Detail předmětu

Vibrace, hluk a bioakustika

FSI-RVHAk. rok: 2015/2016

Vibrace a hluk jsou průvodními jevy pracovních procesů všech strojních zařízení. Je zapotřebí analyzovat celý řetězec od zdrojů vibrací přes přenosové cesty struktury, zářiče hluku na povrchu strojů až po okolní akustické prostředí. Bioakustika se zabývá lidskými orgány a orgány dalších živých tvorů, jejichž funkce je vázána na využití zvukových vln, souhrnně na využití akustiky. Bioakustika se zabývá především generováním lidské řeči a percepcí sluchových vjemů.
Základní oblasti :
Akustické veličiny, vlnová rovnice a její řešení, spektra vibro-akustických veličin, akustické vlastnosti volných a uzavřených prostorů, mechanické a aerodynamické zdroje hluku.
Experimentální analýza akustických veličin, identifikace zdrojů vibrací a hluku.
Pasivní a aktivní metody snižování hluku.
Vibroakustické systémy strojů - modely deterministické (metoda konečných prvků MKP, metoda hraničních prvků MHP), modely statistické (statistická energetická analýza SEA), hybridní modely (MKP+SEA).
Biomechanika lidského hlasu a sluchu.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

5

Garant předmětu

Ing. Pavel Švancara, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav mechaniky těles, mechatroniky a biomechaniky (ÚMTMB)

Výsledky učení předmětu

Provádět analýzu hlučnosti strojů, identifikovat zdroje vibrací a hluku, modelovat dynamické jevy v pracovních procesech strojů, realizovat aktivní i pasivní metody redukce vibrací a hluku. Analýzou hlučnosti strojů pak navrhnout příslušná konstrukční a další opatření taková, aby dynamické vlastnosti strojů byla ovlivněna žádaným směrem.

Prerekvizity

Základy akustiky:
akustické vlnění, akustické veličiny (tlak, intenzita, výkon), spektra akustických signálů, experimentální analýza akustických veličin, akustická pole, spektrální a modální vlastnosti akustických kavit.
Matematika :
maticový počet, lineární algebra, diferenciální rovnice, základy metody konečných prvků.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Předmět je vyučován formou přednášek, které mají charakter výkladu základních principů a teorie dané disciplíny. Cvičení je zaměřeno na praktické zvládnutí látky probrané na přednáškách.

Způsob a kritéria hodnocení

Pro předmět je předepsán klasifikovaný zápočet.
Požadavky pro zápočet :
100 % účast na cvičeních. V případě řádně omluvené absence řešení náhradního problému. Zápočet je prováděn formou písemného testu na závěr semestru. Test se skládá z deseti otázek, pokrývající nejdůležitější oblasti předneseného předmětu. Vyhotovení správné odpovědi na méně než polovinu otázek je důvodem k neudělení zápočtu. V závěru semestru musí každý posluchač odevzdat požadovaný počet vyřešených dynamických problémů.
Účast na cvičení je povinná. Vedoucí cvičení provádějí průběžnou kontrolu přítomnosti studentů, jejich aktivity a základních znalostí. Neomluvená neúčast je důvodem k neudělení zápočtu.
Konkrétní podobu splnění těchto požadavků stanovuje vedoucí cvičení v prvním týdnu semestru.

Osnovy výuky

1. Akustické veličiny, lineární a decibelové zobrazení
2. Spektra akustických veličin : pásmová, trackingová, multispektra
3. Akustické vlastnosti uzavřených prostorů
4.-5. Biomechanika lidského hlasu a sluchu
6. Experimentální určení akustického výkonu stroje
7. Aerodynamické zdroje hluku - princip a příklady
8. Pasivní metody snižování vibrací a hluku
9. Princip reaktivních tlumičů potrubních systémů
10.-11. Deterministické modely vibroakustických systémů :
- struktura vazeb vibroakustických systémů strojů
- metody řešení ( metody konečných a hraničních prvků)
12.-13. Statistické modely vibroakustických systémů (metoda SEA)

