MÁY TÍNH NHƯ DAO ĐỘNG KÍ ĐIỆN TỬ
Phan Công Thành, THPT Lý Tự Trọng, Thăng Bình, Quảng Nam 1
SỬ DỤNG MÁY TÍNH NHƯ DAO ĐỘNG KÍ ĐIỆN TỬ ĐỂ THỰC HIỆN
CÁC THÍ NGHIỆM ÂM HỌC TRONG
CHƯƠNG TRÌNH VẬT LÝ TRUNG HỌC PHỔ THÔNG
Trong chương trình Vật lý 12 THPT, DAO ĐỘNG KÍ ĐIỆN TỬ được sử dụng một cách hữu hiệu
để khảo sát các đặc trưng của âm thanh và thực hiện các thí nghiệm âm học. Tuy vậy, không nhiều
trường trung học phổ thông trang bị được và đủ DAO ĐỘNG KÍ ĐIỆN TỬ. Lý do đơn giản là giá thành
cao.
Giải pháp tích hợp các tính năng của DAO ĐỘNG KÍ ĐIỆN TỬ trong máy tính cũng được sử
dụng và giải pháp này cũng kèm theo việc chế tạo thiết bị kết nối và phần mềm giao tiếp với máy tính.
Điều này đương nhiên là phức tạp và cũng tốn kém nếu muốn áp dụng ở trường phổ thông một cách đại
trà, trong khi việc khảo sát ở bậc học này không đòi hỏi thu thập nhiều thông tin từ tín hiệu cần khảo sát.
Giải pháp mà tôi đưa ra ở đây là dùng máy tính đã cài đặt phần mềm phân tích âm thanh để khảo sát
các đặc trưng của tín hiệu âm tần. Phần mềm được chúng tôi sử dụng ở đây là Cool Edit Pro 2.0 (CEP).
Đồ thị âm thanh được hiển thị trên giao diện của phần mềm cho phép đo được chu kì với độ chính xác
cao (10-5÷10-4s), từ đó suy ra tần số; quan sát được dạng của đồ thị; so sánh biên độ của các tín hiệu;
khoảng thời gian giữa các tín hiệu. Và đương nhiên, do máy tính xử lý thông tin trên các tập tin nên ta có
thể ghi âm, lưu trữ các âm đã được số hóa.
Vì CEP là phần mềm biên tập âm thanh nên ta có thể thực hiện các tùy biến trên tập tin âm thanh
ban đầu như cắt, dán, tăng giảm biên độ, tần số; tạo ra các tín hiệu âm tần có tần số và cường độ tùy ý mà
không cần có nguồn âm riêng. Những tùy biến này tuy không nằm trong chương trình học nhưng qua
khảo sát của chúng tôi, chúng tạo nên hứng thú khám phá cho học sinh, giúp các em thu thập thêm nhiều
thông tin bổ ích. Điều thú vị là các tùy biến này không thực hiện được trên một DAO ĐỘNG KÍ ĐIỆN
TỬ.
Ngoài các tín hiệu âm thanh thực sự, chúng tôi cũng khảo sát được các tín hiệu âm tần từ một máy
phát tần số, quan sát dạng răng cưa, hình sin, chữ nhật, ... của các tín hiệu từ máy phát. Đặc điểm này cho
phép mở rộng ứng dụng sang khảo sát tín hiệu của mạch dao động LC, máy phát dao động điều hòa,
mạch đa hài,... (1)
MÁY TÍNH NHƯ DAO ĐỘNG KÍ ĐIỆN TỬ
Phan Công Thành, THPT Lý Tự Trọng, Thăng Bình, Quảng Nam 2
Một nhược điểm trong giải pháp trên so với DAO ĐỘNG KÍ ĐIỆN TỬ là CEP chỉ hỗ trợ trong
vùng âm tần, nhưng có lẽ nhược điểm này không ảnh hưởng đến các ứng dụng của chúng ta.
