Дослід №1 Демонстрація простих звукових коливань, висоти тону, гучності звуку.
Програмне забезпечення та обладнання: програми генератора звукових частот та осцилографа, комп'ютер з мультимедійним обладнанням (акустична система, мікрофон).
Мета: розкрити поняття: прості звукові коливання, висота тону, гучність звуку. Встановити залежність між частотою звукових коливань та висотою тону, а також між амплітудою звукових коливань та гучністю звуку.
1. Запустити програми генератора звукових частот та осцилографа.
2. Під'єднати до комп'ютера мікрофон і розмістити біля акустичної системи.
3. Ввімкнути генератор і встановити оптимальну гучність.
4. Налаштувати чутливість та розгортку осцилографа.
5. Слухати звук певної частоти, спостерігаючи на екрані осцилографа графік простого тону – синусоїду (Мал.3.1).
6. Змінюючи частоту генератора слідкувати за зміною висоти тону (більшій частоті відповідає вищий тон).
7. Змінюючи гучність спостерігати на екрані осцилографа за амплітудою коливань (більшій амплітуді коливань відповідає більша гучність звуку).
Мал.3.1 Екранні форми генератора звукових частот та осцилографа
Дослід №2 Демонстрація складних звуків, тембру звуку. Мета: розкрити поняття: складний звук, основний тон, вищі гармонічні тони, обертони, тембр.
Програмне забезпечення та обладнання: програми генератора звукових частот та осцилографа, комп'ютер з мультимедійним обладнанням (акустична система, мікрофон).
1. Запустити програми двох генераторів звукових частот та осцилографа.
2. Під'єднати до комп'ютера мікрофон і розмістити поблизу акустичної системи.
3. Ввімкнути перший генератор, встановити оптимальну гучність і вибрати невелику частоту, яка добре прослуховується.
4. Вимкнути перший генератор і ввімкнути другий, встановивши оптимальну гучність.
Вибрати частоту коливань, яка в кілька разів перевищує частоту коливань першого генератора.
5. Ввімкнути обидва генератори і налаштувати чутливість та розгортку осцилографа для спостереження стійкої картини. Прослуховувати складний звук і спостерігати його графік на екрані осцилографа.
6. Встановити частоту другого генератора, більшу від частоти першого в ціле число разів (2,3,4…). Прослуховувати складний звук і спостерігати його графік на екрані осцилографа (Мал.3.2).
Мал.3.2 Демонстрація складного звуку
Дослід №3 Демонстрація явища биття, консонансу та дисонансу.
Мета: розкрити поняття: биття, консонанс, дисонанс.
Програмне забезпечення та обладнання: програми генератора звукових частот та осцилографа, комп'ютер з мультимедійним обладнанням (акустична система, мікрофон).
1. Запустити програми двох генераторів звукових частот та осцилографа.
2. Під'єднати до комп'ютера мікрофон і розмістити поблизу акустичної системи.
3. Ввімкнути генератори і встановити однакову частоту і рівень гучності.
4. При зміні частоти одного з генераторів на 1 – 20 Гц прослуховується періодичне підсилення та послаблення звуку (биття), яке відбувається з певною частотою, про що свідчить осцилографічна картина (Мал.3.3).
5. Прослуховуючи складні звуки, можна помітити, що деякі з них створюють приємне враження (консонанс: частоти генераторів відрізняються на 16 – 20 Гц), і інші неприємне (дисонанс: частота биттів перевищує 16 – 20 Гц).
6. При збільшенні різниці частот до 130 Гц і більше биття не прослуховуються, хоча на екрані осцилографа воно ще спостерігаються.
Мал.3.3 Демонстрація явища биття
Мал.3.8 Фрагмент демонстрації стоячих звукових хвиль
Дослід №4 Демонстрація явища відбивання звукових хвиль.
Мета: показати, що звуковим коливанням властиве явище відбивання.
Програмне забезпечення та обладнання: програми генератора звукових частот та осцилографа, комп'ютер з мультимедійним обладнанням (акустична система, мікрофон).
1. Запустити програми генератора звукових частот та осцилографа.
2. Під'єднати до комп'ютера мікрофон і розмістити позаду акустичної системи.
3. Ввімкнути генератор і встановити оптимальну гучність.
4. Налаштувати чутливість та розгортку осцилографа.
5. Розмістити перед акустичною системою екран на відстані 5-10 см у вигляді книги, журналу, зошиту (Мал.3.4).
6. Спостерігати на екрані осцилографа збільшення амплітуди коливань та прослуховувати позаду акустичної системи підвищення гучності звукового сигналу.
Мал.3.4 Фрагмент демонстрації явища відбивання звукових хвиль
Дослід №5 Демонстрація інтерференції звукових хвиль.
Мета: показати, що звуковим коливанням властиве явище накладання хвиль.
Програмне забезпечення та обладнання: програми генератора звукових частот та осцилографа, комп'ютер з мультимедійним обладнанням (акустична система, мікрофон).
1. Запустити програми генератора звукових частот та осцилографа.
2. Акустичні системи розмістити на відстані 5-10 см одна від одної, спрямувавши їх одна на одну (Мал.3.5).
3. Під'єднати до комп'ютера мікрофон і розмістити його між акустичними системами.
4. Ввімкнути генератор і встановити частоту, довжина хвилі якої набагато більша відстані між акустичними системами і при цьому добре прослуховується (краще прослуховується явище інтерференції).
