Mikrofonin toiminta ja äänen nopeus

Siirtykää mittauspisteelle, jossa on pitkä putki ja tietokoneeseen kytketty mikrofoni. Tiedättekö, miten mikrofoni toimii?

Mikrofoni mittaa ilman paineen muutoksia, ja tämä tieto voidaan tallentaa tietokoneelle (esim. kun nauhoitetaan laulua) tai lähettää eteenpäin (esim. kun soitat puhelun). Tieto voidaan kaiuttimella muuttaa taas ääneksi (kun kuunnellaan laulua tai puhelua). Äänen sisältämä informaatio voidaan siis aika helposti muuttaa äänitiedostoksi, ja voittekin koittaa kuvitella, miten tiedosto äänen koodaa.

Muistelkaa, mitä paineella tarkoitetaan. Mistä ilmanpaine johtuu ja miten paine toimii atomien tasolla? Alla näkyy hidastettuna, miten kaiuttimen pinta liikkuessaan aiheuttaa paineaaltoja.

Mikrofoni siis vain mittaa, miten kovaa ilma painaa mikrofonin sisällä olevaa kalvoa: välillä enemmän, välillä vähemmän, sitä mukaa kun paineaalto osuu kalvoon. Itse asiassa kaiutin ja mikrofoni ovat tismalleen käänteisiä, ja mitä vain kuuloketta voi käyttää mikrofonina. Jos olette käyneet jo sähkömagneettipisteellä, voitte miettiä, miten tämä toimii.

Avatkaa mittauspohja nimeltä Mikrofonin testaus (työpöydällä). Jos tietokone kysyy jotain, valitkaa ”Erase and continue” tai ”Switch to running application”.

Voitte tutkia mikrofonin toimintaa kokeilemalla erilaisia ääniä. Mikrofoni alkaa nauhoittaa, kun klikkaatte vihreää Collect-nappulaa, ja se nauhoittaa yhden sekunnin ajan. Kokeilkaa tehdä tasainen matala ja tasainen korkea ääni – miten ne eroavat? Entä voimakkaammat ja hiljaisemmat äänet? Kokeilkaa myös pöydällä olevia äänirautoja. Kokeilkaa soittaa yhtä kerrallaan. Huomaatteko kuuntelemalla eroa? Entä jos ne soivat yhtä aikaa? Tutkitaa äänirautoja myös mikrofonilla. Mitään tuloksia ei tarvitse tallentaa.

Avatkaa nyt mittauspohja nimeltä Äänen nopeus. Nyt mikrofoni toimii vähän eri tavalla: kun painatte Collect -nappulaa, mikrofoni odottaa aktivoitumista. Se aktivoituu vasta kuullessaan kyllin kovan äänen, ja mittaa vain 50 millisekunnin ajan (eli 0,05 sekuntia).

Pystyttekö suunnittelemaan mittauksen, jolla voitte määrittää äänen nopeuden ilmassa (n. 330 metriä sekunnissa)? Labrasta löytyy tarvittavat välineet (kaappeja ei tarvitse avata). Kehittäkää ensin selkeä idea mittaukselle. Pyytäkää tarvittaessa ohjaajalta apua. Sammuttakaa lopuksi ohjelmat.