♪ Modális szintézis – tanársegédi gyakorlat 1.: percre lebontott forgatókönyv (18 × 5 perc)

Áttekintés: 18 blokk, mindegyik pontosan 5 perc

A 90 perc 18 ötperces blokkra van bontva, és minden blokkban le van írva, mit mutatsz, mit írsz a táblára, mit mondasz szó szerint, mit kérdezel, és mit csinálsz percről percre. A tartalom és a sorrend az eredeti tanársegédi anyagot követi. A magyarázatok végig ugyanarra a pár hasonlatra épülnek (trambulin, tánckar, libikóka, gitár, festékkeverés, visszacsatolás), hogy a hallgatóknak ne kelljen blokkonként új képet tanulniuk.

IdőBlokkFő hasonlatMit csinálnak a hallgatók
0–5Beérkezés, cél, bemelegítő kérdésektánckar, trambulinpárban válaszolnak 3 kérdésre
5–10Egy rezgő I.: átváltás, ω₀, f₀trambulin, dobátváltanak, kiszámolják az (a) f₀-ját
10–15Egy rezgő II.: σ, T₆₀, c_krit, ζtrambulin, utózengésbefejezik az (a) esetet
15–20(b) és (c) esetgong és vizes törölközőönállóan számolják a (b)-t
20–25Két tömeg: ábra, mátrixok, determinánskét vagon, kötéltérképlerajzolják, felírják M-et és K-t
25–30λ-egyenlet, frekvenciákintervallum, aranymetszéspárban megoldják a másodfokú egyenletet
30–35Módusalakok, erősségaránylibikóka, gitár-flageolettkiszámolják az alakokat és az arányt
35–40Szünet és gépelőkészítés–Kérdés-fal
40–45Demó, N = 1trambulin, gonghallgatnak, összevetik a számolással
45–50Demó, N = 2festékkeverés, libikókafigyelik és hallgatják a két módust
50–55Demó, N = 3, az ütés helyegitár: ponticello és tasto, dobmeghallják az ütés helyének hatását
55–60Kód-labor: három módszersötétben lépkedés, óriáskerékolvassák a kódot
60–65Python futtatás, a kimenet olvasása–futtatnak, leolvasnak
65–70A pólus sugara: miért száll el az Eulervisszacsatolásmegfogalmazzák az okot
70–75Meghallgatás és összekötésóriáskerékhallgatnak, összefoglalnak
75–80Mini-teszt I.–írnak
80–85Mini-teszt II., lapcsere, kulcs–írnak, javítanak
85–90Lezárás, házi, átvezetéstánckar, visszacsatoláskérdeznek

Jelölések a blokkokban. Mutatom: mi van a kivetítőn. Táblára írom: mi kerül a táblára. Percről percre: a blokk percekre bontva, benne Mondom (szó szerint) és Csinálom. Kérdezem: kérdés, várt válasz, és mit mondj, ha nem tudják. Hasonlat, Gyakori hiba, Ha csúszol.

Ha elcsúszol, a 20., 40., 55. és 75. percnél vissza kell érned a menetrendre. A mellékletben van, mit hagyj el.

Előkészület (az óra előtt 15 perccel)

A legfontosabb: a Demó 1 jelölőnégyzetei csak a lassított rajzot érintik, a hangot nem. A hangot mindig az összes módus együtt adja, ezért az egyes módusokat külön hanganyagként előre el kell készítened (lásd lent).

Eszközök és ellenőrzés

A tábla felosztása

A két módus külön hangja (előre, a szünet előtt)

A 10. blokkban ezekkel mutatod meg, hogy a két módus külön is hallható. A bank függvény minden fájlt a saját csúcsára normalizál, ezért a mod1 és a mod2 egyformán hangos lesz. Az igazi hangerőarányt csak az ossz.wav mutatja.

# a Kódok fül közös alapjának betöltése után
w0 = np.sqrt(76e3/0.01)
w  = [0.618*w0, 1.618*w0]     # a két módus, rad/s
s  = [2.45, 2.45]             # sigma, 1/s (c = 0,049)
a  = [0.7236, 0.2764]         # erősség: ütés és hallgatás a 2. tömegnél
write_wav("mod1.wav", bank([w[0]], [s[0]], [a[0]]))
write_wav("mod2.wav", bank([w[1]], [s[1]], [a[1]]))
write_wav("ossz.wav", bank(w, s, a))

Egy megjegyzés a hasonlatokról. Az eredeti anyag a hintát használja. A hinta (inga) lengésideje nem függ a tömegtől, a tömeg–rugó rendszeré viszont igen. Ezért a tömeg–rugó–fék képe itt a trambulin: a gyerek a tömeg, a vászon a rugó, a levegő a fék. A hintát csak ott használom, ahol a lökés ütemén van a hangsúly.

1
Egy rezgő

Beérkezés, cél, bemelegítő

0–5 perc
🎯 Cél a hallgatók megérkeznek, tudják, mi lesz a 90 percben, és kiderül, mire emlékeznek az előadásból.
🖥️Mutatom (kivetítő)
a kivetítőn a Demó 1, alapbeállításban (N = 3), még nem indítva.
📝Táblára írom (még a belépés előtt)
a három oszlop fejlécét és a menetrendet. A jobb oldalra, nagy betűvel a három bemelegítő kérdés: 1. Mi az a módus? 2. Mit mond meg a σ? 3. Miért tompul a hang lecsengés közben?
⏱️Percről percre
  1. 0:00–0:30
    Amíg beülnek, háromszor-négyszer megütöd a Demó 1-et kis hangerőn. 🗣 Mondom „Szervusztok, üljetek le nyugodtan. Közben hallgassátok ezt a hangot.” Ne magyarázd, csak szóljon.
  2. 0:30–1:15
    🗣 Mondom „Jó napot kívánok, [név] vagyok, a mai gyakorlatot én vezetem. Az előadás volt a kotta, a gyakorlat a próba: amit ott hallottatok, azt ma kiszámoljuk, meghallgatjuk és lekódoljuk.”
  3. 1:15–1:45
    Rámutatsz a menetrendre. 🗣 Mondom „Kilencven percünk van. A végén nyolc perces mini-teszt lesz, tíz pontról. Nem azért, hogy elkapjalak, hanem hogy te is lásd, mi ragadt meg.”
  4. 1:45–2:00
    Párokba rendezed őket: „Fordulj a szomszédodhoz. Másfél perc, a három kérdésről beszélgessetek.”
  5. 2:00–3:30
    Körbejársz, hallgatod őket. Fejben jegyzed, ki tud válaszolni és ki nem. Nem javítasz, nem magyarázol.
  6. 3:30–5:00
    Közösen átveszitek a három választ, kérdésenként kb. 30 másodperc.
💬Kérdezem
❓ „Mi az a módus?”
✓ Várt válasz olyan mozgásforma, amelyben a rendszer minden pontja ugyanazon a frekvencián, rögzített arányban mozog.
↳ Ha nem tudják „Gondolj egy tánckarra: mindenki ugyanabban az ütemben mozog, csak mindenkinek más a mozdulata. Ez egy módus.”
❓ „Mit mond meg a σ?”
✓ Várt válasz milyen gyorsan cseng le a rezgés, σ = c/2m, nagyobb σ rövidebb hang.
↳ Ha nem tudják „Gondolj a trambulinra: ha senki nem lök rajta, a gyerek egyre kisebbet pattan. A σ azt mondja, milyen gyorsan fogy el a lendület.”
❓ „Miért tompul a hang lecsengés közben?”
✓ Várt válasz a magas módusokat a csillapítás jobban fékezi, azok halnak ki előbb.
↳ Ha nem tudják „Gondolj a zongorára: ütés után a csilingelő felső rész gyorsan eltűnik, a mély alap marad. A hang közben kerekebb lesz.”
🎨
Hasonlat: a gyakorlat a próba, az előadás a kotta; a módus egy koreográfia.
⚠️
Gyakori hiba: újra elmeséled az előadást. Ne tedd: csak azt nézd, ki tudja. Aki nem, annak a két tömeges feladatnál (5–7. blokk) segíts többet.
⏱️
Ha csúszol: ez a blokk fix 5 perc. A közös átvételt rövidítsd kérdésenként 20 másodpercre.
2
Egy rezgő

