[PWS]Anti-geluid

[David]

Reaper_One en ik zijn bezig met een PWS (profielwerkstuk) over Anti-geluid. In [Gezocht]VU-meter prog had ik het al laten doorschemeren, en het schijnt dat mensen het wel interessant vinden om er meer over te weten te komen. Misschien dat er hier ook wel mensen rondzwerven die ons van nuttige tips kunnen voorzien

Als ik straks op mijn eigen PC zit zal ik wat plaatjes erbij zetten om de boel op te helderen (dit is de 'toongenereer/meet-pc' )

Ten eerste:
Wat is anti-geluid?
Anti-geluid is precies wat de naam zegt: het tegenovergestelde van geluid. Stel: je hebt een sinustoon. Als je die vermengt met een omgekeerde sinustoon, dan heffen ze elkaar op. Geluid bestrijden met geluid: Anti-geluid dus.

De toepassing
De toepassing van anti-geluid lijkt me duidelijk: herrie bestrijden. Voor hoge tonen is het niet geschikt. Die tonen hebben een hoge frequentie en hebben dus krachtige apparatuur nodig (leg ik later nog wel uit). Ook is het spul nogal duur en maar voor specifieke toepassingen geschikt.

Ons experiment
Wij gaan met ons PWS onderzoeken of de toepassing van anti-geluid met betaalbaar spul te doen is. Je moet altijd simpel beginnen. Wij begonnen met een sinustoon van 440Hz, een PVC-buis met een speaker aan het uiteinde en eentje ergens in de buis. Dit alles zat aangesloten op het volgende:
-Een PC met twee geluidskaarten
-Pa's oude oscilloscoop (van zolder )
-Een microfoon
-Een mengpaneel (om het uitgangssingnaal van de microfoon voor te versterken voor gebruik op de scope)
Met CoolEdit 2000 genereerden we de nodige tonen.

De rest van het verhaal komt nog (we zijn nu bezig namelijk). Ik kan je al wel vertellen dat we in de buurt van stilte komen

[Anoniem: 62484]

je kunt ook een opstelling maken met een bak met 3 compartimenten in de linker de speaker met een schuif die de middelste en de linker scheidt. In de middelste een bak met pingpongballen. Rechts hetzelfde als links maar dan omgedraaid. Nu genreer je een sinus van 100Hz ofzo en de tegenfase aan de rechterkant. Als je de schuif links weghaalt gaan de ballen op en neer springen. Gaat de rechterschuif omhoog en wordt de 100Hz uitgedoofd zullen de ballen weer gaan liggen.

[David]

Teveel discovery gekeken? Een paar jaar terug was er namelijk in 'moments of discovery' een dergelijk experiment (met ballen) te zien. Dat werkt ongetwijfeld. Probleem is alleen dat wij niet zo'n bak hebben, geen speakers hebben die 100Hz fatsoenlijk kunnen weergeven.
Voordeel van een buis is dat je gericht geluid krijgt, net als een laser bij licht. Met gericht geluid kun je veel makkelijker werken (je hoeft het maar in 1 of twee richtingen uit te doven).

Op dit moment hebben we de sinustoon uit kunnen doven. Onze volgende stap is twee of meer sinustonen door elkaar. Dan gaan we muziek proberen uit te doven en dan gaan we met een microfoon aan de slag (die zelf opneemt wat 'ie uit moet doven en zelf de vertraging berekent.)

[Anoniem: 41615]

Voor degene die dit wil ervaren en een subwoofer in de auto heeft
Ffies zo`n test cdtje voor je sub afstellen fixen (zo eentje die steeds een hogere frequentie pakt). Als deze bij de 100 Hz is dan kan je lachen als je praat..
De 100 Hz uit je stem word weggefilterd door de 100 Hz die de sub maakt..

(moet je wel een leuke sub hebben die strak speelt, ikzelf een 10 inch JBL Power Serie subje en een JBL P80.4)

[Anoniem: 62484]

tja lijkt me lastig om precies te meten en het -sin signaal precies 180 in fase te laten draaien maar bij een aanhoudende toon moet het kunnen. Bij muziek heb je zoiezo een probleem dat de muziek nooit een aanhoudend patroon heeft zoals een sinus en dat uit de speakers waar het -sin signaal te horen is altijd achterloopt met de bron speaker. Als je anti geluid echt in de praktijk wilt brengen wordt het helemaal lastig omdat je oneindig analoog veel weerkaatsingen hebt.

