Profielwerkstuk antigeluid

[rohaantje]

Hallo beste mede-tweakers,

Wij zullen ons even voorstellen:
Ruben Rohaan(rohaantje)
16 jaar
Ik doe op het moment havo 5

Klaas Kramer(kj.web)
16 jaar
Ik doe op het moment havo 4, omdat ik een jaar ben blijven zitten.

Omdat wij in het laatste jaar zitten van de middelbare school, moeten wij een profiel werkstuk doen(dit is hoop ik algemeen bekend). Wij hebben gekozen voor het onderwerp antigeluid(ook wel Active Noise Canceling(ANC)). We hebben al een hele boel informatie verkregen via Nokia.
Wij willen dit verschijnsel zichtbaar maken, en ook begrijp baar voor mensen die zich niet hebben verdiept in de wetenschap achter antigeluid. Wij hebben in ons hoofd om dit met golven in wat zichtbaar te maken.

Nu hebben wij hier al mee geëxperimenteerd, en hebben wij 2 opstellingen gemaakt.
de opstellingen bestonden uit:
- 2 punten die het water tegelijk raakten, zodat er twee cirkel vormige golven tegelijk ontstonden.
- 2 punten die in tegenfase het water raakten, zodat er twee cirkelvormige golven elkaar afwisselen.

resultaat in tegenfase:

resultaat tegelijk:


Maar wij zijn achteraf teleurgesteld doordat we geen resultaat zagen.
Nu hebben wij via de informatie van Nokia een nieuw idee verkregen.

Ons werd het volgende uitgelegd:
Omdat jullie cirkel vormige golven gebruiken zien jullie geen resultaat. Dit omdat het fenomeen antigeluid op hele kleine gebieden voorkomt.(vb: teken een cirkel van 20m straal, en bekijk 1 cm van die cirkel. Je zit een rechte lijn.) En juist op die rechte lijn komt het fenomeen antigeluid voor.

Dus wij willen dit gaan nabootsen, alleen nu met rechte golven in het water.



En dan komen we nu bij ons probleem:
De balken die je ziet moeten in tegenfase in het water komen, alleen komen wij er niet uit hoe we deze, en precies recht, en onder een hoek van ongeveer 160 graden in het water krijgen.
Wat wij tot onze beschikking hebben:
- 1 aandrijf motor(een staafje dat op en neer gaat(op verschillende frequenties instelbaar))
- Flink aantal constructie staven
- en een werkplaats we eventueel constructies in mogen maken.
Ik hoop dat jullie het kunnen volgen. Zo niet dan hoor ik het wel hieronder.
voor eventueel extra info kun je rohaantje en kj.web altijd contacteren via DM.

Geplaatst met toestemming van moderator

[ Voor 7% gewijzigd door rohaantje op 07-09-2011 21:47 . Reden: plaatje fix, typo ]

[Fish]

Mischien moet je de plaatjes nog even er in frotten ?

Het makkelijkst is nog gewoon een niet actieve woofer te pakken met een stereo aansluiting
dan sluitje eerst alles is fase aan daarna in tegenfase. en zie je merkt veel minder van de bassen

dan voelen ze gewoon het verschil

[ Voor 68% gewijzigd door Fish op 07-09-2011 20:13 ]

[rohaantje]

@fish: graag even zaken waar we ook wat mee kunnen. En het is ook erg plaatselijk. dus voor persoon 1 zou er dan geen bass zijn. terwijl bij persoon 2 de trommelvliezen eruit knallen.

[Fish]

Zo uit de hoogte doen is ook een kunst he. hoe weet je zeker dat het zo plaatselijk is ik heb het over 1 kast en niet over 2, maar whatever.

