Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

    Belépés
    címtáras azonosítással

    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Hangszerek fizikája

    A tantárgy angol neve: Physics of Musical Instruments

    Adatlap utolsó módosítása: 2019. február 6.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar

    Villamosmérnöki szak

    Mérnök informatikus szak

    Szabadon választható tantárgy
    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIHIJV68   4/0/0/v 4  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Fiala Péter, Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék
    4. A tantárgy előadója

    Név:

    Beosztás:

    Tanszék, Int.:

    Dr. Fiala Péter

    docens

    Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék

     Dr. Rucz Péter
     adjunktus Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék
    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

    Matematika, fizika

    6. Előtanulmányi rend
    Kötelező:
    NEM ( TárgyTeljesítve("BMEVIHI9368") )

    A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

    A kötelező előtanulmányi rendek grafikus formában itt láthatók.

    Ajánlott:

    Tematikaütközés miatt a tárgyat csak azok vehetik fel, akik korábban nem hallgatták a következő tárgyakat:

    BMEVIHI9368 Hangszerek fizikája

    7. A tantárgy célkitűzése A tárgy megismerteti a hallgatókat a hangszeres hangkeltés fizikai mechanizmusával. Bemutatja a fontosabb hangszerelemek – húrok, rudak, lemezek, membránok, rezgő légoszlopok – mechanikai és akusztikai rezgéseit leíró matematikai-fizikai modelleket. Ismerteti a hangszertestekről történő hanglesugárzás fizikai folyamatát és a fontosabb sugárzási modelleket, valamint bemutatja a hang emberi észlelésének fizikai folyamatát és fontosabb elemi modelljeit. A tárgy a fizikai rendszerek leírása során hangszertörténeti és a fizikai folyamatokból származó alapvető zeneelméleti ismereteket is tárgyal. A tárgy számos demonstrációval (audio demonstráció, hangszereken végzett mérés, numerikus szimuláció) mutatja be a a fizikai modellek és a valóság közötti hasonlóságokat-eltéréseket.
    8. A tantárgy részletes tematikája 1. hét Bemutatkozás, féléves anyag áttekintése, követelmények és célok ismertetése; hangszerek története – áttekintés. Hangszerek osztályzása hangkeltés módja szerint. Audio demonstráció.
    2. hét- Mechanikai rezgő rendszerek leírása: elmozdulás, alakváltozás, feszültség, erő, Newton és Hooke törvénye differenciális alakban egy és három dimenzióban. A szerkezeti rezgésterjedést leíró Navier-egyenlet.
    - A Navier egyenlet megoldása egy dimenzióban. Húrok transzverzális rezgései: a húregyenlet. Két végén befogott húr sajátrezgései. Felharmonikusok.
    3. hét- Hangskálák történeti áttekintése. A természetes skála hangközei. Transzponálás a természetes skálán. A temperált skála hangközei. Audio demonstráció.
    - Húrok gerjesztett rezgései: Két végén befogott húr rezgése erő- és kitérésgerjesztés hatására. Ütött húr rezgései. Pengetett húrok rezgései. Vonóval gerjesztett húrok rezgései. Csillapítás húrokban.
    4. hét - Demonstráció: hegedűn és gitáron mért rezgések megfigyelése ütéssel, pengetéssel és vonással való gerjesztés esetén. Csillapítás mérése.
    - Számítógépes demonstráció: Húrok modellezése. A húregyenlet tranziens megoldása időtartományban, véges differencák módszerével. Billentés.
    5. hét - A Navier-egyenlet megoldása rudakban. Rudak longitudinális és torziós rezgései (analógia a húr esetével). Egy vagy két végen befogatlan rudak szabadrezgései.
    - Rudak hajlító rezgései. Belső nyomaték és szögelfordulás. Másodrendű nyomaték. Különböző rudak inerciája. A diszperzió jelensége. Egy oldalon befogott rúd hajlító rezgései. Kalapácsos ütőhangszerek.
    6. hét - Rudak gerjesztett rezgései: Ütéssel gerjesztett rudak longitudinális és hajlító rezgései. Analízis a frekvenciatartományban. Csillapítás rudakban.
