Ćwiczenie M6 KOMPUTEROWE BADANIE FAL AKUSTYCZNYCH

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "Ćwiczenie M6 KOMPUTEROWE BADANIE FAL AKUSTYCZNYCH"

Stanisław Skrzypczak
6 lat temu
Przeglądów:

1 Laboratorium Podstaw Miernictwa Wiaczesław Szamow Ćwiczenie M6 KOMPUTEROWE BADANIE FAL AKUSTYCZNYCH opr. tech. Mirosław Maś Uniwersytet Przyrodniczo - Humanistyczny Siedlce 2012

2 1. Wstęp W ćwiczeniu bada się fale akustyczne stosując komputerowy program dydaktyczny "Coach 5". Mierzy się między innymi amplitudę, okres i opóźnienie fazowe harmonicznej fali akustycznej. Bada się różnice tłumienia drgań kamertonu i zjawiska dudnień. A także rozwiązuje się numerycznie równanie tłumionego oscylatora harmonicznego. W skład zestawu pomiarowego wchodzą 1. komputer PC z programem Coach 5 i edytorem tekstowym Word 2. konsola pomiarowa Coach Lab II 3. zasilacz do konsoli FW 7207/12 4. przewód koncentryczny z wtykami 9-cio żyłowymi do połączenia konsoli z komputerem 5. dwa czujniki dźwięku Sound Seonsor 6. dwa kamertony na pudłach rezonansowych 7. młoteczek Zestaw komputerowy Coach pracuje w środowisku Windows i za jego pomocą można wykonywać pomiary a także analizować i przetwarzać otrzymane dane. Przed rozpoczęciem ćwiczenia sprawdź, czy zestaw laboratoryjny jest kompletny. Do ćwiczenia należy opanować następujące zagadnienia teoretyczne: UWAGA: Należy przynieść ze sobą nośnik informacji do rejestracji wyników pomiarowych. 3

3 1. Przygotowanie do pomiarów. Interfejs CoachLab II jest podłączony do komputera za pomocą kabla z wtykami 9- cio igłowymi. Podłącz do interfejsu zasilacz 12V - wówczas przez chwilę kolejno zapali się cztery kolorowe diody a przy prawidłowym napięciu zasilania będzie się świecić najniżej umieszczona na konsoli zielona dioda. Po uruchomieniu komputera uruchom program CMA Coach 5. Start -> Programy -> CMA Coach 5 -> Author Po ukazaniu się okna "Select a project" wybierz Investigations - 4. Exploring physics i zatwierdź OK. W oknie "Open an activity" kliknij przycisk New activity. Ukaże się okno "Select a panel", w którym wybierz Coach Lab II i zatwierdź OK. W nowym oknie "Activity options " w rubryce Name of the activity wpisz: Komputerowe badanie fal akustycznych i zatwierdź OK. Przy prawidłowym postępowaniu ukaże się okno w górnej części ekranu napis: Coach 5 Investigations 4. Exploring physics Komputerowe badanie fal akustycznych. dwa białe pola (do tworzenia wykresów lub tabel pomiarowych), dwie kratownice i zarys interfejsu. Przed rozpoczęciem następnego etapu ćwiczenia skontaktuj się z prowadzącym zajęcia, aby skontrolował stan przygotowań. 4

Podłącz do gniazd 1 i 2 interfejsu dwa identyczne czujniki dźwięku. Zainstaluj je w programie. W tym celu kliknij wolne pole w lewej "kratownicy" prawym przyciskiem myszy i wybierz Create New.

Wówczas w polu lewej kratownicy pojawi się ikona czujnika z napisem sound oraz z nazwą wybranego przez program czujnika.

