Nedenfor er tegnet svingningsmønsteret for to sinus-toner med frekvensen 440 og 443 Hz:

Relaterede dokumenter
Differentialkvotient af cosinus og sinus

Svingninger. Erik Vestergaard

En musikalsk praktisk introduktion til Stemninger. Feb-08

Løsninger til øvelser i kapitel 1

Fra lyd-kilde til øre et eksempel. gennem luften. Hvordan ændres trykket I et punkt ud for øret? Ændringen over tid kan beskrives ved:

VUC Vestsjælland Syd, Slagelse Nr. 1 Institution: Projekt Trigonometri

Additionsformlerne. Frank Villa. 19. august 2012

Den harmoniske svingning

Fysikøvelse Erik Vestergaard Musik og bølger

Ren versus ligesvævende stemning

En sumformel eller to - om interferens

π er irrationel Frank Nasser 10. december 2011

Projektopgave 1. Navn: Jonas Pedersen Klasse: 3.4 Skole: Roskilde Tekniske Gymnasium Dato: 5/ Vejleder: Jørn Christian Bendtsen Fag: Matematik

En oversigt over (næsten) samtlige stemninger stillet op grafisk mod den treklang. Prætoriansk. Treklange: C-G-D-A-E-H-F#-G# streg Eb-Bb-F-C

Vi begynder med at repetere noget af det tidligere gennemgåede som vi skal bruge.

Studieretningsopgave

Differentiation af Trigonometriske Funktioner

Elementær Matematik. Trigonometriske Funktioner

Undervisningsbeskrivelse

π can never be expressed in numbers. William Jones og John Machins algoritme til beregning af π

Vinkelrette linjer. Frank Villa. 4. november 2014

Q (0, 1,0) MF(161): y a( x) y b( x) har løsningen: y e b( x) bx ( ) e dx e e dx e dx e. y e 8e. Delprøve uden hjælpemidler: kl

Hvis man ønsker mere udfordring, kan man springe de første 7 opgaver over. Skitser det omdrejningslegeme, der fremkommer, når grafen for f ( x)

Dæmpet harmonisk oscillator

2 Erik Vestergaard

Egenskaber ved Krydsproduktet

Prætoriansk stemning: Hvor mange tonearter kan man spille i? Gert Uttenthal Jensen

Projekt 2.2 Omvendt funktion og differentiation af omvendt funktion

VEJLEDNING TIL RØRKLOKKESPIL

Egenskaber ved Krydsproduktet

Matematik A, STX. Vejledende eksamensopgaver

MATEMATIK A. Indhold. 92 videoer.

VEKSELSPÆNDINGENS VÆRDIER. Frekvens Middelværdi & peak værdi (max) Effektiv værdi (RMS) Mere om effektiv værdi!

Vektorfelter langs kurver

Undervisningsbeskrivelse

Hvis man ønsker mere udfordring, kan man springe de første 7 opgaver over. Skitser det omdrejningslegeme, der fremkommer, når grafen for f ( x)

Besvarelser til Calculus og Lineær Algebra Globale Forretningssystemer Eksamen - 3. Juni 2014

Analytisk geometri. Et simpelt eksempel på dette er en ret linje. Som bekendt kan en ret linje skrives på formen

Andengradsligninger. Frank Nasser. 12. april 2011

ADGANGSKURSUS AALBORG UNIVERSITET. Formelsamling. Brush-up Flex

Undervisningsbeskrivelse

DesignMat Komplekse tal

Undervisningsbeskrivelse

Introduktion til cosinus, sinus og tangens

Undervisningsbeskrivelse

Funktioner. 3. del Karsten Juul

TREKANTER. Indledning. Typer af trekanter. Side 1 af 7. (Der har været tre kursister om at skrive denne projektrapport)

Trekants- beregning for hf

Undervisningsbeskrivelse

Andengradsligninger. Frank Nasser. 11. juli 2011

2 Erik Vestergaard

Hvis man ønsker mere udfordring, kan man springe den første opgave af hvert emne over.

