Dane INFORMACYJNE (do uzupełnienia)

2. Dane INFORMACYJNE (do uzupełnienia) • Nazwa szkoły: Zespół Szkół Technicznych w Pleszewie • ID grupy: 97/90_mf_g2 • Opiekun: Ryszard Walczak • Kompetencja: Matematyczno-Fizyczna • Temat projektowy: „W świecie dźwięków i ciszy” • Semestr/rok szkolny: Semestr 2, 2010/2011 • …………………………………………………….

3. Strona główna Anatomia ucha i wady słuchy Pętla indukcyjna Zapis dźwięku Konstrukcja głośników i ich podział Rezonans mechaniczny i jego zastosowanie Dźwięk w krtani Fala stojąca Powstawanie dźwięku w instrumentach muzycznych Efekt Dopplera Efekt dudnienia Obraz dźwięku na oscyloskopie • Czym jest dźwięk? • Infradźwięki • Ultradźwieki • Cechy fali dźwiękowej • Klasyfikacja dźwięków • Szumy • Prędkość dżwięku • Wielkości obiektywne opisujące dźwięk • Poziom natężenia i skala natężenia • Zakres słyszalności • Dźwięk jako złożenie wielu tonów podstawowych

4. CZYM JEST DŹWIĘK? • Dźwięk – wrażenie słuchowe spowodowane falą akustyczną rozchodzącą się w ośrodku sprężystym (ciele stałym, płynie, gazie). Częstotliwości fal, które są słyszalne dla człowieka, zawarte są w paśmie między wartościami granicznymi od ok. 16-20 Hz do ok. 16-20 kHz. • Fale mechaniczne o częstotliwościach • niższych niż 16 Hz to Infradźwięki, • fale mechaniczne o częstotliwościach • wyższych niż 20 kHz to Ultradźwięki.

5. infradźwięki • Fale dźwiękowe niesłyszalne dla człowieka, ponieważ ich częstotliwość jest za niska, aby odebrało je ludzkie ucho. Słonie i wieloryby, które słyszą infradźwięki wykorzystują je do komunikacji na duże odległości. • Źródła infradźwięków:

6. Ultradźwięki • To fale dźwiękowe, których częstotliwość jest zbyt wysoka, aby usłyszał je człowiek. Za górną granicę słyszalnych częstotliwości uważa się wartość około 16 lub nawet (u ludzi bardzo młodych) 20 kHz, choć dla wielu osób granica ta jest znacznie niższa. Niektóre zwierzęta mogą emitować i słyszeć ultradźwięki, np. pies, szczur, delfin, wieloryb, chomik czy nietoperz.

7. ZASTOSOWANIE ULTRADŹWIEKÓW • Głowica ultradźwiękowa, podstawowy zespół obrabiarki ultradźwiękowej, • Echolokacja, sposób ustalania przez niektóre organizmy żywe swego położenia względem otaczających je przedmiotów, • Ultrasonografia, USG, badanie narządów wewnętrznych za pomocą fal ultradźwiękowych. • Grawerowanie, czynność polegająca na wykonywaniu wzorów w metalu lub szkle, przy pomocy rylca, ostrza diamentowego, tarczy obrotowej (do szkła), środków chemicznych lub metodami obróbki ultradźwiękowej, • Ultrasonoterapia, leczenie ultradźwiękami. Ich wpływ leczniczy polega na działaniu przeciwbólowym, zmniejszaniu napięcia mięśni, rozszerzeniu naczyń krwionośnych, hamowaniu procesów zapalnych, przyspieszaniu wchłaniania tkankowego • Sonoluminescencja, odmiana luminescencji zachodzącej pod wpływem działania fal ultradźwiękowych (ultradźwięki). • Betonoskop, urządzenie, które poprzez pomiar rozchodzenia a się fali ultradźwiękowej określa jakość betonu. • Leczenie chorób reumatycznych i zwyrodnień stawów

8. Cechy fali dźwiękowej • Wielkości subiektywne opisujące fale dźwiękowe • Wysokość dźwięku – zależy od częstotliwości; (im większa częstotliwość fali, tym wyższy dźwięk) • Głośność dźwięku – zależy od natężenia; (jeśli rośnie natężenie fali, dźwięk jest głośniejszy, choć zależność między natężeniem a głośnością nie jest liniowa) • Barwa dźwięku – zależy od składu widmowego fali akustycznej. Pozwala np. odróżniać dźwięki wytwarzane przez różne źródła. • Czas trwania dźwięku – zależy od czasu, w jakim drga ciało

