NOUSE Ääni ja sähkömagnetismi: Mikrofoni ja äänen nopeus

Mikrofoni ja äänen nopeus

Mikrofoni mittaa ilman paineen muutoksia. Ilman painetta mitataan numeroina. Nämä numerot voidaan tallentaa tietokoneelle (esim. kun nauhoitetaan laulua) tai lähettää eteenpäin (esim. kun soitat puhelun). Tieto voidaan kaiuttimella muuttaa taas ääneksi, jotta sama ääni voidaan kuulla toisessa paikassa.

Mikrofoni siis mittaa, miten kovaa ilma painaa mikrofonin sisällä olevaa kalvoa: välillä enemmän, välillä vähemmän, sitä mukaa kun paineaalto osuu mikrofoniin. Paine tarkoittaa sitä, miten lähekkäin ilman hiukkaset ovat pakkautuneet. Hiukkasten elektronit hylkivät toisiaan, ja tämä hylkivä voima voi saada vaikka lasipullon räjähtämään, jos sen sisällä on tosi suuri paine.

Tässä hidastetussa kuvassa nähdään, miten ympäriltä tuleva paineaalto saa mikrofonin kalvon (kuvattu valkoisena pallona) liikkumaan. Isossa paineessa kalvo painuu kasaan, pienessä paineessa laajenee.



Ohjeet

1. Avatkaa tietokoneella mittauspohja nimeltä Mikrofonin testaus (kuvake työpöydällä). Mikrofoni alkaa nauhoittaa, kun klikkaatte vihreää Collect-nappulaa (jos kone kysyy jotain, valitse ”erase” tai ”switch”). Kokeilkaa tehdä tasainen matala ja tasainen korkea ääni – miten ne eroavat? Entä voimakkaammat ja hiljaisemmat äänet? Viiva kuvassa kertoo, miten ilmapaine nousee ja laskee yhden sekunnin aikana.

2. 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). Voitte kokeilla taas erilaisia ääniä.

3.Laittakaa mikrofonin pää pitkän putken suulle ja tehkää mahdollisimman voimakas sormiennapsautus mikrofonin vieressä. Kokeilkaa niin monta kertaa, että näette miten ääni kaikuu putkessa (kuuluu ääni, on hetki hiljaista, kuuluu taas ääni, jne).

4. Selvitetään nyt äänen nopeus! Nopeus on kuljettu matka jaettuna matkaan käytetyllä ajalla. Matkan voimme selvittää helposti. Ääni lähti mikrofonin luota ja tuli kohta takaisin, miten pitkä matka siis oli? Käyttäkää mittanauhaa apuna. Äänen voimme katsoa tietokoneelta kaiun kuvaajasta. Montako sekuntia suurin piirtein kesti äänen ja kaiun välillä? Oliko se esimerkiksi a) 0,009 sekuntia, b) 0,025 sekuntia, c) 0,040 sekuntia vai d) 0,1 sekuntia?

5. Voitte lopuksi kokeilla laskea äänen nopeuden puhelimen/tabletin laskimella. Laskekaa matka (metrit) jaettuna ajalla (sekunnit). Jos mielestänne ääni kulki 100 metriä 0,5 sekunnissa, niin lasku on 100/0,5 ja vastaus 200 m/s. (Nämä luvut eivät ole oikein).

Sammuttakaa ohjelma (ruksi oikeassa yläkulmassa, ei tarvitse tallentaa) ja jättäkää työpiste siistiksi.