IHM Kod: Ämnesområde Hörselvetenskap A Kurs Akustik och ljudmiljö, 7 hp Kurskod: HÖ115 Tentamenstillfälle 4 Datum 213-11-7 Tid 4 timmar Kursansvarig Susanne Köbler Tillåtna hjälpmedel Miniräknare Linjal Övrig information Varje provkod besvaras på separata blad- OBS! Tentamensformuläret ska lämnas in tillsammans med tentamenssvaren. Resultat: Grundläggande akustik och ellära Provkod:2 Ljudalstring och utbredning Provkod: 3 Den studerande skall efter avslutad kurs kunna definiera och beskriva grundläggande begrepp inom akustik och ellära med relevans för hörsel och kommunikation Max poäng: 52p Väl godkänd: 44 Godkänd: 36p Ditt resultat: Den studerande skall efter avslutad kurs kunna förklara ljudalstring och ljudutbredning och beskriva ljudvågors interaktion som skapar ljudmiljön Max poäng: 22p Väl godkänd: 18,5p Godkänd: 15p Ditt resultat: Formelsamling finns sist i tentamensformuläret.
Grundläggande akustik och ellära 1) En enkel harmonisk rörelse kännetecknas av att förflyttning, acceleration och hastighet kan beskrivas som sinusfunktioner där förflyttning och acceleration är omvänt proportionella mot varandra. Figur 1 visar sambandet mellan tid och amplitud för förflyttningen, hastigheten och accelerationen av en enkel harmonisk rörelse. Om den tunna genomdragna linjen representerar rörelsens förflyttning, vilken linje representerar rörelsens hastighet respektive rörelsens acceleration? Motivera ditt svar med avseende för både accelerationen och hastigheten. Figur 1. Förflyttning, hastighet och acceleration av en enkel harmonisk rörelse 2a) Vad beskriver pilarna indikerade med de röda siffrorna 1, 2, 3 och 4 i figur 2? Ange korrekt namn och beteckning samt enhet och värde för den specifika rörelsen som beskrivs av sinusvågen i figur 2. (8p) Figur 2. Ren ton, vågform 2b) Tonen som representeras i figur 2 spelades in av marinforskare under en havsexpedition där man avlyssnade delfiner under vatten. Vid inspelningstillfället befann forskarna sig i ett område där havsvattnet höll en temperatur på 2⁰C. Beräkna tonens våglängd med hjälp av figur 1, kända formler och information i formelsamlingen.
2c) När U-båten kommer upp över vattenytan glömmer personalen vid ekoloden att stänga av utrustningen. Gör en uppskattning om hur resultatet för en beräkning av ljudets våglängd skulle se ut nu i förhållandet till våglängden som beräknades i uppgift 2a). Tips: använd informationen som finns i formelsamlingen. Motivera ditt svar. 2d) Delfiner är nyfikna djur och följde forskarnas båt en bit när de åkte tillbaka till forskningsstationen. Djuren avgav samma ton även över vattenytan. Gör en uppskattning (ingen ny beräkning) om hur resultaten för en beräkning av ljudets frekvens och våglängd skulle se ut nu i förhållandet till värdena som beräknades i uppgift 2a). Motivera ditt svar. 3) Figur 3 visar två sinusrörelser som svänger i fas. Rörelserna summeras till en tredje våg. De heldragna svarta linjerna i figurerna 3a, 3b, 3c och 3d visar kombinationer av vågformer samt vågformerna från figur 3 som gråa linjer. Vilken av de svarta linjerna i figurerna 3a, 3b, 3c och 3d visar den vågformen som är resultatet av att man summerar vågorna i figur 3? Motivera ditt svar! (3p) Figur 3. Två rena toner, fasvinkeldiagram Figur 3a Figur 3b Figur 3c Figur 3d
