Prof.Dr.Godfried-Willem RAES

Kursus Akoestiek

Hogeschool Gent : School of Arts


<Terug naar inhoudstafel kursus>    

4990:

Akoestiek

Hier geven we enkele voorbeelden van examenvragen zoals we die hebben gesteld en geformuleerd in vroegere examens voor dit vak.


Akoestiek examen 1e zittijd 2001

De goede antwoorden staan aan het eind van deze paragraaf.

VRAAG 1:

Een klarinet, een piano en een synthesizer hebben een trio gevormd. Ze hebben hun instrumenten gestemd op 440Hz en gerepeteerd in een zaal bij een temperatuur van 16 graden celsius. Wanneer het koncert gaat beginnen is de zaal volgelopen met 3000 fans, straalt een felle zon op de glazen koepel en is de temperatuur opgelopen tot 32 graden celsius.

VRAAG 2:

De geluidsterkte van een bron ( 1000Hz) in het vrije veld (dus zonder reflekterende wanden) en gemeten op een afstand groter dan enkele golflengten afstand van die bron.,

VRAAG 3:

De frekwenties van de boventonen van staven ingeklemd aan een enkel uiteinde (zoals in een speelgoedpiano)

VRAAG 4:

De laagste snaren in een piano worden dikker gemaakt en omwikkeld omdat:

VRAAG 5:

Een viool speelt midi noot 84 (de hoge C -do- op de tweede hulplijn boven de solsleutel) Hoeveel luider zal zijn geluid worden waargenomen door een luisteraar die zich telkens op 5 meter afstand van de violist bevind, wanneer de violist dit doet met dicht achter hem een heel groot reflekterend vlak. tegenover wanneer hij dit doet in het vrije veld.

Antwoorden:

OP VRAAG1:

geluidssnelheid bij 32 celsius = 332 * SQR(1+0.00366 .32) = 351 m/s De la van de klarinet stemt overeen met een golflengte van lambda = 340m/s / 440 = 0.773m Deze lengte blijft behouden bij een hogere temperatuur want de klarinet wordt niet langer, dus moet deze lengte bij 32 graden celsius overeenkomen met een frekwentie van: f = 351 / 0.773 = 454 Hz, of ca. 3/4 halve toon te hoog. (Si b = 466Hz) Bij de piano neemt de snaarspanning af met stijgende temperatuur en dus zal de toonhoogte dalen. (f = 0.5/ l SQR(snaarspanning/densiteit)). De synthesizer tenslotte maakt geen gebruik van enige vorm van akoestische geluidsopwekking en behoud dan ook zijn stemming. Goed antwoordgetal = 31

OP VRAAG 2:

De geluidsterkte van een bron ( 1000Hz) in het vrije veld (dus zonder reflekterende wanden) en gemeten op een afstand groter dan enkele golflengten afstand van die bron., neemt af met het kwadraat van de afstand tot de bron

OP VRAAG 3:

De frekwenties van de boventonen van staven ingeklemd aan een enkel uiteinde (zoals in een speelgoedpiano) vormen een reeks waarvan de eerste en volgende termen een groot irrationaal veelvoud zijn van de grondfrekwentie/

OP VRAAG 4:

De laagste snaren in een piano worden dikker gemaakt en omwikkeld omdat de snaren anders veel te lang zouden moeten zijn.

OP VRAAG 5:

+6dB


Akoestiek examen 1e zittijd 2002

Het goede antwoord is hier telkens het laatste antwoord:

VRAAG 1

Een spoel met verwaarloosbare gelijkstroomweerstand en een kondensator worden parallel geschakeld. De spoel heeft een induktie van 4 Henry, de kondensator een kapaciteit van 2,53 microFarad. We schakelen deze kombinatie in serie met een goede breedbandluidspreker, aangesloten op onze versterker. We zijn in Europa en we betrekken onze stroom van het elektriciteitsnet.