9. Klasyfikacja dźwięków – Ze względu na barwę Szumy – To dźwięki nie mające określonej wysokości Szum biały – intensywność szumu białego teoretycznie jest statycznie równomierna w całym paśmie – od zera do nieskończoności, ale w praktyce przyjmuje się do rozważań tylko pewne zakresy częstotliwości (w akustyce jest to zazwyczaj pasmo słyszalne (od kilkunastu Hz do dwudziestu kiloherców),. Równomierność ta sprowadza się do tego, że na każdy herc szerokości pasma przypada taka sama moc analizowanego szumu, zatem taką samą moc ma on w zakresie od 15 do 16 Hz, co w zakresie 15000 do 15001 Hz. • 1.Mające określoną wysokość • Ton • Wieloton harmoniczny • 2. Nie mające określonej wysokości • wieloton nieharmoniczny • szum (mający widmo ciągłe) • szum biały • szum barwny

10. Prędkość Dźwięku • Prędkość dźwięku w określonym ośrodku jest prędkością rozchodzenia się • w nim zaburzenia mechanicznego. • Prędkość dźwięku w substancjach zależy od prędkości przekazywania kolejnym cząsteczkom tej substancji prędkości cząsteczek zwiększonej ciśnieniem dźwięku. Dla małych natężeń dźwięku ta dodatkowa prędkość jest znacznie mniejsza od prędkości ruchu cieplnego cząsteczek, dlatego prędkość dźwięku nie zależy od jego natężenia. • W powietrzu w temperaturze 15°C przy • normalnym ciśnieniu prędkość rozchodzenia • się dźwięku jest równa 340,3 m/s ≈ 1225 km/h. • Prędkość ta zmienia się przy zmianie • parametrów powietrza. Najważniejszym • czynnikiem wpływającym na prędkość • dźwięku jest temperatura, • w niewielkim stopniu ma wpływ wilgotność • powietrza; nie zauważa się, zgodnie • z przewidywaniami modelu gazu idealnego, • wpływu ciśnienia.

11. Wielkości obiektywne opisujące dźwięk • Poziom ciśnienia akustycznego – jest to bezwymiarowa wielkość przedstawiona w skali logarytmicznej opisująca stosunek średniego kwadratu ciśnienia akustycznego do tzw. ciśnienia odniesienia. • Poziom ciśnienia akustycznego zdefiniowany jest wzorem: • gdzie: • średni kwadrat ciśnienia akustycznego • wartość ciśnienia odniesienia.

12. Poziom natężenia dźwięku • logarytmiczna miara natężenia dźwięku w stosunku do pewnej umownie przyjętej wartości odniesienia, wyrażana w decybelach. Wielkość ta wyznaczana jest ze wzoru: • L – poziom natężenia dźwięku • I – natężenie dźwięku • I0 – wartość odniesienia, wynosząca 10–12 W/m2 • zwana granicą słyszalności ucha ludzkiego

13. NATĘŻENIE DŹWIĘKU Dźwięk emitowany przez źródła rzeczywiste ma postać fal kulistych lub jest superpozycją takich fal. Dla punktowego źródła dźwięku emitującego falę kulistą natężenie fali dźwiękowej wyraża się wzorem: 4 πr2 – Powierzchnia sfery w która rozchodzi się fala dźwiękowa Jest to miara energii fali akustycznej, której jednostką jest W/m2. Jest ona równa średniej wartości strumienia energii akustycznej przepływającego w czasie 1 s przez jednostkowe pole powierzchni (1 m2) zorientowanej prostopadle do kierunku rozchodzenia się fali. I- natężenie dźwięku[W/m2] P-moc źródła dźwięku[W] S-pole powierzchni przez która przenika fala dźwiękowa

14. Skala poziomów natężenia dźwięków • 10 dB – szmer liści przy łagodnym wietrze • 20 dB – szept, cichy ogród • 30 dB – bardzo spokojna ulica bez ruchu kołowego • 40 dB – szmery w mieszkaniu, darcie papieru • 50 dB – szum w biurach • 60 dB–90 dB – odkurzacz • 70 dB – wnętrze głośnej restauracji • 80 dB – głośna muzyka w pomieszczeniach, klakson • 100 dB – motocykl bez tłumika • 120 dB – śmigło helikoptera w odległości 5 m • 160 dB – wybuch petardy • 190 dB – prom kosmiczny • 220 dB – bomba atomowa • 300- 350(?) dB (huk był słyszalny z odległości 5000 km) – wybuch wulkanu Krakatau, prawdopodobnie najgłośniejszy w historii wyemitowany dźwięk na Ziemi