Egy rezgő I.: átváltás, ω₀, f₀

5–10 perc
🎯 Cél a hallgatók értik, mi az a tömeg–rugó–fék, átváltják a mértékegységeket, és kiszámolják az (a) eset alapfrekvenciáját.
🖥️Mutatom (kivetítő)
a kivetítőn az 1. feladat szövege (csak a feladat, a megoldás nem), az (a), (b), (c) beállítással.
📝Táblára írom
  • 1. feladat: m = 10 g = 0,01 kg · k = 76 kN/m = 76 000 N/m
  • ω₀ = √(k/m) · f₀ = ω₀ / 2π
⏱️Percről percre
  1. 5:00–6:00
    🗣 Mondom „Az első feladat a legkisebb hangszer a világon: egy tömeg, egy rugó, egy fék. Képzeljetek el egy gyereket a trambulinon. A gyerek súlya a tömeg, a trambulin vászna a rugó, a levegő ellenállása a fék. Három beállítást adok, (a), (b), (c), mindegyiknél ki kell számolni a frekvenciát, a lecsengést és a csillapítást.”
  2. 6:00–7:00
    🗣 Mondom „Először mindig átváltunk: a gramm kilogramm lesz, a kN/m newton per méter. Ez a leggyakoribb hiba, ezért ez az első sor. Olyan, mintha a zenekarban az egyik hangszer 440-re, a másik 432-re lenne hangolva: minden elcsúszik. A mértékegység a hangolás.” Felírod: m = 0,01 kg, k = 76 000 N/m.
  3. 7:00–8:00
    Felírod: ω₀ = √(k/m). 🗣 Mondom „Az ω₀ a rendszer saját üteme: milyen gyorsan pattogna a gyerek a trambulinon, ha nem fékezné semmi. A feszesebb vászon gyorsabb, a nehezebb gyerek lassabb. Ugyanez a dobnál: a dobbőrt feszítve magasabb lesz a hang, a nagydob a nagy tömege miatt mély.”
  4. 8:00–9:00
    Mindenki a saját számológépén, te a táblán: ω₀ = √(76 000 / 0,01) = √7 600 000 = 2757 rad/s.
  5. 9:00–9:45
    Felírod: f₀ = ω₀ / 2π = 2757 / 6,283 = 438,8 Hz. 🗣 Mondom „Ez majdnem pontosan az A hang. Egy hajszállal lejjebb van a 440-nél.”
  6. 9:45–10:00
    Kérdezem a tömegduplázást (lent). A választ a következő blokk elején lezárod.
💬Kérdezem
❓ „Miért kell a 2π?”
✓ Várt válasz az ω radián per másodperc, az f hertz, egy kör 2π radián.
↳ Ha nem tudják „Egy kör 360 fok, vagyis 2π radián. A hertz azt számolja, hány kört tesz meg másodpercenként.”
❓ „Mi lesz az f₀-val, ha megduplázom a tömeget?”
✓ Várt válasz csökken, √2-ed részére, kb. 310 Hz.
↳ Ha nem tudják „Nagy dob, mély hang. A trambulinon a nehezebb gyerek lassabban pattog.”
🎨
Hasonlat: trambulin (tömeg, rugó, fék), dobbőr (merevség), hangolás (mértékegység).
⚠️
Gyakori hiba: gramm és kg, kN/m és N/m keverése. Ilyenkor ne javítsd ki, hanem kérdezd: „Állj meg, nézd meg az első sort: kilogramm és newton per méter?” Az ω₀ és az f₀ összekeverése: „Az f hertz, az ω rad/s, a kettő között 2π van.”
⏱️
Ha csúszol: a tömegduplázás kérdést hagyd ki.
3
Egy rezgő

Egy rezgő II.: σ, T₆₀, c_krit, ζ

10–15 perc
🎯 Cél az (a) eset teljes kiszámolása: a lecsengés ideje és a csillapítás mértéke, hasonlatokkal.
🖥️Mutatom (kivetítő)
ugyanaz az 1. feladat a kivetítőn. A táblán megmarad az előző blokk két sora.
📝Táblára írom
  • σ = c / 2m · T₆₀ = ln 1000 / σ
  • c_krit = 2√(km) · ζ = c / c_krit
  • A bal alsó táblázat (a) sora: f₀ | ζ | T₆₀ | c_krit
⏱️Percről percre
  1. 10:00–10:30
    Ha az előző blokkból megvan a tömegduplázás kérdés, lezárod: „A tömeg duplája mélyebb hang, f₀ osztva √2-vel, kb. 310 Hz.”
  2. 10:30–11:30
    Felírod: σ = c / 2m = 0,049 / (2 · 0,01) = 2,45 1/s. 🗣 Mondom „A σ azt mondja meg, milyen gyorsan fogy a lendület. Minden másodpercben ugyanannyiad része marad meg: mint a trambulinon pattogó gyerek, aki egyre kisebbeket ugrik.”
  3. 11:30–13:00
    Felírod: T₆₀ = ln 1000 / σ = 6,908 / 2,45 = 2,82 s. 🗣 Mondom „A T₆₀ az az idő, amíg a hang az induló erejének az ezredrészére esik. Ez a hatvan decibel. Ugyanez a szám a reverb pluginokban az RT60: a koncertterem utózengési ideje. Itt a trambulin utózengése 2,8 másodperc.”
  4. 13:00–14:00
    Felírod: c_krit = 2√(km) = 2√760 = 55,1 N·s/m, ζ = 0,049 / 55,1 = 8,9 · 10⁻⁴. 🗣 Mondom „A kritikus csillapítás az a fék, ahol a trambulin már nem leng át: ha mézbe merítenéd a vásznat, lenyomod, és lassan visszacsúszik. A ζ azt mondja, hányad része ennek az a fék, amink van. Itt a ζ nagyon kicsi: alig fékezett, sokat leng.”
  5. 14:00–15:00
    Beírod az (a) sort a táblázatba: 438,8 Hz | 8,9 · 10⁻⁴ | 2,82 s | 55,1. Közben felteszed a kérdéseket (lent).
💬Kérdezem
❓ „Miért 6,9 a T₆₀ számlálója, és nem 3?”
✓ Várt válasz a 60 dB ezerszeres amplitúdóarány, ln 1000 = 6,9.
↳ Ha nem tudják „A hatvan decibel ezerszeres, nem tízszeres.”
❓ „Mit jelent, hogy ζ = 8,9 · 10⁻⁴?”
✓ Várt válasz nagyon gyengén csillapított, sokat leng, mielőtt elhal.
↳ Ha nem tudják „Ha a ζ kicsi, a trambulin sokáig pattog.”
❓ „Ha kétszer akkora a c, mennyi lesz a T₆₀?”
✓ Várt válasz a fele, 1,41 s, mert a σ arányos a c-vel.
↳ Ha nem tudják „Kétszer akkora fék, kétszer gyorsabb lecsengés.”
🎨
Hasonlat: trambulin (σ: a lendület fogyása), utózengési idő (T₆₀), méz (kritikus csillapítás).
⚠️
Gyakori hiba: a T₆₀-nál 3-at írnak 6,9 helyett. A másik: az ln 1000-et a σ helyett a c-vel osztják. Mondom: „A hatvan decibel ezerszeres, ln 1000, és a σ-val osztunk.”
⏱️
Ha csúszol: a harmadik kérdést (kétszeres fék) hagyd ki.
4
Egy rezgő

