Відбивання та поглинання звуку

• Для експериментів виводиться послідовність із 8 тональних імпульсів. Імпульс звукового сигналу записується одним натисканням кнопки. Послідовність з 8 тональних імпульсів запрограмована таким чином, що один імпульс складається з короткої синусоїди з діапазоном максимальної відносної амплітуди приблизно 1 мс. Різниця в часі між двома імпульсами становить приблизно 100 мс, так що, як правило, на діаграмі можна побачити лише один імпульс.
• Для оцінки експерименту вимірюється максимум імпульсу. Гучність мікрофона і чутливість навушників дуже сильно впливають на розмір записуваного сигналу, тобто на виміряні значення відносної амплітуди. Наведені в таблицях виміряні значення слід розглядати як приклад вимірювань. Реальні вимірювання можуть значно від них відрізнятися. Однак співвідношення виміряних значень між собою і висновки залишаються незмінними.

• У першій частині звуковий імпульс дуже сильно послаблюється при проходженні через обкладинку компакт-диска. Тому навколишній шум під час вимірювання цього імпульсу має бути якомога меншим. В іншому разі, флуктуації вихідної лінії можуть перешкодити вимірюванню сигналу.
• У другій частині досліджується звукопоглинання різних конструкцій стін методом вимірювання віддзеркалень. Перший імпульс - це прямий сигнал від навушників, інші три імпульси ґрунтуються на відбитті (відлуння) на кінцях трубки. Оскільки мікрофон розташовано не прямо перед навушниками, а збоку і трохи позаду них, то перший імпульс вимірюється не за тих самих умов, що й інші імпульси. Його максимальна амплітуда змінюється залежно від положення мікрофона і часто менша, ніж відлуння. Це не є важливим для проведення експерименту, але може стати приводом для дискусій. На сторінці інформації для студентів описується найточніше розміщення навушників і мікрофона, при якому перший і другий імпульси приблизно однакові під час відбиття від паперової обкладинки компакт-диска.

"Конструкції стін" у другій частині експерименту відрізняються тим, що повсть різної форми розміщують перед стіною, яка відбиває світло (у цьому разі перед обкладинкою компакт-диска).

Звуковий імпульс посилається і відбивається від цієї стіни. Чим менше відлуння, тим краще звукопоглинання стіни. Відносні амплітуди перших відлунь-сигналів (другий зареєстрований імпульс на рис. 8) для різних "стінок" порівнюються один з одним.

Ось тому умови експерименту мають бути завжди однаковими, тобто навушники, мікрофон і скляна трубка не повинні рухатися один відносно одного. Можливим контролем для незмінності установки є вимірювання першого імпульсу (прямого сигналу з навушників), він повинен бути завжди однакового розміру в усіх часткових експериментах, якщо це можливо.

Приклад вимірювань для двох частин експерименту.

Усі наведені значення є прикладами проведених вимірювань. Значення, виміряні учнями, також можуть відрізнятися сильніше (особливо перший імпульс із частини 2). Однак співвідношення виміряних значень між собою залишаються аналогічними, а отже, і висновки будуть такими самими.

Причини відхилення виміряних значень:

• Навіть невелика зміна відстані між навушниками і мікрофоном призводить до значних змін вимірюваної величини.
• Навушники або мікрофони, які відрізняються від тих, що використовуються в даному експерименті, можуть мати різну чутливість і, відповідно, давати різну висоту імпульсу.

Вимірювання максимуму імпульсу - це швидкий, але простий метод визначення амплітуди імпульсу,, оскільки це лише якісне порівняння, а значення достатньо відтворювані за стабільних геометричних умов.

До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.

1. Виміряйте проходження звуку крізь суцільні стінки з паперу або картону.
2. Виміряйте відбиття звукового імпульсу від твердої стіни і дослідіть вплив розташування повсті перед стіною.

Скляна трубка, навушники та мікрофон

Передача звуку через стіни

• Розташуйте мікрофон на відстані приблизно 2 мм перед навушниками. Відстань слід вибирати таким чином, щоб тонкий картон обкладинки компакт-диска міг стати "стінкою" між мікрофоном і навушниками для подальших вимірювань. Однак спочатку експеримент проводиться без цієї перегородки.

• Запустіть програмне забезпечення measure Акустика (measure Acoustics).

В vero eos et accusam et justo

• Відкрийте експеримент "3.6 Звукоізоляція".

Підказка 1: Відкрийте огляд експерименту (пункт меню "Файл" → "Відкрити експеримент" або виберіть "Відкрити експеримент" у рядку меню). Виберіть експеримент "3.6 Звукоізоляція" з папки 3 "Застосування з медицини, музики та повсякденного життя".

• Запустіть відтворення діаграми "Спектр сигналу на аудіовиході (гучномовець або навушники)". Через 2 секунди відтворюється послідовність з восьми тонів.

Підказка 2: Натисніть "Почати" у вікні діаграми "Спектр ... (гучномовець або навушники)".

• Знову запустіть відтворення (див. підказку 2). Але тепер зупиніть хід звукозапису так, щоб у вікні діаграми " Функція сигналу ... (мікрофон)" Ви побачили один з восьми звукових імпульсів у повному обсязі.

Підказка 3: Виберіть "Активувати / зупинити діаграму" у вікні діаграми"Функція сигналу на аудіовході (мікрофон) від часу".

• Відрегулюйте зафіксовану ділянку діаграми так, щоб можна було чітко бачити записаний звуковий сигнал. За необхідності повторіть процедуру доти, доки звуковий сигнал не буде успішно записано.

Підказка 4: Виберіть "Автоматичне налаштування ділянки діаграми". За необхідності використовуйте лупу "Масштабування" і за допомогою лівої кнопки миші намалюйте прямокутник навколо області, яку слід збільшити.

• Визначте максимальне значення відносної амплітуди і занесіть його в Таблицю 1.

Підказка 5: У вікні діаграми " Функція сигналу в часі ... (мікрофон)" виберіть перехрестя "Позначка", щоб визначити значення y (тут: відносну амплітуду), зчитавши його з рядка стану в нижній частині екрана.

• Помістіть навушники та мікрофон разом безпосередньо перед іншим отвором трубки. Навушники потрібно вставити приблизно на 2 мм у скляну трубку і спрямувати їх прямо в бік трубки, мікрофон слід розмістити якомога пряміше, безпосередньо в кінці трубки. Це гарантує, що сигнал навушників і відлуння будуть приблизно однаковими.

Зверніть увагу: Міцно тримайте скляну трубку в разі подальших змін між серіями вимірювань, щоб скляна трубка, навушники і мікрофон не зміщувалися одна відносно одної під час експерименту і всі серії вимірювань можна було б порівняти.

Контрольний показник:Для всіх вимірювань у 2 частині експерименту відносні амплітуди першого імпульсу мають бути приблизно однаковими.

• Запустіть відтворення звукових імпульсів (див. підказку 2) і зупиніть діаграму часу (див. підказку 3). Відрегулюйте ділянку діаграми (див. підказку 4).
• Визначте максимальне значення відносної амплітуди для першого і другого імпульсу (див. підказку 5) і запишіть значення в Таблицю 2.
• Знову встановіть знову тандартний діапазон (див. підказку 6).

Частина 1: Проходження звуку крізь стіни Заповніть таблицю.

Без стіни Аркуш паперу Обкладинка компакт-диска

Імпульс, %