KEUZE

GOED:

 

VRAAG 2

We maken twee open kernspleetfluiten, A en B, elk precies 1 meter lang. Voor de A-fluit gebruiken we buis van 2 centimeter diameter, voor de B fluit, van 6 centimeter diameter.

KEUZE

GOED

 

VRAAG 3

We moeten een geluidsopname maken van een klavichord met het oog op akoestische metingen. Omwille van de geringe geluidsterkte van dit instrument zijn we verplicht, de klank dichtbij op te nemen. Welke van onderstaande mikrofoons is hiervoor het meest geschikt:

KEUZE

GOED

 

VRAAG 4

Waarom kan een fluit de gewone sol niet zo luid spelen dan een klarinet of een saxofoon dat kan.

KEUZE

GOED

 

VRAAG 5

Wat is de beste omschrijving van de Fourier transformatie?

KEUZE

GOED

 

Kommentaar en uitleg bij de vragen en antwoorden:

VRAAG1:

De parallelschakeling van de spoel en de kondensator vormt een trillingskring afgestemd op 50Hz, wat overeenkomst met de frekwentie van de netspanning in Europa. (f = 1 / (2.Pi. SQR(L.C)) ) Zo'n kring heeft een heel hoge impedantie voor de frekwentie waarop hij is afgestemd. Aangezien hij in serie wordt geschakeld met de luidspreker , een laagohmige belasting, zal de frekwentie waarop hij is afgestemd erg worden verzwakt in de luidspreker. De installatie zal dus minder brommen.

VRAAG2:

Wanneer we de diameter van een buis vergroten, dan wordt ook de akoestische lengte langer (0.62.d), aangezien de eindkorrektie een funktie is van de diameter. Een langere buis heeft een lagere grondfrekwentie en dus zal de A fluit een hogere toon voortbrengen dan de B fluit.

VRAAG3:

Wanneer we dichtbij een geluidbron moeten komen met een mikrofoon moet steeds een omnidirektioneel type worden gebruikt, zoniet worden immers niet alle frekwenties gelijkmatig overgedragen. Aangezien het signaal erg zwak is, moet bovendien een gevoelig type worden genomen. De omnidirektionele kondensator mikrofoon is dan ook het meest aangewezen type.

VRAAG4:

Bij enkelrietinstrumenten snijdt het riet wanneer het trilt de volledige luchtstroom periodiek af. De amplitude van de trilling is dan ook steeds het maximum van wat met een gegeven luchtstroom kan worden bereikt. Bij een fluit daareentegen wordt de luchtstroom nergens afgesneden, maar hebben we te maken met een open buis die in resonantie wordt gebracht.

VRAAG5:

De Fourier transformatie laat ons toe een signaal beschreven als intensiteitsveranderingen in de tijd, om te zetten naar een momentopname van dat signaal beschreven als intensiteitswaarden per frekwentie. Deze transformatie is omkeerbaar, maar geldt slechts voorzover de signalen als periodiek kunnen worden beschouwd.


Enkele vragen en antwoorden uit het akoestiek examen 2e zittijd 2002

VRAAG 1

Een spoel met verwaarloosbare gelijkstroomweerstand, een kondensator en een goede breedband luidspreker worden in serie geschakeld. De spoel heeft een induktie van 1 Henry, de kondensator een kapaciteit van 130nF. We sluiten deze kombinatie aan op de uitgang van een versterkerinstallatie. Daarop spelen we nu een opname van een muziekstuk af.

KEUZE

GOED

 

VRAAG 2

We maken een open kernspleetfluit, precies 60 centimeter lang. We gebruiken PVC buis van 2 centimeter binnendiameter. Wanneer we nu het vrije uiteinde vlak en luchtdicht afsluiten, hoe zal de voortgebrachte toon zich verhouden tot de oorspronkelijke voor de nog open cilindrische buis.