4 Podłącz do gniazd 1 i 2 interfejsu dwa identyczne czujniki dźwięku. Zainstaluj je w programie. W tym celu kliknij wolne pole w lewej "kratownicy" prawym przyciskiem myszy i wybierz Create New. W oknie "Sensor properties" z listy w rubryce Name wybierz Sound snsor i zatwierdź OK. Wówczas w polu lewej kratownicy pojawi się ikona czujnika z napisem sound oraz z nazwą wybranego przez program czujnika. Aby zmienić typ czujnika kliknij ikonę prawym przyciskiem myszy i wybierz opcje Alternative sensors, ukaże się okno w którym wybierz Sound sensor (015&bt)(CMA)(-5...5Pa) i zatwierdź OK. Kliknij ikonę czujnika jeszcze raz prawym przyciskiem myszy i wybierz opcję Add. W oknienku kliknij OK, gdy w wierszu Number to add (3 at most) jest liczba 1. (W przeciwnym razie wpisz 1). W kratownicy pojawią się dwie ikony, które przysuń do wejścia 1 i 2 obrazu interfejsu. Niestety wskazania obu czujników na ikonach są różne i wahają się w dość szerokich granicach ( z uwagi na szum w sali). Utwórz dwa wykresy: czujnik 1 i czujnik 2 w funkcji czasu czujnik 2 w funkcji czujnika 1. 5

5 W tym celu kliknij prawym przyciskiem myszy lewe pole i wybierz Display Diagram. W oknie "Select a diagram" kliknij przycisk New diagram. Ukaże się okno "Create/Edit a diagram", gdzie w Data range C1 wybierz Clock, a w Data Range C2 Analog In 1: Sound Seonsor, w Data Range C3 Analog In 2: Sound Seonsor i dwukrotnie zatwierdź. Kliknij prawym przyciskiem myszy prawe wolne pole i wybierz Display Diagram. W oknie "Select a diagram" kliknij przycisk New Diagram. W oknie "Create/Edit a diagram" w Data Range C1 Analog In 1: Sound Seonsor a w Data Range C2 Analog In 2: Sound Seonsor i dwukrotnie zatwierdź. Kliknij ikonę z licznikiem i wykresem znajdującą się w pasku działań Coacha. Po ukazaniu się okna "Measuring Settings" w rubryce Measuring time wpisz 0,02 a w rubryce Frequency i zatwierdź OK. Uruchom edytor tekstowy Word by zapisać w nim wyniki (wykresy) pomiarów. 2. Badanie przesunięcia fazowego. Umieść oba czujniki w jednym miejscu w pobliżu kamertonu i uderz kamerton młoteczkiem. Po kliknięciu zielonego przycisku Start na monitorze ukażą się dwa wykresy. Na pierwszym sinusoidy o różnych amplitudach przesunięte względem siebie. Na drugim powinna pokazać się elipsa, pochylona nad osią poziomą (hałas w sali deformuje jej kształt). Uruchamiaj przycisk Start tak aby na pierwszym wykresie widać było całe (nie obcięte sinusoidy). Skopiuj oba wykresy do dokumentu Worda. w tym celu kliknij prawym przyciskiem myszy w dowolne miejsce wykresu i wybierz opcje Clipboard Copy i poprzez Ctrl+V wklej do pliku. Znajdź takie położenie czujników, aby elipsa zdegenerowała się do prostej i skopiuj oba wykresy. Porównując wykresy wyjaśnij to zjawisko. 3. Pomiar okresów i częstotliwości kamertonu 1 i 2. Wybierz bardziej czuły czujnik, a mniej czuły odłącz. Usuń również ikony słabszego czujnika. Zlikwiduj poprzednie wykresy. Utwórz nowy wykres czujnik w funkcji czasu. Wybierając w Date range C1 ustaw Decimals 5. Kliknij przycisk z licznikiem i wykresem i w oknie "Measuring Settings" ustaw Measuring time 0.1 i Frequency i zatwierdź OK. Pobudź kamerton do drgań uderzając go młoteczkiem. Analizuj otrzymany wykres posługując się opcją Area patrz rysunek (lub Scan) 6

z wykresu oblicz czas jaki upływa od 1-go do ostatniego maksimum i wyznacz możliwie najdokładniej okres drgań kamertonu ( wyniki zaokrąglij do 2-go miejsca po przecinku).

Kliknij ikonę z wykresem i licznikiem, w oknie "Measuring settings" ustaw Measuring time 10 i Frequency 1000 i zatwierdź OK. Ustaw oba kamertony obok siebie i zbliż do nich czujnik.

