English (United Kingdom)

Inovace experimentální části výuky Bioakustiky

Cílem projektu je vytvoření experimentálních modelů sloužících k doplnění a inovaci stávající výuky předmětu Vibrace a hluk o moderní experimenty využívající měřící zařízení dostupné na Ústavu mechaniky těles, mechatroniky a biomechaniky.

 

Tento projekt pro cvičení do předmětu Vibrace a hluk byl vypracován s podporou grantu FRVŠ 2336/2010/G1. Závěrečná zpráva tohoto projektu je k nahlédnutí zde:

závěrečná zpráva.pdf

 

Univerzální držák kavit

Univerzální držák kavit lze využívat pro experimentální zjišťování vlastních frekvencí na něm upnuté kavity a zároveň k vyšetření tvarů kmitů této kavity. Výsledky dosažené na tomto modelu lze poté srovnávat s případným výpočtovým modelováním a diskutovat rozdíly mezi nimi. U tohoto držáku je možnost změny okrajových podmínek (otevřeno, uzavřeno) i výměna kavity za jinou (jiný průměr, průřez nebo délka) velmi jednoduchá a rychlá. Univerzální držák navíc umožňuje posunutí držáku kavit v svislém směru až o 60 mm (pohled b) a natočení osy na něm upnuté kavity až o 25° na obě strany. Držák vedení mikrofonu lze posouvat v příčném směru o ±25 mm (pohled c). Vedení umožňuje mikrofonu posuv po přímce v podélném směru až o 350 mm a maximální velikost měřené kavity je omezena na průměr 100 mm (pohled a), u větších průměrů kavity již nelze zajistit pozici měřícího mikrofonu v ose měřené kavity. Toto vše umožní měřit akustické vlastnosti různých tvarů kavit téměř v každém místě uvnitř dané kavity.

 

Schéma univerzálního držáku kavit se základními rozměry a možnostmi nastavení

 

       

Univerzální držák kavit

 

Pro snadné pochopení průběhu měření akustických vlastností kavit jednoduchých tvarů a kavit se skokovou změnou průřezu byly z trubek o průměru 50 a 100 mm a tloušťce stěny 3mm vyrobeny průhledné modely.

 

Schéma vyrobených kavit pro měření s označením základních rozměrů

 

Laditelný vokální trakt

Laditelný model vokálního traktu lze využívat jako vhodný prostředek pro experimentální nalezení formantů českých samohlásek A,E,I,O,U. Tento model vokálního traktu umožňuje pomocí 10 pohyblivých hranolů čtvercového průřezu o velikosti hrany 20 mm nastavovat v rozsahu 0 - 60 mm ve svislém směru zjednodušený schodovitý tvar vokálního traktu pro všechny české samohlásky. Podélný rozměr 210 mm lze považovat za běžnou délku skutečného vokálního traktu. Příčný rozměr tohoto modelu je konstantní, což je dostačující vzhledem k tomu, že se příčné módy (formanty) ve skutečném vokálním traktu vyskytují až od čtvrté vlastní frekvence. K úplné a jednoznačné identifikaci dané samohlásky přitom stačí znát rozložení prvních tří formantů (frekvenčních vrcholů). Vstupní otvor má u všech samohlásek konstantní plochu průřezu. V závislosti na způsobu připojení akustického budiče k vstupnímu otvoru lze modelovat samohlásky šeptem i nahlas. 
Byly také vytvořeny šablony pro české samohlásky, sloužící pro rychlé nastavení laditelného vokálního traktu na danou samohlásku. Každá z šablon byla navržena na základě optimalizace posunutí hranolů při současném požadavku na polohu prvních tří vlastních frekvencí (formantů) vzniklé kavity.
 

 

Schéma laditelného vokálního traktu se základními rozměry a možnostmi nastavení

 

Laditelný model vokálního traktu ve výchozím stavu a nastaven na samohlásku A

 

Přílohy

Materiály potřebné k práci s těmito modely jsou k nahlédnutí zde:


Vzorce potřebné k výpočtu vlastních frekvencí válcových a kuželových kavit s různými okrajovými podmínkami:
teorie k výpočtům vlastních frekvencí kavit jednoduchých tvarů.pdf

Návody k použití univerzální držáku kavit a laditelného vokálního traktu:
využití experimentálních modelů ve výuce předmětu vibrace a hluk.pdf

Instruktážní videa popisující průběh měření:

Univerzální držák kavit (průběh měření a výměna kavity)

Laditelný vokální trakt (ovládání a nastavování samohlásek