Die bak van jou is gewoon te klein denk ik. je golf moet de ruimte hebben om te dempen, nu reflecteerd hij gewoon aan de zijkant. denk bijv eens aan een vloeistof met en lagere viscositeit. een gel, of pudding achtige substantie

[ Voor 15% gewijzigd door Fish op 07-09-2011 21:35 ]

[rohaantje]

@fish: als ik gebruik maak van een stereo kanaal, dan klopt het dat er geen geluid uit komt. Dit komt omdat mijn pc het ziet. en die gooit er dus geen geluid uit. niet het effect wat wij willen.

die bak is idd te klein dat is een feit. wij zitten zelf te denken een een bak van ongeveer 100mm bij 100mm.
en dan aan de zijkanten een foam wat de golven moet dempen

[Sissors]

fish schreef op woensdag 07 september 2011 @ 21:33:
Zo uit de hoogte doen is ook een kunst he. hoe weet je zeker dat het zo plaatselijk is ik heb het over 1 kast en niet over 2, maar whatever.

Omdat dat het hele probleem is met anti-geluid en andere vormen van cancellation van golven, je krijgt altijd interferentiepatronen (Wikipedia: Interferentie (natuurkunde))
Dat zag je ook bij je twee puntbronnen, op sommige plekken is het uitgedoofd, op andere plekken twee keer zo sterk. Echter de plekken zijn zo klein dat het niet voor het menselijk oog zonder hulpmiddelen zomaar te herkennen is.

Maar omdat je altijd interferentie hebt is het ook nagenoeg onmogelijk om over een groot gebied golven te cancellen, daarom werken noisecancelling koptelefoons ook wel, die hoeven enkel bij je oren te cancellen, en zal het niet lukken om een complete kamer stil te krijgen met behulp van noise cancelling (nou ja onmogelijk is een groot woord, maar het komt er redelijk in de buurt).


Ik heb zelf mijn twijfels hoever je met zon bak gaat komen om het te laten zien, maar goed, het is een poging waard. Als eerste, je opmerking van 20:31 was arrogant en onnodig. Vervolgens zal je inderdaad moeten zorgen dat je golven aan de randen uitdempt.
Subwoofers gebruiken is gewoon een goed idee, ik zie nog niet echt in wat voor problemen jouw computer er precies mee heeft.

Als je het met je enkele motor wilt doen zal het niet helemaal triviaal zijn om tegenfases te maken, maar ik kan je denk ik wel helpen met je balken en iets van overbrenging: veel plezier met het uit de kast halen van je technisch lego/k'nex voorraad. Weet niet hoe lekker dat gaat zijn voor de overbrenging, maar iig beter dan alles wat je zelf in die werkplaats in elkaar zal flansen.

[Fish]

Even ouwe natuurkunde opbubbelen uit m'n hoofd van 20 jaar geleden

Je probleem is natuurlijk relatief korte golflengte tot de grootte van het gebeid dat je wil dempen. het gebied dat je wil dempen kan niet groter zijn dan de kleinste golflente (de afstand tussen 2 knopen) en dan moet de golf ook nog eens gedempt zijn voordat het de rand van de bak bereikt

Voor 1Khz in de lucht zal dat dan maximaal een gebied van 334 ofzo /1000 dus kleiner dan 30 cm rond zijn. oid

[ Voor 9% gewijzigd door Fish op 07-09-2011 22:32 ]

[Dido]

offtopic:
Ik heb even je titel onttikfout en vernederlandst

[Nextron]

Op deze pagina staan wat applets waarmee je wat resultaten kan nabootsen (vooral de eerste paar) zonder de complete opstellingen te bouwen. De pauzeknop zal ook wel van pas komen.

[NickThissen]

Ten eerste: ik vind het een beetje vreemd dat jullie meteen van geluid naar water golven overstappen. Het type golf is anders (lateraal vs transversaal), en ook al is het na wat uitleg misschien wel duidelijk dat het effect hetzelfde is, voor een leek is het misschien totaal niet duidelijk dat golven in water vergelijkbaar zijn met geluidsgolven. Dus als je besluit het effect met water te tonen leg dan ook wel duidelijk uit wat het verschil tussen golven in water en geluidsgolven zijn, en waarom het effect toch hetzelfde uitpakt.

Ten tweede gaat het principe tonen in een kleine bak met water waarschijnlijk nooit werken. Je hebt namelijk heel erg last van reflecties van de randen die je hele effect teniet doen. Omdat golven in water niet zo heel snel bewegen is het effect misschien een paar seconden duidelijk maar ik denk niet lang genoeg om het goed te kunnen laten zien.