[David]

Daarom gaan we voor de opstelling met microfoon (als we die fase ooit bereiken ) de volgende opstelling gebruiken:

code:

--------------------------------------------
speaker1       microfoon        speaker2                              
------------------+----------------+--------
                  |                |
                  +-------PC-------+

Zo heeft de PC tijd om de invoer van de microfoon te inverteren, er een vertraging aan toe te voegen en op tijd een tegensignaal op speaker 2 te pompen.

[ Voor 0% gewijzigd door David op 29-08-2002 16:19 . Reden: layout ]

[Anoniem: 43275]

Dit heeft in de jaren '60 al ooit eens gespeeld, idd volgens Moments of Discovery.
Daar hadden ze al -bijna- kantenklare toepassingen om herrie-achtige machines te bestrijden. De reden waarom je het eigenlijk nooit ziet is volgens mij omdat het heel moeilijk is om te "voorspellen" wanneer de volgende sinus komt en hoe hard dat hij is. Als je die twee niet exact weet, dan heb je kans dat je je herrie verdubbeld ipv dat je het reduceert. (Ik kan me van Discovery herinneren dat je dan een hele lelijke echo krijgt die niet om aan te horen is).

In het lab met een continue testsignaal is dit "voorspellen" natuurlijk een stuk makkelijker, omdat je weet wat er gaat gebeuren. Maar in de praktijk ligt dat wel een stuk anders; machines (ook auto's enzo) gaan harder/zachter, windrichting veranderd etc etc.

Maar voor een PWS lijkt me dit zeer zeker een mooi onderwerp.

[David]

Maar voor een PWS lijkt me dit zeer zeker een mooi onderwerp.

Dat is het zeker. En ingewikkeld! Maar je hoeft toch niet te voorspellen? In de buis registreert je microfoon gewoon welk geluid er gaat komen.
Je probeert ook niet het geluid volledig weg te halen (dat is onmogelijk), je porbeert het algehele geluidsniveau te verlagen.

[Anoniem: 62484]

Op die manier zou het wel kunnen lukken maar zodra je het in de ' open lucht' gaat doen daalt het dempingsrendement fors.

[sdomburg]

Ik heb op de UT college over antigeluid gevolgd vorig jaar (zit nu in VWO6). Als je antigeluid gaat onderzoeken, zoek dan ook het veld van knopen en buiken en hoe het veranderd bij verschillende frequenties. Dan krijg je een best wel interresant PWS. Met MathLab kan je het ook simuleren, heel interresant!

[David]

Ehm, ik zit nu zelf ook in VWO 6 (PWS doe je niet begin 5e). De ruimtelijke toepassing van antigeluid is vrijwel onmogelijk (je krijgt per frequentie een verschillend aantal knopen/buiken). Daarom hebben wij onze opstelling beperkt tot een buis (hierin wordt het geluid minder verspreid).

't is ons vanmiddag gelukt de 440Hz toon vrijwel compleet uit te doven met een vertraging van 3,55ms tussen de twee speakers. Vreemd genoeg werkte deze zelfde vertraging niet bij andere frequenties (zelfs niet bij het dubbele: 880Hz). Toch leek ons dat de geluidssnelheid wel constant blijft (temperatuur bleef immers constant: het is een kelder), dus dat juist die vertraging bij alle frequenties zou moeten werken. Morgen gaan we met een kleinere buis proberen (misschien zorgde de reflectie van geluid langs de zijwanden voor afwijkingen)

Ik hou jullie op de hoogte!

[Anoniem: 62484]

Simulink is wel leuk maar de praktijk daar gaat het om. De complexiteit van zo'n opstelling is altijd moeilijk te simuleren omdat er zoveel variabelen zijn die elkaar nog eens beinvloeden. Ik weet niet hoeveelste order maar ik denk dat je het met 3e order ver ghad hebt met berekenen.