Vì các phần mềm phân tích âm nói chung, cũng như CEP dễ dàng tìm thấy và tải về máy từ
Internet(2) và vì sự phổ biến của máy tính nên thực hiện giải pháp này ta có thể nói là không tốn kém hay
chi phí là rất nhỏ so với khả năng hỗ trợ phong phú của nó (về phần cứng cơ bản chỉ cần máy tính, mic
và loa) . Đây là ưu điểm lớn nhất cho phép nó có thể được ứng dụng rộng rãi.
Có thể áp dụng phổ biến trong dạy học ở trường THPT, giáo viên dạy Vật lý, học sinh hoặc sinh
viên (sinh viên các trường sư phạm ngành Vật lý) tự tìm hiểu ở nhà(3).
Nếu được áp dụng rộng rãi, giải pháp này giúp nâng cao chất lượng dạy và học ở các phần có liên
quan như đã nêu với chi phí thấp nhất.
Góp phần nâng cao nhận thức của học sinh về khả năng ứng dụng đa dạng của công nghệ thông tin,
cũng như tạo cho các em cách nhìn nhận biện chứng, đa chiều về mối liên hệ giữa các sự vật, hiện tượng.
******************************
(1) Tôi sẽ trình bày vấn đề này trong một bài viết khác
(2)Địa chỉ download CEP
http://download.softpedia.com/dl/4ceafe6ae276b1dd91d94b358f214776/49ff9083/100002076/software/
multimedia/audio/cepsetup.exe
(3)Dưới đây là ý kiến của các em học sinh:
“Em cứ nghĩ âm thanh là một thứ vô hình khó nắm bắt. Bây giờ em coi như đã nhìn thấy được âm
thanh. Không những thế em còn có thể mổ xẻ tùy ý trên file âm thanh... Một môtô chạy với tốc độ 50
km/h thì khoảng thời gian giữa hai tiếng nổ liên tiếp của động cơ là bao nhiêu? Bây giờ thì câu trả lời
thật là đơn giản.” (Trần Thanh Phương, THPT Tiểu La, Quảng Nam)
“ Em chưa từng nghĩ ngồi ở nhà mà có thể thực hiện thí nghiệm về hiệu ứng Doppler.” (Phan Minh
Phụng, THPT Lý Tự Trọng, Quảng Nam)
MÁY TÍNH NHƯ DAO ĐỘNG KÍ ĐIỆN TỬ
Phan Công Thành, THPT Lý Tự Trọng, Thăng Bình, Quảng Nam 3
Nội dung chính gồm 7 mục sau:
1. Hướng dẫn mở và thao tác trên tập tin bằng CEP, ghi âm trên CEP.
a. Xem phim hướng dẫn mở và thao tác trên tập tin bằng CEP, chứa trong thư mục
“\STKT\DAO DONG KI\THAO TAC TREN CEP” trong đĩa CD. Chú ý dùng nút lệnh để dãn
đồ thị dao động theo trục thời gian, và nút lệnh để khuyếch đại biên độ của tín hiệu để thuận
tiện cho việc khảo sát, xác định các thời điểm.
b. CEP hỗ trợ ghi âm do máy phát ra cũng như ghi âm thu từ một mic. Xem phim hướng dẫn
ghi âm trên CEP chứa trong thư mục “\STKT\DAO DONG KI\THAO TAC TREN CEP”.
2. Dùng CEP để đo tần số nhạc âm.
Gọi t1 là thời điểm bắt đầu một chu kì và t2 là thời điểm kết thúc chu kì đó. Ta có chu kì
2 1
T=t t
và suy ra tần số
1
f=
T
.
Việc đo tần số của âm được hướng dẫn chi tiết trong phim “\STKT\DAO DONG KI\ DO TAN
SO BANG CEP\ do tan so bang CEP.wmv.” Để đo tần số với độ chính xác cao nhất, ta dùng nút
lệnh để dãn đồ thị theo trục thời gian đến mức tối đa, lúc đó các thời điểm đươc xác định với
độ chính xác dến 0.00001s (xem hình, các thời điểm cần xác định nằm trên thang đo bên dưới).
3. Dùng CEP để hiển thị các đặc trưng:
a. Nhạc âm và tạp âm: quan sát trên đồ thị dao động các đặc tính khác biệt của nhạc âm và tạp
âm.
MÁY TÍNH NHƯ DAO ĐỘNG KÍ ĐIỆN TỬ
Phan Công Thành, THPT Lý Tự Trọng, Thăng Bình, Quảng Nam 4
Nguồn nhạc âm chứa trong các thư mục “\STKT\DAO DONG KI\CAC AM DON (HINH
SIN)” và “\STKT\DAO DONG KI\NOT LA”.
Nguồn tạp âm chứa trong”\STKT\DAO DONG KI\TAP ÂM”.
b. Quan sát trên đồ thị dao động các nốt la có độ cao khác nhau 220Hz, 440Hz và 880Hz
được phát ra bởi chương trình PASCAL, tiếng đàn piano, ghita - được phát bởi phần mềm giả
lập tiếng đàn KEYBOARD MUSIC tải về từ địa chỉ http://www.kbdmusic.com/music.exe -
chứa trong thư mục “\STKT\DAO DONG KI\NOT LA”. Hình dưới đây ảnh chụp đồ thị dao
động các nốt la 220Hz, 440Hz và 880Hz do đàn piano giả lập phát ra.
c. Quan sát trên đồ thị dao động sự khác nhau về âm sắc của các âm cùng độ cao do các
nguồn khác nhau phát ra nguồn âm chứa trong thư mục “\STKT\DAO DONG KI\NOT LA”. Có
thể đối chiếu với đồ thị dao động của âm đơn 440Hz trong thư mục “\STKT\DAO DONG
KI\CAC AM DON (HINH SIN)”
MÁY TÍNH NHƯ DAO ĐỘNG KÍ ĐIỆN TỬ
Phan Công Thành, THPT Lý Tự Trọng, Thăng Bình, Quảng Nam 5
Trong thư mục ”\STKT\DAO DONG KI\AM SAC” cũng có một ví dụ thú vị về âm sắc.
4. Khảo sát hiệu ứng Doppler, đo tốc độ chuyển động của một máy thu nhờ hiệu ứng Doppler.
Điều thú vị là hiệu ứng Doppler có vẻ khó nắm bắt đã thể hiện một cách dễ dàng trên đồ thị dao
động. Thí nghiệm về hiệu ứng Doppler chứa trong thư mục “\STKT\DAO DONG KI\DOPPLER”.
Trong thí nghiệm này để xác định tần số cần xem thêm mục 1a. Hướng dẫn mở và thao tác trên
tập tin bằng CEP và 2. Dùng CEP để đo tần số nhạc âm.
Trong phim minh họa f’ là tần số âm ghi được bởi máy thu, f = 440Hz là tần số nguồn âm phát
ra, v=340m/s là tốc độ truyền âm trong không khí, vm là tốc độ máy thu.
5. Các âm đơn có dạng hình sin trên đồ thị dao động đóng một vai trò làm chuẩn quan trọng được
chứa trong thư mục “\STKT\DAO DONG KI\CAC AM DON (HINH SIN)”.
Các âm đơn được tải về từ địa chỉ:
http://users.swing.be/hdepra/home/P22/E-sounds.html
6. Tạo một xung chữ nhật trên CEP: Đôi khi ta muốn tạo ra một xung có tần số tùy ý thì đơn giản
nhất là tạo một xung chữ nhật. Chi tiết xem trong thư mục “\STKT\DAO DONG KI\XUNG CHU
NHAT”.
7. Phim hướng dẫn cài đặt CEP chứa trong thư mục “\STKT\DAO DONG KI\CAI DAT CEP”.
