Uppgift 1. I Tallinn i Estland finns ett unikt sångarstadion, Lauluvaljak.

Transkript

1 2D1574 Medieteknik gk Tentamen 2 Ljud lösninga Sida 1 av 5 Uppgift 1. I Tallinn i Estland finns ett unikt sångastadion, Lauluvaljak. Den gigantiska scenen ä 73 mete bed, 32 mete djup, och ymme femton tusen sångae som mest. Publiken sitte i en gässlänt mitt emot, som ymme upp till tehunda tusen pesone. Den jättestoa halvkupolen ä akustiskt sinnik, och gö att man hö ganska ba utan aktiv föstäkning. (a) Löptidena bli stoa. Ungefä hu många millisekundes osynk uppleve diigenten i mitten som mest, om alla femtontusen sjunge pecis på vad de se av hennes slag? (2 p) c =340 m/s; Δl 32 m ge stoleksodningen 100 ms. (b) Ute på publikplats, dä avstånden till alla sångana ä ungefä lika stot (nåja), gälle att ju fle sångae på scenen, desto stakae bli det. Vaje födubbling av antalet okoeleade men lika staka ljudkällo ge då en födubbling av intensiteten. Om man öka antalet sångae fån 500 till 2500, hu många db stakae bli då ljudet som nå publiken? (2 p) ΔL = 10 log(2500/500) = 10 log(5) +7,0 db Om man stå inne i själva jätteköen ä dock avstånden till de anda sångana väldigt olika. Vi ska nu häleda hu ljudintensiteten J i sångaklungans mitt vaiea som funktion av klungans adie, alltså som funktion av hu sto köen ä. Vi anta fö enkelhetens skull att antalet sångae pe kvadatmete σ ä konstant öve hela scenen, och att alla sångana poducea samma akustiska effekt w vadea. Mäk att det inte ä vädet på J som eftefågas, utan dess beoende av. Det innebä att vädena fö σ och w ej behöve vaa kända fö att ehålla lösningana i (c) och (d). Kupolens eventuella invekan fösummas. (c) Tänk föst att du omges av en enda ing av sångae på ett led, som alla stå på avståndet fån dig. Antalet sångae pe mete, tangentiellt längs ingens omkets, ä konstant: ju stöe, desto flea sångae. Häled hu den ljudintensitet J som du nu utsätts fö beo av. Rita gäna. Det ä baa popotionaliteten som ä intessant, dvs om J ä popotionell mot, ², 1/, 1/² elle någon annan funktion av. (2 p) J ä popotionell mot antalet ljudkällo N som i sin tu ä popotionellt mot. J ä också omvänt popotionell mot avståndet i kvadat, 1/². Alltså ä J /² = 1/.

