Волны и звук
Богатый тембр (гармоники)
Нажмите Play — сравните чистый тон и гармонические обертоны на осциллографе.
Богатый тембр (гармоники) — интерактивная симуляция (Волны и звук). Нажмите Play — сравните чистый тон и гармонические обертоны на осциллографе. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.
Тембр и гармоники
Реальные инструменты дают основной тон плюс обертоны. Смесь гармоник задаёт тембр.
Ряд Фурье из синусоид на целых кратных основной частоты строит сложные формы волны. Разные веса гармоник меняют характер звука.
- Основной тон + обертоны
- Тембр = смесь гармоник
Краткое описание исследования
Спланируйте вопрос до открытия лаборатории
Краткое описание повторяет предрендеренную страницу: движущий вопрос, конкурирующие прогнозы, роли переменных, определяющие законы, ход работы, анализ и задания для развития остаются видимыми и в этом порядке.
Движущий вопрос
Музыкальный тон 220 Hz звучит иначе, чем чистая синусоида 220 Hz — у него есть «окраска», тембр. Что в его звуковой волне реально другое?
Прогнозы для взвешивания
- Тон — просто более громкая версия той же чистой волны 220 Hz.
- У тона другая основная высота, не 220 Hz.
- Тон — это смесь основного тона и высших гармоник разной силы.
Роли переменных
Что вы задали:
- Номер гармоники n
Что вы измеряете:
- Частота n·220 Hz
- Отношение амплитуд (к основному)
Как идёт исследование
- Откройте пресет богатого тембра и нажмите «Сброс». Источник излучает основной тон 220 Hz, смешанный с определёнными высшими гармониками.
- Включите отображение гармонического спектра у наблюдателя.
- Для каждой строки считайте амплитуду указанной гармоники относительно амплитуды основного тона.
Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести
- Перечислите частоту каждой гармоники в вашей таблице как n × 220 Hz и сравните записанные отношения амплитуд с отображаемым спектром.
- 2-я и 4-я гармоники имеют нулевую амплитуду в этом тоне, а 1-я, 3-я и 5-я (все нечётные) присутствуют. Что говорит спектр только из нечётных гармоник о форме волны?
Где это проявляется за пределами лаборатории
- Тон кларнета доминируется нечётными гармониками, как и этот, а тон скрипки включает и сильные чётные. Объясните, почему два инструмента, играющие одинаковую основную высоту (220 Hz), всё равно звучат совершенно по-разному.
- Камертон даёт почти чистый тон (только основной, без высших гармоник). Чем его столбчатый спектр отличался бы от спектра этого эксперимента?
- AP Physics 2 — Unit 14: Waves, Sound, and Physical Optics
- IB Physics — C.3 Wave phenomena
- General High School Physics — Waves & sound
- NGSS High School Physics — Wave properties
- Добро пожаловать к богатому тембру
- Выберите источник
- Нажмите Play
- Гармонический рецепт
- Откройте панель свойств
- Готово!
Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.
Открыть интерактивную лабораторию →