Metodický pokyn = učitel

Tematické zařazení experimentu

• akustika, zdroje zvuku
• frekvence zvukového vlnění, frekvenční spektrum
• princip reproduktoru a mikrofonu

Cíl experimentu

• Cílem experimentu je zkoumání zvukových vytvořených elektrickými zařízeními se zaměřením na analýzu výšky a barvy tónů pomocí Fourierovy analýzy.

Poznámky k realizaci experimentu

• Tento experiment je vhodný na motivaci a vzbuzení pozornosti žáků. Každý ze žáků má zkušenost s přehrávači, magnetofony, CD přehrávači, ..., vědí, co je mikrofon a reproduktorz.
• Měření jsou velmi krátké. Pro získání uspokojivých výsledků z Fourierovy analýzy je třeba zvolit vhodné parametry měření: periodu měření a počet měřených údajů.

Návod na zpracování dat

• Pro jednoduché tóny lze použít metodu, kde z grafu odečteme čas, za který proběhne několik period zvukového vlnění (vysvětleno s příkladem v experimentu "Zvuk z kmitání").

Závěry z experimentu

• Frekvenční generátor s reproduktorem je zdroj jednoduchého tónu - bez harmonických frekvencí. Lze jej použít jako zdroj zvuku různých frekvencí. Šířka intervalu záleží na použitém generátoru a na reproduktoru - v jakém pásmu frekvencí pracuje.
• Zvukový senzor pracuje tak, že dokáže odlišit změny tlaku, které jsou způsobeny zvukovým vlněním a převést je na změny elektrického napětí.

Žákovské aktivity

• Určení frekvence jednoduchých tónů pomocí odečítání času z grafu, za který proběhne několik period zvukového vlnění.
• Žáci dostanou soubor grafů a po skupinách soutěží v rychlosti uspořádání záznamů jednoduchých tónů podle hodnoty frekvence.
• Vytvořte si funkční model elektrodynamického reproduktoru (cívka - kousek tenkého drátu, membrána - papír, magnet).

Trochu teorie:

• Reproduktor je základním prvkem každé elektrické hudební aparatury. Historie tohoto zařízení začala kolem roku 1874. Ernst W. Siemens byl první, kdo popsal dynamický měnič. Základ tvořil kruhový svitek drátu, který se mohl pohybovat ve směru své osy. Jeho přihláška na patent v USA byla na "magneto-elektrické zařízení k získání mechanického pohybu elektrické cívky, který je způsoben cívkou procházejícím elektrickým proudem".
• V roce 1877 žádal Siemens o německý patent na nemagnetickou pergamenovou membránu jako zvukový zářič dynamického měniče. Membrána měla tvar nálevky s exponenciálním tvarem trouby. Tento typ reproduktorové trouby byl používán ve většině vyrobených fonograf té doby.
• Využijte zvukový senzor na prozkoumání zvukových vln vytvořených reproduktorem.
• Když posloucháte hudbu, vaše ucho a mozek rozlišují různé frekvence, abyste identifikovali řekněme housle. A nejen to. Když posloucháte kapelu, dokážete odlišit všechny rozdílné nástroje a také rozumíte slovům v písničce. To vše má na svědomí ušní membrána.
• Podobnou roli zvládne Fourierova analýza. Je to matematická metoda, která dokáže popsat průběh křivky jako součet mnoho různých periodických opakování. Pomocí této metody lze analyzovat a charakterizovat libovolný hlas. V grafu závislosti intenzity tónu od frekvence je zvuk reprezentován jako spektrum frekvencí harmonických vlnění různé úrovně.

Souvislost se životem, přírodou a praxí:

• Začátek nahrávacího průmyslu:
• 1806 - anglický lékař a přírodovědec Thomas Young dokázal zaznamenat minutu kmitů ladičky na rotující válec natřený voskem;
• 1859 - francouzský knihovník a sazeč Leon Scott zkonstruoval vibrograf, který dokázal zaznamenat lidský hlas a udělal ho okem viditelný.
• 1877 - první úspěšný model fonografu, který sestával ze známých dílů: z rotujícího válce, krátkého šroubovitého závitu, kmitající membrány a ostrého hrotu. Vynalezl ho Thomas Alva Edison. Umožňoval záznam i přehrávání. Patent byl podán den před Vánocemi s názvem "Improvement in Speaking Machines" - zdokonalení mluvících strojů.