KEUZE

GOED

VRAAG 3

We willen de distributie van trillingen in het bovenblad van een strijkinstrument opnemen en onderzoeken. Daartoe moeten we een mikrofoon gebruiken. Welke van onderstaande mikrofoons is hiervoor het meest geschikt:

KEUZE

GOED

 

VRAAG 4

Waarom kan een (sopraan)saxofoon luider speler dan een gewone klarinet?

KEUZE

GOED

omdat de saxofoon volledig konisch is gebouwd

 

Verantwoording en uitleg bij de goede antwoorden:

VRAAG1:

De serieschakeling van de spoel en de kondensator vormt een trillingskring afgestemd op 440Hz, wat overeenkomt met de frekwentie van de standaard diapason. Zo'n seriekring heeft een heel lage impedantie voor de frekwentie waarop hij is afgestemd. Aangezien hij in serie wordt geschakeld met de luidspreker zal de frekwentie waarop hij is afgestemd het minst worden verzwakt in de luidspreker. De installatie zal resonantie vertonen voor de diapason.

VRAAG2:

De akoestische lengte van een open pijp is de fysische lengte vermeerderd met de eindkorrektie. Wanneer we een pijp sluiten aan een kant dan valt de eindkorrektie aan die kant weg. De voortgebrachte interval zal dus iets kleiner zijn dan een oktaaf. [ 2l < 2(l+e) ]

VRAAG 3:

Kontaktmikrofoon: immers we zijn niet geinteresseerd in het akoestische geluid maar alleen in de trillingen in een vast materiaal. Daarop kan op elke gewenste plek gemakkelijk een kontaktmikrofoon worden bevestigd.

VRAAG 4:

Door zijn meer uitgesproken konische boring is de saxofoon-toeter een betere impedantie-transformator voor de hoge druk aan het riet en de opening met koppeling aan de vrije lucht. De energieoverdracht is efficienter, waardoor bij eenzelfde aanblaassterkte, riet enz..., de saxofoon luider zal klingen.


Akoestiek examen 1e zittijd 2003

VRAAG 1:

Wanneer we de spankracht op een vrij ingeklemd membraan verdubbelen zal de toonhoogte van de grondtoon:

GOED

 

VRAAG 2:

Welk instrument past omwille van het werkingssprincipe niet in volgende lijst:

GOED

 

VRAAG 3:

Wanneer we het f-gat naast de sol-snaar van een viool vergroten zal

GOED

 

VRAAG 4:

Ons wordt gevraagd een ritmisch bieptoontje voor een GSM te ontwerpen. Welke sinustoon zullen we kiezen wanneer de belangrijkste vereisten waaraan voldaan moet worden zijn: minimaal stroomverbruik en maximale hoorbaarheid.

GOED

 

VRAAG 5:

Een repetitielokaal blijkt akoestisch behept met een veel te luide en rommelige basweergave. Om dat te verhelpen zal volgende maatregel worden genomen:

GOED

Verantwoording en uitleg bij de goede antwoorden:

VRAAG 1:

In de formule voor de berekening van de grondtoon van een membraan staat de spankracht in de teller van de breuk onder de wortel. Wanneer we de kracht verdubbelen, dan zal de toonhoogte met een faktor SQR(2)= 1.414 verhogen, wat overeenkomt met een tritonus.

VRAAG 2:

Alle opgenoemde instrumenten maken gebruik van een aan een uiteinde ingeklemde staaf. Alleen bij de celesta gaat het om een vrij opgehangen staaf. De celesta past dus niet in de reeks.

VRAAG 3:

De resonantietoon van de lucht ingesloten in een klankast stijgt wanneer we de opening groter maken. Welk van beide f-gaten we vergroten speelt geen rol: het is immers alleen de som der oppervlakten van de openingen die telt.

VRAAG 4:

Het menselijk oor heeft -volgens de kurven van gelijke luidheid- de grootste gevoeligheid voor frekwenties tussen 3500 en 4000 Hz. Dit komt overeen met midi noot 105.

VRAAG 5:

De absorbtie voor lage tonen is voor dunne panelen -die daarbij als membranen funktioneren- optimaal. Zij trillen mee en onttrekken op die wijze energie aan de mogelijke reflekties.


Akoestiek examen 1e zittijd 2004

VRAAG: Een elektrostatische luidspreker gedraagt zich akoestisch als

VRAAG 2: Een violist wil graag straatmuzikant worden en wil een akoestische versterker op zijn viool laten inbouwen. Daartoe worden de trillingen van de kam op een klein membraan overgebracht. Dat membraan wordt gekoppeld aan

VRAAG 3: Een spektraalanalyse van een geluid meet en berekent

VRAAG 4: Een orgel opgebouwd met labiaalpijpen werd gestemd op 440Hz bij een temperatuur van 20 graden Celsius. Met hoeveel graden moet de temperatuur veranderen opdat het orgel precies een halve toon lager zou klinken?

VRAAG 5: Een Sib trompet beschikt over drie ventielen. Het eerste verlaagt de toonhoogte met een halve toon, het tweede met een hele toon en het derde met anderhalve toon. Een eerste toon wordt voortgebracht met de eerste twee ventielen ingedrukt. Een tweede toon met alleen het derde ventiel ingedrukt.

GOEDE ANTWOORDEN EN KOMMENTAAR:

VRAAG 1: Een elektrostatische luidspreker is opgebouwd met een groot vlak membraan en gedraagt zich dan ook als een vlakke straler.

VRAAG 2: Een exponentiele hoorn is het best geschikt omdat die alle frekwenties, aan de onderzijde begrensd door de omtrek van de mond, lineair versterkt. Om ook de laagste noot (sol, 196Hz) goed weer te geven moet de omtrek van de hoorn 173 cm zijn (Om >= v/f ), of bij een ronde opening, een straal hebben van 27 cm.

VRAAG 3: De spektraalanalyze zet het tijdsdomein om in het frekwentiedomein. Dit frekwentiedomein bestaat uit een lineaire verdeling van frekwentiebanden, in de laagte begrensd door de duur van het signaal en in de hoogte door de halve sampling rate. Van elk van die bandjes wordt zowel de faze als de amplitude berekend waardoor we de vermogensdistributie verkrijgen.

VRAAG 4: De geluidssnelheid bij 20 graden is 343 m/s. Aangezien de toonhoogte recht evenredig is met de geluidssnelheid, moeten de de geluidssnelheid met 0.94387 vermenigvuldigen om een halve toon te zakken ( 2 ^ (-1/12)). Zij moet dan 323.75 m/s worden. Die geluidssnelheid wordt bereikt bij een temperatuur van -13.4 graden, immers: v = 332 (1+0.00366 T)^0.5, waaruit door kwadrateren van beide termen T kan berekend worden: 323.75^2 = 332^2 (1 + 0.00366 T) 0.00366 T = (104813 / 110224) - 1 = 0.9509 - 1 = -0.04909 T = -0.04909 / 0.00366 = - 13.4 De temperatuur moet dan ook met 33.4 graden zakken.

VRAAG 5: Een Sib trompet heeft een buislengte van 140cm. Het eerste ventiel verlengt de buis met 8.3cm (twaalfde machtswortel uit twee inkrement), het tweede met 17.14cm, het derde met 26.48cm. De eerste twee ventielen samen verlengen de buis met 25.44 cm, wat minder is dan de 26.48 verlenging die we verkrijgen met het derde ventiel. De toon met het derde ventiel zal dan ook lager zijn dan die met de eerste twee ventielen ingedrukt.


Akoestiek examen 2013/2014

Dit zouden de studenten natuurlijk maar al te graag hier aantreffen...

Filedate: 001015- updated: 2013-12-08

Terug naar algemene inhoudstafel kursus: <Index Kursus> Naar homepage dr.Godfried-Willem RAES Terug naar index akoestiek kursus