A (b) és (c) eset

15–20 perc
🎯 Cél a hallgatók önállóan számolnak egy esetet, és megértik, mit jelent a kritikus csillapítás.
🖥️Mutatom (kivetítő)
az 1. feladat szövege, (b) és (c) beállítással. A megoldás nem látszik.
📝Táblára írom
a (b) és (c) bemeneti adatai a táblázat alá: (b) m = 5 g, k = 300 kN/m, c = 7,6 · (c) m = 10 g, k = 76 kN/m, c = 55,1.
⏱️Percről percre
  1. 15:00–15:30
    🗣 Mondom „Most ti jöttök. A (b) eset: m = 5 gramm, k = 300 kN/m, c = 7,6. Három perc, egyedül. Az első sor a mértékegység-átváltás.”
  2. 15:30–18:30
    Körbejársz. Minden asztalnál először az első sort nézed: kg és N/m van-e. Közben nem mondod meg az eredményt.
  3. 18:30–19:00
    Egy hallgató felírja a táblára a (b) eredményeit, a többiek ellenőrzik: f₀ = 1232,8 Hz, ζ = 0,098, T₆₀ = 9,1 ms, c_krit = 77,5. Hangosan megkérdezed: „Mit hallanánk ebből? Magasabb vagy mélyebb hang, hosszabb vagy rövidebb?” Várt válasz: sokkal magasabb és nagyon rövid, egy kopp.
  4. 19:00–20:00
    A (c) esetet te mondod el szóban, számolás nélkül: „A (c)-ben a fék pontosan a kritikus érték, c = c_krit, vagyis ζ majdnem 1. Itt nincs csengés, puffanás van. Olyan, mintha a gongot egy vizes törölközőre cserélnénk: ütsz, és csak ‘puff’.” Beírod a (c) sort: 438,8 Hz | 0,9993 | 2,5 ms | 55,1.
💬Kérdezem
❓ „A (c) esetben mit fogunk hallani?”
✓ Várt válasz nem csengést, hanem rövid puffanást.
↳ Ha nem tudják „Gondolj a trambulinra mézben: egyszer sem lendül át, lassan visszacsúszik.” A hangot a 9. blokkban hallgatjátok meg.
❓ „Az (a) és a (b) közül melyik a csilingelőbb, és melyik a tompább?”
✓ Várt válasz az (a) hosszan cseng (2,8 s), a (b) magasabb, de szinte azonnal elhal (9 ms).
↳ Ha nem tudják „Az egyik harang, a másik pergő.”
🎨
Hasonlat: gong és vizes törölköző (túlcsillapítás), méz a trambulinon.
⚠️
Gyakori hiba: a hallgatók (c)-nél azt hiszik, nincs hang. Valójában van: egy rövid puffanás. Mondom: „Nincs csengés, de hang van, csak nem szól sokáig.”
⏱️
Ha csúszol: a (b) esetet házi feladatnak adod, és csak az eredményt írod fel a táblára. A (c) szóbeli rész marad.
5
Két tömeg

Két tömeg: ábra, mátrixok, determináns

20–25 perc
🎯 Cél a hallgatók lerajzolják a két tömeges rendszert, értik, mit mutat az M és a K mátrix, és tudják, miért keresünk olyan ω-t, ahol a determináns nulla.
🖥️Mutatom (kivetítő)
a táblán kézzel rajzolt ábra: fal – rugó – m₁ – rugó – m₂ (a jobb vég szabad). Kivetítő: nem kell.
📝Táblára írom
  • M = m · I (az egységmátrix)
  • K = k · [ 2 −1 ; −1 1 ]
  • det(K − ω²M) = 0
⏱️Percről percre
  1. 20:00–21:00
    Rajzolod az ábrát, a hallgatók lemásolják. 🗣 Mondom „Most két tömeg. Képzeljetek el két vagont. Az első rugóval a falhoz van kötve, a második rugóval az elsőhöz, és a jobb vége szabad, mint egy vonat vége.”
  2. 21:00–21:45
    Kérdezem: „Milyen egyszerű mozgásokat tudtok elképzelni ezzel a két vagonnal?” Várt válasz: az egyik, hogy együtt mennek ugyanarra, a másik, hogy ellentétesen. Felírod a táblára: 1. együtt · 2. ellentétesen. 🗣 Mondom „Ezt a két mozgást keressük, ezek lesznek a módusok.”
  3. 21:45–23:15
    Felírod az M-et és a K-t. 🗣 Mondom „A mátrixok táblázatok, amelyek azt mondják meg, ki kihez van kötve. Az M a tömegek táblázata: mindkét vagon ugyanolyan nehéz, ezért csak az átlóban van m. A K a kötelek térképe. Az első vagont két rugó fogja, a faltól és a szomszédtól: ezért az első helyen 2 áll. A másodikat csak egy rugó fogja: ezért 1. A mínusz egy azt jelenti, hogy a szomszéd visszahúz.”
  4. 23:15–24:30
    🗣 Mondom „Mikor leng a rendszer tiszta ütemben? Amikor a K mínusz ω² szorozva M mátrix determinánsa nulla. A determináns most egy ellenőrző: akkor lesz nulla, ha a rendszer hajlandó tisztán lengeni. Ez olyan, mint a gitárhúr: nem akármilyen frekvencián cseng, hanem csak a saját hangjain. Ezeket a hangokat keressük, ez a hangolás feltétele.”
  5. 24:30–25:00
    Kérdezem (lent), majd átvezetsz: „A következő blokkban ki is számoljuk.”
💬Kérdezem
❓ „Hány módusa van a rendszernek?”
✓ Várt válasz kettő, annyi, ahány tömeg.
↳ Ha nem tudják „Minden vagonhoz egy koreográfia.”
❓ „Miért áll az 1 a K jobb alsó sarkában?”
✓ Várt válasz mert a második tömeget csak egy rugó fogja.
↳ Ha nem tudják „Számold meg, hány rugó fogja a másodikat.”
🎨
Hasonlat: két vagon (a rendszer), kötéltérkép (a K mátrix), gitárhúr (a saját hangjai, ezek a módusok).
⚠️
Gyakori hiba: a K mátrix előjeleinek felírása. Mondom: „Az átlóban mindig pozitív van, a mellette lévő elem negatív, mert a szomszéd húz vissza.”
⏱️
Ha csúszol: a 21:00–21:45 kérdést (egyszerű mozgások) ne hagyd ki, ez a módus fogalmának alapja. Inkább a mátrixok magyarázatát rövidítsd fél percre.
6
Két tömeg

A λ-egyenlet és a két frekvencia

25–30 perc
🎯 Cél a hallgatók párban megoldják a másodfokú egyenletet, és megkapják a két módus frekvenciáját.
🖥️Mutatom (kivetítő)
a tábla az előző blokk mátrixaival. Kivetítő: nem kell.
📝Táblára írom
  • λ = ω² / ω₀²
  • (2 − λ)(1 − λ) − 1 = 0, vagyis λ² − 3λ + 1 = 0
  • λ = 0,382 és 2,618
  • ω₁ = 0,618 ω₀ · ω₂ = 1,618 ω₀ · f₁ = 271 Hz · f₂ = 710 Hz
⏱️Percről percre
  1. 25:00–26:30
    Felírod a determinánst, és együtt levezetitek: a K − ω²M mátrix átlója (2 − λ) és (1 − λ), a mellékátló −1 és −1, a determináns az átlók szorzata mínusz a mellékátlók szorzata: (2 − λ)(1 − λ) − 1. 🗣 Mondom „A λ az arány az alapfrekvenciához képest, mértékegység nélkül. Olyan, mint egy zenei intervallum: nem a hertz számít, hanem az arány a két hang között.”
  2. 26:30–28:30
    🗣 Mondom „Rendezzük: λ² − 3λ + 1 = 0. Párban oldjátok meg a megoldóképlettel, két perc.” Közben körbejársz. Aki elakad: „Az a = 1, b = −3, c = 1.”
  3. 28:30–29:15
    Együtt felírjátok: λ = (3 ∓ √5) / 2 = 0,382 és 2,618. 🗣 Mondom „Most a gyök: ω = ω₀ · √λ. Ez 0,618 és 1,618 szorosa az alap-ütemnek.” Szünetet tartasz. 🗣 Mondom „Ismerősek ezek a számok? Ez az aranymetszés.”
  4. 29:15–30:00
    Felírod: f₁ = 439 · 0,618 = 271 Hz, f₂ = 439 · 1,618 = 710 Hz. Kérdezem a hányadost (lent).
💬Kérdezem
❓ „Mennyi az f₂ osztva f₁-gyel?”
✓ Várt válasz 2,618 (710 / 271).
↳ Ha nem tudják „Osszuk el: 710 per 271, az 2,62.” Sokan 1,618-at mondanak, mert az aranymetszés ott van a szemük előtt.
❓ „Egy oktáv ennél több vagy kevesebb?”
✓ Várt válasz több. Mondom: „Ez egy oktáv és egy kissé szűk kvart. A húr felhangjai 1 : 2 : 3, itt ez 1 : 2,6. Ezért szól fémesebben, harang-szerűen, nem hangszer-szerűen.”
🎨
Hasonlat: intervallum (a λ arány, nem hertz), aranymetszés (a két gyök), harang (nem egész számú arányok).
⚠️
Gyakori hiba: az f₂/f₁ arányra 1,618-at mondanak. Ellenőrzés: 710 / 271 = 2,62. A másik: elfelejtik a gyökvonást, és az ω₀-szorosnak a λ-t veszik, nem a √λ-t.
⏱️
Ha csúszol: a 29:15–30:00 szakaszban az oktáv és kvart megjegyzést hagyd ki, csak a két frekvenciát írd fel.
7
Két tömeg

