Хвилі та звук

Багатий тембр (гармоніки)

Натисніть «Запустити» — порівняйте чистий тон і гармонійні складові на осцилографі.

Багатий тембр (гармоніки) — інтерактивне моделювання: Хвилі та звук. Натисніть «Запустити» — порівняйте чистий тон і гармонійні складові на осцилографі. Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.

Тембр та гармоніки

Справжні інструменти дають основну частоту плюс обертони. Суміш гармонік задає тембр.

Ряд Фур'є з синусоїд на цілих кратних основної частоти будує складні форми хвиль. Різні ваги гармонік змінюють характер звуку.

• Основна частота + обертони
• Тембр = суміш гармонік

Короткий опис дослідження

Сплануйте запитання, перш ніж відкрити лабораторію

Короткий відповідає передрендереній сторінці: рушійне запитання, конкуруючі прогнози, ролі змінних, керівні закони, установка, аналіз і підсилення лишаються видимими та в цьому порядку.

Рушійне запитання

Музичний тон 220 Hz звучить інакше, ніж чиста синусоїда 220 Hz — він має «колір», тембр. Що насправді інше в його звуковій хвилі?

Прогнози для зважування

• Тон — це просто гучніша версія тієї самої чистої хвилі 220 Hz.
• Тон має іншу основну висоту, ніж 220 Hz.
• Тон — це суміш основної та вищих гармонік різної сили.

Ролі змінних

Що ви задаєте:

• Номер гармоніки n

Що ви вимірюєте:

• Частота n·220 Hz
• Відношення амплітуд (до основної)

Як проходить дослідження

1. Відкрийте пресет багатого тембру та натисніть «Скинути». Джерело випромінює основну 220 Hz, змішану зі специфічними вищими гармоніками.
2. Увімкніть показ гармонічного спектра в спостерігача.
3. Для кожного рядка зчитайте амплітуду вказаної гармоніки відносно амплітуди основної.

Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити

• Перелічіть частоту кожної гармоніки у вашій таблиці як n × 220 Hz і порівняйте записані відношення амплітуд із показом спектра.
• 2-га та 4-та гармоніки мають нульову амплітуду в цьому тоні, тоді як 1-ша, 3-тя та 5-та (усе непарні) присутні. Що каже спектр лише з непарних гармонік про форму хвилі?

Де це трапляється за межами лабораторії

• Тон кларнета домінується непарними гармоніками, подібно до цього, тоді як тон скрипки містить і сильні парні. Поясніть, чому два інструменти, що грають однакову основну висоту (220 Hz), звучать зовсім по-різному.
• Камертон дає майже чистий тон (лише основна, без вищих гармонік). Як виглядав би його спектр-діаграма інакше, ніж в цьому експерименті?

• 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

1. Вітаємо в багатому тембрі
2. Виберіть джерело
3. Натисніть «Запустити»
4. Гармонійний рецепт
5. Відкрийте панель властивостей
6. У вас вийшло!

Відкрийте інтерактивне моделювання, щоб зібрати сцену, натиснути «Запустити» та дослідити з живими вимірюваннями й керованим заняттям.

Відкрити інтерактивну лабораторію →

Завантажити лабораторний аркуш →

Рівняння хвилі