Колебания звука

Исследование характеристик звуковых волн при помощи PC

Цель: Исследовать различные источники звуковых волн, методом визуализации. Определить параметры звуков и сравнить их. Задачи: 1. Изучить теоретические представления о звуке – как механической волне: - Источники звука - Физические характеристики звука(высота, громкость, тембр). 2 .Разработать и поставить эксперимент по изучению характеристик звука, издаваемого различными источниками. 3 .Проанализировать полученные результаты, сравнить их и сделать выводы.

Звуковые волны

Волны на поверхности воды или волны вдоль резинового шнура можно непосредственно видеть. В прозрачной среде – воздухе или жидкости – волны невидимы. Но при определенных условиях их можно слышать.

Причина звука

Колебание тела: Звуки голосов людей, животных возникают в результате колебаний их голосовых связок, звучание духовых и музыкальных инструментов раскаты грома обусловлены колебаниями масс воздуха.

Музыкальные звуки и шумы

Громкость и высота звука.

Звуки, которые мы слышим каждый день, очень разнообразны. Любой из нас достаточно отчетливо отличает так называемые музыкальные звуки от шумов. К первым относится пение, звучание натянутых струн музыкальных инструментов, свист.

Характеристики звука

Высота - Определяется частотой колебаний, от 15 до20 000 Гц. Громкость - Зависит от амплитуды колебательной среды. Скорость - Зависит от среды и температуры. Тембр - Определяется набором частот и обертонов.

Разновидности звука

Инфразвук – колебания, происходящие с частотой менее 20 Гц. Инфразвуки не воспринимаются человеческим ухом, т. е. мы просто не слышим их. Применение инфразвука имеет большое значение в военном деле. Улавливая его приборами, весьма точно определяют место, откуда действуют дальнобойная артиллерия. Ультразвук - колебания, происходящие с частотой более 20000Гц, Ультразвуки не воспринимаются человеческим ухом, мы не слышим их. Ультразвуком пользуются летучие мыши при охоте в ночное время.

Распространение и приемники звука

Распространяется в любой упругой среде: твердой; жидкой; газообразной. Не может распространяться в пространстве, где нет вещества (упругой среды). Приёмники звука - устройства, в которых под действием звука возникают вынужденные колебания.

Содержание и метод выполнения работы

Объект исследования: звуки фортепиано. Используемое оборудование: Термометр для измерения температуры в комнате; Музыкальный инструмент- фортепиано; Микрофон; Компьютер.

Эксперимент №1

Сравним параметры одного звука , воспроизведенного сначала тихо, а потом громче рис.1 рис.2.

Звук «До» ( рис. 1) обычным нажатием на клавишу. Звук «До» (рис.2), но более жестко. Сравнивая, видно: количество колебаний в обоих случаях одинаково, их 3.Следовательно Т1=Т2 т.к. ?=1/Т, то V1=V2, а амплитуды колебаний отличаются: на рисунке 2 она больше , чем на рисунке 1.

Тоже самое можно наблюдать, если тем же способом произвести звуки «Си»

той же октавы рис.3 рис.4.

Количество колебаний 10,5 – это значит что период звука «Си» одинаков в обоих случаях и следовательно частота звука будет одинакова. Амплитуда колебаний на четвертом рисунке больше амплитуды колебаний на третьем рисунке.

Вывод: звук «До» в обоих случаях одной частоты и «Си» в обоих случаях

одной частоты, это говорит о том , что высота звука , зависящая от частоты не меняется. Различие амплитуд звуковых колебаний говорит о том, что менялась громкость звука.

Эксперимент №2

Произведем и запишем звук «Си» другой октавы (рис.5) и сравним с (рис.3) по частоте. Рис.3 рис.5.

Вывод: частота ранее записанного звука «Си» меньше чем записанного позже. Это говорит о том , что высота звука в первом случае ниже, чем высота звука во втором.

Эксперимент №3

Увеличим и сравним записи звуков «До», «До-диез», «Си» одной октавы и «Си» другой (более высокий звук)(рис.9) на присутствие дополнительных тонов ( обертонов). На развертках обертоны выглядят как отклонения от частоты основного тона.

Рис.9

Вывод:

Сравнивая визуальные картины звуков видно, что отклонений от основного тона у звука «До» больше чем у других звуков, т.е. большее количество обертонов- это говорит о том, что этот звук богаче, музыкальнее.

Список используемой литературы

1. Элементарный учебник физики под редакцией Г.С. Ландсберга том III. Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика – Репринт 10 изд перпраб , 1995 2. Физика Дж. Орир том 1, Москва 1981 3. Учебник по физике для 9 класса средней школы Н.М. Шахмаева , С.Н. Шахмаева , Д.Ш. Шодиева , 1992