Módusalakok és az erősségarány

30–35 perc
🎯 Cél a hallgatók kiszámolják, ki mennyit mozdul az egyes módusokban, és megértik, hogy az ütés helye dönti el, melyik módus mennyire szól.
🖥️Mutatom (kivetítő)
a tábla a két frekvenciával. Kivetítő: nem kell.
📝Táblára írom
  • u₂ = (2 − λ) · u₁
  • u₁ = (1 ; 1,618) · u₂ = (1 ; −0,618)
  • m₁ = 3,618 m · m₂ = 1,382 m
  • a_n = u_n(2)² / (m_n · ω_n) · a₂ / a₁ ≈ 0,146 (kb. −17 dB)
⏱️Percről percre
  1. 30:00–31:15
    🗣 Mondom „A módusalak azt mondja meg, ki mennyit mozdul a közös ütemben. Az első egyenletből u₂ = (2 − λ) · u₁. Legyen u₁ = 1.” Behelyettesíted: λ = 0,382 esetén 2 − 0,382 = 1,618, λ = 2,618 esetén 2 − 2,618 = −0,618.
  2. 31:15–32:30
    🗣 Mondom „Az első módusban a két vagon együtt megy, a második 1,6-szor nagyobbat mozdul, mint az első: olyan, mint egy hullámzó vonat farka. A másodikban a két szám előjele eltérő: ez libikóka. Az egyik felmegy, a másik lemegy, és kettejük között van egy nyugvópont.” Kérdezem (lent), mit jelent a negatív szám.
  3. 32:30–33:45
    🗣 Mondom „A módus-tömeg azt mondja meg, mekkora tömeget mozgat meg a módus. Ezt most kész adatként adom: m₁ = 3,618 m, m₂ = 1,382 m. Ez az alak négyzetösszege szorozva m-mel: 1 + 2,618, és 1 + 0,382.” Felírod az a_n képletet. 🗣 Mondom „A hangerő az ütés és a hallgatás helyétől függ. Ha mindkettő a második tömegnél van, a szorzat négyzet lesz.”
  4. 33:45–34:30
    Kiszámolod a táblán: a₁ ∝ 2,618 / (3,618 · 0,618) = 1,17, a₂ ∝ 0,382 / (1,382 · 1,618) = 0,171, az arány 0,146. 🗣 Mondom „A második módus kb. hétszer halkabb az elsőnél, ez kb. −17 decibel.”
  5. 34:30–35:00
    Hasonlat és áttérés. 🗣 Mondom „Gitáron ezt a flageoletnél hallod: ha a húr felénél, a csomópontnál érinted, az alaphang eltűnik, az oktáv szól. Az ütés helye dönti el, melyik módus kap energiát. A demóban ezt is meghalljuk.”
💬Kérdezem
❓ „Mit jelent, hogy a 2. módusban az egyik érték negatív?”
✓ Várt válasz a két tömeg ellentétes fázisban leng, köztük van egy nyugvópont.
↳ Ha nem tudják „Az egyik jobbra, a másik balra megy egyszerre. Mint a libikóka két vége.”
❓ „Melyik módus szól hangosabban a 2. tömegnél ütve?”
✓ Várt válasz az 1., az arány 0,146, vagyis a 2. módus kb. 17 dB-lel halkabb.
↳ Ha nem tudják „A 2. tömeg az 1. módusban nagyot mozdul (1,618), a 2.-ban keveset (−0,618), és a frekvencia is kisebb az első módusnál.”
🎨
Hasonlat: libikóka (2. módus), hullámzó vonat (1. módus), gitár-flageolett (az ütés helye és a csomópont).
⚠️
Gyakori hiba: az a_n-nél elfelejtik négyzetre emelni az u_n(2)-t. Mondom: „Az ütés és a hallgatás helye is számít, ezért szorzat. Ha ugyanott van, négyzet.”
⏱️
Ha csúszol: a módus-tömegeket és az amplitúdóarányt házinak adod. Csak az eredményt mondod ki: 0,146, kb. −17 dB. A megoldás a „Megoldások” fülön van.
8
Szünet

Szünet és gépelőkészítés

35–40 perc
🎯 Cél a hallgatók pihennek, te pedig mindent beállítasz a demóhoz és a kódhoz, hogy 40:00-kor azonnal indulni tudjatok.
🖥️Mutatom (kivetítő)
semmit. A kivetítő maradhat a táblán, vagy átkapcsolsz a Demó 1-re.
📝Táblára írom
a jobb szélére a KÉRDÉS-FAL fejlécet, ha nincs kint. A többit nem törlöd le.
⏱️Percről percre
  1. 35:00–35:30
    🗣 Mondom „Öt perc szünet. Negyvenkor pontosan folytatjuk. Ha valami megmaradt a fejetekben, írjátok fel a Kérdés-falra, a végén visszatérünk rá.”
  2. 35:30–37:00
    Megnyitod a Demó 1-et. Hangerő és némítás ellenőrzése, egyszer megnyomod az Ütést (a böngésző addig nem ad hangot). Beállítod: N = 1, m = 10 g, k = 76 kN/m, c csúszka 16 (a kijelzőn 0,049 N·s/m). A c = 55,1 értékhez a csúszkát kb. 87-re kell húzni, ezt a 9. blokkban fogod megtenni.
  3. 37:00–38:30
    Megnyitod a Pythont. Betöltöd a Kódok fül közös alapját (oscillator, resonator, bank, write_wav), és a Kód-labor kódját. Egy próbafuttatás a végén: nincs hibaüzenet?
  4. 38:30–39:30
    Ha az előkészületnél még nem futtattad, most legenerálod a három hangfájlt (mod1.wav, mod2.wav, ossz.wav, a kód az Előkészületben van). Egyszer lejátszod az ossz.wav-ot hangerő-ellenőrzésnek.
  5. 39:30–40:00
    A tábla: ott van az (a), (b), (c) sor, az M és K mátrix, a λ-megoldás? Ha igen, kész vagy. 🗣 Mondom „Visszaültök? Mindjárt hallgatunk.”
Kérdezem: most senkit.
🎨
Hasonlat: nincs. Ha a Kérdés-falra kerül valami, azt a lezáráskor (18. blokk) vedd elő.
⚠️
Gyakori hiba: a böngésző nem ad hangot az első Ütés előtt. Ezért nyomod meg még a szünetben.
⏱️
Ha csúszol: ez a blokk az idő puffere. Ha az előző blokkok csúsztak, a szünetet rövidítsd 3 percre, és a gépelőkészítést a szünet alatt a hallgatókkal egyszerre csináld.
9
Demó

Demó, N = 1: a számolt rezgő meghallgatása

40–45 perc
🎯 Cél a hallgatók meghallják, amit kiszámoltak: a 439 Hz-es csengést, és a kritikus csillapításnál a puffanást.
🖥️Mutatom (kivetítő)
a kivetítőn a Demó 1, hanggal. Beállítás: N = 1, m = 10 g, k = 76 kN/m, c csúszka 16 (0,049 N·s/m).
📝Táblára írom
a HALLGATÁS oszlopba: „N = 1: 439 Hz, 2,8 s” és „c = c_krit: puffanás”.
⏱️Percről percre
  1. 40:00–40:45
    🗣 Mondom „Eddig számoltunk, most meghallgatjuk ugyanazokat. Mindig ugyanaz a rend: először megmondom, mit várok, aztán ütök, aztán összevetjük.”
  2. 40:45–42:30
    🗣 Mondom „Azt várom: 439 hertz, és kb. 2,8 másodperc.” Ütés. Megmutatod a kijelzőn az „f = …” sort, utána a hullámformát („Hang az idő függvényében”). 🗣 Mondom „A görbe ott tűnik el, ahol a hang az ezredrészére esett: ez a T₆₀. Az animáció lassított felvétel, kb. nyolcszázszor lassabb, hogy lásd a lengést.” Egy hallgatót megkérsz, hogy ő nyomja meg az Ütést még egyszer.
  3. 42:30–44:00
    🗣 Mondom „Most a fékezés: c = 55,1.” A c csúszkát kb. 87-re húzod, amíg a kijelzőn 55 körüli érték áll. Ütés. Puffanás hallatszik. 🗣 Mondom „Ez a gong, amit vizes törölközőre cseréltünk. Nincs csengés, csak puff.” Megmutatod a hullámformát: azonnal lecseng.
  4. 44:00–45:00
    Visszaállítod a csúszkát 16-ra, megkérdezed a lenti kérdéseket, és jelzed a következőt: „Most két tömeg jön.”
💬Kérdezem
❓ „Egyezik-e a számolásunkkal a kijelzett frekvencia?”
✓ Várt válasz igen, legfeljebb 1–2 Hz eltéréssel.
↳ Ha nem tudják „Nézzétek meg a mértékegységet: gramm és kN/m a demóban.”
❓ „Mi változott a hullámformán, amikor a fékezést megemeltem?”
✓ Várt válasz nincs lengés, a görbe azonnal lecseng.
↳ Ha nem tudják „Nézzétek a görbe elejét: lengett-e egyáltalán?”
🎨
Hasonlat: trambulin (a hosszú csengés), gong és vizes törölköző (a puffanás).
⚠️
Gyakori hiba: a demó nem szól. Mondom: „Ellenőrizzétek a hangerőt és a némítást, és nyomjatok rá az Ütés gombra.” Ha a csúszka nem áll jól 55-ön, a kijelző mutatja az aktuális értéket: ahhoz igazítsd.
⏱️
Ha csúszol: a 42:30–44:00 szakaszt rövidítsd egy percre, és a hallgatói Ütést hagyd el. A puffanást ki ne hagyd, ez az 1. feladat (c) része.
10
Demó