15. ZAKRES SŁYSZALNOŚCI UCHA LUDZKIEGO W FUNKCJI CZĘSTOTLIWOŚCI

16. Zakres słyszalności Człowiek jest w stanie usłyszeć dźwięki o częstotliwościach od około20 Hz do około 20kHz.Taki dźwięki nazywamy słyszalnymi. Dźwięki o niższych częstotliwościach powodują wyraźnie odczuwalne drgania ciała i są raczej odczuwalne niż słyszalne. Górna granica zakresu słyszalności jest cechą osobniczą i obniża się wraz z wiekiem. Dla porównania nietoperze słyszą dźwięki w zakresie od 1 do 100kHz. Z częstościami dźwięku związana jest ściśle wysokość słyszanego tonu. Fala dźwiękowa o niskiej częstości jest słyszana jako głęboki i niski głos- bas. Przeciwnie, dźwięk o wysokiej częstości, wysoki i przenikliwy- sopran. Ruch źródła dźwięku względem słuchacza powoduje, że barwa dźwięku zmienia się, pomimo że częstość drgań źródła pozostaje stała. Zjawisko to nazywane jest efektem Dopplera. Przykładowo dźwięk sygnału zbliżającego się pociągu wydaje się być wyższy, niż wtedy gdy pociąg nas minie zaczyna się oddalać. Dzieje się tak, gdyż odległość między falami wyprzedzającymi pociąg zmniejsza się.

17. Dźwięk jako złożenie wielu tonów podstawowych • Ton - dźwięk prosty mający sinusoidalny przebieg o ściśle określonej częstotliwości, amplitudzie i fazie. Dźwięk taki można wytworzyć przy pomocy kamertonu lub generatora elektro-akustycznego. • Ton to także inne określenie składowej harmonicznej. Każdy dźwięk • (w rozumieniu akustyki) składa się z tonów. Okazuje się, że większość instrumentów muzycznych wytwarza dźwięki składające się z nieskończonej ilości tonów prostych o różnym natężeniu i częstotliwości będącej wielokrotnością tonu podstawowego (tworzących szereg harmoniczny). Barwa dźwięku zależy od natężenia występujących w nim tonów prostych lub pewnych pasm częstotliwości.

18. Anatomia Ucha Wuchu ludzkim wyróżniamy 3 części: Ucho zewnetrzne – ma za zadanie przejęcie fali dźwiękowej i skierowanie jej z niewielkim wzmocnieniem na błonę bębenkową. Małżowina uszna pozwala lepiej słyszeć dźwięki dochodzące z przodu głowy. Przewód słuchowy to kanał o objętości ok. 2 cm sześćiennych stanowiący rezonator o częstotliwości własnej ok. 3700 Hz. Ucho środkowe – spełnia podwójną rolę. Pierwsza to dopasowanie warunków odbioru drgań akustycznych z ucha zewnetrznego i przekazywanie ich do ucha wewnętrznego (dopasowanie impedancji osrodków akustycznych powietrze - ciecz (endolimfa)). Druga to rola bezpiecznika - kontrolera nateżenia bodźca przed przekazaniem go do ucha wewnętrznego. Kosteczki słuchowe pełnią rolę wzmacniacza dźwieku. Bodziec jest wzmacniany 17 razy czyli 25 dB. Ucho środkowe spełnia rolę tzw. transformatora akustycznego. Ucho wewnętrzne – zawiera ostatni odcinek układu przewodzącego dźwięki oraz receptory zmysłu słuchu i równowagi.

19. Anatomia Ucha

20. Dlaczego nie słyszę?Wady słuchu. Przyczyny: • przyczyny genetyczne, • zatrucia i choroby wirusowe przebyte przez matkę w okresie ciąży • urazy okołoporodowe (bardzo silne dźwięki oddziałujące na kobietę ciężarną, • niedotlenienie okołoporodowe. długo utrzymująca się nasilona żółtaczka, zwłaszcza na tle konfliktu serologicznego., wcześniactwo dziecka),choroby okresu noworodkowego i wczesnego dzieciństwa (zakażenia, zapalenie opon mózgowych, odrą, koklusz, płonica, przewlekłe zapalenie ucha środkowego) • urazy mechaniczne, • Inną grupę stanowią leki ototoksyczne, takie jak streptomecyna, kanamecyna, neomycyna lub chinina (ich toksyczne działanie na narząd słuchu zależne jest nie tylko od dawki, lecz i wrażliwości osobniczej oraz czynności wydzielniczych nerek).

21. Nabyte wady słuchu • Niedosłuchy lub głuchota nabyta w zależności od okresu, w którym powstało uszkodzenie opisywana jest, jako uszkodzenie okołoporodowe lub nabyte bezpośrednio po porodzie. Do tego rodzaju zaburzeń prowadzą zwykle urazy porodowe i niedotlenienie, które mogą być przyczyną znacznych uszkodzeń zarówno w obrębie mózgowia jak i ucha wewnętrznego. • Powstałe w okresie wczesnego dzieciństwa w przebiegu chorób zakaźnych (świnka, odra, płonica, półpasiec) oraz jako powikłanie po zapaleniu opon mózgowo-rdzeniowych (najczęstsza przyczyna głuchoty nabytej). • Oddziaływanie związków ototoksycznych (uszkadzających słuch). Należą do nich antybiotyki ototoksyczne, chinina, arsen, sole metali ciężkich. • Choroby zapalne ucha środkowego, które nieodpowiednio leczone mogą doprowadzić do trwałych, czasem znacznych ubytków słuchu. Choroby przewlekłe, takie jak cukrzyca, zapalenie nerek, niedoczynność tarczycy mogą również wywierać niekorzystny wpływ na stan narządu słuchu. Dlatego w wybranych przypadkach, zgodnie z indywidualnymi sugestiami lekarza, należy monitorować jego stan czynnościowy.