    - Demonstráció: Rudak Tranziens rezgései: A rúdegyenlet numerikus megoldása bonyolult geometria (ütős hangszerek speciális) esetében numerikus módszerrel.
    7. hét - Zárthelyi dolgozat.
    - A Navier-egyenlet megoldása kétdimenziós rendszerekben: membránok. Kör alakú membránok sajátrezgései. A Chladni-ábrák. Alkalmazás dobok rezgéseinek vizsgálatára. Cintányérok, gongok.
    8. hét - A Navier-egyenlet megoldása két dimenzióban: lemezek rezgései. Négyszögletes, befogott lemezek rezgései. Alkalmazás hangszertestek eseteire.
    - Demonstráció: Gitártest sajátrezgéseinek meghatározása méréssel.
    9. hét - Akusztikai rendszerek leírása. Hangnyomás, részecskesebesség, intenzitás. Az Euler-egyenlet. A momentum-egyenlet. Az akusztikai hullámegyenlet. A hullámegyenlet egyszerű megoldása egydimenzióban a húr analógiája alapján. A hullámegyenlet megoldása három dimenzióban: pontforrás hangtere.
    - Teljesen és félig nyitott sípok rezgései. A vágási frekvencia. Impedanciával lezárt légoszlopok. Fuvola és orgonasípok. A nyúlás. Sípok hangolása.
    10. hét - Az exponenciális tölcsér. A tölcsér sugárzási impedanciája. Rézfúvósok. A trombita hangkeltése.
    - Fúvós hangszerek hangkeltése szélessávú turbulens áramlással. Hangkeltés rezgőnyelvvel és ajakrezgésekkel.
    11. hét - Vonalforrás hangtere. Véges hosszúságú vonalforrás hangtere. Hanglesugárzás rezgő rudakról. Demonstráció: hangsugárzás ütéssel gerjesztett rudakról.
    - Hanlegsugárzás rezgő felületről. Lesugárzás végtelen és véges lemezről. A koincidenciafrekvencia. Hangsugárzás tetszőleges sík felületről.
    12. hét - Hanglesugárzás hangszertestről. Az iránykarakterisztika. Hegedű, cselló, gitártest sugárzási iránykarakterisztikái.
    - Demonstrácó: Hangszertest iránykarakterisztikájának felvétele méréssel.
    13. hét - Zárthelyi dolgozat
    - Hangszerek anyagai. Az anyagok lineáris és nemlineáris jellemzői. Izotróp és ortotróp anzagok leírása.
    14. hét - Hang észlelése. Az emberi fül és fej akusztikai leírása. A fej és felsőtest akusztikai átviteli függvényei. Mérés és számítás.
    - Számítógépes demonstráció: monaurális hangjel auralizálása fej átviteli függvényeinek használatával
    15. hét - évközi ZH-k pótlása
    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) Heti kétszer két órás előadások keretében
    10. Követelmények A szorgalmi időszakban: 2 ZH, és mindkettőnek legalább elégségesnek kell lennie az aláírás megszerzéséhez
    A vizsgaidőszakban: írásbeli és szóbeli vizsga letétele
    Elővizsga: nincs
    11. Pótlási lehetőségek Egy sikertelen zárthelyi a szorgalmi időszakban a pótzárthelyin pótolható.
    A sikertelen (pót)zárthelyi a pótlási héten különeljárási díj ellenében egy további alkalommal pótolható.
    12. Konzultációs lehetőségek Hetenként, az előadó fogadóórájában
    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

    Granát János: Hangszerek fizikája. Egyetemi jegyzet, kézirat

    Valkó Iván Péter: Az elektroakusztika alapjai

    Akadémiai Kiadó, Budapest, 1963.

    Lamoth Emil: Elektro-akusztika

    Műszaki Könyvkiadó, Budapest

    Tarnóczy Tamás: Zenei akusztika

    Zeneműkiadó, Budapest, 1982.

    Neville H. Fletcher, Thomas D. Rossing: The Physics of Musical Instruments

    Springer Verlag New York 1998. Second Edition
    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
    Kontakt óra60
    Félévközi készülés órákra20
    Felkészülés zárthelyire20
    Házi feladat elkészítése 
    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása 
    Vizsgafelkészülés20
    Összesen120
    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

    Név:

    Beosztás:

    Tanszék, Int.:

    Dr. Granát János

    egy. docens

    Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék

    Dr. Fiala Péter

    tanársegéd

    Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék