Examenvragen Akoestiek

Prof.Dr.Godfried-Willem RAES

Kursus Akoestiek

Hogeschool Gent : School of Arts

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.

Alleen de synthesizer zal ontstemd zijn
De piano en de synthesizer blijven gelijk terwijl de klarinet zakt
De piano zal hoger staan dan de klarinet, terwijl de synthesizer gelijk blijft
De piano en de synthesizer blijven gelijk terwijl de klarinet stijgt
De onderlinge diapason van klarinet en piano zal gezakt zijn, terwijl de synth zijn stemming behoudt.
Ik weet het niet en de vraag is volkomen irrelevant. Het antwoord interesseert me niet.
De onderlinge stemming blijft gelijk, maar de gezamelijke diapason zal gezakt zijn.
De onderlinge stemming blijft gelijk maar de gezamelijke diapason zal gestegen zijn.
De klarinet zal hoger zijn dan de synthesizer , terwijl de piano te laag zal klinken
Van enige ontstemming zal niets te merken zijn
De onderlinge diapason van klarinet en piano zal gestegen zijn, terwijl de synth zijn stemming behoudt.
Ik weet het niet maar ik ben erg nieuwsgierig naar het antwoord

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.,

is voor niet al te grote afstanden onafhankelijk van de afstand tot de bron
neemt af met de derde macht van de afstand tot de bron
neemt af met het kwadraat van de afstand tot de bron
varieert naargelang we meten op een knoop of een buik van de geluidsgolf
neemt lineair af naarmate de afstand tot de bron toeneemt

VRAAG 3:

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

Vormen een reeks van gehele veelvouden van de grondfrekwentie
Vormen een reeks waarvan de waarden telkens iets kleiner zijn dan die van de gehele veelvouden van de grondfrekwentie
Vormen een reeks waarvan de waarden telkens iets groter zijn dan die van de gehele veelvouden van de grondfrekwentie
Vormen een reeks waarvan de eerste en volgende termen een groot irrationaal veelvoud zijn van de grondfrekwentie

VRAAG 4:

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

De inharmoniciteit daardoor toeneemt
De snaren anders veel te lang zouden moeten zijn
De snaren voor de lage noten luider moeten zijn
De boventoonreeks anders niet zou kloppen
De koperdraad gebruikt voor de omwikkeling een betere warmtegeleider is

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.

-60dB
-12dB
-2dB
0dB
+2dB
+6dB
+30dB
+90dB

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

De installatie zal hevig brommen
De installatie zal de hoogste tonen sterker laten klingen
De installatie zal de hoogste tonen verzwakken en ruis wegnemen
De installatie zal tonen in de spraakbereik versterken
De installatie zal tonen in het spraakbereik verzwakken
De installatie zal alle bas-noten versterken
De installatie zal alle bas-frekwenties verzwakken

GOED:

De installatie zal brom onderdrukken

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

De beide fluiten zullen dezelfde grondtoon voortbrengen
De B fluit zal een hogere grondtoon voortbrengen dan de A fluit
De grondtoon van de B fluit zal een duodeciem hoger klinken dan die van de A fluit

GOED

De A fluit zal een hogere grondtoon voortbrengen dan de B fluit

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

een dynamische richtmikrofoon
een koolmikrofoon
een cardioide kondensatormikrofoon
een elektret dasspeldmikrofoon
een meetmikrofoon
een ultrasoonmikrofoon

GOED

een omnidirektionele kondensatormikrofoon

VRAAG 4

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

KEUZE

omdat de fluitspeler niet voldoende hard kan blazen
omdat de fluit niet konisch is gebouwd
omdat een riet harder is dan de lippen van de fluitist
omdat de fluit overblaast wanneer er harder geblazen wordt
omdat de fluitist de luchtstroom niet zo goed kan richten op de mondplaat

GOED

omdat een trillend riet de volledige luchtstroom moduleert

VRAAG 5

Wat is de beste omschrijving van de Fourier transformatie?

KEUZE

een metode om aan muziekanalyze te doen
een transformator type uit de audiotechnologie
de metamorfoze die men ondergaat wanneer men verliefd wordt
een wiskundige techniek die ons toelaat juiste harmonischen in een spektrum te berekenen
een meettechniek in de akoestiek
een metode om de harmonischen van instrumenten juist te stemmen
een metode om aperiodieke storingen in een geluidssignaal op te sporen
een metode van klanksynteze

GOED

een wiskundige techniek die ons toelaat verschijnselen uit het tijdsdomein om te zetten naar het frekwentiedomein en vice versa

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

We zullen alle la's veel luider horen.
De installatie zal de diapason onderdrukken
De installatie zal alleen in de juiste boventoonreeks van La goed klinken.
De installatie zal de mi-noot, overeenkomend met midi noot 64, extra versterken.
De installatie zal de hoogste tonen sterker laten klingen
De installatie zal alle bas-noten versterken

GOED

De installatie zal een resonantiepiek vertonen op de standaard diapason.