Demó, N = 2: a két módus külön és együtt

45–50 perc
🎯 Cél a hallgatók látják és hallják, hogy a két tömeges rendszer hangja két módus keveréke, és hogy a 2. módus halkabb.
🖥️Mutatom (kivetítő)
a Demó 1, N = 2, a végek: „fal – szabad”, az ütés és a hallgatás helye is a 2. tömeg (az „Ütés helye” és a „Hallgatás helye” csúszka 2-n). Kéznél az előre elkészített mod1.wav, mod2.wav, ossz.wav.
⚠️ Fontos: a jelölőnégyzetek („Módusok: 1., 2.”) csak a lassított rajzot változtatják, a hangot nem. Az egyes módusok hangját a három hangfájllal mutatod meg.
📝Táblára írom
a HALLGATÁS oszlopba: „N = 2: 271 és 710 Hz” és „hang = módusok keveréke”.
⏱️Percről percre
  1. 45:00–45:45
    Beállítod N = 2-t. A kijelzőn az „f = 271, 710 Hz” sor látszik, mellette az arány 1,00 : 2,62. 🗣 Mondom „Egyezik azzal, amit kiszámoltunk a táblán.”
  2. 45:45–47:00
    Ütés. 🗣 Mondom „Mit hallotok? Egy hangot vagy kettőt?” Hagyj időt, hogy a hallgatók kimondják. Megkéred őket, hogy a mély hang fölött figyeljék a halvány csilingelést.
  3. 47:00–48:30
    A rajzban kikapcsolod a 2. módust, csak az 1. marad. 🗣 Mondom „A rajz lassított felvétel. Csak az első módus: a két tömeg együtt megy, mint a hullámzó vonat.” Aztán csak a 2. módus: „Ellentétesen: libikóka, a nyugvópont a két tömeg között.” Végül mindkettő be: „Az igazi mozgás a kettő összege.”
  4. 48:30–49:30
    Lejátszod a mod1.wav-ot, a mod2.wav-ot, majd az ossz.wav-ot. 🗣 Mondom „Az első a mély, kerek hang, a második a magas csilingelés. Az összeg az, amit a demó is játszik: a mély uralkodik, a magas halvány. A mod1 és mod2 fájlt külön normalizáltam, ezért egyformán hangosak, az ossz.wav az igazi arány.”
  5. 49:30–50:00
    🗣 Mondom „A hangszín úgy áll össze, mint a festékkeverés. Minden módus egy tubus. A hang a tubusokból kinyomott mennyiségek aránya. Hogy melyikből mennyi jön ki, az az ütés helyén múlik. Ez jön a következő blokkban.”
💬Kérdezem
❓ „Mi történik, ha csak a 2. módus szól?”
✓ Várt válasz magasabb, csilingelő hang, 710 Hz.
↳ Ha nem tudják „A 2. módus frekvenciája 710 Hz, ez a magasabb hang.”
❓ „Mi a különbség az 1. és a 2. módus rajzán?”
✓ Várt válasz az 1.-nél a két tömeg együtt, a 2.-nál ellentétesen mozog.
↳ Ha nem tudják „Nézzétek, hogy a két pont ugyanarra vagy ellentétes irányba megy.”
🎨
Hasonlat: festékkeverés (módusok = tubusok), libikóka (2. módus), hullámzó vonat (1. módus).
⚠️
Gyakori hiba: a hallgatók azt várják, hogy a jelölőnégyzet a hangot is kikapcsolja. Mondom: „A pipa csak a rajzot érinti. A hangot a három fájl mutatja meg.”
⏱️
Ha csúszol: a 48:30–49:30 hangfájl-szakaszt rövidítsd egy percre: csak a mod2.wav és az ossz.wav.
11
Demó

Demó, N = 3: az ütés helye és a hangszín

50–55 perc
🎯 Cél a hallgatók meghallják, hogy ugyanaz a tárgy másképp szól, ha máshol ütik meg, és értik, hogy ez a módusok keverési arányának változása.
🖥️Mutatom (kivetítő)
a Demó 1, N = 3, a végek: „fal – szabad”. Az „Ütés helye” és a „Hallgatás helye” csúszka mindig ugyanazon az értéken legyen, így tiszta a történet.
📝Táblára írom
a HALLGATÁS oszlopba: „N = 3: 195, 547, 791 Hz (nem 1 : 2 : 3)” és „ütés helye = a módusok keverési aránya”.
⏱️Percről percre
  1. 50:00–50:45
    Beállítod N = 3-at, mindkét csúszka 3-on. A kijelzőn az „f = 195, 547, 791 Hz” sor, az arány 1,00 : 2,80 : 4,05. 🗣 Mondom „Három módus, a frekvenciák aránya nem 1 : 2 : 3, mint egy húr felhangjainál. Ezért szól fémesebben.”
  2. 50:45–51:45
    Ütés a 3. tömegnél, a szabad végen. 🗣 Mondom „A szabad végen ütve a mély alaphang uralkodik: sötét, kerek hang.” Megmutatod a hullámformát és a rajzot, ahol a rózsaszín pont a 3. tömeg.
  3. 51:45–53:15
    Mindkét csúszkát 1-re húzod, Ütés. 🗣 Mondom „A falnál ütve az alaphang gyengébb, a magasabb módusok erősebbek: csilingelősebb, élesebb hang.” Ha van idő, még egyszer ütsz mindkét állásban, hogy a hallgatók összevethessék.
  4. 53:15–54:15
    🗣 Mondom „Gondoljatok a gitárra: ugyanaz a húr, de a híd mellett pengetve (ponticello) vékony, éles hangot kapsz, a fogólap fölött (tasto) kereket. A dobnál ugyanez: a szélére ütve csengőbb, a közepére mélyebb. Az ütés helye azt választja ki, melyik tubusból mennyi festék jön ki.”
  5. 54:15–55:00
    A hallgatók elmondják, mit hallottak, 2–3 hozzászólás. Összefoglalsz: „Az ütés helye a hangszín gombja.”
💬Kérdezem
❓ „Miért szól más hangszínen az ütés a falnál és a szabad végen?”
✓ Várt válasz az ütés helye határozza meg, melyik módus kap több energiát.
↳ Ha nem tudják „Gondolj a flageoletre: a csomópontnál az alaphang eltűnik.”
❓ „Hol a leggyengébb az alaphang a többi módushoz képest?”
✓ Várt válasz a falnál ütve (az 1. tömegnél).
↳ Ha nem tudják „A falnál az 1. módus mozgása a legkisebb, ezért itt a legkevésbé szól.”
🎨
Hasonlat: gitár (ponticello és tasto), dob (szél és közép), festékkeverés (a tubusok aránya).
⚠️
Gyakori hiba: a hallgatók csak a hangerőt veszik észre, a hangszínt nem. Mondom: „Ne azt figyeljétek, melyik hangosabb, hanem hogy melyik élesebb, és melyik kerekebb.”
⏱️
Ha csúszol: az 51:45–53:15 szakaszt rövidítsd két percre, a közös megbeszélést (54:15–55:00) hagyd ki.
12
Kód

