Номер 8, страница 435 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Примеры заданий для индивидуальной и групповой проектной деятельности - номер 8, страница 435.

Условие.

8. С помощью компьютера изучите звуковые колебания (голоса, шумы, звучание музыкальных инструментов).

Решение.

Решение

Изучение звуковых колебаний с помощью компьютера позволяет визуализировать звук и проанализировать его физические характеристики, такие как частота, амплитуда и тембр. Для этого потребуется компьютер с микрофоном и специальное программное обеспечение.

1. Необходимое оборудование и программное обеспечение

Оборудование: Персональный компьютер или ноутбук со встроенным или внешним микрофоном. Для более точных измерений рекомендуется использовать внешний микрофон.
Программное обеспечение: Понадобится программа для записи и анализа звука — аудиоредактор. Одним из самых популярных и бесплатных является Audacity. Также можно использовать онлайн-сервисы для анализа аудиофайлов.

2. Порядок выполнения работы

Шаг 1: Подготовка и запись звуков.
Запустите аудиоредактор и настройте запись с вашего микрофона. Последовательно запишите несколько типов звуков в отдельные аудиофайлы или на разные дорожки:
- Голос: Запишите, как вы протяжно произносите гласный звук, например, "А-а-а-а-а". Затем запишите шипящий согласный, например, "Ш-ш-ш-ш-ш".
- Шум: Запишите окружающий шум в комнате, звук работающего вентилятора, шуршание бумаги или белый шум, сгенерированный онлайн.
- Звучание музыкального инструмента: Запишите одну чистую, продолжительную ноту, сыгранную на любом доступном инструменте (гитара, пианино) или с помощью онлайн-синтезатора.

Шаг 2: Анализ осциллограммы (формы волны).
После записи вы увидите графическое представление звука — осциллограмму. Она показывает зависимость амплитуды колебаний (громкости) от времени.
- Гласный звук и нота инструмента: Вы увидите периодически повторяющийся узор. Это характерно для тональных (музыкальных) звуков. Расстояние между повторяющимися пиками — это период колебаний $\text{T}$. Частота основного тона определяется как $f = 1/T$. Чем чаще повторяется узор (меньше период), тем выше звук (больше частота).
- Шипящий согласный и шум: Осциллограмма будет выглядеть хаотичной, без явной периодичности. Это характерно для шумовых звуков.

Шаг 3: Анализ частотного спектра.
Используйте функцию "Построить график спектра" (Plot Spectrum) в Audacity или аналогичную в другой программе. Спектр показывает, из каких частот состоит звук и какова их интенсивность (амплитуда).
- Гласный звук и нота инструмента: На спектре вы увидите несколько чётких пиков. Самый низкий по частоте и обычно самый высокий по амплитуде пик — это основная частота (или основной тон), которая определяет высоту звука. Остальные пики — это обертоны (или гармоники), их частоты кратны основной ($2f$, $3f$, $4f$ и т.д.). Набор и относительная громкость этих обертонов формируют уникальный тембр звука, который позволяет нам отличать, например, скрипку от фортепиано, даже если они играют одну и ту же ноту.
- Шум: Спектр шума будет сплошным, без выраженных пиков. Это означает, что в шуме присутствуют колебания самых разных частот, распределенные более или менее равномерно. У "белого шума" спектр будет практически горизонтальной линией. Шипящий согласный "ш" также даст сплошной спектр, в основном в области высоких частот.

3. Выводы

Проведенное исследование позволяет сделать следующие выводы:
1. Звуки можно разделить на тональные (музыкальные) и шумовые.
2. Тональные звуки (голос, музыкальные инструменты) характеризуются периодической формой колебаний и дискретным (линейчатым) спектром, состоящим из основной частоты и обертонов.
3. Шумовые звуки имеют непериодическую, хаотичную форму колебаний и сплошной спектр, в котором присутствуют колебания широкого диапазона частот.
4. Высота тонального звука определяется его основной частотой ($\text{f}$), а громкость — амплитудой колебаний.
5. Тембр звука (его "окраска") определяется набором и интенсивностью обертонов.

Ответ: С помощью компьютера и специального ПО (например, Audacity) можно записать и проанализировать звуковые колебания. Анализ осциллограммы и частотного спектра показывает, что тональные звуки (голос, музыкальные инструменты) имеют периодическую структуру и линейчатый спектр (основная частота + обертоны), в то время как шумы имеют хаотическую, непериодическую структуру и сплошной частотный спектр. Ключевыми характеристиками звука являются частота (высота), амплитуда (громкость) и спектральный состав (тембр).