Лабораторна робота: № 6 Дослідження звукових коливань різноманітних джерел звуку за допомогою сучасних цифрових засобів

 

ЛР № 6 Дослідження звукових коливань різноманітних джерел звуку за допомогою сучасних цифрових засобів (Смартфон)

     Мета: Навчитись використовувати сучасні цифрові апаратні та програмні засоби для дослідження звукових коливань та хвиль. Визначити діапазон частот звукових коливань, які сприймає Ваше вухо. Встановити залежність: між тембром звуку та частотою звукових коливань, між гучністю та амплітудою звукових коливань. Ознайомитись, як впливає форма звукової хвилі на характер звуку. Ознайомитись з практичним використанням звукових коливань та хвиль.

Обладнання: смартфони, камертон 440 Гц, музичні інструменти (за наявності).

Інструкція з безпеки  під час підготовки і проведення лабораторних робіт з фізики.

Теоретичні відомості.

Звук — коливальний рух частинок пружного середовища, що поширюється у вигляді хвиль у газі, рідині чи твердому тілі. У вузькому значенні терміном звук визначають коливання, які сприймаються органами слуху тварин і людини. В цьому випадку маються на увазі збурення, що поширюються в повітрі. Органи слуху людини сприймають звуки у відносно вузькому частотному діапазоні. Слуховий апарат багатьох тварин сприймає звуки в значно ширшому інтервалі частот.

 В загальному випадку цим терміном визначається процес поширення збурень в різних за фізичними властивостями середовищах, в яких відновлювальною силою, що намагається повернути збурену частинку в положення рівноваги, є сила пружності. Хвильові збурення, що визначаються як звук є об'єктивною реальністю і існують незалежно від сприйняття їх будь якими живими істотами.

 Вивчення закономірностей генерації, поширення та сприйняття звуків в різних середовищах є приналежним до такої наукової дисципліни як акустика.

Більшість явищ у природі супроводжуються характерними звуками, які сприймаються та розпізнаються вухом людини і тварин і служать для орієнтування та спілкування. Специфіка сприйняття коливальних рухів частинок повітря слуховим апаратом людини зумовлює поділ звуків на приємні, гармонійні (звуки мови, музичні звуки, спів пташок, наприклад) та звуки зі специфічним спектральним наповненням, часто небажані та дратуючі, які визначаються як шум.

Зміщення в просторі частинок середовища в звукових збуреннях характеризується такою величною як амплітуда коливань. Для опису змін стану частинок середовища в часі використовується така характеристика як частота. Збурення, що сприймаються органами слуху людини та різних тварин це лише невелика частка збурень, що можуть існувати в навколишньому світі. Людське вухо може сприймати лише звуки в певних обмежених інтервалах частот та амплітуд. Для багатьох випадків практичного використання звуків велике значення мають звуки, в яких основна частина енергії зосереджена в області частот, що не сприймаються людським вухом. В зв'язку з цим окремо виділяють такі особливі типи збурень, як ультразвук та інфразвук. [1].

Хід роботи.

2.    Налаштування додатків Частотний генератор та Spectroid.

2.1. Встановіть на перший  смартфон додаток Частотний генератор, використовуючи даний QR-код.

2.2.  Відкрийте додаток Частотний генератор.

2.3.   Встановіть на інший смартфон додаток Spectroid, використовуючи даний QR-код.

      

2.4.      Відкрийте додаток Spectroid.

2.5.      Помістіть смартфони з відкритими додатками один навпроти іншого.

2.6.      Додатки готові до роботи.

3.    Визначення діапазону частот звукових хвиль, які сприймають Ваші органи слуху.

3.1.      

 У додатку Частотний генератор оберіть режим Single oscillator та форму сигналу  синусоїда

(кнопка ), як показано на малюнку.

3.2.      

Натисніть кнопку відтворення   

                  та, переміщуючи повзунок  або натискючи кнопки + та - ,

зафіксуйте мінімальну та максимальну частоту при якій ви чуєте звук. Запишіть ці значення:

ν_міп=_______Гц ,            ν_мах=_______Гц.

 3.3.      Зробіть висновок про залежність чутливості вуха від частоти коливань:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4.    Встановлення залежності між тембром звуку та частотою звукових коливань.

4.1.       У додатку Частотний генератор встановіть режим Musical notes та натискаючи на позначення різних нот (наприклад С₄, Е₄, тощо) слухайте отриманий звук.

4.2.      Виберіть та натисніть ноту А₄ (440Гц), одночасно вдаривши молоточком по камертону порівняйте отримані звуки.

4.3.      За наявності музичних інструментів, візміть на них певну ноту та підберіть таку жу додатку.

4.4.      Зробіть висновок про залежність тембру звуку (висоти тону) від частоти звукових коливань.

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5.    Встановлення залежності між гучністю звуку та амплітудою звукових коливань.

5.1.      У додатку Частотний генератор встановіть режим Musical notes та  натисніть ноту А₄ (440 Гц). Регулюючи гучність звуку стандартними засобами смартфону, спостерігайте за змінами графіку амплітуди коливань у додатку  Spectroid на іншому смартфоні.

5.2.       Зробіть висновок про залежність гучності звуку від амплітуди звукових коливань:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6.     Ознайомитись, як впливає форма звукової хвилі на характер звуку.

6.1.      

 У додатку Частотний генератор оберіть режим Single oscillator та форму сигналу  синусоїда ( кнопка ). Відтворіть звук та спостерігайте за графіками у додатку Spectroid.

6.2.      

 Змінюйте форму звукового сигналу, натиснувши кнопку                    та виберіть потрібний варіант.  Слідкуйте за екраном додатку Spectroid та слухайте звуки отримані у різних режимах.

6.3.      Зробіть висновок про залежність характеру звуку від форми сигналу:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

7.    Ознайомлення з практичним використанням звукових коливань та хвиль.

7.1.      

Виберіть режим Unclog speaker додатку

Частотний генератор, як показано на малюнку. Натисніть кнопку   та проведіть чистку гучномовця.

7.2.      Зробіть висновок про можливість використання звукових хвиль у техніці:

________________________________________

________________________________________

________________________________________

________________________________________

________________________________________

________________________________________

________________________________________

________________________________________