Dr.Godfried-Willem RAES

Kursus Experimentele Muziek: Boekdeel 4: Akoestiek, Organologie & Experimentele Instrumentenbouw

Hogeschool Gent : Departement Muziek & Drama

<Terug naar inhoudstafel kursus>    

Boekdeel 4

Akoestiek

[tevens inleidend bij Organologie en Experimentele Instrumentenbouw]

4000:

Inleiding Akoestiek

Opmerking: Van 1995 tot 1998 bestond binnen ons departement een kursus akoestiek gedoceerd door kollega Prof.Dr.Jan Kruger, waardoor wij voor een deel van de hier behandelde leerstof de studenten konden doorverwijzen naar zijn kursus. Sedert 1999 werden wijzelf, na het overlijden van Jan Kruger terug met deze kursus belast. Het perspektief is evenwel anders dan dit vanwaaruit wij ons lesmateriaal daterend van voor 1995 hadden samengesteld, nml. dat van de komponist in spe. Nu immers wordt die kursus in eerste plaats gevolgd door de studenten instrumentenbouw (voor hen is het een vast kurrikulum vak) , en sedert het akademiejaar 2000-2001 ook door heel wat studenten uit de zogenaamde richting 'producer'. Sinds de invoering van de BaMa struktuur werd het eveneens een vast opleidingsonderdeel voor de producers in de richting scheppende muziek. De aanpassing die dit met zich moet brengen, zal geleidelijk aan doorgevoerd worden in de komende jaren.

0.Voorafgaandelijke uiteenzetting in verband met algemene trillingsleer, akoestiek van muziekinstrumenten en audioperceptie. (zie 4500.html)

0.1.- Geluid

0.1.1.- Fysische karakteristieken

  • Geluid is trilling van luchtmolekulen m.a.w. het is luchtdrukmodulatie. De geluidstrilling is gesuperponeerd bovenop de normale aanwezige, en slechts traag veranderende luchtdruk (op het nivo van de zeespiegel 100kPa of 1 Bar) , zoals die bvb. door een barometer kan worden gemeten. Deze druk is onderhevig aan relatief trage schommelingen van het klimaat in het bereik 95kPa (950mBar) tot 105kPa (1050mBar). De drukvariaties eigen aan geluid hebben een bereik van 20µPa tot 20Pa. Het geluid -de trilling- plant zich voort door elastische botsing van de trillende molekulen onder elkaar en niet door verplaatsing van de molekulen zelf. Verplaatsing van de molekulen zelf is stroming, beter bekend -in lucht althans- als wind. Stroming wordt veroorzaakt door de verplaatsing van het gas, van een ruimte waar een hogere druk heerst, naar een ermee verbonden ruimte, waar een lagere druk heerst. Drukverschillen in lucht kunnen ontstaan door mechanische oorzaken (bvb. een ventilator, een kompressor of... de aardrotatie zelf) maar ook door temperatuurverschillen. Een temperatuurstijging doet immers de druk toenemen.

    Fyzische grootheden of parameters in dit verband zijn:

  • - intensiteit van de trillingen: momentaan, geintegreerd over een tijdsinterval, rms waarde.
  • - hun verloop in de tijd: periodiciteit, statistische verdeling, impulsen...
  • - hun spreiding door en plaatsing binnen de ruimte
    •

     

  • Lucht is een mengsel van een hele reeks gassen. De belangrijkste ingredienten van droge lucht zijn stikstof (N), zuurstof (02) en de onstabiele variant ervan, ozon (O3), waterstof (H2), koolstofdioxide (CO2), Argon (Ar) en Helium (He). Lucht bevat daarnaast nog een zekere hoeveelheid dampen (waterdamp, uitlaatgassen...) en mikroskopische vaste stofdeeltjes van organische en anorganische oorsprong. Gefilterde lucht is lucht waarin alle zwevende vaste stofdeeltjes zijn neergeslagen. Droge lucht is lucht waarin geen dampen aanwezig zijn.
    •