Kód-labor: három módszer, egy rezgő

55–60 perc
🎯 Cél a hallgatók értik, hogy a gép lépésenként számolja a hangot, és hogy háromféleképpen lehet: két közelítéssel és egy pontos megoldással.
🖥️Mutatom (kivetítő)
a Kódok fül „Kód-labor: Euler és a pontos megoldás” része, Python. A tábla szabad felén a három együttható-pár.
📝Táblára írom (a KÓD oszlopba)
  • minden minta: y[n] = a₁ · y[n−1] + a₂ · y[n−2] · T = 1/44100 s
  • explicit Euler: a₁ = 2 − 2σT · a₂ = −(1 − 2σT + ω₀²T²)
  • szemi-implicit: a₁ = 2 − 2σT − ω₀²T² · a₂ = −(1 − 2σT)
  • pontos: a₁ = 2r cos θ · a₂ = −r² · r = e^(−σT), θ = ω_d T
⏱️Percről percre
  1. 55:00–55:45
    🗣 Mondom „Eddig a gép számolta ki a hangot, de hogyan? Három módszert nézünk, mindhárom ugyanazt a rezgőt számolja, mintánként, vagyis 44100-szor másodpercenként. Az első két módszer az Euler két változata, a harmadik a pontos megoldás.”
  2. 55:45–57:00
    🗣 Mondom „Az Euler olyan, mint amikor sötétben sétálsz egy kanyargós úton. Minden lépés előtt csak azt nézed, merre mutat most az orrod, és egyenesen lépsz egyet. Kis lépésnél eltalálod az utat, de a kanyarban kicsit kicsúszol, és a hiba halmozódik.”
  3. 57:00–58:15
    🗣 Mondom „A pontos megoldás nem lépegetés: ez a térkép, amelyen előre kiszámoltuk, hova jut a rezgő egy lépés alatt. Három szám építi fel. A cos az óriáskerék forgási sebessége, ez a hangmagasság. Az r megmondja, mennyi marad meg lépésenként a lendületből, ez a lecsengés. A sin az első lökés, vagyis az ütés.”
  4. 58:15–59:30
    Megmutatod a kódot, és felolvasod az euler függvényt: „Az acc sor a gyorsulás: a rugó visszahúz, a fék lassít. Egyetlen sor a különbség a két Euler között: az x az új sebességet használja, vagy a régit.” Megmutatod a két sort egymás mellett.
  5. 59:30–60:00
    Kézfelnyújtással kérdezed (lent), aztán: „Futtassátok.”
💬Kérdezem
❓ „Ki gondolja, hogy mindhárom módszer ugyanazt a hangot adja?” Nincs jó vagy rossz válasz, a tipp a kíváncsiságot hozza. Mondom: „Nézzük meg, kinek lett igaza.”
❓ „Szerintetek melyik fog elszállni?”
✓ Várt válasz nem tudják. Ha tippelnek, jó. Mondom: „A 63. perc táján kiderül.”
🎨
Hasonlat: sötétben lépkedés (Euler), térkép (a pontos megoldás), óriáskerék (cos), lendület-megmaradás (r), első lökés (sin).
⚠️
Gyakori hiba: az a₁ és az a₂ összekeverése az y[n−1] és y[n−2]-vel. Mondom: „A mostani hang az előző két hang keveréke. Az a₁ az előző mintáé, az a₂ az azelőttié a súly.”
⏱️
Ha csúszol: a 58:15–59:30 kódolvasást rövidítsd a két Euler-sor mutatására, a kézfelnyújtást hagyd ki.
13
Kód

Python futtatás és a kimenet olvasása

60–65 perc
🎯 Cél a hallgatók lefuttatják a három módszert, és a számokból látják, melyik száll el.
🖥️Mutatom (kivetítő)
a Kód-labor Python-kódja a kivetítőn, futtatás után a kimenet.
📝Táblára írom (a KÓD oszlopba), a kimenet beolvasása után
  • explicit Euler: 0,05 s alatt max ≈ 2,3 · 0,5 s alatt max ≈ 5 · 10¹⁶
  • szemi-implicit és pontos: max ≈ 0,036
⏱️Percről percre
  1. 60:00–60:30
    🗣 Mondom „Futtassátok a kódot. Háromszor 22 050 lépés van, ez néhány másodperc. Közben ne zárjátok be az ablakot.” Ha valakinek nincs Pythonja, párba ültetsz hozzá valakit.
  2. 60:30–62:30
    Körbejársz. Aki hibaüzenetet kap, annak rendszerint az import numpy hiányzik, vagy nem a teljes kódot másolta ki. Mondom a tanteremnek: „Ha lefutott, a kimeneten három sort kell látnotok.”
  3. 62:30–64:00
    Közösen felolvassátok a három sort. A tábla szerinti számokat ellenőrzitek. 🗣 Mondom „Az explicit Euler kitérése fél másodperc alatt 5 · 10¹⁶. Ez méterben kb. öt fényév: a mi kis tömegünk fél másodperc alatt a legközelebbi csillagnál is messzebb repülne.” 🗣 Mondom „A másik kettő csúcsa 0,036, ez a normális érték.”
  4. 64:00–65:00
    Kérdezem (lent), a választ a következő blokk elején mélyítitek.
💬Kérdezem
❓ „Melyik módszer száll el, és honnan látszik?”
✓ Várt válasz az explicit Euler, a kitérés 0,5 s alatt ≈ 5 · 10¹⁶, a másik kettőé 0,036.
↳ Ha nem tudják „Nézzétek meg, melyik szám nő a kimeneten.”
❓ „Mi a különbség a szemi-implicit és az explicit Euler között a kódban?”
✓ Várt válasz a szemi-implicitnél az x az új sebességet használja (x_new = x + T · v_new).
↳ Ha nem tudják „Egyetlen sor a különbség: melyik v kerül az x képletébe.”
🎨
Hasonlat: lépkedés sötétben (az explicit Euler, amely minden lépésnél kicsit többet ad hozzá, mint kellene).
⚠️
Gyakori hiba: lassú a Python-futás. Mondom: „Ez normális, néhány másodperc.” Ha valaki a gen~-t kérdezi: „A gen~ opcionális, a Python elég a megértéshez.”
⏱️
Ha csúszol: a 60:30–62:30 szakaszban a hallgatók helyett te futtatod le a kivetítőn mindenkinek, és a 64:00–65:00 kérdést a következő blokkba vonod át.
14
Kód

A pólus sugara: miért száll el az explicit Euler

65–70 perc
🎯 Cél a hallgatók megértik, hogy a három módszer közötti különbség egyetlen számban, a „sugárban” látszik, és ez dönti el, hogy a hang elhal vagy elszáll.
🖥️Mutatom (kivetítő)
a tábla az előző blokk számaival és a három együttható-párral.
📝Táblára írom
  • sugár: r = √(−a₂)
  • explicit Euler: 1,0019 (1-nél nagyobb: nő)
  • szemi-implicit: 0,99994 (1-nél kisebb: elhal)
  • pontos: 0,99994 (r = e^(−σT), mindig 1-nél kisebb)
⏱️Percről percre
  1. 65:00–66:00
    🗣 Mondom „Mi a közös a három módszerben? Mindegyik két mintás szabály: a mostani hang az előző két hang keveréke. A szabály sorsát egyetlen szám dönti el, a sugara: r = gyök alatt mínusz a₂.” Felírod a három sugarat.
  2. 66:00–67:30
    🗣 Mondom „Gondoljatok a mikrofonra és a hangfalra. Ha a mikrofon a hangfal hangját visszaveszi, és a visszacsatolás erősítése egynél kisebb, a hang elhal. Ha egynél nagyobb, üvölt. A sugár ez az erősítés: minden mintánál ennyiszeresére változik a hang. A 0,99994 azt jelenti, hogy másodpercenként a nyolc és fél százalékára esik. Az 1,0019 azt, hogy minden mintánál 0,19 százalékkal nő: ezt halmozva lesz belőle az öt fényév.”
  3. 67:30–68:30
    Kérdezem az első két kérdést (lent). Meghallgatod a válaszokat.
  4. 68:30–69:30
    Kérdezem a harmadik kérdést, a magas frekvenciás esetet. 🗣 Mondom „Minél magasabb a módus, annál nagyobb az Euler frekvenciahibája. Ezért nem Eulerrel építünk hangszert.”
  5. 69:30–70:00
    🗣 Mondom „A pontos megoldásnál a sugár e a mínusz σT-n. Amíg a σ pozitív, ez mindig egynél kisebb: a pontos rezgő soha nem szállhat el. Ezért építünk rá.”
💬Kérdezem
❓ „Mit jelent, hogy a sugár 1,0019?”
✓ Várt válasz minden mintánál 0,19 százalékkal nő a hang, mint a visszacsatolás.
↳ Ha nem tudják „Az egynél nagyobb erősítés mindig üvölt.”
❓ „Miért marad a pontos megoldás sugara mindig egynél kisebb?”
✓ Várt válasz mert r = e^(−σT), és a negatív kitevő mindig egynél kisebb számot ad.
↳ Ha nem tudják „Az e mínusz valami mindig 1 alatt marad, ha az a valami pozitív.”
❓ „Mi történne a szemi-implicit hangjával, ha k = 500 kN/m és m = 1 g?”
✓ Várt válasz a frekvenciája kb. 1,1 százalékkal, kb. 39 Hz-cel éles lenne, a pontosé nem változik.
↳ Ha nem tudják „A magasabb frekvencián nagyobb a lépések közti ugrás, ezért nagyobb a hiba.”
🎨
Hasonlat: hangfal–mikrofon visszacsatolás (a sugár az erősítés: 1 alatt elhal, 1 fölött üvölt).
⚠️
Gyakori hiba: a hallgatók a 0,19 százalékot elhanyagolhatónak tartják. Mondom: „Ez minden mintánál megtörténik, másodpercenként 44100-szor. A kis szám halmozva óriási.”
⏱️
Ha csúszol: a harmadik kérdést (500 kN/m, 1 g) hagyd ki.
15
Kód