22. Wrodzone wady słuchu Według różnych statystyk znacznego stopnia uszkodzenie słuchu lub głuchotę stwierdza się średnio u 1 dziecka na 1000 urodzeń. Około połowa tych zaburzeń uwarunkowana jest genetycznie. Wrodzone wady słuchu mogą występować, jako niedosłuch lub głuchota dziedziczna, wady rozwojowe uwarunkowane genetycznie oraz jako niedosłuch lub głuchota wrodzona (czyli nie spowodowana wadą genetyczną odziedziczoną po przodkach).

23. Jak głośno to za głośno? Wedle lekarzy maksymalny dopuszczalny dla zdrowia naszego ucha poziom decybeli to 85. Tymczasem dyskoteki i gadżety muzyczne serwują nam dawki często przekraczające 100 dB. Dudnienia, syczenia i dźwięczenia w uszach to mogą być pierwsze objawy zbyt częstego przekraczania norm hałasu. Niestety, bardzo często najpierw przestajemy słyszeć tylko dźwięki wysokie, co nie utrudnia codziennej komunikacji i pozwala „przespać” początki choroby. Czy można się jakoś ustrzec przed klątwą ciszy za kilkanaście lat? Oczywiście, unikanie hałasu jest wskazane, ale nie zawsze możliwe lub pożądane. Dlatego kiedy możemy, rezygnujmy chociaż z słuchawek na rzecz otwartego radia czy głośników. Starajmy się nie słuchać muzyki na pełen regulator – każde obniżenie głośności to już wielka ulga dla naszych uszu. Poza tym, specjaliści zalecają… zatyczki. Jakkolwiek zabawnie lub odstręczająco to może brzmieć, w rzeczywistości bardzo wielu didżejów i muzyków rzeczywiście stosuje taką ochronę słuchu. Wbrew pozorom nie utrudniają one czerpania przyjemności z muzyki, a pozwalają przedłużyć tą przyjemną perspektywę aż do późnej starości.

24. Pętla indukcyjna Pętla indukcyjna, zwana także pętlą induktofoniczną (induction loop), jest to urządzenie współpracujące z indywidualnymi aparatami słuchowymi. Składa się ono z wzmacniacza elektroakustycznego wyposażonego w mikrofon lub zespół mikrofonów, a także wejścia dla innych urządzeń technicznych, które emitują dźwięki (radio, telewizor, magnetofon, odtwarzacz kompaktowy itp.), W czasie pracy wzmacniacza, wewnątrz obwodu pętli oraz w jego bezpośrednim sąsiedztwie wytwarza się zmienne pole elektromagnetyczne. Pole to jest odbierane i przetwarzane na dźwięk przez znajdujące się w jego zasięgu indywidualne aparaty słuchowe wyposażone w funkcję odbioru Indukcyjnego . Pętle indukcyjne są instalowane w salach dydaktycznych dla osób z wadą słuchu oraz w innych pomieszczeniach, z których korzystają osoby słabosłyszące.

25. Zapis dźwięku Zapis analogowy Zapis cyfrowy W technice cyfrowej sygnał przetwarzany jest z postaci naturalnej, ciągłej, do reprezentacji numerycznej, czyli ciągu dyskretnych wartości liczbowych. Przedstawianie analogowo-cyfrowe składa się z trzech procesów: Próbkowanie: polega na określeniu wartości sygnału ciągłego w określonych odstępach czasu. Kwantyzacja: W tym kroku, wartości sygnału uzyskane drogą próbkowania zostają "zaokrąglane" w taki sposób, by można je było przedstawić przy pomocy skończonej liczby wartości, wynikającej z tzw. Rozdzielczości przetwarzania. Kodowanie: Na tym etapie liczbowe kody dyskretnych wartości, do jakich został sprowadzony sygnał źródłowy, zostają zapisane w postaci liczbowej, czyli w przypadku binarnej techniki cyfrowej, w formie liczb zapisanych w systemie dwójkowym, ciągu zer i jedynek. Klasycznym przypadek zapisu w technice analogowej to np.: zapis dźwięku na taśmie magnetofonowej Compact Casette, lub obrazu na taśmie magnetowidu VHS. Taśma magnetyczna przesuwa się przed głowicą zapisującą. Głowica wytwarza zmienne pole magnetyczne, dokładnie odwzorowujące przebieg zapisywanego sygnału. Dzięki oddziaływaniu pola na taśmę, sygnał analogowy zostaje w niej odwzorowany w postaci tzw. pozostałości magnetycznej, czyli lokalnych zmian namagnesowania nośnika

