Ćwiczenie 3: Analiza harmoniczna fal akustycznych

Ćwiczenie nr 3
ANALIZA HARMONICZNA FAL AKUSTYCZNYCH
Aparatura
1. Część analogowa: analizator widma, generator akustyczny, mikrofon, słuchawki.
2. Część cyfrowa: komputer wyposażony w kartę muzyczną oraz mikrofon i głośniki
Rys. 1 Schemat płyty czołowej analizatora widma
Rys. 2 Płyta czołowa analizatora widma
1. Przełącznik pozwalający na zachowanie ostatniego pomiaru w pamięci analizatora
2. Przełącznik trybu pomiaru chwilowego i trybu pomiaru maksymalnego
3. Wyświetlacz analizatora widma
4. Przełącznik zakresów
5. Pokrętło wzmocnienia sygnału
6. Przełącznik On/Off
7. Gniazdo wejściowe (podłączenie generatora funkcji lub mikrofonu)
Przebieg ćwiczenia
Część analogowa
1. Amplituda sygnału pochodzącego z generatora jest regulowana gałką potencjometru i należy ustawić ją
w takim położeniu, aby amplituda sygnału na analizatorze widma nie przekraczała wartości 0 dB (skala
pionowa) w całym obszarze analizowanych częstotliwości, tzn. od 32Hz do 16000Hz. Przełącznik zakresów (dB) ustawić w pozycji "-20 dB".
UWAGA! Gałkę potencjometru „WZM” (wzmocnienie) znajdującą się po prawej stronie płyty czołowej analizatora widma ustawić w lewym skrajnym położeniu.
Zwiększyć wartość poziomu sygnału z generatora tak, aby w otrzymanej odpowiedzi (analizator) zauważyć obecność alikwotów tonu podstawowego z generatora.
2. Połączyć mikrofon z analizatorem widma. Przełącznik zakresów ustawiamy w położenie "MIK" (ustawienie mikrofonowe). Pozycja ta "uaktywnia" potencjometr "WZM", który należy ustawić w takim położeniu, aby natężenie sygnału nie przekroczyło 0 dB. Zbadać widmo akustyczne samogłosek: a, e, i, o, u
(po emisji dźwięku należy błyskawicznie na analizatorze przerzucić przełącznik z pozycji pomiar na po-
zycję pamięć). Wyniki zamieścić w części pierwszej formularza.
UWAGA! Usta należy trzymać na osi symetrii mikrofonu.
3. Spośród spółgłosek: m, n, r, w, wybrać jedną i zamieścić jej widmo w odpowiedniej tabeli.
Część cyfrowa
1. Program „Analiza” uruchamiany jest przez dwukrotne szybkie kliknięcie na ikonie programu znajdującej się na Pulpicie systemu Windows
2. Posługując się programem komputerowym zarejestrować, przeanalizować oraz ewentualnie zapisać na
dysku głoski badane w pierwszej części ćwiczenia (a, e, i, o, u, spółgłoska). Instrukcja posługiwania się
programem jest wyświetlana po wybraniu opcji: Instrukcje – Przebieg ćwiczenia. Podczas analizowania
dźwięku należy wybierać fragmenty zapisu charakteryzujące się stałym natężeniem dźwięku (co widać
w oknie wykresu Całość) oraz wyraźną okresowością zapisu (okno Powiększenie).
3. Wyniki analizy zapisać w tabeli. Jeśli częstotliwość oraz stosunki amplitud są różne dla różnych fragmentów analizowanego zapisu to do tabeli należy wpisać średnie wyniki trzech analiz.
4. Na podstawie uzyskanych analiz głosek należy zsyntetyzować dźwięki. Zalecane jest rozpoczęcie syntezy od głoski „u”. Dla tej głoski należy przerysować do sprawozdania przebieg jednego okresu zmian
ciśnienia akustycznego dla dźwięku naturalnego i najlepiej dobranego dźwięku syntezowanego. Przy
syntezie należy zwrócić uwagę na to, które składowe są istotne dla rozpoznawania danego dźwięku jako
konkretnej głoski. Można to zbadać wstawiając wartość zero dla odpowiednich stosunków amplitud.
Znaczenie składowych należy krótko opisać we wnioskach.
Wymagane wiadomości teoretyczne
1. Budowa ucha i organu mowy.
2. Fale akustyczne, cechy obiektywne i subiektywne dźwięku; barwa i poziom natężenia.
3. Twierdzenie i analiza Fouriera.
4. Teoria Helmholtza i Bekesyego.
Literatura
1. S. Miękisz, A. Hendrich, „Wybrane zagadnienia z biofizyki”, Volumed, Wrocław 1998.
2. K. Michalak, A. Hendrich, „Ćwiczenia laboratoryjne z biofizyki”, Wydawnictwo AM Wrocław, 2002
3. Sz. Szczeniowski, „Fizyka doświadczalna” - t. I (str. 648 - 652 i str. 645), PWN, Warszawa 1980.
4. R. Glaser, „Wstęp do biofizyki”, PZWL, 1974 (dobry opis zagadnień z punktu 4).
5. F. Jaroszyk, „Biofizyka”, PZWL, Warszawa 2008, wyd. 2.
Uniwersytet Medyczny
we Wrocławiu
Katedra Biofizyki
Zakład Biofizyki
Ćwiczenie 3
Analiza harmoniczna fal akustycznych
Podpis prowadzącego ćwiczenia
……………………………………
.......................................................
Imię i nazwisko studenta
Wydział:
Data
Grupa studencka:
Grupa ćwiczeniowa:
Stopień zaliczenia
1.
[dB]
Głoska „a”
Część pierwsza – analiza analogowa
[dB]
Głoska „e”
0
0
3
3
6
6
9
9
12
12
15
15
18
18
21
21
24
24
27
27
32
63
125
250
500
1k
2k
4k
8k
16k
32
63
125
[Hz]
[dB]
250
500
1k
2k
4k
8k
16k
2k
4k
8k
16k
4k
8k
16k
[Hz]
Głoska „i”
[dB]
0
0
3
3
6
6
9
9
12
12
15
15
18
18
21
21
24
24
27
Głoska „o”
27
32
63
125
250
500
1k
2k
4k
8k
16k
32
63
125
[Hz]
[dB]
250
500
1k
[Hz]
Głoska „u”
[dB]
0
0
3
3
6
6
9
9
12
12
15
15
18
18
21
21
24
24
27
Spółgłoska .......
27
32
63
125
250
500
[Hz]
1k
2k
4k
8k
16k
32
63
125
250
500
[Hz]
1k
2k
2. Część druga – cyfrowa analiza Fouriera
Głoska
Częstotliwość
[Hz]
2:1
3:1
4:1
Stosunki amplitud
5:1
6:1
7:1
8:1
9:1
A
E
I
O
U
Spółgłoska
1 okres zmian ciśnienia akustycznego dla głoski “U”
Student(ka): ....................................
Dźwięk naturalny
Dźwięk syntezowany
Student(ka): ....................................
Dźwięk naturalny
Dźwięk syntezowany
10:1