Tematické okruhy otázek ke státní doktorské zkoušce

AKUSTIKA

Matematický aparát

Aplikace okrajových úloh pro Laplaceovu rovnici, řešení Fourierovou metodou (separace proměnných), numerické řešení okrajových úloh. Charakteristické hodnoty a charakteristické funkce vnitřní okrajové úlohy pro Helmholtzovu rovnici, jejich vlastnosti a užití. Řešení rovnice popisující šíření vln v prostoru (vyzařovací podmínka, retardované řešení). Řešení smíšených úloh pro rovnice parabolického a hyperbolického typu (za daných počátečních a okrajových podmínek).

Teorie zvukového pole

Skalární pole akustického tlaku a vektorové pole akustické rychlosti v plynném prostředí. Pohybová rovnice, rovnice kontinuity a první princip termodynamiky hmotného elementu prostředí. Lineární adiabatické přiblížení dynamiky a termodynamiky zvukového pole v plynném kontinuu - podmínky lineariní adiabatické aproximace fyzikálních rovnic. Idealizovaná časová vlnová rovnice pro akustický tlak, akustickou rychlost a rychlostní potenciál . idealizovaný zákon zachování akustické energie.

Tranzientní zvukové pole - tranzientní spektrální vlnová rovnice . spektrální hustoty. Limitní přechod od tranzientních spektrálních hustot k diskrétnímu spektru periodického zvuku. Periodická vlnová rovnice.

Vlnová impedance prostředí pro rovinnou, sférickou a cylindrickou tranzientní a periodickou vlnu. Gaussova věta, Greenova věta, Helmholtzův-Huygensův integrál a Huygensův-Rayleighův integrál pro tranzientní a časově periodické zvukové pole.

Linearizační neurčitosti.

Elektroakustika

Algoritmy analýzy lineárních soustav. Metoda orientovaných grafů. Metody syntézy. Filtrace analogových signálů. Algoritmy syntézy reaktančních filtrů. Aktivní filtry s operačními zesilovači. Frekvenční (reproduktorové) výhybky. Syntéza korekčních obvodů. Útlumové a fázové korektory. Zpožďovací obvody. Lineární mechanické a akustické soustavy se soustředěnými a rozprostřenými prvky. Metoda elektromechanických a elektroakustických analogií. Kmity membrán, tyčí a desek, jejich popis a náhradní obvody. Přibližná řešení soustav s rozprostřenými prvky. Akustické vlnovody, vzduchové mezery, jejich popis a náhradní obvody. Vlnovody hyperbolické, goniometrické a Besselovy. Aplikace. Teorie akustických vysílačů. Akustické vysílače 0. a vyšších řádů, sférické a cylindrické. Vyzařovací impedance, směrová funkce. Realizace akustických vysílačů. Akustický výkon zdroje. Akustické antény, přímkový zdroj, pístový zdroj, kruhová a prstencová membrána, vyzařovací impedance, směrová funkce. Teorie akustických přijímačů, přijímače gradientní, přijímače vlnové. Měření akustických vysílačů a přijímačů. Metrologie základních akustických veličin. Kalibrační metody. Metrologie akustického tlaku. Zvukoměry. Měření intenzity zvuku. Obecná teorie reciprokých elektromechanických a elektroakustických měničů se soustředěnými a rozprostřenými prvky, měniče s magnetickým a elektrickým polem. Náhradní schémata elektromechanických a elektroakustických měničů. Aplikace na vysílače a přijímače, přenosové vlastnosti. Zdroje s řízenou směrovost. Metrologie mechanických veličin. Vibrační stůl, akcelerační snímač, kalibrační metody, čidlo síly, impedanční hlava. Umělé ucho, umělá hlava, umělý mastoid. Aplikace.

Akustika a elektroakustika pevné fáze

Vlny v elastickém izotropním prostředí, obecná vlnová rovnice, skalární a vektorový potenciál. Vlny v neohraničeném prostředí a poloprostoru. Odraz a lom vln. Rayleighova povrchová vlna. Vlny ve vlnovodech v pevné fázi. Loveho vlny, Lambovy vlny. Pochhammerova frekvenční rovnice. Vlnovody proměnného průřezu v pevné fázi. Jednorozměrné případy. Náhradní obvody. Piezoelektrické látky a měniče. Elastické, dielektrické, piezoelektrické vlastnosti, látky pyroelektrické, látky piezomagnetické. Tenzorový popis. Druhy piezoelektrických látek a jejich použití.

Ultrazvuk

Vlny v piezoelektrických látkách, vidy kmitání piezoelektrických útvarů. Náhradní obvody piezoelektrických útvarů. Buzení a detekce ultrazvukových vln. Povrchové vlny, jejich generace a použití pro zpracování signálů. Šíření elastických vln v plynech a kapalinách a pevných látkách. Akustooptika, akustoelektronika, aplikace. Magnetoelastické jevy, šíření zvuku v magnetikách. Akustoelektrický jev v polovodičích. Výkonový ultrazvuk, jeho zdroje a užití. Kavitace a její projevy, ultrazvuková kavitace. Metody měření neelektrických veličin ultrazvukem. Užití ultrazvuku v technické diagnostice, defektoskopii a medicíně.