26. Konstrukcja głośników • Nie tak dawno w sprzęcie popularnym można było spotkac jeden głośnik "szerokopasmowy", który teoretycznie obsługiwał całe pasmo słyszalne. Wprowadzenie stereofonii, a potem standardu Hi-Fi wymusiło na producentach stosowanie wysokiej jakości głośników i podział pasma akustycznego na dwie części (lub więcej) – wysoko-tonową i średnio-niskotonową. Każde pasmo obsługiwane jest przez oddzielny głośnik, o konstrukcji dostosowanej do przenoszonego pasma.

27. Podział GłOŚNIKÓW ze względu na zasadę działania Elektromagnetyczne Elektrostatyczne Na naelektryzowaną membranę z cienkiej folii (mającą napyloną warstwę metaliczną z jednej lub dwu stron, bądź będącą elektretem) oddziałują dwie perforowane elektrody, umieszczone z obu stron folii (jedna elektroda ma odwróconą fazę sygnału o 180 stopni w stosunku do drugiej), w ten sposób wywołując drgania folii w takt sygnału. Przepływ prądu o częstotliwości akustycznej powoduje powstanie zmiennego pola magnetycznego. Pole to magnesuje rdzeń ferromagnetyczny połączony z membraną. Przyciąganie i odpychanie rdzenia powoduje drgania membrany.

28. Magnetostrykcyjne– pole magnetyczne wywołuje zmianę wymiarów materiału ferromagnetycznego (zjawisko magnetostrykcyjne). Ze względu na duże częstotliwości drgań własnych elementów ferromagnetycznych, tego typu głośniki stosowane są do otrzymywania ultradźwięków.

29. Rezonans Mechaniczny Rezonans mechaniczny to zjawisko polegające na przepływie energii pomiędzy kilkoma (najczęściej dwoma) układami drgającymi. Warunkami koniecznymi do zajścia rezonansu mechanicznego są: • układu, w którym występuje rezonans mechaniczny słabo tłumi jednakowa lub zbliżona częstotliwość drgań własnych (lub swobodnych) układów, • istnienie mechanicznego połączenia między układami. Zjawisko to zachodzi gdy częstotliwość siły wymuszającej zbliża się do częstości drgań własnych. Gdy siła wymuszająca drgania działa na drgające ciało z odpowiednią częstotliwością to amplituda drgań może osiągnąć bardzo dużą wartość nawet przy niewielkiej sile wymuszającej. Ze zjawiskiem rezonansu spotykamy się jadąc np. autobusem. Przy pewnej prędkości kątowej obrotów silnika, szyby lub niektóre części karoserii zaczynają silnie drgać.

30. Zastosowanie Rezonansu Mechanicznego Rezonans ma decydujące znaczenie dla procesu powstawania i wzmacniania dźwięku w instrumentach muzycznych np.: Wykorzystany jest w akustyce poprzez stosowanie pudeł rezonansowych w instrumentach muzycznych, np. w gitarze. Gdy uderzymy strunę gitary do pudła rezonansowego dochodzą drgania wytwarzane przez uderzoną strunę. W pudle rezonansowym powstają fale stojące o częstotliwościach drgań struny będące składowym harmonicznym częstotliwości podstawowej wytworzonej przez strunę. Składowe o różnych częstotliwościach zostają wzmocnione w różnym stopniu nadając ostatecznie charakterystyczną barwę dźwiękowi danego instrumentu.

31. CIAŁO CZŁOWIEKA JAKO REZONATOR – DŹWIĘK W KRTANI • Powietrze wydychane z płuc wprawia w ruch znajdujące się po obu stronach krtani fałdy głosowe, popularnie zwane strunami. • Tak powstaje dźwięk. W początkowej fazie wydechu fałdy przywierają do siebie, zamykając znajdującą się między nimi szparę głośni. Na skutek ciśnienia wydychanego powietrza rozsuwają się jak napięte elastyczne taśmy, a potem powracają do pierwotnego położenia. Wielokrotne rozwieranie i zwieranie strun (od kilkudziesięciu do kilkuset razy na sekundę) powoduje drgania powietrza • i powstawanie dźwięku. Tak powstały ton krtaniowy jest jednak słaby i bezbarwny. Dopiero przechodząc przez tzw. jamy rezonacyjne (gardło, usta i nos), zyskuje odpowiednią barwę i siłę.