Musik, matematik og forholdsregler

Vektorer og lineær regression

Højere Teknisk Eksamen maj Matematik A. Forberedelsesmateriale til 5 timers skriftlig prøve NY ORDNING. Undervisningsministeriet

Besvarelser til Calculus Ordinær Eksamen Juni 2017

VEKTORGEOMETRI del 2 Skæringer Projektioner Vinkler Afstande

Hvorfor bevæger lyset sig langsommere i fx glas og vand end i det tomme rum?

Kalkulus 1 - Opgaver. Anne Ryelund, Anders Friis og Mads Friis. 20. januar 2015

Komplekse tal og algebraens fundamentalsætning.

Afstande, skæringer og vinkler i rummet

Matematikprojekt. Svingninger. Lavet af Arendse Morsing Gunilla Olesen Julie Slavensky Michael Hansen. 17 September 2010

Besvarelser til Calculus Ordinær eksamen - Forår - 6. Juni 2016

Grafisk bestemmelse - fortsat Støttepunkter. Grafisk bestemmelse y. giver grafen. Niveaukurver og retning u = ( 1

Cosinusrelationen. Frank Nasser. 11. juli 2011

3D-grafik Karsten Juul

Undervisningsbeskrivelse

Matematik A STX 18. maj 2017 Vejledende løsning De første 6 opgaver løses uden hjælpemidler

Bedste rette linje ved mindste kvadraters metode

Undervisningsbeskrivelse

MATEMATIK C. Videooversigt

Undervisningsbeskrivelse

Undervisningsbeskrivelse

Undervisningsbeskrivelse

Eksponentielle sammenhænge

Afstande, skæringer og vinkler i rummet

Matematik A August 2016 Delprøve 1

Hvad er musik. 2 november 2015 Kulturstationen Vanløse

Her er et spørgsmål, du måske aldrig har overvejet: kan man finde to trekanter med samme areal?

Flere ligninger med flere ukendte

Analoglyd for digitalister /finn holst 06

Undervisningsbeskrivelse

Chromatic staff. Af Peter Hass. Introduktion

Vores logaritmiske sanser

Vektorer og lineær regression. Peter Harremoës Niels Brock

Harmoniske Svingninger

Undervisningsbeskrivelse

Ugesedler til sommerkursus

Introduktion til differentialregning 1. Jens Siegstad og Annegrethe Bak

5: Trigonometri Den del af matematik, der beskæftiger sig med figurer og deres egenskaber, kaldes for geometri. Selve

Oprids over grundforløbet i matematik

Løsninger til eksamensopgaver på A-niveau 2017

Undervisningsbeskrivelse

Resonans 'modes' på en streng

Projektopgave Observationer af stjerneskælv

Programmet Intervalgeneratoren

Undervisningsbeskrivelse

Hvad er matematik? C, i-bog ISBN

Undervisningsbeskrivelse

I det følgende betragter vi en kugleflade med radius r. Lad os minde om, at overfladearealet af kuglen er F = 4π

Transkript:

