwięku. Parametry źródeł dźwięku: charakterystyka kierunkowości, wskaźnik kierunkowości, współczynnik kierunkowości, zysk kierunkowy źródła. Monopol, dipol, kwadrupol akustyczny. Pole akustyczne oscylującej kuli. Fale walcowe: pulsujący i oscylujący walec.

  8. Ustroje akustyczne

    Falowody akustyczne. Rezonatory. Filtry akustyczne. Dyfuzory.

  9. Głośniki, zestawy i systemy głośnikowe

    Definicja, opis i klasyfikacja głośników. Głośniki otwarte: klasyfikacja i parametry. Głośniki tubowe: klasyfikacja i parametry. Klasyfikacja obudów głośników otwartych. Zestaw głośnikowy: opis i podstawowe parametry. Systemy głośnikowe. Zadania stawiane systemom głośnikowym. Układ centralny rozmieszczenia głośników. Układ decentralny rozmieszczenia głośników. Układ strefowy rozmieszczenia głośników. Systemy wyrównane liniowo – line array.

  10. Instrumenty muzyczne jako źródła dźwięku

    Zdefiniowanie pojęć: rytm, tony, głośność, barwa dźwięku, interwały, gamy. Zakresy częstotliwości instrumentów i głosów ludzkich. Klasyfikacja i omówienie instrumentów muzycznych. Fizyka zjawiska wydobywania dźwięku w wybranych instrumentach muzycznych.

  11. Teoria statystyczna pola akustycznego

    Pochłanianie dźwięku. Współczynnik pochłaniania dźwięku. Chłonność akustyczna pomieszczenia. Pojęcia średniego współczynnika pochłaniania, średniego czasu i średniej drogi swobodnej fali dźwiękowej w pomieszczeniu. Narastanie i zanikanie energii dźwiękowej w pomieszczeniu. Czas pogłosu pomieszczenia.

  12. Geometryczne modele pola akustycznego

    Szczegółowe omówienie modeli geometrycznych: metody promieniowej i metody źródeł pozornych oraz metod pochodnych. Przykłady analizy pola akustycznego za pomocą metod geometrycznych.

  13. Modelowanie drgań i dźwięku za pomocą MES

    Modelowanie drgań. Modelowanie pola akustycznego. Modelowanie sprzężenia pomiędzy drganiami a polem akustycznym.

  14. Akustyka słuchu i mowy

    Proces słyszenia. Fizjologia słuchu i psychoakustyka. Budowa ucha ludzkiego. Progi słyszalności. Selektywność dźwięków. Maskowanie dźwięków. Lokalizacja dźwięków. Głos ludzki – proces mówienia. Rytm i dynamika głosu.

  15. Bioakustyka

    Obszary zainteresowań bioakustyki. Komunikacja pomiędzy różnymi osobnikami. Uklady słuchowe wybranych przedstawicieli świata zwierząt. Echolokacja – walenie i delfiny.

  16. Dźwięk w technice, diagnostyce i medycynie

    Mikrofony. Geoakustyka – sejsmika refleksyjna, echosonda i sonar. Akustyka medyczna – metody nieinwazyjne, ultradźwięki, własności akustyczne tkanek.

Auditorium classes:
  1. Ciśnienie akustyczne, natężenie dźwięku
  2. Fala płaska
  3. Fala kulista
  4. Superpozycja fal
  5. Źródła dźwięku
  6. Fala stojąca
  7. Rezonatory akustyczne
  8. Zjawiska falowe
  9. Czas pogłosu
  10. Modele pola akustycznego
  11. Dźwięk w pomieszczeniu
  12. Filtry w obróbce sygnałów akustycznych
  13. Ustroje akustyczne
Laboratory classes:
  1. Wprowadzenie. Zapoznanie się z laboratoriami akustycznymi
  2. Pomiar ciśnienia akustycznego i natężenia dźwięku. Identyfikacja pola akustycznego – pole w komorze bezechowej i pogłosowej. Interferencja fal
  3. Sumowanie źródeł dźwięku, zależność poziomu ciśnienia (natężenia) dźwięku od odległości
  4. Wyznaczanie równoważnego poziomu dźwięku oraz poziomu ekspozycyjnego na podstawie pomiaru poziomu ciśnienia akustycznego
  5. Badanie zjawiska rezonansu akustycznego
  6. Pomiar prędkości dźwięku w różnych ośrodkach
  7. Wyznaczanie charakterystyk kierunkowości źródeł dźwięku
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 206 h
Module ECTS credits 8 ECTS
Examination or Final test 4 h
Realization of independently performed tasks 30 h
Preparation for classes 90 h
Participation in laboratory classes 14 h
Participation in auditorium classes 26 h
Participation in lectures 42 h
Additional information
Method of calculating the final grade:

Ocena końcowa jest średnią ważoną ocen z egzaminu (55% udziału w ocenie końcowej), z zaliczenia ćwiczeń audytoryjnych (25%) oraz z zaliczenia laboratoriów (20%), przy czym wszystkie oceny muszą być pozytywne.

