Лабораторна робота з фізики "Дослідження звукових коливань різноманітних джерел звуку за допомогою сучасних цифрових засобів "

Л. р. № 6 «Дослідження звукових коливань різноманітних джерел звуку за допомогою сучасних цифрових засобів».*

Мета: Дослідити звукові коливання від інструментальних джерел звуку, з’ясувати як впливає зміна амплітуди звукових коливань на гучність звуку, та частота звукових коливань на висоту тону.

Обладнання: персональні комп’ютери або планшети, проектор, програмне забезпечення Adobe Audition 3.0., аудіо треки з записом звуку ноти «ля» у виконанні музичних інструментів (труба, рояль, орган, скрипка, камертон тощо)

Теоретичні відомості:

 Звукові хвилі (акустичні хвилі) — це повздовжні хвилі: вони складаються із частинок, що коливаються вздовж напряму поширення хвилі, створюючи області високого і низького тиску (області розрідження і стиску). Вони можуть поширюватися в твердих тілах, рідинах і газах і мають широкий діапазон частот.

Хвилі з частотою приблизно від 20 до 20 000 герц (звуковий діапазон) сприймаються органами слуху людини і називаються звуком. Хвилі більшої і меншої частоти відомі як ультразвук та інфразвук.

Швидкість, з якою поширюються звукові хвилі, називається швидкістю звуку. Вона залежить від густини середовища та її температури. Швидкість звукових коливань в сухому повітрі 331 м/с або 1180 км/год,                1200 км/год, вона збільшується із збільшенням температури.

Наше вухо легко розрізняє високі і низькі тони. Від бубна — звук низького тону, а свист — високого тону. Звуком високого тону відповідає більша частота коливань. Висота тону залежить від частоти коливань, існують джерела звуку, що утворюють єдину частоту — так званий чистий тон. Це камертони різних розмірів. Якщо по ньому вдарити молоточком, то почуємо чистий тон звуку.

Гучність звуку пов'язана із енергією коливань у джерелі і у хвилі. Енергія коливань визначається амплітудою коливань. Отже, гучність звуку залежить від амплітуди коливань.

Гучність звуку вимірюється в децибелах (дБ). Літак на зльоті — 110 дБ, шепіт — 20 дБ, гучність 130 дБ відчувається шкірою і спричиняється відчуттям болю.

Вказівки до роботи:

1. Вимоги до охорони праці під час виконання лабораторної роботи відповідають вимогам виконання практичних робіт під час уроку інформатики.

2. Відкрити аудіо редактор Adobe Audition

3. Завантажити за допомогою вказівки файл→завантажити файл аудіо файли зі звуками  музичних інструментів.

4. Обрати для програвання 1-ий файл. Натиснути на кнопку RAN     . Розглянути вигляд синусоїди звукової хвилі

5. Виділити графік хвилі, та змінити амплітуду коливань за допомогою вказівника (пересувайте мишку вгору або донизу). Програйте аудіо трек. Зверніть увагу як при цьому змінилася гучність звуку.

6. Для зміни частоти коливань скористайтеся вкладкою Еффекти→Pitch Bender. Знову виділіть ділянку хвилі і за допомогою мишки у спеціальному вікні змініть частоту коливань (пересуньте обидва вказівники вниз /вгору).

Не забувайте про кнопки Reset та Ok. Зверніть увагу на те, як змінилася висота тону звуку.

7. Для більшого ефекту змініть частоту коливань по зростанню.

8. Роздивіться як при цьому змінився вигляд синусоїди та саме звучання треку. Для кращого порівняння зміни можна проводити лише на одному каналі (лівому або правому) інший лишати як контрольний.

9. Для зміни темпу звучання скористайтеся вкладкою Масштаб. Темп можна збільшити, а можна і зменшити. На шкалі Часу можна помітити час звучання.

10. Роздивіться як при цьому змінився вигляд синусоїди та темп звучання треку.

11. Повторіть  за бажанням ті самі дії для інших аудіо файлів.

12*. Завантажте файл ноти «ля» у виконанні камертона. Обчисліть частоту і період коливань камертона

13. Аналіз дослідження та його результатів подати у вигляді презентації Microsoft PowerPoint, додайте в якості ілюстративного матеріалу скріншоти  графіків звукових хвиль до і після зміни амплітуди, частоти, темпу звучання, аудіо файли зі звуками музичного інструменту. У висновку до роботи вкажіть як впливає зміна амплітуди та частоти коливань на звук.

Контрольні запитання:

1. Що називається механічним коливанням?
2. Що називається механічною хвилею?
3.  Що таке амплітуда?
4. Що називається періодом коливання?
5. Що таке частота?
6.  Що таке довжина хвилі?
7. Що таке звук?
8. Які хвилі називають поздовжніми?
9.  Які хвилі називають поперечними?

* Методичні рекомендації: Роботу можна виконувати в кабінеті інформатики або вдома. На початку роботи попередити учнів про форму подачі звіту у вигляді презентації та необхідності додати до неї ілюстраційний матеріал. Щоб уникнути повторення. Роботу можна робити по варіантам: для кожного варіанта свій аудіо трек. Якщо в учнів на персональних цифрових гаджетах є інші аудіо редактори, то вони можуть скористатися ними.