5. Переключити генератор в режим роздільного регулювання гучності та фази.
6. Регулятори фази перевести в крайнє ліве положення.
7. Встановити однаковий рівень гучності обох каналів.
8. Зміщуючи регулятор фази одного з каналів, прослуховуємо підсилення або послаблення звуку (в залежності від фази). Відповідну картину спостерігати на екрані осцилографа (зміна амплітуди коливань в залежності від фази).
9. Встановивши регулятором фази максимальний звуковий тиск (зсув фаз між когерентними звуковими хвилями відсутній) і перемкнути генератор в режим відтворення звуку по лівому або правому каналу (звуковий тиск, створений обома каналами більший за тиск лівого або правого каналу).
10. Встановивши регулятором фази мінімальний звуковий тиск (зсув фаз між когерентними звуковими хвилями дорівнює 180°) і перемкнути генератор в режим відтворення звуку по лівому або правому каналу (звуковий тиск, обох каналів менший за тиск, який створює окремо лівий чи правий канал.
Мал.3.5 Фрагмент демонстрації інтерференції звукових хвиль
Дослід №6 Демонстрація резонансу звукових коливань.
Мета: показати, що збудження (зростання амплітуди) вимушених звукових коливань в якій-небудь коливальній системі наступає при наближенні частоти періодичної зовнішньої дії до частоти власних коливань системи.
Програмне забезпечення та обладнання: програми генератора звукових частот та осцилографа, комп'ютер з мультимедійним обладнанням (акустична система, мікрофон), камертон.
1. Запустити програми генератора звукових частот та осцилографа.
2. Акустичні системи розмістити на відстані 10-15 см одна від одної, спрямувавши їх одна на одну, а між ними встановити камертон.
3. Встановити частоту генератора, яка суттєво відрізняється від резонансної частоти камертона (якщо резонансна частота невідома, то визначити її (дослід №7) і ввімкнути генератор, встановивши оптимальну гучність.
4. Виключити генератор і наблизити до камертона мікрофон, спостерігаючи при цьому за екраном осцилографа (коливання відсутні).
5. Встановити частоту генератора, яка дорівнює резонансній частоті камертона і ввімкнути його (Мал.3.6).
6. Виключити генератор і наблизити до камертона мікрофон, спостерігаючи при цьому за екраном осцилографа (затухаючі гармонічні коливання свідчать про збудженість коливальної системи на резонансній частоті).
Мал.3.6 Фрагмент демонстрації резонансу звукових коливань
Дослід №7 Визначення резонансної частоти камертона (коливальної системи, яка в збудженому стані випромінює звукові коливання).
Програмне забезпечення та обладнання: програми генератора звукових частот та осцилографа, комп'ютер з мультимедійним обладнанням (акустична система, мікрофон), камертон.
Мета: ознайомити з одним із методів визначення резонансної частоти коливальної системи, яка в збудженому стані випромінює звукові хвилі.
1. Запустити програми генератора звукових частот та осцилографа.
2. Розмістити мікрофон поблизу камертона (коливальної системи), спрямувавши його в резонаторний отвір і ввімкнути генератор.
3. Регулятором гучності встановити звуковий тиск поблизу мікрофона приблизно такий, який створює вібруючий камертон (коливальна система).
4. Час від часу збуджуючи камертон (коливальну систему), встановити частоту генератора, яка наближено дорівнює його частоті. Биття, які при цьому виникають, свідчать, про близькість за значенням частот генератора і камертона (коливальної системи) (Мал.3.7).
5.
Мал.3.7 Генератор і камертон генерують звукові коливання різних частот,
які близькі за значенням (присутнє биття)Дослід №8 Демонстрація стоячих звукових хвиль.
Мета: показати, що в результаті інтерференції між двома хвилями, які рухаються в протилежних напрямах, з рівною довжиною, частотою і амплітудою виникають сточі хвилі.
Програмне забезпечення та обладнання: програми генератора звукових частот та осцилографа, комп'ютер з мультимедійним обладнанням (акустична система, мікрофон), труба довжиною 40-100 см, з діаметром, який забезпечує вільне переміщення мікрофона всередині труби.
1. Запустити програми генератора звукових частот та осцилографа.
2. Розмістити трубу на столі так, щоб сторонні предмети не прикривали її отвори.
3. Вставити мікрофон в трубу, заглибивши його на 5-15 см (Мал.3.8).
4. Наближено основну резонансну частоту труби визначити за формулою f≈340/2l, де l – довжина труби.
5. Встановити на генераторі розраховану частоту і ввімкнути його. Встановити оптимальну гучність.
6. Змінюючи частоту генератора в одну або іншу сторону від розрахункової по максимальній амплітуді коливань на екрані осцилографа визначити резонансну частоту труби (необхідно враховувати, що на екрані осцилографа можуть спостерігатись сторонні максимуми, які свідчать, що і всередині приміщення виникають стоячі хвилі).
7. Для кращого спостереження за максимумами та мінімумами в трубі вибрати частоту в два або в три рази більшу за основну (наприклад, якщо основна частота 440 Гц, то частоти другого та третього резонансу відповідно дорівнюють 880 Гц та 1320 Гц).
8. Повільно пересуваючи мікрофон всередині труби, на екрані осцилографа спостерігати максимуми та мінімуми коливань повітря в трубі (максимуми – пучності, мінімуми – вузли).