6 z wykresu oblicz czas jaki upływa od 1-go do ostatniego maksimum i wyznacz możliwie najdokładniej okres drgań kamertonu ( wyniki zaokrąglij do 2-go miejsca po przecinku). Oblicz częstotliwość. Powtórz pomiary i obliczenia dla drugiego kamertonu. Wykresy i ich analizy skopiuj do pliku Worda. 4. Pomiar dudnień. Kliknij ikonę z wykresem i licznikiem, w oknie "Measuring settings" ustaw Measuring time 10 i Frequency 1000 i zatwierdź OK. Ustaw oba kamertony obok siebie i zbliż do nich czujnik. Uderz młoteczkiem dwa kamertony i kliknij przycisk Start, tak aby zarejestrować nie-obcięty wykres dudnień. Zmierz okres dudnień oraz oblicz częstotliwość dudnień. Porównaj wyznaczoną częstotliwość dudnień z teoretyczną i wyciągnij wnioski. 7

7 5. Analiza spektralna głosu. Gdy przy pomiarach nastąpiły jakieś utrudnienia kliknij czerwony przycisk ze strzałką a w oknie "Close activity" przycisk "No". Kliknij ponownie czerwony przycisk ze strzałką aż ukaże się plansza z napisem "Coach 5". Ponownie powtarzając czynności z punktu 1 uruchom program. W rubryce Name of the activity wpisz: Analiza spektralna głosu i zatwierdź OK. Jeśli zachodzi potrzeba zainstaluj ponownie czujnik dźwięku. Utwórz wykres. W "Measuring settings" ustaw Measuring time 1 i Frequency 5000 i zatwierdź OK. Kliknij przycisk Start i powiedz "a" do mikrofonu (zwykłe a jakie zwykle wymawiasz). Na ekranie zobaczysz wykres modulacji twojego głosu. Kliknij ten wykres prawym przyciskiem myszy i w Analyse wybierz Signal analysis. W oknie "Signal analysis" kliknij przycisk Start pokaże się wykres składowych harmonicznych twojej litery "a". Kliknij OK i wklej wykres w prawe pole programu. Kliknij prawym przyciskiem myszy wykres wybierz funkcję Scan Za jej pomocą odczytaj wysokość wszystkich pików powyżej 0,5 ( na rysunku powyżej jest ich 5) i ich częstotliwość. Wartość częstotliwości widoczna jest w prawym górnym rogu. Wszystkie wykresy z odczytanymi częstotliwościami wklej do pliku 8

8 tekstowego (patrz przykładowe wyniki). Zbadaj głos partnera z zespołu powtarzając pomiary. Porównaj oba głosy. 6. Opracowanie wyników pomiarowych 1. Obliczyć okres i częstotliwość dudnień w oparciu o pomierzone częstotliwości f 1 i f 2 obu kamertonów, błąd metodą różniczki zupełnej. 2. Porównaj wyniki z p.1 z okresem doświadczalnym. 3. Przeprowadzić analizę spektralnego głosów (jakie częstotliwości i o jakiej wielkości wchodzą w skład głosów). Wskaż różnicę i podobieństwa pomiędzy głosami. 4. Wyjaśnij, dlaczego drgania kamertonu zanikają. Wyznaczyć dobroć kamertonów w oparciu o pomiar, współczynnika tłumienia. Literatura 1. Wprowadzenie do laboratorium Podstaw Miernictwa 2. S. Tumański, Technika pomiarowa, PWN, Warszawa Instrukcja obsługi Coach 9

Podobne dokumenty

KOMPUTEROWE BADANIE RUCHÓW MECHANICZNYCH

Laboratorium Podstaw Miernictwa dr Marek Siłuszyk Ćwiczenie M7 KOMPUTEROWE BADANIE RUCHÓW MECHANICZNYCH opr. tech. Mirosław Maś Uniwersytet Przyrodniczo - Humanistyczny Siedlce 2012 1. Wstęp Celem ćwiczenia