Daarnaast zou ik proberen een simpele opstelling met echt geluid te gebruiken. Ik heb zelf een aantal jaar geleden aan een project gewerkt om een 'geluidskanon' te bouwen. Het doel was een 'speaker' te maken die alleen geluid recht vooruit uitzend en zo weinig mogelijk naar de zijkanten. Dit hebben we gerealiseerd door antigeluid. Het idee is om een aantal speakers naast elkaar te plaatsen. Als de afstand tussen de speakers een bepaalde waarde heeft (welke dit is mag je zelf beredeneren, ik wil niet alles voorkauwen ) dan zullen de geluidsgolven voor de lijn met speakers elkaar precies versterken, en de geluidsgolven aan de zijkant (in het verlengde van de lijn van speakers zeg maar) elkaar uitdoven, omdat ze daar in tegenfase zijn.

Hier volgen een aantal plaatjes wat ik toen gemaakt heb:

Een schematische weergave van twee speakers (zwarte punten) die (in fase) naast elkaar geluid uitzenden. De rode cirkels zijn de punten waarop de golven minimaal zijn, de zwarte juist waar ze maximaal zijn (er zit dus telkens een golflengte tussen).


Zoals je kunt zien vallen de rode cirkels precies over elkaar recht voor de speakers (en ook de zwarte). Aan de zijkant wisselen de zwarte en rode cirkels elkaar echter op, daar is het maximum van het geluid van een speaker dus precies gelijk met het minimum van de andere speaker. In ideaal geval heb je daar dus geen geluid meer (uiteraard gaat het in de praktijk nooit zo goed werken).

Hier een 3D weergave waarin de resulterende (opgetelde) golven getekend zijn:


We hebben een simpel model gemaakt voor een lijn met N speakers naast elkaar, en uit de theorie komt de volgende grafiek rollen (voor 4 speakers)

Je kunt dit in principe zien als het geluidsniveau op verschillende hoeken (0 en 180 graden is naast de lijn met speakers, 90 graden is er recht voor).
Hoe meer speakers, hoe sterker het effect.

Ten slotte hebben we dit apparaat daadwerkelijk gebouwd (met flink wat kanttekeningen, we gebruikten geen lijn maar een hexagonale vorm met speakers in driehoeken geplaatst, zodat de uitdoving in 3 richtingen werkt in plaats van alleen 'in het vlak'), en hier wat metingen aan gedaan. Een voorbeeld:


Zoals je ziet hadden we aan de zijkant nog steeds ongeveer 65 dB, maar dat is een behoorlijk verschil met 90-95 dB aan de voorkant! Het effect was dan ook heel goed hoorbaar. Hiermee zou je dus best gemakkelijk een kleine opstelling mee kunnen bouwen om het effect hoorbaar te laten zijn.
Ook hier geldt weer dat het buiten veel beter werkt, anders gaan de muren het geluid reflecteren en hoor je er niks meer van.

Als je het een beetje goed wilt aanpakken zul je wel speakers moeten hebben die je in fase kunt aandrijven. Wij hebben destijds een groot aantal piezo speakertjes mogen kopen (een stuk of 50-60), ze kosten een dollar per stuk ofzo geloof ik en ze gaan flink hard. Met een aantal van deze kun je een heel eind komen denk ik.


Het ligt er allemaal maar net aan hoeveel moeite je er voor wil / kan doen maar er zijn dus mogelijkheden genoeg om het met geluid zelf te demonstreren. Maar de bak met water zou ik niet te veel van verwachten, tenzij het een enorme bak is (meters groot) of je de golven heel goed kunt dempen (ik zou niet weten hoe).

[kj.web]

Okee, bedankt voor de racties to zover.