32. FALA STOJĄCA • Fala stojąca – fala, której pozycja w przestrzeni pozostaje niezmienna. Fala stojąca może zostać wytworzona w ośrodku poruszającym się względem obserwatora lub w przypadku interferencji dwóch fal poruszających się w takim samym kierunku, ale mających przeciwne zwroty. • Fala stojąca To w istocie drgania ośrodka nazywane też drganiami normalnymi. Idealna fala stojąca nie jest więc falą - drgania się nie propagują. Miejsca gdzie amplituda fali osiąga maksima nazywane są strzałkami, zaś te, • w których amplituda jest zawsze zerowa węzłami fali stojącej. • {FILMIK FALA STOJĄCA} Częstotliwości własne fali stojącej w strunie wyraża wzór:

33. Wytwarzamy falę stojącą

34. Podstawowy podział instrumentów • dęte • strunowe • perkusyjne • elektryczne W obrębie tych grup mamy podgrupy, które różnicują już materiał, z którego instrumenty te były wykonane: • dęte: • drewniane • blaszane • akordeon i organy • strunowe: • smyczkowe • szarpane • klawiszowe • perkusyjne: • o określonej wysokości dźwięku • o nieokreślonej wysokości dźwięku • elektryczne • do nich należą wszelkie techniki obróbki dźwięku stosowane w muzyce współczesnej

35. INSTRUMENTY PERKUSYJNE • Kocioł był pierwotnie zwykłym naczyniem kuchennym, na które naciągnięto skórę i w ten sposób otrzymano instrument muzyczny. Dzięki zastosowaniu mechanizmu pedałowego, przy pomocy którego można zmienić naciąg skóry, na współczesnych kotłach możliwe jest odgrywanie dźwięków o różnej wysokości. • Kolejnym instrumentem perkusyjnym są dzwonki, zbudowane z metalowych płytek umieszczonych na korpusie rezonansowym, które drgają stosunkowo długo po tym, jak zostaną uderzone młoteczkiem lub drewnianą pałeczką. • Talerze wykuwa się z mosiądzu i starannie wyklepuje po to, by wydobywany z nich dźwięk charakteryzował się odpowiednim brzmieniem i czasem trwania. Instrumenty te produkują tak wiele różnych drgań, że nie sposób precyzyjnie określić ich wysokości.

36. INSTRUMENTY STRUNOWE • W przypadku struny wysokość otrzymanego dźwięku zależy od jej długości i naprężenia. W trakcie gry muzyk przyciska struny palcami do podstrunnicy, skracając w ten sposób ich drgającą część, co zwiększa wysokość uzyskanego dźwięku. Przyciśnięcie struny w połowie jej długości dwukrotnie zwiększa częstotliwość drgań, przez co dźwięk jest o oktawę wyższy od podstawowego tonu tej struny. • Brzmienie drgających strun z reguły musi zostać wzmocnione. Do tego celu służą przeważnie drewniane pudła rezonansowe, które stanowią korpus instrumentu. W przypadku instrumentów smyczkowych, takich na przykład jak skrzypce, altówka, wiolonczela i kontrabas, cztery struny rozpięte są wzdłuż podstrunnicy i oparte na podstawku, przenoszącym drgania do pudła rezonansowego.

37. INSTRUMENTY KLAWISZOWE • Instrumenty klawiszowe charakteryzują się znacznie bardziej skomplikowanymi mechanizmami niż inne rodzaje instrumentów. Bezpośrednim poprzednikiem fortepianu był klawikord. W instrumencie tym metalowe płytki, zwane tangentami – poruszane przez uderzenie w klawisze – szarpały struny i w ten sposób wydobywały z nich charakterystyczny dźwięk. • W klawikordzie niemożliwe było modulowanie głośności dźwięku. W przypadku fortepianu dźwięk wydobywany jest przez uderzenie mechanizmu młoteczkowego. Siła tego uderzenia uzależniona jest od siły uderzenia w klawisze, co pozwala muzykowi kontrolować głośność instrumentu. Stąd też pochodzi nazwa ,, fortepian ” – od włoskiego forte ,, głośno” i piano ,, cicho ”. • Organy są instrumentem dętym, na którym gra się przy pomocy klawiszy i pedałów. Powietrze wtłaczane jest do odpowiednich piszczałek przy pomocy mechanizmu powietrznego, który pierwotnie składał się z miechów, zastępowanych obecnie przez elektryczny wentylator. • Organy elektroniczne imitują brzmienie tradycyjnych organów przy pomocy elektronicznych generatorów dźwięków i wzmacniaczy. Z nich powstał instrument klawiszowy zwany syntezatorem, na którym można naśladować brzmienia dowolnych instrumentów lub kreować zupełnie nowe dźwięki.