4) I samband med komplexa ljud förekommer ibland begreppet Fourieranalys. Vad är innebörden av begreppet? 5) Vad visar diagrammen i figurerna 4a), 4b) 4c) och 4d)? Ange typ av diagram och vilken signal som beskrivs. (1p) Figur 4a) Figur 4b) Figur 4c) Figur 4d) 6) När man anpassar hörapparater leds ljudet via en ganska tunn slang från hörapparatens hörtelefon till hörapparatanvändarens hörselgång. Här vet du att resonanser kan uppstå. Beskriv kortfattat fenomenet resonans och hur fenomenet påverkar ljudet hörapparatanvändaren hör. (3p) 7a) Vilken typ av filter beskriver figur 5? Ange brytfrekvens och attenuation rate. (3p) Figur 5. filter
7b) Ett vitt brus där frekvenskomponenterna har ljudtrycksnivån 55 db SPL filtreras med filtret i figur 5. Rita in den resulterande signalen i det tomma diagrammet (figur 6) och ta enbart med frekvensband där den filtrerade signalen kan uppfattas av det mänskliga örat. Figur 6 8a) Rita en jordad krets med en likspänningskälla på 9V och ett motstånd R 1 på 1. (3p) 8b) Beräkna med hjälp av Ohms lag strömmen för kretsen. Ange resultatet med enheten ma. Visa dina beräkningar. 9) Förklara kortfattad funktionsprincipen av en högtalare. 1a) Vilken effekt utnyttjas i en hörapparat där användaren lyssnar på en signal genom hörapparatens inbyggda telespole? (1p) 1b) Förklara kortfattat funktionsprincipen av hörapparatens telespole.
Ljudalstring och utbredning 11) Definiera begreppet ljudvåg. (3p) 12a) Beskriv skillnaden mellan ett fritt och i ett diffust ljudfält. (1p) 12b) De vanligaste fenomen en ljudvåg utsätts för vid ett plan hinder som exempelvis en stängd dörr är reflektion, absorption och transmission. Förklara två valfria fenomen av dessa tre noggrant med både figur och text. 13a) Ett vanligt mått för att bedöma ljudmiljön i ett rum är efterklangstiden. Förklara begreppet genom att beskriva hur en mätning av efterklangstiden går till. 13b) Efterklangstiden i en konsertlokal är ofta mycket längre än i en undervisningslokal. Betyder detta att akustiken i konsertlokalen är sämre? Motivera ditt svar. (3p) 14) Ange enheterna för ljudtryck och ljudintensitetsnivå. 15a) I rummet du befinner dig i står en högtalare (högtalare 1) som avger en ren ton med frekvens 18 Hz och en ljudtrycksnivå på 5 db SPL. Du ställer upp ytterligare två högtalare. Den ena (högtalare 2) avger en ton som ligger en oktav över den första tonen och den andra (högtalare 3) en ton som ligger två oktaver under den första. Vilka frekvenser har tonerna som kommer från högtalarna 2 och 3? 15b) Vilken ljudintensitetsnivå mäter man upp i rummet om två av högtalarna är igång samtidigt och de enstaka tonerna spelas upp med en ljudintensitetsnivå på 53 db SIL? Tips: Tänk på vad som händer med intensitetsnivån när man fördubblar eller halverar ljudintensiteten. Motivera ditt svar! 15c) Vilken ljudtrycksnivå motsvarar resultatet från uppgift 14b? (1p)
Formelsamling c Luft 34m/s C saltvatten(2⁰) 15 m/s C sötvatten(2⁰) 1485 m/s c fasta material c vätskor c gaser f n (2n 1) c 4l P=U I Kirchhoffs lag för seriekoppling: Kirchhoffs lag för parallellkoppling R tot = R 1 + R 2 + R 3 + R 4 + U in = U 1 + U 2 + U 3 + U 4 +. I = konstant över hela kretsen +.. I tot = I 1 + I 2 + I 3 + I 4 +. U = konstant över hela kretsen L p p 2 log 2μPa p p dbspl L I I 1 log 12 W 1 2 m I I dbsil