Prerequisites and additional requirements:

Student musi posiadać wiedzę z zakresu matematyki oraz podstawowych zjawisk fizycznych. Zalecana jest także umiejętność obsługi komputera.

Recommended literature and teaching resources:
  1. Baculewski K., Encyklopedia Muzyki, Wydawnictwo Naukowe PWN SA, 2006
  2. Damaske P., Acoustics and Hearing, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2008
  3. Davis D., Patronis E., Sound System Engineering, Focal Press, 2006
  4. Dobrucki A., Podstawy akustyki, Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej, 1987
  5. Drobner M., Instrumentoznawstwo i akustyka, Polskie Wydawnictwo Muzyczne, 1997
  6. Engel Z., Panuszka R., Podstawy akustyki, Wydawnictwo AGH, 1989
  7. Everest F. A., Master Handbook of Acoustics, McGraw-Hill, 2007
  8. Gołaś A., Metody komputerowe w akustyce wnętrz i środowiska, Wydawnictwa AGH, 1995
  9. Hojan E., Zasady nagłaśniania pomieszczeń i przestrzeni otwartej, Wydawnictwo Naukowe UAM, 2003
  10. Kuttruff H., Acoustics: An Introduction, Taylor & Francis, 2007
  11. Makarewicz R., Dźwięki i fale, Wydawnictwo Naukowe UAM, 2004
  12. Rossing T. D., Springer Handbook of Acoustics, Science+Business Media, Inc., 2007
  13. Suder-Dębska K., Gołaś A., Filipek R., Wprowadzenie do akustyki użytkowej, Wydawnictwa AGH, Kraków 2018
  14. Toole F. E., Sound Reproduction: Loudspeakers and Rooms, Focal Press, 2008
  15. Zieliński T. P., Cyfrowe przetwarzanie sygnałów, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, 2005
Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:
  1. Suder-Dębska K., Gołaś A., Filipek R., Wprowadzenie do akustyki użytkowej, Wydawnictwa AGH, Kraków 2018
  2. Gołaś A., Suder-Dębska K., Analysis of dome home hall theatre acoustic field, Archives of Acoustics, 2009 vol. 34 no. 3, s. 273–293
  3. Romik D., Czajka I., Suder-Dębska K., Badania numeryczne wpływu parametrów konstrukcyjnych wentylatora promieniowego na generowany hałas, Aktualności inżynierii akustycznej i biomedycznej, Monografia Polskiego Towarzystwa Akustycznego. Oddział w Krakowie, vol. 2, Kraków 2018
  4. Suder-Dębska K., Czajka I., Czechowski M., Sensitivity analysis of acoustic field parameters on a change of boundary conditions in a room, Archives of Acoustics, 2014 vol. 39 no. 3, s. 343–350
  5. Suder-Dębska K., Czajka I., Gołaś A., Identyfikacja mocy akustycznej źródeł przy niepełnej informacji dotyczącej ich lokalizacji, Postępy akustyki, Rzeszów 2013
  6. Suder-Dębska K., Czajka I., Śnieć P., Modyfikacja konstrukcyjna ustroju dźwiękochłonnego w celu ograniczenia wpływu nakładanych warstw wierzchnich, Postępy akustyki, Rzeszów 2013
  7. Gołaś A., Suder-Dębska K., Multi-channel system for sound creation in open areas, Archives of Acoustics, 2012 vol. 37 no. 3, s. 323–329
  8. Pluta M., Borkowski B., Czajka I., Suder-Dębska K., Sound synthesis using physical modeling on heterogeneous computing platforms, Acta Physica Polonica. A, 2015 vol. 128 no. 1-A: Acoustical Engineering 2015, s. A-22–A-28
  9. Czajka I., Suder-Dębska K., Gołaś A., Synthesis of the impulse response of the transmission path in a selected area of the sound field, Acta Physica Polonica. A, 2013 vol. 123 no. 6: Acoustic and biomedical engineering, s. 1072–1077
  10. Gołaś A., Suder-Dębska K., Ciesielka W., Filipek R., Verification of inverse image source method applied for acoustic field creation in open area, Acta Physica Polonica. A, 2011 vol. 119 no. 6–A: Acoustic and biomedical engineering, s. 966–971
Additional information:

None