Звук як синусоїдальна хвиля

1. Правильно під'єднайте мікрофон і навушники до комп'ютера.
2. Розташуйте комп'ютер так, щоб довжина кабелів навушників була достатньою для того, щоб без проблем вдягнути навушники.
3. Розмістіть мікрофон так, щоб його головка не була закрита жодним предметом.

Частина 1: Запис звуку

• Запустіть програмне забезпечення measure Acoustics
• Відкрийте експеримент "1.5a Звук як синусоїда: запис звуку"

1. Графік функції сигналу на аудіовході (мікрофон) від часу

Графік представляє залежності відносної амплітуди записаної звукової хвилі від часу.
(Примітка: показано лише останні 100 мілісекунд запису. Це одна десята секунди).

2. Частотний спектр

У багатьох випадках звук складається не з однієї хвилі з певною частотою та амплітудою, а з декількох окремих звукових хвиль (іноді від різних джерел звуку), які накладаються зі своїми звуковими частотами та амплітудами, утворюючи загальну звукову хвилю.

Частотний спектр показує, з яких окремих звукових хвиль складається записаний звуковий сигнал. Тут відображається частота та відносна амплітуда кожної окремої хвилі.

• Візьміть великий камертон (440 Гц, так званий концертний тон a) і вдарте по ньому молоточком. Тримайте вібруючий камертон перед мікрофоном і спостерігайте за кривими, показаними на двох діаграмах.
• Щоб краще роздивитись криві, повторіть процес і цього разу зупиніть обидві діаграми водночас.

Рисунок 1

Завдання 1:

Відкрийте огляд експерименту (пункт меню "Файл" → "Відкрити експеримент" або виберіть "Відкрити експеримент" у рядку меню). Виберіть експеримент "1.5a Звук як синусоїда: запис звуку" з каталогу "1 Генерація, поширення та сприйняття звуку".

• Відкриваються два вікна з діаграмами (рис. 1), а також PDF-документ з описом експерименту.
• У цих двох діаграмах звукозапису звукові сигнали представлені по-різному. Обидві діаграми активуються після завантаження експерименту. Це означає, що звуковий сигнал з мікрофона відображається відразу.

Завдання 2:

Виберіть "Активувати/заморозити всі діаграми" в рядку меню програми (не на відповідній діаграмі).

• Збільште відповідну ділянку діаграми.

Завдання 3:

За допомогою перехрестя "Позначка" у вікні діаграми визначте значення x (тут: частота в Гц) і значення y (тут: відносна амплітуда звукового тиску в %) в точці розташування перехрестя. Для цього необхідно прочитати значення внизу екрана в рядку стану.

• Повторіть процедуру з меншим камертоном (880 Гц). Зверніть увагу на частоти, що спостерігаються в спектрі і для цього камертона.

Завдання 4:

У вікні діаграми виберіть "Масштабування". Потім намалюйте прямокутник навколо відповідної ділянки діаграми, щоб збільшити масштаб: утримуючи ліву кнопку миші, намалюйте прямокутник від лівого верхнього кута до правого нижнього.

Щоб відновити попередню ділянку, перетягніть будь-який прямокутник у зворотному напрямку, тобто з правого нижнього кута у лівий верхній , або виберіть "Стандартна ділянка" на сірій смузі у верхній частині вікна діаграми.

• Спостерігайте за тим, яку криву має графік коливань камертона в часі і на яких частотах можна розрізнити окремі звукові хвилі в частотному спектрі.
• Запишіть свої спостереження за частотним спектром у протокол експерименту.

Частина 2: Генерація звуку

• Відкрийте експеримент "1.5b Звук як синусоїда: запис звуку" (див. Завдання 1).
• Як і в частині 1, відкриється два вікна з діаграмами (рис. 1), а також PDF-документ з описом експерименту.
• Одягніть навушники.
• У вікні діаграми "Спектр сигналу на аудіовиході (гучномовець або навушники)" можна генерувати синусоїдальні сигнали, тобто звукові хвилі з однією частотою. Створіть сигнал з частотою 1000 Гц і відносною амплітудою 10 %.

Завдання 5:

Переміщайте курсор миші по ділянці діаграми, доки внизу малюнка в рядку стану не з'являться потрібні значення x та y (1000,10). Потім виберіть сигнал з цими значеннями, двічі клацнувши лівою кнопкою миші. Створіть сигнал, вибравши "Почати" на сірій смузі у верхній частині вікна діаграми.

• Змініть сигнал за частотою та відносною амплітудою.

Завдання 6:

Виділіть символ "Звук" на діаграмі лівою кнопкою миші, а далі, утримуючи ліву кнопку миші, перетягніть символ на ділянку діаграми.

• Поспостерігайте, як змінюється висота і гучність звуку. Занотуйте в протоколі експерименту, як змінюється хід випромінюваного звуку в часі.
• Для більш точних налаштувань сигналу скористайтеся меню "Генератор сигналу". Виберіть сигнал з частотою 1250 Гц.

Завдання 7:

Клацніть правою кнопкою миші на області діаграми і виберіть "Генератор сигналу" з меню, що з'явиться. У вікні "Генератор "Генератор сигналу" встановіть частоту 1250 Гц і відносну амплітуду, наприклад, 40 %.

• Згенеруйте звук, вибравши "Почати" на сірій смузі у верхній частині вікна діаграми.
• Визначте тривалість 10 циклів коливань і запишіть свій результат. Для оцінки часового ходу розумно налаштуйте ділянку діаграми (див. завдання 3) і зчитайте точні значення з рядка стану (див. завдання 4).