[Anoniem: 37358]

DiMension schreef op 29 augustus 2002 @ 16:41:
[...]
Maar je hoeft toch niet te voorspellen? In de buis registreert je microfoon gewoon welk geluid er gaat komen.

Aangezien er een vertraging zit tussen wat de microfoon oppikt en het tijdstip dat jouw geluid daar aankomt moet je dus wel gaan voorspellen. Je tweede zin is ook wat vreemd, een microfoon registreert niet welk geluid er gaat komen maar welk geluid er op dat moment bezig is (of nog nauwkeuriger gezegd, wat voor uitwijking je microofoonmembraan op dat moment heeft)

hoe dan ook, voordat jij daar een geluid in tegenfase bij hebt gezet is er alweer de nodige tijd verstreken en kan het geluid compleet veranderd zijn; het probleem bij anti-geluid zit hem dus in ingewikkelde algoritmes die een poging doen het geluid te voorspellen

maar bij een constante sinustoon speelt dit natuurlijk niet.....desondanks een erg interessant project,succes ermee

[Anoniem: 37358]

DiMension schreef op 29 augustus 2002 @ 17:07:
Vreemd genoeg werkte deze zelfde vertraging niet bij andere frequenties

hmm, komt dit niet doordat andere frequenties een andere golflengte hebben? als je die ene frequentie hebt weten uit te doven staan de golven dus precies in tegenfase, als je dan de frequentie veranderd lijkt het me logisch dat je weer even moet zoeken voordat je je signaal weer in tegenfase krijgt

of zit ik nu helemaal verkeerd.....kan namelijk ook erg goed

[Anoniem: 62484]

In theorie zou de opstelling alleen opgaan als de lengte tussen de twee speakers precies deelbaar is door de golflengte (uitkomt op een heel getal) anders is het fase verschil natuurlijk geen 180 graden. maar dat zou betekenen dat bij die toon van 800 hz ook uitdoving zou moeten optreden. Ik denk dat de reflecties tegengegaan moeten worden. De pijp zou van binnen beter moeten worden gedempt om reflecties tegen te gaan.

[David]

Anoniem: 37358 schreef op 30 augustus 2002 @ 02:05:
[...]
hoe dan ook, voordat jij daar een geluid in tegenfase bij hebt gezet is er alweer de nodige tijd verstreken en kan het geluid compleet veranderd zijn; het probleem bij anti-geluid zit hem dus in ingewikkelde algoritmes die een poging doen het geluid te voorspellen

Daarom werken we met een afstand tussen de microfoon en de anti-geluid speaker. De microfoon registreert, en voordat die golf bij speaker 2 komt heeft de computer het signaal geinverteerd. Zo hoef je niks te voorspellen.

Anoniem: 37358 schreef op 30 augustus 2002 @ 02:09:
[...]

hmm, komt dit niet doordat andere frequenties een andere golflengte hebben? als je die ene frequentie hebt weten uit te doven staan de golven dus precies in tegenfase, als je dan de frequentie veranderd lijkt het me logisch dat je weer even moet zoeken voordat je je signaal weer in tegenfase krijgt

of zit ik nu helemaal verkeerd.....kan namelijk ook erg goed

Ik zal straks even een animatietje maken om te laten zien dat een bepaalde vertraging bij elke frequentie zou moeten werken, omdat die alleen afhangt van de geluidssnelheid. Grote kans dat het niet klopt (het werkt namelijk niet), maar dan snap ik er niks meer van

Anoniem: 62484 schreef op 30 augustus 2002 @ 02:15:
In theorie zou de opstelling alleen opgaan als de lengte tussen de twee speakers precies deelbaar is door de golflengte (uitkomt op een heel getal) anders is het fase verschil natuurlijk geen 180 graden. maar dat zou betekenen dat bij die toon van 800 hz ook uitdoving zou moeten optreden. Ik denk dat de reflecties tegengegaan moeten worden. De pijp zou van binnen beter moeten worden gedempt om reflecties tegen te gaan.

