Cele ćwiczenia:
badanie widma dźwięku wydanego przez różne źródła
badanie zmian widma zachodzących przy zmianie warunków wzbudzania źródła dźwięku.
Wprowadzenie:
Dźwięk - jest to fala akustyczna rozchodząca się w danym ośrodku sprężystym (ciele stałym, płynie, gazie) zdolna wytworzyć wrażenie słuchowe, które dla człowieka zawarte jest w paśmie między częstotliwościami granicznymi od ok. 16 Hz do 20 kHz.
Falą akustyczną nazywamy falę w której zmienia się rozchodzenie ośrodka gęstości, dzięki czemu osoba w sposób obiektywny zauważa istnienie takiego zjawiska. Źródłem dźwięków słyszalnych są ciała wprawione w drgania, których energia jest dostateczna, aby wywołać w naszym organie słuchu jakim jest ucho ludzkie, najsłabsze wrażenia słuchowe.
Wysokość dźwięku zależy od częstotliwości; im większa częstotliwość sygnału, tym wyższy dźwięk
Głośność dźwięku zależy od natężenia; jeśli sygnał ma odpowiednio duże natężenie, wydaje się głośniejszy
Barwa odróżnia dźwięki w zależności od pochodzenia.
Widmo dźwięku - przedstawienie dźwięku w postaci sumy jego elementarnych składników (tonów). Widmo dźwięku bywa przedstawiane jako wykres, na którym na osi x odłożone są częstotliwości poszczególnych tonów, zaś na osi y ich natężenia. Rozróżniamy 2 zasadnicze rodzaje widma dźwięku:
widmo prążkowe o tonach składowych wyraźnie wyodrębnionych, charakterystyczne dla wszelkiego rodzaju: wielotonów
widmo ciągłe, charakterystyczne dla: szumów, z których elementarne składniki nie dają się wyodrębnić, lecz są zawarte w pewnym określonym zakresie częstotliwości (jest to jakby nieskończona liczba składowych, których częstotliwości różnią się o nieskończenie małe wartości).
W praktyce często spotykamy dźwięki o widmie mieszanym, w którym część prążkowa nałożona jest na ciągłą; np. w dźwięku skrzypiec prążkowe widmo drgań struny miesza się z szumem tarcia smyczka, zaś w dźwięku fletu melodii (widmo prążkowe) towarzyszy szum powietrza wydobywającego się z ust flecisty (widmo ciągłe). Widmo dźwięku decyduje o barwie dźwięku.
Opis stanowiska pracy:
Stanowisko pracy powinno składac się z:
Komputer z odpowiednim oprogramowaniem potrzebnym do analizy dźwięku
Mikrofonu który potrzebny jest do zamiany dźwięku słyszalnego w sygnał elektryczny
Gitara elektryczna
Kabel połączeniowy do gitary elektrycznej
Inne źródła dźwięku
Przebieg Ćwiczenia:
Ćwiczenie polegało na zbadaniu widma akustycznego 3 różnych strun gitary elektrycznej. Każdą strunę badamy kolejno w 4 punktach. Odpowiednio jako całość , skracając o połowę (w 1/2) , w 1/3 i w 1/4 długości struny. Druga część ćwiczenia polegała na rejestrowaniu za pomocą programu Spectogram przebiegu widma dźwięku wydawanego przy wymawianiu samogłosek (e, i,) oraz przy gwizdaniu. Samogłoski wymawiane były kolejno przez dwóch członków grupy laboratoryjnej.
Wszystkie pomiary zostały uzyskane w podobnych warunkach niemniej jednak mogły wystąpić pewne zakłócenia spowodowane hałasem w Sali, różnej odległości mikrofonu od ust przy każdej próbie, czy też różne momenty zamrożenia dźwięku. Wyniki poszczególnych prób zostały przedstawione na poniższych wykresach oraz tabelach.
Wnioski:
Na podstawie kolejnych widm akustycznych zauważyłem że częstotliwości kolejnych tonów w widmach są wielokrotnościami tonu podstawowego, więc dźwięki te są wielotonami harmonicznymi.
Na podstawie zgromadzonych danych można stwierdzić, że poszczególne struny przy zmianie ich długości mają różne częstotliwości fal. Struna przyciśnięta w różnej odległości od jej końca nadaje fali różne częstotliwości, a więc z jednej struny możemy uzyskać wiele dźwięków. Różnice w częstotliwości fal są jeszcze bardziej widoczne pomiędzy poszczególnymi strunami ponieważ każda struna wydaje odpowiednie dla niej ilości tonów oraz barwy dźwięków.
Podobnie jest z głoskami wydawanymi przez struny głosowe człowieka. Na podstawie danych zgromadzonych w tabelach oraz na wykresach możemy stwierdzić, że „u” wymawiane przez Maćka ma niższą częstotliwość od „u” wymawianego przez Mariusza. Można także stwierdzić, że gwizd Maćka ma niższą częstotliwość od gwizdu Mariusza. Ludzki narząd słuchu wychwytuje różnicę częstotliwości co sprawia, że słyszymy różnicę między głosami poszczególnych osób.
Barwa dźwięku zależy od ilości tonów, które są emitowane przez źródło dźwięku. Im więcej tonów posiada emitowany dźwięk tym bogatszy jest ten dźwięk oraz wyższa częstotliwość fali dźwiękowej sprawia iż dźwięk ten jest wyższy.