    0.1.2.- Audioperceptorische karakteristieken

    0.1.2.1.- parameters

    - toonhoogte

  • onze toonhoogteperceptie is grotendeels logaritmisch en verloopt ook grotendeels evenredig met de fysische frekwentie van de luchttrillingen. Merkwaardig genoeg echter blijkt onze toonhoogte-waarneming mede afhankelijk te zijn van de geluidssterkte! Hoge tonen klinken iets hoger wanneer ze luider worden, en lage iets lager. Een zogenaamd absoluut gehoor bestaat niet. Wij hebben geen fysische noch fysiologische ingebouwde stemvork. Wel hebben we een zeer goed geheugen voor klankkleuren (wat ons o.m. toelaat stemmen snel te herkennen) waardoor sommige musici bvb. in staat zijn hun instrument toch betrouwbaar juist te stemmen: zij onthouden de klankkleur van hun instrument bij de gezochte toonhoogte.
    •

    - luidheid

  • onze luidheidsperceptie is eveneens grotendeels logaritmisch, maar evenzeer afhankelijk van de toonhoogte.
    •

    - klankkleur

  • klankkleur is geen fysische parameter van het geluid. Vanuit de perceptie bekeken bestaat er een kontinuum tussen waarneming van een geluid als enkelvoudig geluid en de waarneming van bvb. een akkoord als samengesteld geluid. Bovendien is de klankkleurperceptie zeer sterk afhankelijk van zowel luidheid als toonhoogte. In de traditionele westerse muziek wordt klankkleur vooral toegepast als een diskontinue verzameling van elementen. Klankkleur wordt kwalitatief gebruikt eerder dan kwantitatief. In sommige stromingen van de hedendaagse muziek (o.m. bij de spektralisten) wordt klankkleur of timbrale opbouw en samenstelling een deel van de syntax waarmee wordt gekomponeerd.
    •

    - tijdverloop

  • het tijdsverloop van geluiden wordt door het menselijk oor op verschillende manier geduid of geinterpreteerd:

    Diskontinuiteiten in luidheid en toonhoogte worden als ritmiek ervaren vanzodra zij zich niet sneller herhalen dan ca. 16 keer per sekonde.

    Kontinue en trage veranderingen in luidheid worden geduid als dinamiek.

    Snelle veranderingen in luidheid en timbre worden geduid als timbre in ruime zin, meer bepaald , als 'omhullende' (enveloppe) van een geluid.

    Globaal genomen (en gezien over een niet al te grote tijdspanne) wordt de tijd lineair waargenomen.

    • - situering en beweging in de ruimte

  • De ruimtelijke situeerbaarheid van een geluid in het open veld ( dit kan men zien als een nul-akoestiek) hangt af van de toonhoogte en de luidheid, enerzijds, maar ook van de oppervlakte en vorm van de geluidsbron anderzijds. In het allerbeste geval is de mens in staat een geluid tot op 6 graden nauwkeurig ruimtelijk te situeren. In een gesloten ruimte waar de akoestiek van de ruimte door haar reflekties een belangrijke rol speelt, is deze situeerbaarheid heel wat kleiner. (cfr. 4400)
    •

    0.1.2.2.- parametrische grenzen

  • - om toonhoogte te kunnen waarnemen moet het geluid gedurende een minimale tijd worden waargenomen. Deze minimale waarnemingstijd nodig om een toonhoogte te kunnen waarnemen is afhankelijk van die toonhoogte. Hoe lager de toon, hoe langer we hem moeten horen om zijn hoogte te kunnen bepalen.

    - de ruimtelijke situering van een geluidsbron hangt af van haar luidheid, maar ook van haar toonhoogte. Lage tonen zijn moeilijker in de ruimte te situeren dan hoge.