Dat van die reflecties is waarschijnlijk het grootste struikelblok. Dan moeten we straks maar even langs de Praxis voor wat dun dempingsmateriaal (als het te dik is houden we geen buis meer over). Het faseverschil moet natuurlijk 180 graden zijn, maar als je een veranderend signaal hebt (bijvoorbeeld een sinussweep van 100 tot 1000Hz) moet het anti-signaal natuurlijk ook qua tijd kloppen met het referentiesignaal. Daarom moet je er (volgens ons) een vertraging inbouwen die gelijk is aan de tijd die geluid erover doet om van de referentiespeaker (speaker 1) naar de anti-speaker (speaker 2) te komen.

[ Voor 0% gewijzigd door David op 30-08-2002 09:34 . Reden: ooit zal ik leren dat het quote is en niet qoute ]

[djazete]

dempen werkt pas goed vanaf een kwart labda, dus als je 440 hertz wilt dempen moet je even uitrekenen wat de golflengte is (c=f/labda) waarbij je ff moet kijken wat de temperatuur is om c nauwkeurig te bepalen. je dempingsmateriaal moet dus minstens een kwart labda zijn.. een achtste werkt ook nog wel maar al minder..

die vertraging heb je toch niet nodig als je de microfoon midden tussen de 2 speakers laat 'meten'?

in principe werkt dit trouwens in de open lucht ook wel (je hebt daar hoge demping en nagenoeg geen reflecties, als je het dus in de openlucht doet, op de hei of een groot grasveld ofzo) alleen is je richtingscoeficient veel lager dus is je energie naar 1 punt veel kleiner en dus veel lastiger te meten en waar te nemen..

je zou om het leuk te maken ook ipv een 180 gedraaid signaal ook de afstand kunnen laten varieren tot een half labda verschil zodat je dus ook een antifase geluid krijgt...
kan je onderzoeken hoe goed dat werkt

[David]

Met dat wisselen tussen een kwart labda of 180 gradenverschil vanuit de anti-speaker zijn we al bezig.

Weet jij toevallig hoe je c kunt berekenen als je een gegeven temperatuur hebt? Of is dat ook nog afhankelijk van de luchtvochtigheid/omgevingsluchtdruk (geluid is luchtdrukverschil). Wij gaan in onze berekeningen uit van 343m/s, maar dat geldt alleen bij 293K. Nu zitten we daar iets (1 a 2 graden) onder. De luchdruk is redelijk hoog (1035millibar). De relatieve luchtvochtigheid is 78%.

Weet iemand toevallig nog een goede natuurkundesite waar we dit soort dingetjes vanaf kunnen halen?

[djazete]

je kunt even kijken op www.hku.nl/~eelco

dat gaat over akoestiek.. lees de samenvatting en het formuleblad even door (pdf)
je kunt ook het boek kopen maar dat is wellicht een beetje duur..
in principe maakt de C maar heel weiniguit bij zo'n klein verschil in temperatuur...

ik denk dat het te klein is om er echt last van te krijgen maar als je het nauwkeurig wilt doen kan jehet ff uitrekenen.. die van de c en temperatuur formule staat daar ook bij op die site (weet ik zo niet uit mijnhoofd meer )

[remco_k]

... waarom met een pc het geluid inverteren? Geen onnodige vertraging (delay) en je moet er nog software voor hebben ook...

Kan veel simpeler:
Microfoon->mengtafeltje->versterker->speaker omgekeerd aansluiten... klaar.
(of als er een apparaat tussenzit die "per ongeluk" de sinus omdraait gewoon recht aansluiten)

Je moet met 1 dingetje rekening houden: geluid reist met (wat is het ook al weer) 360m/s door lucht? maar met lichtsnelheid door kabel/mengtafel enz...
Dus je speaker die het omgekeerd weergeeft moet vrijwel op dezelfde plek staan als de mic... en da's een probleem (denk aan rondzingertje)...
Goede mic gebruiken dus...

Leuk projectje trouwens...

[David]

Daarom bouwen we een vertraging in. Het probleem is ook een beetje dat we maar één mengpaneel hebben en die nodig hebben voor het versterken van microfoon 1 (voor de metingen). Je geeft zelf het probleem van je eigen systeem ook al aan: je microfoon en speaker moeten op exact dezelfde plaats staan. We werken met een buis van 125mm, en daarin is het vrijwel onmogelijk die twee op dezelfde plaats te zetten met een inverter ertussen. Het is ons al gelukt meerdere sinustonen door elkaar op te heffen (nog zonder microfoon dus) maar onze berekening voor de vertraging klopt alleen niet.