2 2D1574 Medieteknik gk Tentamen 2 Ljud lösninga Sida 2 av 5 (d) Tänk sedan att ytteligae koncentiska inga av sångae läggs till, med samma antal sångae pe mete som tidigae, även adiellt. Visa hu ljudintensiteten i mitten öka med allt fle inga vas öka. Ledning: minns att integalen av 1/x ä ln (x), fö x > 0. (2 p) Vi ska summea intensitetsbidagen öve alla inga, vilket ä detsamma som att integea svaet i (c) öve d: a J = d = a ln( ) + C min >0 Konstanten a kan inföas hä som en skalfakto som inymme σ och w, men de beo inte av, och det gö inte helle C som ä = 0. Svaet ä alltså att J ln(). Ju stöe bli, desto långsammae öka intensiteten med. (e) Skulle du som sångae i mitten alls höa skillnad, om antalet sångae N ökade fån 500 till 2500? Antag att σ ä 4 pesone pe m², och beäkna den esulteande skillnaden i intensitetsnivå. (2 p) Med ett σ på 4 pesone pe m² i en und klunga få vi 500 = 6,3 m och 2500 = 14,1 m. Även om vi inte känne w så ges ändingen vi söke av ln( ) 2500 ln(14,1) ΔL J = 10log 10log 1,4 ln( 500) [db]. Det ä en knappt mäkba skillnad. ln(6,3) Uppgift 2. (10 p) Ett cylindiskt ö som ä stängt i båda ända kan kallas en halvvågspipa. Det uppvisa esonans nä ett helt antal halva våglängde ä lika med öets längd. Ett ö som ä öppet i ena änden och slutet i anda änden kallas fö en kvatsvågspipa. Det uppvisa esonans nä ett udda antal fjädedels våglängde ä lika med öets längd. a) Vilken typ av pipa ä höselgången espektive ansatsöet? Motivea. (3 p) Höselgången ä en kvatsvågspipa. Av esonansfekvensena mitt på sidan 9-4 famgå att även ansatsöet i stot sett kan betaktas som en kvatsvågspipa, åtminstone på öppna vokalljud. Det ä så gott som stängt i änden vid stämbanden. Glottis, stämbandsöppningen, ä akustiskt liten. Läppöppningen vaiea med vokalen. b) Beäkna höselgångens ungefäliga längd. (3 p) Lägsta esonansen ä 3 khz vilket ge en våglängd om knappt 12 cm vid 37º C. En kvats våglängd ä då knappt 3 cm. c) Beäkna längden av den kvatsvågspipa som skulle ge samma lägsta esonansfekvens som ansatsöet ge till vokalen a, som i fa. (2 p) U figu 9-3 ha vi att lägsta esonansen F1 ä ca 600 Hz vilket ge en våglängd om knappt 60 cm vid 37º C. En kvats våglängd ä då knappt 15 cm. Sva med F1 i intevallet Hz ha godtagits. d) Beäkna det elativa fel man få i (b) och (c) om man föutsätte nomal umstempeatu istället fö människans koppstempeatu. (2 p) 37º C esp 20º C insatta i fomeln på sid 1-2 ge en skillnad på 2,9%. Sva med det absoluta felet ha givit poängavdag.

3 2D1574 Medieteknik gk Tentamen 2 Ljud lösninga Sida 3 av 5 Uppgift 3. Rumsakustik (10 p) Bygg-Beit enovea ett tomt ektangulät vadagsum med måtten 4,1 8,0 2,7 m³. Golvet ä av tä, taket ä av betong, väggana ä putsade, och det finns totalt 6 m² glasfönste, som ä stängda. Rummets α m vid 500 Hz ä 0,045. (α fö fönsteglas beo egentligen av tjocklek m.m., men vi använde vädet fö glas i kompendiets tabell.) a) Beäkna ummets efteklangstid. (3 p) A = S α m = 5,89 m², V= 88,56 m³ ge T = 2,4 s. De olika ytonas egenskape kan man stunta i. b) Nä Bygg-Beits slipmaskin ä igång, utståla den en akustisk effekt om 100 mw. Beäkna ljudnivån som då åde i stöe delen av ummet. Avunda till hela decibel. (3 p) I stöe delen av ummet innebä att vi föst söke den diffusa intensiteten J = 4W/A ; L J = 10log(J/Jef) ge sedan 108 db. Ett felaktigt väde på A fån (a) godtas som indata om det baa ä imligt. c) Bygg-Beit fösöke sänka ljudnivån genom att öppna alla fönsten. Absoptionen bli då 100% i fönsteöppningana. Beäkna hu mycket ljudnivån då sjunke. Avunda till hela decibel. (4 p) Fönstens absoptionsyta öka fån 5 % till 100% av 6 m². Rummets A bli alltså 0,95 6 m² stöe än i (a). En uppepning av beäkningen i (b) ge då en skillnad på 3 db. Det ä imligt eftesom A i stot sett ha födubblats, och då ska den diffusa intensiteten ha halveats.