    •

    0.1.2.3.- waarnemingsgrenzen

  • Opdat wij een geluid zouden kunnen waarnemen moeten een aantal drempelwaarden worden overschreden:
    •

    de toonhoogte moet begrepen zijn tussen 20 Hz en 20000 Hz. (de maximale waarnemingsgrenzen voor het onbeschadigd menselijk oor)

    de luidheid moet groter zijn dan de (toonhoogteafhankelijke) hoorbaarheidsdrempel en mag de pijngrens al evenmin overschrijden.

    de minimum-duur moet worden overschreden.

    0.2.- Geluidsbronnen : Muziekinstrumenten

    0.2.1.- trillende lucht

  • d.w.z de lucht wordt rechtstreeks in trilling gebracht. Daarbij zijn er twee mogelijkheden :
    •

    0.2.1.1.-

  • Een bewegende luchtstroom wordt naar een obstakel geleid waardoor er wervelingen ontstaan die in een aantal gevallen een toon opleveren. Het obstakel zelf trilt niet.

    Het meest bekende voorbeeld is hier de kernspleetfluit (blokfluiten, labiaal-pijpen in het orgel ...). Een minder klassiek voorbeeld is het handgeklap en de vlak aangeslagen klopbuis...

    •

    0.2.1.2.-

  • Een bewegende luchtstroom wordt naar of doorheen een of twee elastische obstakels geleid, die daardoor tot trillen komen en hun trilling versterkt op de luchtstroom overdragen . Bekende voorbeelden zijn de koperblaasinstrumenten , waarbij de elastische obstakels de lippen zijn, de stem waarbij het de stembanden zijn, de hobo waar het een dubbelriet is, de klarinet waar het een enkel riet is. Een minder bekend voorbeeld is de windharp, waarbij het obstakel gevormd wordt door een reeks gelijkgestemde snaren.

    • 0.2.2.- trillende voorwerpen

  • Hierbij wordt geen stromende lucht gebruikt. Om die reden moet het klinkende oppervlak dan ook relatief groot zijn , vooral voor het voortbrengen van lage tonen. (Dit hangt samen met het logaritmische karakter van onze audioperceptie).
    •

    0.2.2.1. - een-dimensionele : snaren

    0.2.2.2. - twee-dimensionele: membranen

    0.2.2.3. - drie-dimensionele

    0.2.2.3.1.- vrij klinkende

    0.2.2.3.2.- ingeklemd aan een uiteinde

    0.2.2.3.3.- ingeklemd in het midden

    0.2.2.3.4.- ingeklemd aan beide uiteinden

    0.2.3.- synthetische trillingen: elektronika

  • Hierbij is er de oorzaak van het geluid geen trilling van een of ander fyzisch objekt ,maar wel van een de trilling van een elektronenstroom. Uiteraard kunnen we deze elektronenstroom niet rechtstreeks horen, en gebruiken we daarvoor luidsprekers die wel fysisch trillende objekten zijn ( membranen eigenlijk ). Maar, door het feit dat de techniek zoveel mogelijk poogt deze luidsprekers zo te bouwen dat het geluid dat erdoor wordt geprojekteerd zo weinig mogelijk wordt gekleurd door hun eigen fyzische eigenschappen, blijft het toch zinvol elektronische klankopwekking afzonderlijk te behandelen.

    Wanneer we naar muziek luisteren via de radio bvb. zeggen we toch nooit dat we naar een luidspreker (een trillend stuk karton) luisteren, hoewel we dat objektief wel doen.

    • 0.2.3.1 - één-dimensionele:

    analoge of digitale periodieke oscillatoren met konstante golfvorm

    0.2.3.2. - twee-dimensionele:

    analoge of digitale schakelingen met periodieke frekwentiemodulatie

    0.2.3.3. - n-dimensionele programmeerbare digitale golfvorm- generatoren met n-modulatieparameters.

    0.2.3.4.- komplexe digitale of hybride oscillatie-systemen met niet-periodieke karakteristieken en n-programmeerbare vrijheidsgraden.

    Filedate: 970928 / last update : 2007-10-15

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