1. No category

Fysiikan laboratorio
Työohje
1/3
LIKe
v. 1.0
1/2015
Turun ammattikorkeakoulu Oy
________________________________________________________________________________
Äänen nopeus seisovan aallon menetelmällä
1. Työn tavoite
Perehdytään äänen aaltoliikeominaisuuksiin, erityisesti seisovaan aaltoliikkeeseen.
Tutustutaan äänenvoimakkuuteen desibelimittarilla.
2. Teoriaa
Seisova aaltoliike syntyy, kun kaksi vastakkaisiin suuntiin etenevää aaltoliikettä,
joilla on sama taajuus, interferoivat keskenään. Seisovassa aaltoliikkeessä väliaineen
osaset värähtelevät siten, että muodostuu kupu- ja solmukohtia. Solmukohdassa ei ole
värähtelyä lainkaan. Kupu- ja solmukohdat pysyvät paikallaan, josta nimitys seisova
aaltoliike tulee. Seisova aaltoliike syntyy käytännössä esim. silloin kun aaltoliike heijastuu suoraan takaisinpäin, kuten kuvan 1 jännitetyssä langassa
λ/2
s
s
k
s
s
k
k
Kuva 1. Seisova aaltoliike jännitetyssä langassa.
Langan kiinteissä päissä ei esiinny värähtelyä. Niissä on siis solmukohta (s). Kahden
vierekkäisen solmukohdan välissä on kupukohta (k), jossa värähtely on voimakasta.
Jokaisen solmu- ja kupukohdan väli on aallonpituuden neljäsosa.
Kaasuissa voi edetä vain pitkittäinen aaltoliike (ääni). Jos kaasun tilavuus on rajoitettu, kuten esimerkiksi putkessa, seisova aaltoliike syntyy tietyin ehdoin. Putken suljetun pään kohdalla kaasumolekyylit eivät voi liikkua ja siinä on sen vuoksi kaasun
paineen kupukohta.
Äänen etenemisnopeus v saadaan aaltoliikkeen perusyhtälön
v  f
avulla, missä f on aaltoliikkeen taajuus ja λ on aallonpituus.
(1)
Fysiikan laboratorio
Työohje
2/3
LIKe
v. 1.0
1/2015
Turun ammattikorkeakoulu Oy
________________________________________________________________________________
3. Työn suoritus
Mittauksissa käytettävässä laitteessa (kuva 2) vaakasuoran putken toisessa päässä on
siniääntä tuottava kaiutin ja toisessa päässä on akustisesti jäykkä, heijastava pinta.
Putken pituus on suurempi kuin neljäsosa äänen aallonpituudesta , jolloin putkeen
voi muodostua selkeä aaltokuvio (kuva 3). Liikuteltavan mikrofoniputken avulla
voidaan mitata tarkasti minimiäänentasojen paikat.
vahvistin
sinigeneraattori
äänitasom ittari
sm all tube Ø29 x 350
dB
jäykkä putken pääty
näyte
akustinen putki Ø49 x 850 m m
äänen havaintopiste onton putken päässä
kaiutin
ontto putki Ø4 m m
m ikrofoni
liikuteltava m ikrofonikelkka
Kuva 2. Äänen nopeuden määrittämiseen käytettävä laitteisto.
Kuva 3. Seisovan aallon putkeen syntyvän seisovan aallon äänen intensiteettitaso
putken siinä päässä, jossa äänen heijastuminen tapahtuu.
Ennen mittausten aloittamista tehdään seuraavat toimenpiteet:
 Tarkistetaan, että mikrofoni on hyvin kiinnitetty mikrofonisovittimeen.
 Kytketään kaiutinkaapelit vahvistimeen. Pyydetään valvojaa paikalle ennen
vahvistimen kytkemistä päälle.
 Asetetaan äänenvoimakkuus putkessa niin, että se on taajuudella 400 Hz noin 95
dB (erilliset ohjeet).
Fysiikan laboratorio
Työohje
3/3
LIKe
v. 1.0
1/2015
Turun ammattikorkeakoulu Oy
________________________________________________________________________________
Mittaukset suoritetaan taajuuksilla 400 Hz, 630 Hz ja 1000 Hz seuraavasti:
1. Valitaan mittaustaajuus äänigeneraattorista.
2. Haetaan maksimiäänentaso näytteen pinnan läheltä. Lue kohdasta ACT (ei
Calib). Tätä varten liikutellaan mikrofonikelkkaa ja havaitaan äänitason
muutokset.
3. Mitataan peräkkäisten minimiäänitasojen paikat. Ne havaitaan etäisyydellä /4
ja 3/4 näytteen pinnasta.
TYÖN LOPUTTUA ON IRROITETTAVA JOHTO MIKROFONISTA!
4. Raportointi
Äänen etenemisnopeus lasketaan taajuuksilla 400 Hz, 630 Hz ja 1000 Hz tehdyille
mittauksille kaavasta (1). Lopputuloksena ilmoitetaan saatujen kolmen nopeuden
keskiarvo.
Selvitä äänen intensiteettitason ja äänen intensiteetin välinen yhteys.
Mittaa äänen intensiteettitaso fysiikan laboratoriossa ja kahdessa muussa ICT-cityn
tilassa.
5. Kirjallisuus
Inkinen, P., Manninen, R. ja Tuohi, J.: Momentti 2, insinöörifysiikka. Otava. s. 281315.