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

De fluit zal dezelfde grondtoon voortbrengen
De fluit zal nu hoger klinken
De fluit zal nu lager klinken
De fluit zal nu precies een oktaaf lager klinken
De fluit zal nu precies een oktaaf hoger klinken
De fluit zal nu meer dan een oktaaf lager klinken
De fluit zal nu ongeveer een kwint lager klinken
De fluit zal nu alleen even boventonen voortbrengen
De fluit zal nu heel wat stiller klinken

GOED

De fluit zal nu minder dan een oktaaf lager klinken

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

een dynamische richtmikrofoon
een koolmikrofoon
een omnidirektionele kondensatormikrofoon
een cardioide kondensatormikrofoon
een elektret dasspeldmikrofoon
een infrasone trillingstransducer
een meetmikrofoon
een ultrasoonmikrofoon

GOED

een kontaktmikrofoon

VRAAG 4

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

KEUZE

omdat de klarinetspeler niet voldoende hard kan blazen
omdat de klarinet in de duodecime overblaast
omdat de saxofoon grotere kleppen heeft
omdat de saxofoon uit metaal is gemaakt
omdat op klarinetten klassieke rietjes gebruikt worden

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:

verdubbelen
halveren
gelijk blijven
een grote terts hoger zijn
meer dan verdubbelen
een kleine sext stijgen
een septiem stijgen
een kwint hoger zijn
verlagen maar niet halveren
onhoorbaar worden

GOED

een tritonus stijgen

VRAAG 2:

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

mondharmonika
speelgoedpiano
akkordeon
melodika
waterphone
sanza
harmonium

GOED

celesta

VRAAG 3:

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

de resonantietoon van de klankkast verlagen
de sol snaar luider klinken
de sol snaar zachter klinken
de lage tonen en harmonischen beter klinken
de viool luider klinken
de viool zachter klinken
de viool meer boventonen produceren
het achterblad meer trillen
de viool onstembaar zijn

GOED

de resonantietoon van de klankkast verhogen

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.

50Hz
775mV
90 dB
200 Hz
15 kHz
10 mW
1 mA
midinoot 120
-66dB
midinoot 36

GOED

midinoot 105

VRAAG 5:

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

De evenwijdige wanden van het lokaal worden voorzien van dikke gordijnen.
De muren worden bekleed met 'eierkarton'.
Er zal een dik tapijt worden gelegd.
Alle wanden evenals het plafond worden bekleed met tapijt.
Er wordt een zachtrubberen vloer aangebracht.

GOED

Op een lattenwerk zullen triplexpanelen worden gespijkerd en zo tegen de muren aangebracht.

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

een bas refleks kast
een spreekspoel
een puntvormige geluidsstraler
een rondom straler
een kartonnen konus
een orgelpijp
een exponentiele hoorn
een vlakke straler

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

een gestemde buis
een kegelvormige hoorn
een parabolische straler
een hyperbolisch vlak
een konische hoorn
een klankkast
een exponentiele hoorn

VRAAG 3: Een spektraalanalyse van een geluid meet en berekent

de korrelatie met een reeks harmonische boventonen
de korrelatie met een sinusgolf
de faze van het geluid
de valse noten en klanken in dat geluid
de amplitudes van een logaritmische reeks frekwentiebanden
de sinussen en cosinussen van de niet periodieke signaalkomponenten
de muzikaliteit van het geluid
het tijdsdomein van de trillingen
de vermogensdistributie van een lineaire verlopende reeks frekwentiebanden

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?

+ 42.1
- 42.1
+ 33.4
+ 21.5
- 21.5
+ 13.4
- 13.4
+ 3.7
- 3.7
- 33.4

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.

de eerste toon is een sol, de tweede een lab volgens de gelijkzwevende stemming
de eerste toon is lager dan de tweede
beide tonen zijn gelijk
de eerste toon is een juiste sol volgens de gelijkzwevende stemming
de tweede toon is vals
de eerste toon is hoger dan de tweede

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