[remco_k]

DiMension schreef op 30 augustus 2002 @ 12:24:
Daarom bouwen we een vertraging in.
<knip>
maar onze berekening voor de vertraging klopt alleen niet.

... Je zal even zeker moeten weten hoelang het geluid erover doet om door de computer heen te komen.
Stel dat dat 10 msec is (en dat is voor computer gebruik HEEEL kort, meestal is het langer)
dan moet je de speaker dus 360 x 0.01 = 3,6 Meter bij de mic (oid) vandaan staan wil hij exact het geluid op kunnen heffen...
bij een delay van 20 msec is dat 360 x 0.02 = 7,2 meter...
En die afstanden moeten HEEL precies zijn... iets verkeerd en je krijgt rare bijgeluiden te horen.

Tevens, als je met een microfoon gaat werken, moet je een heel richtingsgevoelige gebruiken, anders pakt ie ook het geluid op van wat jij produceert met de computer en gaat het mis...

[David]

remco_k schreef op 30 augustus 2002 @ 13:07:
[...]

... Je zal even zeker moeten weten hoelang het geluid erover doet om door de computer heen te komen.
[...]

Met ons experiment op dit moment hoeft dat nog niet. We gebruiken de pc namelijk als toongenerator. We gebruiken CoolEdit. Het linkerkanaal is het referentiesignaal, het rechterkanaal het tegensignaal. De delay van de computer zit dus ook al in het referentiesignaal 'gebakken'.

Je hebt gelijk, als we met een microfoon gaan werken moeten we wel rekening houden met de vertraging van de computer.

[Anoniem: 63418]

Leuk experimentje:

BENODIGDHEDEN:
Een mengpaneeltje met 2 maal phono
Twee draaitafels met identieke LP's of singles erop

Je moet om te beginnen van een draaitafel de tulpstekkertjes even lossolderen en de fase en nul draadjes onwisselen
Start nu de draaitafels en probeer ze exact gelijk te laten lopen MBV je vingers en je pitchknop

Als dit gelukt is draai je een beetje aan je pitchknopje en zul je merken dat je geluid af en toe wegvalt!

Hetzelfde kan je ook doen met speakers tegenover elkaar opgesteld (+- omkeren) , je moet dit wel doen in een acoustisch dode ruimte, anders werkt het niet ivm (ontelbare) reflecties

[Anoniem: 62484]

Ik denk at alleen het basgeluid zal wegvallen want hogetonen reflecteren toch wel

[Anoniem: 37358]

DiMension schreef op 30 augustus 2002 @ 09:34:
[...]

Daarom werken we met een afstand tussen de microfoon en de anti-geluid speaker. De microfoon registreert, en voordat die golf bij speaker 2 komt heeft de computer het signaal geinverteerd. Zo hoef je niks te voorspellen.

nee, ok...bij jullie geconditioneerde omstandigheden speelt dat niet....het was als algemene opmerking bedoeld, een groot probleem waarom het in de praktijk werken met anti-geluid enorm lastig is

[David]

Anoniem: 62484 schreef op 30 augustus 2002 @ 17:46:
Ik denk at alleen het basgeluid zal wegvallen want hogetonen reflecteren toch wel

Hoge tonen zijn gelukkig weer heel gemakkelijk te dempen met gewoon dempingsmateriaal. We hebben daarmee al geëxperimenteerd. We moeten er alleen nog achter komen in welk frequentiegebied demping werkt. Toepassen van demping is namelijk veel goedkoper dan anti-geluid.

[Anoniem: 41521]

Ik heb er vorig jaar een pws over gemaakt; we hebben het niet helemaal fantastisch aangepakt; maar als je het wilt hebben (voor ideeen etc), stuur mij maar even een mailtje ([e-mail]), succes!

[David]

Anoniem: 41521 schreef op 02 september 2002 @ 19:52:
Ik heb er vorig jaar een pws over gemaakt; we hebben het niet helemaal fantastisch aangepakt; maar als je het wilt hebben (voor ideeen etc), stuur mij maar even een mailtje ([e-mail]), succes!

Danku! Mailtje is onderweg!