Záznam a zpracování signálů

Základní rozdělení akustických signálů. Deterministické signály periodické, kvaziperiodické a přechodné. Signály stochastické nestacionární, stacionární ergodické a neergodické. Pseudonáhodné procesy. Analýza deterministických signálů. Analýza stochastických signálů. Přenos akustických signálů lineárním systémem. Diskrétní zpracování akustických signálů. Analýza digitálních signálů. Aplikace Fourierovy transformace, kmitočtová lupa (zoom), cepstrální analýza, Z transformace, číslicová filtrace. Aplikace Hilbertovy transformace. Spektrální analýza akustických signálů s časovým zpožděním (Time Delay Spectrometry). Principy a metody záznamu informace, analogový a digitální záznam. Záznam digitálního signálu RZ, NRZ, NRZ1, PE, záznam na pružné disky. Zpracování digitálního signálu, převzorkování, redukce bitové rychlosti. Slepá dekonvoluce, odstranění ozvěny. Záznam R-DAT, S-DAT, WORM, smazatelný bezkontaktní, záznam do polovodičových pamětí. Metody a principy optického záznamu. CD systémy, CD-ROM.

Technická akustika a elastoakustika

Kmitání mechanických soustav. Kmitání kontinua, struny, membrány a kruhové desky. Základy metody konečných prvků, maticový zápis pohybových rovnic, volba okrajových podmínek. Modální analýza mechanických systémů, akustických prostorů a elastoakustických soustav s využitím metody konečných prvků. Prostředky snižování hluku šířeného konstrukcí. Metody snižování hluku šířeného plynným prostředím.

Akustika životního prostředí

Ekologické zákonitosti (zákon minima, zákon tolerance, zákon mezních činitelů, zákon valence). Významné faktory prostředí, zvuk, hluk, vibrace. Infrazvuk, slyšitelný zvuk, ultrazvuk, spektrální analýza. Účinky hluku na lidský organismus. Fyzikální parametry, citlivost populace a jedince. Vibrace, jejich měření a vyhodnocování. Vícekriteriální hodnocení. Aktivní a pasivní ochrana proti hluku. Využití antihluku. Pracovní a obytné prostředí, hlukové limity. Hluková prevence. Monitorování hluku, hlukové studie, prognózy, akustický auditing. Účel hlukových studií a kriteria pro jejich posuzování. Hlukové studie ve výrobním prostředí. Hlukové mapy pozemní a letecké dopravy.

Psychologická, fyziologická a hudební akustika

Stavba sluchového orgánu, sluchová dráha, teorie slyšení, sluchové pole, prahy slyšení, nadprahová hlasitost zvuku, výška zvuku, maskování a zkreslení sluchového vjemu, adaptace a únava sluchu, binaurální a směrové slyšení, jevy 1. a 2. řádu, vjem barvy zvuku, psychoakustika přenosu hudebního signálu, metody subjektivního testování, objektivní a subjektivní vlastnosti hudebního signálu, statické a dynamické pojetí, tón a hluk, typologie hudebních signálů, analytické postupy a prostředky, metody zvukové syntézy . teoretické základy a praktická realizace, hudební nástroj jako akustický systém, akustika chordofonu, aerofonu, membranofonu a idiofonu, metodologie měření a hodnocení hudebních nástrojů.

Akustika řeči

Akustická soustava mluvidel: zvukové zdroje, vokální trakt, vznik řečového signálu. Segmentální popis řečového signálu (popis na úrovni hlásek a hláskových spojení). Slovní přízvuk, přízvukový takt, větný úsek, větná melodie. Spojení segmentálního a suprasegmentálního popisu řeči. Automatické rozpoznávání mluvené řeči. Syntéza řeči (text-to-speech). Hlavní typy současných syntetizérů. Modely vokálního traktu člověka.

Architekturní akustika

Geometrická akustika: princip a jeho aplikace při řešení problematiky šíření zvuku. Vlnová akustika: zvukové pole v uzavřeném prostoru, spektrum vlastních kmitů. Statistická akustika: předpoklady statistického přístupu, stanovení doby dozvuku uzavřeného prostoru, vliv útlumu zvuku při šíření ve vzduchu, dozvuková vzdálenost. Akustické výrobky: zvuková pohltivost porézní vrstvy před tuhou stěnou, systému kmitající desky, děrované desky. Určení rezonančního kmitočtu a odhad velikosti tlumení. Akustická měření laboratorní: měření činitele zvukové pohltivosti obkladů v dozvukové místnosti, měření v interferometru. Rozhodující subjektivní parametry akustické kvality sálů a relevantní objektivní akustická kriteria. Akustická měření v sále: měření doby dozvuku, impulsová měření, Schroederova metoda. Ozvučování: hladina požadované hlasitosti, potřebný výkon, optimalizace poslechu, akustická zpětná vazba. Modelování v prostorové akustice: matematická simulace mechanismu šíření zvuku v uzavřeném prostoru, měření ve zmenšených modelech sálů. Akustika konstrukcí, vzduchová neprůzvučnost jednoduchých a víceprvkových konstrukcí, volných otvorů a složených konstrukcí. Kročejová neprůzvučnost. Kritéria zvukoizolačních vlastností stavebních konstrukcí. Měření a výpočtové metody.

Za obsah odpovídá: RNDr. Patrik Mottl, Ph.D.