Meghallgatás és összekötés

70–75 perc
🎯 Cél a hallgatók meghallják a három módszer különbségét, és a cos, r, sin hármas összekapcsolja az eddigieket a modális szintézissel.
🖥️Mutatom (kivetítő)
a három lejátszható hangfájl (explicit, szemi, pontos). A Max/MSP gen~ rész csak akkor, ha van gép hozzá. A tábla a KÓD oszlopban az együtthatókkal.
📝Táblára írom (a KÓD oszlopba, az összefoglaláshoz)
  • cos θ → a hangmagasság (óriáskerék sebessége)
  • r → a lecsengés (mennyi marad lépésenként)
  • sin → az ütés, az első minta
  • egy módus = egy ilyen rezgő · egy tárgy hangja = a módusok összege
⏱️Percről percre
  1. 70:00–72:00
    Opcionális hanghallgatás. Ha van idő és működik a hang, a Kód-labor futtatása után kiírod a három fájlt, és lejátszod őket egymás után.
  2. 72:00–73:30
    Összekötés. 🗣 Mondom „A modális szintézis ezekből a rezgőkből áll. Minden módus egy ilyen két mintás rezgő: a cos adja a hangmagasságot, az r a lecsengést, a sin az ütés erejét. Egy gong hangja ezek összege. Ezt építjük fel a következő órákon.”
  3. 73:30–75:00
    Kérdezem (lent), röviden, két hallgatóval.
# a Kód-labor és a közös alap betöltése után
ye, ys, yp = euler(True), euler(False), exact()
for nev, y in (("explicit", ye), ("szemi", ys), ("pontos", yp)):
    write_wav(nev + ".wav", y / np.abs(y).max())

Az explicit fájlban a hang a normalizálás miatt csak a vége felé hallatszik: egyre erősödő, 439 Hz körüli hang. A szemi és a pontos fájl szinte azonos hangot ad.

💬Kérdezem
❓ „Melyik szám állítja a hangmagasságot az a₁ = 2r cos θ képletben?”
✓ Várt válasz a θ, a cos révén.
↳ Ha nem tudják „Az óriáskerék forgási sebessége: gyorsabb kerék, magasabb hang.”
❓ „Mekkora az r, ha a hang sosem halna el?”
✓ Várt válasz 1.
↳ Ha nem tudják „Akkor minden mintánál ugyanannyi marad meg, nem fogy semmi.”
🎨
Hasonlat: óriáskerék (cos), lecsengés-gomb (r), első lökés (sin).
⚠️
Gyakori hiba: az explicit fájl az elején szinte néma, és a hallgatók hibásnak hiszik. Mondom: „Nem hibás a fájl: a hang az elején elképzelhetetlenül halk, és csak a végére nő meg.”
⏱️
Ha csúszol: a hanghallgatást (70:00–72:00) és a gen~ részt hagyd ki, az összekötést bővítsd 5 percre: ez a blokk lényege.
16
Teszt

Mini-teszt, első fele

75–80 perc
🎯 Cél a hallgatók egyedül írják a hat kérdéses tesztet, a te dolgod csak a csend és az idő.
🖥️Mutatom (kivetítő)
a kivetítőn a teszt hat kérdése és egy visszaszámláló óra (7 perc, 82:45-ig). A nyomtatott lapokat a szünetben (8. blokk) már lefordítva letetted az asztalokra.
📝Táblára írom
semmit. A táblán maradnak a számolások, de a hallgatók nem segíthetnek egymásnak.

A teszt (6 kérdés, 10 pont, 7 perc írás)

  1. (1 pont) Mekkora f₀ m = 10 g, k = 76 kN/m esetén?
  2. (2 pont) m = 5 g, k = 300 kN/m, c = 7,6 N·s/m: mekkora ζ és T₆₀?
  3. (1 pont) Mekkora a kritikus csillapítás m = 10 g, k = 76 kN/m esetén?
  4. (2 pont) Két tömegű fal–szabad láncban mekkora f₂/f₁?
  5. (2 pont) Miért száll el az explicit Euler?
  6. (2 pont) Mi a cos szerepe az a₁ = 2r cos θ együtthatóban?
⏱️Percről percre
  1. 75:00–75:45
    Kivetíted a kérdéseket, a lapok már lefordítva az asztalokon vannak. 🗣 Mondom „Most egyedül írtok. Hét perc, segédeszköz csak számológép. Hat kérdés, tíz pont. Aki végzett, nézze át, hogy a mértékegységek rendben vannak-e.”
  2. 75:45–76:00
    Elindítod az órát. 🗣 Mondom „Kezdhetitek.”
  3. 76:00–80:00
    Körbejársz, nem segítesz. Ha valaki megkérdezi, hogy mit értsen valamin, csak a kérdés szövegét olvasod fel újra. Az 5. kérdésnél elakadóknak szabad egyetlen tippet adnod: „Gondolj az együtthatóra, amelyik 1-nél nagyobb lesz.” Fejben jegyzed, hol akadnak el a legtöbben.
Kérdezem: most senkit.
🎨
Hasonlat: a teszt végén, a 17. blokkban a megoldásokat hasonlattal mondod el.
⚠️
Gyakori hiba: a hallgatók a 2. kérdésnél a ζ-t és a T₆₀-at keverik, vagy a mértékegység-átváltást kihagyják. Nem szólsz bele, a lapcsere után a kulcs megmutatja.
⏱️
Ha csúszol: a teszt idejét ne rövidítsd. Ha az óra elcsúszott, a 14–15. blokkból vágj, ne a tesztből.
17
Teszt

Mini-teszt második fele, lapcsere, kulcs

80–85 perc
🎯 Cél a hallgatók befejezik a tesztet, kicserélik a lapot, és a kulcs alapján mindenki megtudja a pontszámát.
🖥️Mutatom (kivetítő)
a kivetítőn a hat helyes válasz (a kulcs) csak a lapcsere után, addig a teszt kérdései.
📝Táblára írom
az értékelési skálát: 9–10 pont kiváló · 7–8 jó · 5–6 megfelelő · 4 vagy kevesebb: ismétlés a 2. gyakorlat előtt.
⏱️Percről percre
  1. 80:00–82:45
    A hallgatók írnak, te figyelsz. 82:30-nál szólsz: „Negyed perc, fejezzétek be.”
  2. 82:45–83:00
    🗣 Mondom „Tollat le. Cseréljetek lapot a szomszéddal, és javítsatok pirossal vagy másik színnel.”
  3. 83:00–85:00
    Felolvasod a hat választ és a pontozást (lent). Mindenki a szomszéd lapját javítja, majd visszaadja, és saját pontszámát felírja a lap tetejére. Nem vitatkozunk, nem magyarázunk hosszan: a megoldásokat mondod el.