38. Piszczałka organowa Jeżeli piszczałka organowa będzie miała zamkniętą klapkę, wówczas na jej końcu powstanie węzeł - cząsteczki powietrza nie będą się tam poruszać. Natomiast przy wlocie piszczałki drgania cząsteczek powietrza osiągają maksymalną amplitudę - powstaje tam strzałka fali stojącej. Wynika stąd, że w piszczałce może mieścić się 1/4 długości fali stojącej Długość fali odpowiadającej tonowi podstawowemu będzie czterokrotnie dłuższa od długości piszczałki, co można zapisać wzorem: d - długość piszczałki λ - długość fali dźwiękowej Znając prędkość dźwięku w powietrzu c i długość fali można obliczyć częstotliwość tonu podstawowego: W tym przypadku, inaczej niż to miało miejsce w przypadku struny, długość fali w piszczałce jest równocześnie długością emitowanej fali dźwiękowej. Jest to skutkiem tego, że w piszczałce ośrodkiem drgającym jest powietrze.

39. Efekt Dopplera Naukowe badanie efektu po raz pierwszy przeprowadził Christian Andreas Doppler w 1845 roku. Poprosił on grupę muzyków, aby wsiedli do pociągu i grali jeden ton. Słuchał go i zaobserwował, że dźwięk instrumentów staje się wyższy, kiedy pociąg zbliża się do niego. Gdy źródło muzyki się oddala, jego ton staje się niższy. Zmiana wysokości dźwięku była dokładnie taka, jak wyliczył uprzednio Doppler. Aby zrozumieć efekt Dopplera, trzeba zdać sobie sprawę, że wysyłany dźwięk nie staje się ani wyższy ani niższy. Źródło fali wysyła kolejne fale z takim samym okresem. Jeżeli źródło nie porusza się, odległość między tymi falami (grzbietami fali) ma pewną stałą wartość, a gdy źródło się porusza, odległość między kolejnymi grzbietami zmienia się, bo wysyłający "biegnie" za wysłaną falą, co odbieramy jako zmianę wysokości dźwięku u nieruchomego odbiorcy. na Rysunku 1 widać, że między szczytami Fal jest różna odległość, w zależności od kierunku, w którym porusza się źródło.

40. Różne postacie prawa Dopplera • Ogólnie należy rozpatrzeć trzy sytuacje dające trzy różne wzory : • ruch źródła względem stałego obserwatora, a prędkość źródła względem obserwatora znacznie mniejsza od prędkości światła, • ruch obserwatora względem stałego źródła, a prędkość źródła względem obserwatora znacznie mniejsza od prędkości światła, • prędkość ruchu obserwatora względem źródła zbliżona do prędkości światła, czyli przypadek relatywistyczny. Ogólny wzór • v – prędkość fali, • fo – częstotliwość fali odbieranej przez obserwatora, • fz – częstotliwość fali generowanej przez źródło, • vz – składowa prędkości źródła względem obserwatora, równoległa do kierunku łączącego te dwa punkty

41. W życiu codziennym Wycie gnającej ulicami miasta karetki najpierw jest wysokie, kiedy ta jest daleko, obniża się stopniowo w miarę zbliżania się jej i staje się niski, gdy karetka przemknie już obok nas i oddala się. Efekt ten powstaje na skutek zmiany promieniowej składowej prędkości karetki. Jeżeli karetka nie jedzie wprost na obserwatora, tylko chce go ominąć, to prędkość karetki nie jest skierowana wprost na obserwatora. Zgodnie z rysunkiem nie cały wektor prędkości wnosi wkład do zależności na efekt Dopplera. Znaczenie ma tylko wartość składowej promieniowej (przybliżanie/oddalanie się od karetki). Zmienia się ona, zależnie od odległości karetki a tak naprawdę od kąta między kierunkiem łączącym karetkę z obserwatorem a kierunkiem ruchu karetki od ucha obserwatora. Efekt ten powoduje, że pomiar radaru policyjnego dokonany pod kątem do kierunku jazdy samochodu jest mniejszy od rzeczywistej prędkości samochodu.

42. W astronomii • Efekt Dopplera obserwowany dla światła gwiazd ma ogromne zastosowanie • w astronomii. Światło gwiazdy charakteryzuje się liniami widmowymi zawartych w nich atomów. Jeżeli gwiazda ucieka od obserwatora, to linie zaczną się przesuwać w kierunku czerwieni. • Gdy na początku XX wieku astronomowie zaczęli obserwować światło galaktyk okazało się, że wszystkie one mają linie widmowe przesunięte ku czerwieni. Oznacza to, że gwiazdy te oddalają się od nas. Na dodatek, im dalej galaktyka się znajduje, tym szybciej od nas ucieka, a jej światło jest bardziej czerwone. Pomiary te doprowadziły do sformułowania prawa Hubble'a oraz teorii rozszerzającego się wszechświata. • Jeżeli gwiazda wędruje w kosmosie razem z innym obiektem, oba ciała obracają się względem wspólnego środka masy. Gwiazda obraca się razem • z tym ciałem, jak dwaj kręcący się na lodzie łyżwiarze. Pomiary zmian przesunięcia linii widmowych niektórych gwiazd wykazały, że okrążają je planety. W ten sposób astronomowie odkryli setki dużych planet poza układem słonecznym.