Appendiks 1: Om svævning: Hvis to toner ligger meget tæt på hinanden opstår et interessant akustisk og matematisk fænomen, der kaldes svævning. Det er dette fænomen, der ligger bag alle de steder, hvor vi hører klange der støder eller svinger. Nedenfor er tegnet svingningsmønsteret for to sinus-toner med frekvensen 440 og 443 Hz: f ( x) = sin(440 π x) + sin(443 π x ) Grafen for f(x) er den blå graf. Den røde graf angiver amplituden. Ser vi på 1/100 sek, så ligner den blå kurve, der er summen af de to sinussvingninger til forveksling en sinuskurve. Regner man på det, så er frekvensen af denne svingning 441.5 Hz altså gennemsnittet af de to toner vi har lagt sammen. Men den opfører sig ikke helt som en almindelig tone. Det kan vi se, hvis vi ser på hvad der sker i løbet af 1 sekund. Her ser vi, at amplituden for tonen ændrer sig. Den røde kurve viser sig at være en langsom sinus-svingning. Vi ser hvordan tonen tre gange forsvinder og kommer igen. Den støder 3 gange i løbet af et sekund. Det skldes at forskellen i Hz mellem de to toner netop er 3 Hz. Dette kaldes en stødtone eller svævning. Den matematiske forklaring af dette finder vi i de såkaldt logaritmiske formler for cosinus og sinus: Beviset finder du på side 3. x x+ sin( x) + sin( ) = cos( ) sin( ) I en let omformuleret udgave, der direkte kan omsættes til et mere musiknært sprog, får vi: x x+ sin( x π ) + sin( π ) = cos( π) sin( π ) Formlen siger, at hvis vi lægger en svingning på x Hz oveni en svingning på Hz, så vil vi få en hurtig svingning på den gennemsnitlige frekvens Bilag til Tal & tangenter. Om matematikken og musikken bag stemning af et klaver. Gert Uttenthal Jensen side 1 / 5

x+ Hz Men tonen vil have en amplitude, der langsomt svinger op og ned med en frekvens på halvdelen af forskellen på de to frekvenser: x Hz Da en sådan svingning har to toppe vil det høres som (x-) stød pr sekund på den fælles tone. Teknikken bruges til at stemme f.eks. guitarer og el-basser. Her slå man de to strenge an, men ltter ikke så meget efter om tonerne er ens, men i stedet om man kan gøre svævningen mellem de to toner så langsom, at den ikke kan høres. Teknikken bruges også af klaverstemmere, når de skal sikre sig at en kvint er falsk på den rigtige måde. I en lidt mere sammensat form, er det også det vi oplever, når vi fx hører at en tempereret kvint står og dirrer. Det skldes et sammenstød mellem nogle af overtonerne. Hvis tonen C 0 har frekvensen 61.6 Hz og tonen G 0 er den tempererede kvint på Så vil disse toner få følgende partialtoner: 1 ( ) 7 61.6 = 39.1 Hz 1. C 0 61.6 Hz G 0 39.1 Hz. C 1 53. Hz G 1 784. Hz 3. G 1 784.8 Hz D 1176.3 Hz 4. C G 5. E H Når vi spiller den tempererede kvint C 0 G 0, så vil vi få svævning mellem C-tonens tredje og G-tonens anden partialtone. Forskellen vil være på 0.6 Hz, og dermed vil det høres som ca. 0.6 stød pr sekund. Da der samtidig ligger mange andre toner oveni, vil vi ikke, som grafen ovenfor antder, opleve at lden helt forsvinder mellem disse stød. Man vil snarere opleve det som strken af tonen eller klangen af tonen bare ændres lidt. Udregn antal stødtonerne pr sekund for hver af kvinterne D 0 -A 0 G 0 -D 1 H 0 -F# 1 i en ligesvævende stemning. Kan du ud fra det sige noget om, hvordan antal stødtoner for en kvint vil ændre sig, når grundtonen flttes fra C 0 og op mod C 1. Nogle har foreslået, at bentte en stemning hvor stødene er ens hele vejen op i oktaven. Hvilken uheldig egenskab vil der være ved sådan en stemning? (Tip: Hvor mange stød pr sekund vil der være i oktaven over?) Bilag til Tal & tangenter. Om matematikken og musikken bag stemning af et klaver. Gert Uttenthal Jensen side / 5

