Інформація для викладачів
Опис
Експериментальна установка
У цьому експерименті учні аналізують акустичні сигнали різних джерел звуку.
Вони виявляють відмінності та подібності в частотних спектрах і кривих зміни амплітуди в часі.
Сигнали записуються та аналізуються за допомогою програмного забезпечення measure Acoustics.
Додаткова інформація для викладачів (1/2)
Попередні знання
Перед проведенням експерименту учні та студенти мають ознайомитися з основними поняттями про коливання та звук. Вони повинні бути знайомі з програмним забезпеченням measure Acoustics і знати, що таке синусоїда.
Студенти та учні повинні не тільки знати, як працювати з програмним забезпеченням, але й розуміти значення частотного спектру та кривої зміни амплітуди від часу.
Принцип
У цьому експерименті генеруються різні звуки і спостерігаються, як вони візуалізуються в цифровому вигляді. На основі спостережень робляться висновки про фізичні властивості та їхній математичний еквівалент.
Додаткова інформація для викладачів (2/2)
Мета навчання
Після проведення експерименту учні повинні вміти класифікувати досліджувані сигнали за категоріям: тон, звук, шум та стукіт (удар).
Завдання
У цьому експерименті з'ясуйте, які існують інші форми звуку, окрім синусоїди, і чим вони відрізняються одна від одної. Дослідіть різні звукові сигнали:
- Камертон
- Вібраційна струна
- Шелест паперу
- Лінійка, що б'ється
Інструкції з техніки безпеки
До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.
Інформація для студентів
Мотивація
Щебетання пташки
Ми постійно відчуваємо незліченну кількість різноманітних звуків. Від щебетання пташки до будівельних робіт і музики, звуки можуть не лише набувати найрізноманітнішої гучності, висоти та комбінацій.
Цей експеримент ближче знайомить з різними формами звуків і показує, як ці звуки можна відрізнити один від одного не тільки за звучанням, але й фізично.
Завдання
Експериментальна установка
У цьому експерименті з'ясуйте, які форми звуку існують, окрім синусоїди, і чим вони відрізняються одна від одної.
Досліджуйте різні звукові сигнали:
- Камертон
- Вібраційна струна
- Шелест паперу
- Лінійка, що б'ється
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість | ||
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Лінійка, пластмасова, 200 мм | 09937-01 | 1 | ||
| 2 | Камертон, 440 Гц | 03424-00 | 1 | ||
| 3 | Ударний молоточок, гумовий | 03429-00 | 1 | ||
| 4 | Монохорд для експериментів, комплект | 13289-15 | 1 | ||
| 5 | Лоток для зберігання, 413x240x100 мм | 47325-02 | 1 | ||
| 6 |
| 14441-61 | 1 |
Підготовка
1.Правильно під'єднайте мікрофон до комп'ютера. Розмістіть мікрофон так, щоб його головка не була закрита жодним предметом.
2.Запустіть програму Measure Acoustics.
3. Відкрийте експеримент "1.6 Аналіз звуку".
4.Відкрийте огляд експерименту (пункт меню "Файл" → "Відкрити експеримент" або виберіть "Відкрити експеримент" у рядку меню).
5. Виберіть експеримент "1.6 Аналіз звуку" з папки "1 Генерація, поширення та сприйняття звуку".
Виконання роботи (1/6)
Малюнок 1
Частина 1: Камертон
1. Обидві діаграми активуються після завантаження експерименту. Це означає, що звуковий сигнал мікрофона відображається одразу.
2. Вдарте молоточком по камертону і тримайте його перед мікрофоном (мал. 1).
3. Поспостерігайте за кривими на двох діаграмах. Зафіксуйте діаграми одночасно під час запису.
Виконання роботи (2/6)
Підказка для зупинки:
Виберіть "Активувати/зупинити всі діаграми" в рядку меню програми.
4. Налаштуйте ділянки діаграми для кращого перегляду.
Допомога для перегляду:
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.
5. У вікні діаграми "Спектр сигналу на аудіовході (мікрофон)" подивіться на спектр і відзначте, скільки звукових частот можна виявити.
6. У вікні діаграми " Графік функції зміни сигналу на аудіовході (мікрофоні)" подивіться на криву часу і відмітьте, яку форму кривої можна розпізнати.
Виконання роботи (3/6)
Частина 2: Вібраційна струна (гітара)
1. Створіть оригінальні секції діаграми.
Допомога з діаграмами:
Виберіть у вікні діаграми "Стандартний розріз".
2. Активуйте діаграми в програмному забезпеченні.
3. Знову зупиніть всі діаграми відповідно за інструкцією по зупинці.
Виконання роботи (4/6)
4. Встановіть мікрофон перед гітарою і візьміть струну гітари (мал. 2). Зафіксуйте діаграми під час запису. Відрегулюйте ділянки діаграми.
5. Запишіть, скільки звукових частот гітари можна розпізнати.
Малюнок 2
6.Поспостерігайте за кривою вібрації гітари та охарактеризуйте її: Чи є крива безперервною або короткочасною?
Це періодичний (повторний курс) чи неперіодичний?
Запишіть свої спостереження в протокол експерименту.
Виконання роботи (5/6)
Малюнок 3
Частина 3: Шелест паперу
1. Зробіть оригінальні ділянки діаграм і активуйте діаграми в програмному забезпеченні (див. Довідка 5).
2. Візьміть аркуш паперу і зімніть його однією рукою перед мікрофоном (мал. 3). Спостерігайте за діаграмами, які при цьому утворюються. Зупиніть діаграми та відрегулюйте їхні ділянки.
3. Зверніть увагу на кількість звукових частот у спектрі і знову охарактеризуйте криву коливань.
Виконання роботи (6/6)
Частина 4: Лінійка, що б'ється
1. Створіть оригінальні ділянки діаграми та активуйте діаграми в програмному забезпеченні.
2. Візьміть в одну руку лінійку і постукайте нею по столу біля мікрофона (мал. 4).
Малюнок 4
3.Спробуйте зупинити діаграми водночас. Повторюйте процес стільки разів, скільки потрібно, поки на графіку амплітудно-часової діаграми не буде видно відхилення. Потім відрегулюйте ділянки діаграми.
4.Зверніть увагу на кількість звукових частот у спектрі та охарактеризуйте криву вібрації.
Протокол
Завдання 1
Питання
Завдання 2
Звукові хвилі можна візуалізувати у вигляді синусоїди. Що означають параметри синусоїди для звукової хвилі?
Завдання на схемі: розташуйте підписи по місцях. Підписи: Висота звуку; Об`єм; Амплітуда A; Кругова частота \omega. Місця на схемі: Меса; Обсяг.
Завдання 3
Завдання 2
Питання
Завдання 4
Питання
Завдання 5
Питання
Під шумом розуміють довільні криві коливань, які є результатом накладання багатьох синусоїдальних кривих з сильно відмінними амплітудами та кутові частоти .
Як наслідок, період також є непостійним на всьому відрізку.
Завдання 6
Питання
Під вибухом розуміють звук, амплітуди якого швидко зменшуються.
Отже, вибух нетривалий.