A kulcs és ahogy elmondod

#Helyes válaszPontHogyan mondod el
1f₀ = 439 Hz (438,8)1„Az A hang környéke, 439.”
2ζ = 0,098 (1 pont), T₆₀ = 9,1 ms (1 pont)2„Kis ζ, nagyon rövid kopp: a (b) eset a pergő.”
3c_krit = 55,1 N·s/m1„Ez a méz: ennél több fék már nem enged lengést.”
4f₂/f₁ = 2,618 (= 1,618 / 0,618); 2 pont. 1 pont, ha 1,618-at mond, de indokol2„Nem az aranymetszés, hanem a négyzete: egy oktáv és egy szűk kvart.”
5A két mintás alakban |a₂| = 1 − 2σT + ω₀²T² kis csillapításnál 1 fölé megy, így a pólus sugara 1-nél nagyobb. 2 pont; 1 pont, ha csak annyit mond, hogy „minden lépés túllő”2„Mint a visszacsatolás: az erősítés egynél nagyobb, ezért üvölt.”
6A cos adja a hullám sebességét: kis θ-nál a₁ ≈ 2, nagyobbnál kisebb, ez a hangmagasság. 2 pont; 1 pont, ha csak „a frekvencia” szerepel indoklás nélkül2„Az óriáskerék forgási sebessége: a cos a hangmagasság-gomb.”
  • 84:30–85:00. Mondom: „Aki 4 pont alatt van, nézze meg újra a 2. gyakorlat előtt a Megoldások fület. Köszönöm a csendet és a figyelmet.”
Kérdezem: most senkit. Ha valaki vitatja a pontozást, mondom: „A szünetben megbeszéljük.”
🎨
Hasonlat: a kulcs minden sorában egy hasonlat van: méz, pergő, óriáskerék, visszacsatolás.
⚠️
Gyakori hiba: a 4. kérdésnél az 1,618-at mondják f₂/f₁-nek. Az 5.-nél az „elszáll” szót írják magyarázat nélkül (1 pont). A 2.-nál a mértékegység-átváltás hiánya miatt rossz a ζ.
⏱️
Ha csúszol: a kulcsot olvasd fel gyorsabban, kérdésenként 15 másodperc. A lapcserét kihagyhatod, ha a hallgatók a saját lapjukat javítják.
18
Lezárás

Lezárás, házi feladat, átvezetés

85–90 perc
🎯 Cél a hallgatók három mondatban viszik haza az egész órát, tudják a házi feladatot, és tudják, mi jön legközelebb.
🖥️Mutatom (kivetítő)
a kivetítőn a három összefoglaló mondat és a házi feladat.
📝Táblára írom
a HALLGATÁS, SZÁMOLÁS és KÓD oszlop alá egy-egy mondatot, a végén a házit.
  • SZÁMOLÁS: egy rezgő = lecsengő szinusz (ω₀, σ, ζ). Összetett tárgy = módusok összege.
  • HALLGATÁS: az ütés helye a módusok keverési aránya.
  • KÓD: pontos együtthatók (cos, r, sin), nem Euler.
  • Házi: a Python oscillator és resonator összehasonlítása (3. feladat az 1. óra anyagából) · olvasás: 9–10. pont.
⏱️Percről percre
  1. 85:00–86:30
    🗣 Mondom „Három mondatot vigyetek haza. Első: egy rezgő hangja lecsengő szinusz, mint a trambulinon pattogó gyerek, és ennek két mintás szabálya van. Második: egy összetett tárgy hangja módusonként ilyen rezgők összege, mint a festékkeverés: minden módus egy tubus, az ütés helye adja a keverést. Harmadik: az Euler közelít és elszállhat, mint a visszacsatolás. A pontos együtthatók, a cos, a sin és az r, nem.”
  2. 86:30–87:30
    Felírod a házit, és mondom: „A házi: futtassátok le a Python oscillator és resonator függvényét az m = 0,01, k = 76e3, c = 0,049 értékekkel, és vessétek össze a két kimenetet. Kérdés: mekkora a relatív eltérésük, ha az egyiket egy mintával eltolod, és miért? Olvasásra a 9. és a 10. pont.”
  3. 87:30–89:00
    🗣 Mondom „Mi volt ma a legnehezebb?” Két hallgató válaszol. Közben a Kérdés-falról felolvasol egy-két kérdést, és röviden válaszolsz, vagy jelzed, hogy a következő órán visszatértek rá.
  4. 89:00–90:00
    🗣 Mondom „Köszönöm a munkát. A következő órán a láncot és a valódi hangszereket számoljuk és hallgatjuk. Találkozunk [dátum, idő].” Nem mondod, hogy „folytatjuk legközelebb”: a gyakorlat itt teljesen lezárult.
💬Kérdezem
❓ „Mi volt ma a legnehezebb?” Nincs jó vagy rossz válasz.
↳ Ha nem tudják „Akkor én mondom: sokaknak a két tömeges rész. Ha az volt, a Kérdés-falra felírhatod, hogy melyik lépés.”
🎨
Hasonlat: trambulin (egy rezgő), festékkeverés (módusok), visszacsatolás (Euler).
⚠️
Gyakori hiba: a hallgatók nem találják a két függvényt. Mondom: „Az oscillator és a resonator a Kódok fül közös alapjában van.”
⏱️
Ha csúszol: a „Mi volt a legnehezebb” kérdést (87:30–89:00) rövidítsd egy hallgatóra, és a Kérdés-falat vidd át a következő alkalomra.

Mellékletek

A. Csúszás esetén: mit hagyj el

Egy időpontot soha ne vágj le: a 20. percnél a két tömeg ábrájának, a 40. percnél a demónak, az 55. percnél a kódnak, a 75. percnél a tesztnek kell indulnia. Ami közte csúszik, azt innen vágd.

BlokkMit hagyj el, ha 2–3 percet csúszol
1 (0–5)semmit, fix 5 perc; a közös átvételt kérdésenként 20 mp-re
2 (5–10)a tömegduplázás kérdést
3 (10–15)a kétszeres fék kérdést
4 (15–20)a (b) esetet házinak adod, csak az eredményt írod fel
7 (30–35)a módus-tömegeket és az arányt házinak adod, csak a 0,146-ot mondod ki
9 (40–45)a hallgatói Ütést és a c = 55,1 hallgatás rövid része
11 (50–55)a közös megbeszélés (54:15–55:00)
14 (65–70)a harmadik kérdés (500 kN/m, 1 g)
15 (70–75)a hanghallgatás és a gen~; az összekötés bővül 5 percre

B. Gyakori hibák egy helyen

HibaMit mondj
gramm és kg, kN/m és N/m keverése„Állj meg, nézd meg az első sort: kilogramm és newton per méter?”
f₀ és ω₀ keverése„Az f hertz, az ω rad/s, a kettő között 2π van.”
T₆₀-nál 3 a 6,9 helyett„A hatvan decibel ezerszeres, ln 1000, és a σ-val osztunk.”
f₂/f₁ = 1,618„Osszuk el: 710 per 271, az 2,62.”
az a_n-nél nincs négyzet„Az ütés és a hallgatás helye is számít: szorzat, ugyanott négyzet.”
a jelölőnégyzet „a hangot is kapcsolja”„A pipa csak a rajzot érinti. A hangot a három fájl mutatja meg.”
a (c) esetben „nincs hang”„Nincs csengés, de puffanás van.”

C. Hasonlat-szótár

FogalomHasonlatHol használod
tömeg–rugó–féktrambulin: gyerek, vászon, levegő2–4. blokk
tömeg és merevség (f₀)nagy dob mély, feszes bőr magas2.
mértékegység-átváltáshangolás: mindenki ugyanarra legyen hangolva2.
σ, T₆₀a trambulin utózengése, RT603.
kritikus csillapítás, ζméz a trambulinon; gong és vizes törölköző3–4., 9.
módustánckar: közös ütem, más mozdulatnagyság1., 5.
két tömegkét vagon5.
K mátrixa kötelek térképe5.
det(K − ω²M) = 0hangolás: a húr csak a saját hangjain cseng5.
λzenei intervallum: az arány számít, nem a hertz6.
1. módus, 2. módushullámzó vonat, libikóka7., 10.
ütés helyegitár: ponticello és tasto, flageolett; dob szél és közép7., 11.
a módusok összegefestékkeverés: minden módus egy tubus10., 11., 18.
Eulersötétben lépkedés: csak az orrod irányát nézed12.
a pontos megoldástérkép, nem lépegetés12.
cos, r, sinóriáskerék sebessége, lecsengés-gomb, első lökés12., 15.
a pólus sugarahangfal–mikrofon visszacsatolás14.

A hasonlatok korlátai. A trambulin a tömeg–rugó–fék kép, de nem tökéletes: a felugrás nem tökéletesen lineáris. A festékkeverés a hangszínt szemlélteti, de a módusok nem „színek”, hanem frekvenciák. Ha egy hallgató ráerősít a hasonlat gyengéjére, ne védd: mondd ki, hogy a kép ott véget ér, és térj vissza a számhoz.