Bevis for den logaritmiske formel: Logaritmisk formel x x+ sin( x) + sin( ) = sin( ) cos( ) Formlen har fået tilnavnet logaritmisk fordi den ændrer gange til plus. Undervejs skal vi bevise de såkaldte additionsformler, der udtaler sig om sinus og cosinus af u+v og u-v ud fra kendskab til værdierne for u og v. Lad P og Q være to punkter på enhedscirklen. Vinklen u er vinklen fra x-aksen til OP i positiv retning. Vinklen v er vinklen fra x-aksen til OQ i negativ retning. og Derved vil vektorerne få koordinatsættene: OP = (cos( u),sin( u)) OQ = (cos( v),sin( v)) = (cos( v), sin( v)) Her har vi benttet overgangsformlerne der siger cos(-u)=cos(u) og sin(-u)=-sin(u). Nu udregner vi det( OQ,OP ) ud fra formlen om vinklen mellem vektorer og determinanten. det (OQ,OP) = OQ OP sin( v+ u) Hvor vi udntter at vinklen fra OQ til OP netop er v+u. Da de to vektorer samtidig har længden 1 følger det (OQ,OP) = sin( v+ u) Kigger vi derefter på determinanten udregnet ud fra koordinaterne får vi cos( ) cos( ) det (OQ,OP) = v u sin( v) sin( u) = Og dermed følger at sin( u) cos( v) + cos( u) sin( v) Alle disse overvejelser passer ligegldig u og v s fortegn, og derfor kan vi indsætte (-v) i stedet for v Dette kan omskrives til sin( u+ ( v)) = sin( u) cos( v) + cos( u) sin( v) Bilag til Tal & tangenter. Om matematikken og musikken bag stemning af et klaver. Gert Uttenthal Jensen side 3 / 5

Hermed har vi vist to af additionsformlerne. De sidste to bevises ved at se på skalarproduktet mellem de to vektorer. Vi springer beviset over her, fordi vi ikke skal bruge den del af sætningen, men hele sætningen siger altså: Additionsformlerne for sinus og cosinus: cos( u+ v) = cos( u) cos( v) + sin( u) sin( v) cos( u v) = cos( u) cos( v) sin( u) sin( v) Vi lægger henholdsvis venstresiderne og højresiderne sammen i Dermed følger sin( u+ v) + sin( u v) = sin( u) cos( v) Og denne formel minder jo en del om vores situation, nemlig at vi gerne vil se hvad der sker når vi lægger to sinus-funktioner sammen. I stedet for u+v ville vi bare gerne have x og i stedet for u-v ville vi gerne have u+v = x og u-v = Lægger vi de to ligninger sammen hver side for sig får vi u =x+ og trækker vi den nederste fra den øverste, hver side for sig følger v = x-. Dermed har vi x + u = x v = Indsættes dette nu i sin( u+ v) + sin( u v) = sin( u) cos( v) følger x + x sin( x) + sin( ) = sin( ) cos( ) Det var den sætning vi ville vise. I vores konkrete tilfælde kan vi formulere den som (vi btter om på rækkefølgen for at få amplituden samlet): sin( π f x) + sin( π f x) = 1 f f f + f π π 1 1 cos( ) sin( ) Vi har altså lagt en tone med frekvensen f 1 sammen med en tone med frekvens f, og det vi får er en tone med en frekvens der er gennemsnittet af de to frekvenser Bilag til Tal & tangenter. Om matematikken og musikken bag stemning af et klaver. Gert Uttenthal Jensen side 4 / 5

f1+ f sin( π ) men med en amplitude (dvs en ldstrke), der svinger med frekvensen f 1 -f f1 f cos( π ) Da en svingning når toppen en gang og bunden en gang i løbet af en periode, så vil den støde dobbelt så mange gange som forskellen i frekvens. Fx vil en tone på 30 og en tone på 3Hz spillet samtidig lde som en tone på 31Hz, men den vil ikke stå som en stillestående klang. Den vil støde 4 gange i sekundet. Bilag til Tal & tangenter. Om matematikken og musikken bag stemning af et klaver. Gert Uttenthal Jensen side 5 / 5