Биения: интерференция на две близки честоти
1 · Предскажи
Два високоговорителя свирят тонове с почти еднаква честота. Слушател чува силата на звука да пулсира нагоре-надолу. Какво определя колко бързо пулсира?
- Скоростта на пулсиране е равна на сбора на двете честоти.
- Скоростта на пулсиране (биенията) е равна на разликата между двете честоти.
- Скоростта на пулсиране е равна на средното на двете честоти.
2 · Постановка
- Отвори настройката биения от два източника и натисни Нулирай. Източник 1 е фиксиран на 440 Hz.
- Включи показанията за честота на биенията и носеща честота при наблюдателя.
- Задай честотата на Източник 2 за всеки опит и запиши честотата на биенията.
3 · Събери данни
| Честота на източник 1 f₁ (Hz) | Честота на източник 2 f₂ (Hz) | Носеща честота f_c (Hz) | Честота на биенията f_beat (Hz) |
|---|---|---|---|
| 440.00 | 442.00 | ||
| 440.00 | 444.00 | ||
| 440.00 | 448.00 |
Чертай честотата на биенията f_beat (ос y) спрямо |f₂ − f₁| (ос x) за трите си опита.
4 · Анализирай
- За един опит изчисли f_beat = |f₂ − f₁| и f_c = (f₁ + f₂)/2. Сравни и двете с таблицата.
- Обясни защо слушателят възприема един тон близо до носещата честота, със сила на звука, пулсираща с (много по-бавната) честота на биенията.
5 · Надгради
- Музикантите настройват инструменти, слушайки биения между своя тон и референтен тон, коригирайки, докато биенията забавят до нула. Обясни защо нула биения означава, че двете честоти са точно равни.
- Докато f₂ се доближава все повече до f₁, какво става с честотата на биенията? Какво би чул в границата f₂ = f₁?
Физиката зад този експеримент
Честота на биенията
Когато два тона с почти равна честота се застъпят, тяхната интерференчна картина пулсира по сила със скорост, равна на разликата между двете честоти.
Носеща честота
Височината, която слушателят реално възприема, е близо до средното на двете честоти на източниците — биенето е бавно амплитудно пулсиране, яздещо върху този среден тон.
Вълни и звук
- Бягащи вълни на струна: скорост, честота и дължина на вълната
- Стоящи вълни: хармоници на фиксирана струна
- Ефект на Доплер: източник, приближаващ се към слушател
- Интензитет на звука и законът за обратния квадрат
- Децибелната скала: свиване на огромен обхват интензитети
- Тембър: хармонично съдържание на сложен тон
- Резонанс на отворена тръба: дължината задава височината