Temat

Mechanizm wytwarzania dźwięku w instrumentach muzycznych

Etap edukacyjny

Drugi

Podstawa programowa

VIII. Ruch drgający i fale. Uczeń:

9b) demonstruje dźwięki o różnych częstotliwościach z wykorzystaniem drgającego przedmiotu lub instrumentu muzycznego.

Czas

45 minut

Ogólny cel kształcenia

Wyjaśnienie zasad powstawania dźwięków w instrumentach muzycznych.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Wyjaśnienie roli zjawiska fali stojącej przy powstawaniu dźwięków w instrumentach muzycznych.

2. Przedstawienie fal harmonicznych powstających w różnych instrumentach.

3. Wyznaczanie częstotliwości dźwięków powstających w instrumentach muzycznych.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- poznasz zasady powstawania dźwięków w instrumentach muzycznych,

- nauczysz się wyznaczać częstotliwości dźwięków powstających w instrumentach muzycznych.

Metody kształcenia

1. Odwrócona klasa.

2. Formułowanie problemów i pomysłów na ich rozwiązanie.

Formy pracy

1. Samodzielna praca z książką i Internetem.

2. Praca w grupach w celu rozwiązania powstałych problemów.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji

Odpowiedz na pytania wprowadzające:

1. Na czym polega interferencja fali?
2. Jakie warunki muszą być spełnione, aby powstała fala stojąca?
3. Co to są węzły i strzałki fali stojącej?
4. Co to są harmoniczne fali stojącej?

Realizacja lekcji

Proszę przygotować odpowiedzi na następujące pytania.

1. Co nazywamy instrumentem muzycznym?

Instrumentem muzycznym możemy nazwać każdy przedmiot, który wytwarza dźwięk, a ten dźwięk wykorzystywany jest do tworzenia muzyki.

2. Co może być źródłem dźwięku w instrumentach muzycznych?

Ponieważ źródłem dźwięków są ciała drgające, to elementem zasadniczym każdego instrumentu muzycznego musi być ciało, które drga z odpowiednią częstotliwością. Tym ciałem może być struna w instrumentach strunowych lub słup powietrza w instrumentach dętych, membrana głośnika lub bębna, sprężysta blaszka w pozytywkach lub cymbałkach, itp.

3. Dokonaj podziału instrumentów muzycznych ze względu na sposób powstawania dźwięku.

W nauce o instrumentach muzycznych wprowadza się różnego rodzaju podziały i systematykę. W tej lekcji ograniczono się do opisania dwóch popularnych typów instrumentów, czyli strunowych i dętych.

Fale stojące mogą powstawać w drgających strunach, jak i słupach powietrza (tzw. piszczałkach).

Wyróżnić można następujące piszczałki:

- obustronnie otwarta,
- obustronnie zamknięta,
- jednostronnie zamknięta.

4. Przedstaw fale stojące, jakie powstają w instrumentach strunowych.

[Ilustracja 1]

Jeżeli źródłem dźwięku jest struna np. gitary, to wtedy mamy do czynienia z instrumentem szarpanym.

W miejscach zamocowania struny powstają węzły fali.

Przykładowe, możliwe kształty fal stojących w naciągniętej strunie, o długości L.

[Ilustracja 2]

5. Ile wynosi częstotliwość tonu podstawowego drgającej, obustronnie sztywno zamocowanej struny?

[Ilustracja 3]

Długość poprzecznej fali na strunie nie jest równa długości fali dźwiękowej z powodu różnic w prędkościach rozchodzenia się obu fal w obu ośrodkach.

6. Przedstaw na wykresach udział poszczególnych składowych harmonicznych w tworzeniu barwy wydobywanego dźwięku.

[Ilustracja 4]

[Ilustracja 5]

Gdy źródłem dźwięku jest drgający słup powietrza, to mówimy wtedy o piszczałkach. W zależności od budowy instrumentu piszczałki mogą być obustronnie zamknięte, obustronnie otwarte lub półotwarte.

W miejscach zamknięcia piszczałki powstają węzły fali stojącej, natomiast w otwartych zakończeniach ich strzałki.

Częstotliwość drgań słupów powietrza w piszczałkach.

7. Przedstaw powstające fale stojące w piszczałce obustronnie otwartej.

Piszczałka obustronnie otwarta.

[Ilustracja 6]

8. Ile wynosi częstotliwość tonu podstawowego drgającego słupa powietrza w piszczałce obustronnie otwartej?

Sytuacja analogiczna, jak dla napiętej, obustronnie zamocowanej struny.

[Ilustracja 7]

9. Przedstaw powstające fale stojące w piszczałce obustronnie zamkniętej.

Piszczałka obustronnie zamknięta.

[Ilustracja 8]

10. Ile wynosi częstotliwość tonu podstawowego drgającego słupa powietrza w piszczałce obustronnie zamkniętej?

Sytuacja analogiczna, jak dla napiętej, obustronnie zamocowanej struny.

[Ilustracja 9]

11. Przedstaw powstające fale stojące w piszczałce jednostronnie zamkniętej.

Piszczałka jednostronnie zamknięta.

[Ilustracja 10]

12. Ile wynosi częstotliwość tonu podstawowego drgającego słupa powietrza w piszczałce jednostronnie zamkniętej?

Częstotliwość drgań dla tego przypadku.

[Ilustracja 11]

[Ilustracja interaktywna]

Podsumowanie lekcji

Podstawowym elementem instrumentu muzycznego jest ciało drgające: struna, słup powietrza, membrana, itp.

W drgających elementach instrumentów (strunach, słupach powietrza, membranach) powstają fale stojące.

Fale stojące są wynikiem nałożenia się fal biegnących w przeciwne strony i składają się z:

- węzłów – miejsc, w których elementy ośrodka nie drgają,
- strzałek – miejsc, gdzie amplituda drgań elementów ośrodka jest maksymalna.

Odległość dwóch sąsiednich węzłów równa jest połowie długości fali biegnącej w ośrodku.

Wysokość (częstotliwość) dźwięku emitowanego przez instrument zależy od najdłuższej (podstawowej) fali, jaka może powstać w elemencie drgającym, a ta związana jest z wielkością tego elementu.

W instrumentach dętych większej długości piszczałki odpowiada mniejsza częstotliwość podstawowa, a tym samym niższy dźwięk.

W instrumentach strunowych wysokość dźwięku zależy od:

- długości struny, większa długość – niższy dźwięk,
- grubości struny, cieńsza struna – wyższy dźwięk,
- naciągu struny, większa siła naciągu – wyższy dźwięk.