43. Diagnostyka medyczna Badanie krwi W obrazowych badaniach diagnostycznych cenną informacją jest nie tylko kształt anatomicznych struktur, lecz także kierunek i prędkość poruszania się tkanek. Ruch takich płynów ustrojowych jak krew można obserwować mierząc zmiany częstotliwości oraz fazy fal dźwiękowych odbitych od płynącej cieczy. Pomiar prędkości krwi w tętnicy szyjnej wspólnej • W obrazowych badaniach diagnostycznych cenną informację daje nie tylko kształt anatomicznych struktur, lecz także kierunek • i prędkość niektórych poruszających się tkanek. Zdecydowanie najważniejsze znaczenie ma wizualizacja i kwantyfikacja ruchu przepływającej w sercu i naczyniach krwionośnych krwi. ultrasonografii dopplerowskiej. Jeżeli głowica ultradźwiękowa potrafi rejestrować nie tylko opóźnienie echa wysyłanego dźwięku, lecz również jego wysokość, to na obrazie można kolorami pokazać ruch ciała. Jeżeli chce się zaobserwować bicie serca płodu, aby postawić diagnozę jeszcze w okresie prenatalnym, to staje się bezcenną informacją. Przełyku możliwe jest dokładniejsze badanie struktur serca, nieprawidłowości budowy i przepływ krwi. Ultrasonografia dopplerowska jest szczególnie przydatna w diagnostyce wad serca.

44. EFEKT DUDNIENIA Dudnienie – okresowe zmiany amplitudy drgania wypadkowego,powstałego ze złożenia dwóch drgań o zbliżonych częstotliwościach. Dudnienia obserwuje się dla wszystkich rodzajów drgań, w tym i wywołanych falami. Przykłady dudnień: - dudniący dźwięk powstający ze złożenia dwóch dźwięków źle zestrojonych instrumentów muzycznych, - dźwięk (drgania) powstający ze złożenia dźwięku odbieranego bezpośrednio i odbitego od poruszającej się powierzchni odbijającej (wskutek zjawiska Dopplera dźwięk odbity od ruchomej powierzchni jest odbierany jako dźwięk o zmienionej częstotliwości) Za dudnienie uznaje się także okresowe zmiany amplitudy drgań w układzie dwóch słabo sprzężonych oscylatorów.

45. Obserwujemy zjawisko dudnienia

46. OBRAZ DŹWIĘKU NA OSCYLOSKOPIE • Przetwarzanie drgań akustycznych na elektryczne jest możliwe z wykorzystaniem mikrofonu podłączonego do oscyloskopu. Drgania akustyczne przetwarzane są wówczas na drgania elektryczne, które można obserwować na osyloskopie i przeprowadzać ich analizę.

47. Obserwujemy dźwięk na oscyloskopie

48. OSCYLOSKOP Oscyloskop przyrząd elektroniczny służący do obserwowania, obrazowania i badania przebiegów zależności pomiędzy dwiema wielkościami elektrycznymi, bądź innymi wielkościami fizycznymi reprezentowanymi w postaci elektrycznej. Oscyloskop został wynaleziony przez Thomasa Edisona. Stosuje się go najczęściej do badania przebiegów szybkozmiennych, niemożliwych do bezpośredniej obserwacji przez człowieka.

49. KRZYWA LISSAJOUS Krzywe Lissajous powstają gdy ciało porusza się w płaszczyźnie xy, w taki sposób, że ruch zarówno wzdłuż kierunku x, jaki i kierunku y jest ruchem harmonicznym. Wykresem zmian współrzędnej x jest jakaś sinusoida, podobnie wykresem zmian współrzędnej y jest też jakaś sinusoida, ale o innych parametrach. Do określenia jednej sinusoidy potrzeba 3 parametrów: amplitudy, okresu oraz fazy początkowej. Jeżeli mamy dwie sinusoidy to należy podać aż 6 parametrów, po 3 dla każdej sinusoidy. W zamieszczonej animacji na górze znajdują się równania odpowiedzialne za zmienne x oraz y. Dzięki zastosowanemu zapisowi do wyboru mamy nie 6, a tylko 4 parametry. W odpowiednich okienkach można wybierać wartość poszczególnych parametrów i obserwować powstające krzywe Lissajous. Poniżej umieszczony jest link ukazujący to doświadczenie. Doświadczenie Lissajous z kamertonami

50. Rodzaje Krzywych Lissajous Kształt krzywych jest szczególnie uzależniony od współczynnika a/b. Dla współczynnika równego 1, krzywa jest elipsą, ze specjalnymi przypadkami okrąg: A = B, δ= n/2; oraz odcinek: δ = 0. Inne wartości współczynnika dają bardziej złożone krzywe, które są zamknięte, tylko gdy a/b jest liczbą wymierną.