Učební cíle

Cílem předmětu je praktická a teoretická analýza hlučnosti strojů, výpočtové modelování jejich systémů za účelem snížení jejich vibrací a vyzařované akustické energie. Seznámení se s moderními metodami pro analýzu a řešení redukce vibrací a hluku strojů a se specializovanými programovými systémy pro jejich řešení. Dále bude věnována pozornost biomechanice vokálního traktu člověka a lidskému sluchovému orgánu. Funkce obou ústrojí budou analyzovány teoreticky, počítačovým modelováním pomocí metody konečných prvků a dále budou analyzovány rovněž experimentálně.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Kontrola výuky je prováděna systematicky, na cvičeních záznam účasti do seznamu studentů. Kontrola připravenosti studentů na výuku prováděna průběžně u jednotlivých studentů, případně krátkým testem. Náhrada zameškané výuky v případě řádné omluvy je prováděna doplněním chybějící látky a případně zadáním náhradních příkladů. Chybějící experimentální cvičení je nutno nahradit v jiném termínu.

Základní literatura

Beranek, L.L.: Acoustics: Sound Fields and Transducers, Academic press, Oxford, 2012 (EN)
Nový, R.: Hluk a chvění, České vysoké učení technické, Praha, 2009 (CS)
Titze, I. R., Alipour, F.: The Myoelastic Aerodynamic Theory of Phonation, National Center for Voice and Speech, Denver and Iowa City, 2006 (EN)

Doporučená literatura

Beer, G., Smith, I., Duenser, Ch.: The Boundary Element Method with Proramming, Springer-Verlag, 2008 (EN)
Lyon, R. H., DeJong, R.G: Theory and Application of Statistical Energy Analysis, Butterwortth-Heinemann, Boston, 1995 (EN)
Mišun, V.: Vibrace a hluk, Vysoké učení technické, Brno, 1998 (CS)
Ohayon, R., Soize, C.: Structural Acoustic and Vibration, Academic Press, London, 1998 (EN)
Rossin, T. D., editor: Springer Handbook of Acoustics, Springer, Würzburg, 2007 (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program M2A-P magisterský navazující

    obor M-IMB , 2 ročník, zimní semestr, povinně volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Ing. Pavel Švancara, Ph.D.

Osnova

1. Akustické veličiny, vlnová rovnice a její řešení
2. Lineární a decibelové zobrazení, spektra akustických veličin: pásmová, trackingová, multispektra
3. Akustické vlastnosti otevřených a uzavřených prostorů
4. Mechanické a aerodynamické zdroje hluku - princip a příklady
5. Biomechanika tvorby lidského hlasu
6. Biomechanika lidského hlasu - hlasivky a jejich funkce
7. Biomechanika lidského sluchu
8. Psychoakustická hluková kritéria
9. Měření akustických veličin
10. Pasivní a aktivní metody snižování vibrací a hluku
11. Deterministické modely vibroakustických systémů: Metoda konečných prvků (MKP)
12. Deterministické modely vibroakustických systémů: Metoda hraničních prvků (MHP)
13. Statistické modely vibroakustických systémů (statistická energetická analýza SEA), hybridní modely (MKP+SEA)

Cvičení s počítačovou podporou

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Pavel Švancara, Ph.D.

Osnova

1. Akustické veličiny a převody mezi nimi, pásmová spektra, decibelové stupnice
2. Spektrální a modální vlastnosti kavit
3. Šíření akustických vln ve volném prostoru, akustické zdroje
4. Vokální trakt, jeho spektrální a modální vlastnosti.
5. Hlasivky a jejich funkce
6. Experimentální analýza hlasu, formanty samohlásek
7. Lidské ucho: počítačové modelování
8. Identifikace zdrojů hluku, akustické zářiče
9. Akustický výkon vyzařovaný strojem
10.-11. Modelování vibroakustického systému pomocí MKP
12. Statistické modely, modelování pomocí metody SEA
13.Zápočet