LABORATOR DE SUNET
Bine ați venit la laboratorul de sunet. Aici vom experimenta puțin cu sunete, vom afla cum sunt produse și cum se propagă. Pentru a profita mai bine de vizita la acest laborator virtual, computerul nostru trebuie să aibă instalată o placă de sunet cu difuzoarele corespunzătoare și, dacă este posibil, un microfon. Dar dacă nu avem aceste lucruri, vom învăța și multe.
În „Sunetul obiectelor”, din capitolul Experimente fizice, am spus:
Cu toții am auzit sunetul unui clopot. Dar. cum se produce acel sunet? Clopotul este un corp metalic care vibrează atunci când este lovit, la rândul său aceste vibrații ale metalului provoacă vibrații în aerul care le înconjoară și aceste vibrații călătoresc prin aer, sub formă de unde sonore, către urechile noastre, unde vibrează timpanul, acolo sunt generați mici curenți electrici care merg spre creierul nostru și apoi. să auzim clopotul .
Unde sonore. Orice sunet face ca acestea să fie generate unde sonore sau unde acustice, care călătoresc prin aer. Din acest motiv, dacă am duce clopotul pe Lună, nu am putea să-l auzim pentru că nu există aer, nu există atmosferă. Aceste unde călătoresc, de asemenea, printr-un corp solid: dacă punem capătul unei rigle sau o tijă din orice material pe o ureche și zgâriem celălalt capăt, vom auzi clar sunetul generat.
Și, desigur, sunetul călătorește și în lichide, în apă. Balenele pot comunica pe distanțe mari în ocean, producând sunete precum cel pe care îl vom auzi când facem clic pe figură.
Sunete înalte, sunete de bas. Dar ce sunt undele sonore? Când sună un difuzor, de exemplu, conul care scoate sunetul (care este realizat din hârtie sau alt material subțire) se mișcă înainte și înapoi. Când merge înainte, comprimă moleculele de aer, care se strâng împreună. Când merge înapoi, lasă mai mult spațiu pentru molecule, care se separă una de cealaltă. Iar mișcarea se repetă iar și iar, foarte repede (pentru sunetele pe care le percepem în mod normal, între 60 și 15.000 de ori pe secundă!). În acest fel a undă longitudinală, care călătorește prin aer și devine mai slab odată cu distanța. Cu cât suntem mai îndepărtați de difuzor, cu atât mai slab îl vom auzi.
Putem obține o idee mai concretă a naturii sunetului printr-o simulare dezvoltată la Universitatea din Colorado, SUA. Pentru a folosi acea simulare trebuie să coborâm Aici programul corespunzător, care provine de pe site-ul phet.colorado.edu. Simularea rulează, să încercăm următoarele opțiuni: 1) făcând clic pe audio permis, va apărea sunetul emis de difuzor sau auzit de un ascultător; 2) cu această ultimă opțiune, încercați să mutați ascultătorul trăgându-l cu mouse-ul; 3) variați frecvență val amplitudine (intensitatea) sunetului folosind cursorele situate în partea dreaptă sus.
O undă sonoră este reprezentată de o linie care se ridică în locurile în care moleculele aerului sunt comprimate, se reunesc și coboară acolo unde moleculele se extind, separate (așa cum se vede în figură). Dacă conul se mișcă prea repede în difuzor, se va produce o undă de înaltă frecvență și a zgomot ascuțit, în timp ce o mișcare mai lentă va produce o undă de joasă frecvență și deci a sunet redus. Frecvența va fi apoi cantitatea de „lombi” a undei care sunt produse în fiecare secundă și apoi măsurăm frecvența sunetului în cicluri pe secundă sau c.p.s.
Și aici putem auzi exemple de sunet scăzut și sunet puternic:
Sunet redus. Zgomot puternic.
Făcând clic pe fiecare dintre figuri, vom auzi sunetele care corespund fiecăreia dintre ele.
Ceea ce am auzit în exemplele anterioare au fost sunete pure, adică cu o singură frecvență. Putem genera acest tip de sunet în difuzorul PC-ului cu programul SONI2.EXE, pe care trebuie să îl descărcăm pe computerul nostru. Odată instalat, îl activăm cu un dublu clic și îi oferim valoarea frecvenței sunetului pe care dorim să îl generăm, pe care îl vom auzi imediat.
Sunetele realității. Sunetele care ne înconjoară în viața de zi cu zi sunt în general alcătuite dintr-un amestec complicat de frecvențe diferite sau sunete pure. este posibil ceas unde care corespund diferitelor sunete folosind un osciloscop, care este un instrument de laborator la care poate fi atașat un microfon și care afișează acele unde pe un ecran. Din fericire, pe internet putem găsi „osciloscoape virtuale” care ne permit să facem experimente foarte interesante.
Dacă avem o placă de sunet cu difuzoare și un microfon conectat în computer, putem face câteva experimente după descărcarea osciloscopului oferit inițial la http://polly.phys.msu.ru Fișierul comprimat (.zip) conține programul osciloscopului, precum și un manual de utilizare (în engleză). După dezarhivarea fișierului, executăm WINSCOPE.EXE și vom avea osciloscopul care funcționează într-o fereastră, în timp ce Laboratorul de sunet poate fi într-o altă fereastră.
Câteva experimente:
Odată ce avem osciloscopul instalat pe ecran, îl pornim cu prima pictogramă care apare pe bara de activități: pe ecranul instrumentului ar trebui să apară o linie verde. Când vorbim la microfon, ar trebui să vedem undele generate ca o urmă complicată (cursorul Y1 ar trebui să fie în mijlocul scalei și cursorul T sub orice, dar putem încerca poziții diferite). Dacă totul funcționează bine, începem experimentele noastre. Să încercăm, de exemplu:
- Fluier în fața microfonului (dar nu sufla direct pe el.). Vom vedea că o undă este generată ca cea a sunetelor pure pe care le-am menționat anterior. Pentru a afla care este frecvența acestei unde, facem clic cu cursorul pe pictograma care are mai multe culori: trecem la modul frecvențe și vom vedea o linie sau un semnal. Dacă așezăm cursorul pe acel semnal, vom vedea că frecvența apare pe bara de mai jos (de exemplu, F = 1525,1 Hz sau 1525,1 cicluri pe secundă). Fluierând un sunet din ce în ce mai mare, vom vedea cum se deplasează semnalul spre dreapta, la frecvențe crescânde. Făcând clic din nou pe pictograma colorată, osciloscopul revine la modul anterior (modul valuri).