4 2D1574 Medieteknik gk Tentamen 2 Ljud lösninga Sida 4 av 5 Uppgift 4. Allmän audioteknik (10 p) Ett, kyss elle tvåa? Makea det altenativ som ge stöst upplevd dynamik, om öviga systemegenskape och ytte betingelse hålls konstanta. Med upplevd dynamik menas hä skillnaden i hönivå mellan stakaste och svagaste nyttoljud som som appaaten elle systemet fömedla med bibehållen kvalitet. Skiv av ätt ad på inlämningsbladet. Någa val ä lätta och någa ä inte så självklaa. Om du tycke att det bli alltfö föenklat att svaa med 1-X-2 ( det beo ju på ), skiv också en kommenta elle motiveing till ditt val. (1 p pe delfåga. Någa kommentae elle motiveinga behövs inte fö full poäng, om tipsaden ä ätt, men de kan hjälpa om den inte ä det.) Egenskap elle betingelse 1 X 2 Sva a Samplingsfekvens Hz spela ingen oll Hz X b Bita pe sampel 8 spela ingen oll 16 2 c Dithebus av spela ingen oll på 1 d Slutstegets uteffekt 10W spela ingen oll 100W 2 e Mikofonens iktvekan kula spela ingen oll kadioid 2 i stökig inspelningsmiljö f Loudness-funktion av spela ingen oll på 1 g Antalet uppdagna mixeegla, 1 spela ingen oll 8 X om endast en kanal få signal h Fläktbulle i lokalen på spela ingen oll av 2 i CD-spelaens objektiv smutsigt spela ingen oll ent X j Kompesso på spela ingen oll av 2 Note: a) Enligt det vi ha sagt i kusen ä svaet X. Egentligen kan man få litet bätte dynamik vid 96 khz (kvantiseingsbuset födelas öve ett stöe fekvensomåde och sjunke däfö något i nivå.) Svaet 2 ha däfö godtagits. b) - c) Dithebus höje busgolvet och minska dynamiken en aning. Det ä piset man få betala fö läge distosion. d) Höge uteffekt gö att man kan spela stakae, maxnivån öka och dämed också dynamiken. Man kan ju fotfaande spela lika svagt. e) En väl iktad mikofon kan undetycka stöande omgivningsljud. f) Nä loudness ä av, upplevs basen minska snabbae mot läge volym, så skillnaden i hönivå mellan svaga och staka musikljud öka. Men man kan också säga att om man ska ha bibehållen kvalitet så öka Loudness det användbaa nivåomådet fö volymatten. Däfö ha jag godtagit 2 som sva, även om det inte ä helt koekt. X ä alltid fel. g) Svaet 1 kan vaa ätt om man ha en mixe som ä busig på ingångana. h) Om man inte äkna ummet till ljudsystemet och ha påpekat detta få man poäng även fö X. i) Felkoektionen gö att objektivets skick inte spela oll föän avkodningen helt stängs av. j) Med kompesso avses hä en dynamikpocesso (utan sid 7-5), inte en dataeduktionsanodning. En kompesso minska dynamiken (så att svaga patie låte stakae)

5 2D1574 Medieteknik gk Tentamen 2 Ljud lösninga Sida 5 av 5 k) Uppgift 5. Talteknologi. Läs tidningsatikeln nedan (u New Scientist, 28 okt 2006) om ett nytt taligenkänningssystem. Besvaa dessa fågo. Alla sva ska motiveas. (a) I kompendiet stå det att Den akustisk-paametiska omvandlingen av talsignalen ä ett gundläggande steg vid all taligenkänning. Stämme det även fö detta nya system? (3 p) Nej, systemet ta inte in ljud alls utan istället koppens elektiska signale. (b) Ä det nya systemet ent mönsteigenkännande, elle även kunskapsbaseat? (3 p) Det ä inte baa mönsteigenkännande, eftesom det identifiea enstaka fonem och elatea dem till kontexten. Det föutsätte alltså kunskap om det aktuella spåket, till exempel. (c) Jounalisten skive The secet is to detect not just wods but also the building blocks of wods som om det voe en ny idé. Kommentea hu innovativt detta egentligen ä, med ledning av kompendiets text. (4 p) Av diskussionen i kompendiets avsnitt famgå att poblemet ä välkänt. Vidae famgå på sidan 10-9 att det existea taligenkänningssystem med mycket stoa odföåd, vilket i paktiken tode föutsätta fonembasead igenkänning.