Ik heb gemaild met een audio specialist van nokia.
Die man werkt op de universiteit op dit gebiedt, en heeft de ontwikkeling van de BH-905i begeleidt.
Hij kon mij vertellen dat het ging werken met 2 linialen in tegenase aan 1 kant van de bak water, en dat je in het midden geen golven ziet. Doordat je met schuim de golven opvangt aan de randen, krijg je geen verstoringen.
Het mooie met water is dat het veel langzamer beweegt dan geluid, en dat je de techniek kan aantonen met het blote oog, en dat wasvook onze insteek: eerst laten ZIEN hoe de techniek werkt, en dan met geluid een opstelling maken.

Ik heb vanmiddag met mijn vader (muziekstudio als beroep) een werkende opstelling gemaakt met logic en een delay.

We gebruikten op speaker 1 172hz, precies een golflengte van 2 meter, en op 1 meter een koptelefoon met microfoon. Toen we de delay goed instelden, zodat ik een tegenfase had in de koptelefoon, hoorden we niets.
Het is relatief makkelijk en goedkoop om deze opstelling te maken, een laptop, een koptelefoon, een microfoon, en een speaker met mp3 speler die 172hz creeerd (of andere frequentie indien wenselijk).
uiteraard kun je de microfoon bijvoorbeeld ook anders positioneren, en dan herberekenen met delay, maar dat is natuurlijk altijd nog nader te bepalen

Die opstelling is er dus al, maar het aantonen in water willen we graag om te laten zien hoe het werkt, zodat de andere studenten het ook snappen.

Vandaar de behoefte aan een werkende opstelling met water, zou erg leuk zijn

[KopjeThee]

kj.web schreef op woensdag 07 september 2011 @ 23:44:
...op dit gebiedt, en heeft de ontwikkeling ... begeleidt.
...speler die 172hz creeerd...

offtopic:
Probeer een klein beetje op de d's en t's te letten. Zie bijvoorbeeld wikipedia.

[FunFair]

Leuk! ik heb lang lang geleden hetzelfde onderwerp verkozen voor mijn profielwerkstuk van de Havo.

Dit heb ik in een andere setting proberen aan te tonen, dan het zichtbaar maken van de golven in water. Wellicht gaat het verhaal van NickThissen ietswat te diep voor een Havo profielwerkstuk, of er wordt tegenwoordig veel meer verwacht dan 'vroeger'.

De opstelling die ik gebruikte was een stuk simpeler. Met een audioprogramma heb ik een golflengte geproduceert. Hier heb ik vervolgens 2 oude pc-speakers genomen en tegenover elkaar gezet. Deze speakers produceren dan op zowel Links als Rechts een monotone golflengte die uiteraard was in te stellen.

Vervolgens hebben we met een ander audioprogramma en een microfoon in het midden opnames gemaakt van het effect. Wat gebeurd er wanneer je de microfoon iets verschuift van het midden en hoe ziet dit eruit als opname? Wordt de opgenomen golf luider, of juist zachter? En wat gebeurd er als je de polariteit van de speakers omdraait? (kabel doorknippen en de draadkleuren verwisselen)

Andere klasgenoten hebben het met een osciloscoop gedaan, waardoor je direct het effect kon zien. De compterprogramma's konden het helaas nog niet realtime laten zien.

Wellicht is het met huidige software wel een stuk beter inzichtelijk te maken, of misschien iets doen met meerdere microfoons die op verschillende afstanden het geluid opvangen?

Een bak water is natuurlijk wel een stuk interessanter om te laten zien dan een paar plaatjes van geluidsgolven in een verslag. Maar misschien kun je wat vastleggen d.m.v. video?

[kj.web]

Ja, wat mijn idee was om het zwembadje dat we gekocht hebben vandaag (120cmx35cm) te vullen met water en in een donkere ruimte te beschijnen met een zaklamp, omdat je onder de goede hoek volledige terugkaatsing krijgt van het licht, maar niet bij de golven.
Ik was van plan om het op die manier te filmen met een HD Camera, maar ik heb geen idee of deze belichting werkt.
Uiteraard is experimenteren het antwoord op deze vraag en dat maakt het gelijk leuk.

[Verwijderd]

Is het niet leuk om dat experiment uit te brijden met wat Cymatics experiments

YouTube: Cymatic experiment - YouTube