صوت الزجاجة يتغير مع حجم الهواء: مشاريع تخرج هندسة صوتية وArduino

انفخ فوق فتحة زجاجة فارغة ثم كرر ذلك وهي نصف مملوءة؛ يتبدل الصوت الذي تسمعه. يمكن لفريق مشاريع تخرج الفيزياء والصوتيات تحويل الملاحظة إلى منصة تقيس قمة الرنين مقابل حجم الهواء وشكل العنق. ليست الفكرة التعرف على النغمة الموسيقية، بل اختبار نموذج رنين تجويف وفصل الاختلاف الحقيقي عن طريقة النفخ والميكروفون.

ابدأ بأوعية لها قياسات واضحة

اختر زجاجات أو تجاويف صلبة نظيفة ذات فتحات قابلة للقياس، وثبت كل واحدة في حامل حتى لا تتغير المسافة بينها وبين الميكروفون. أضف حجما معلوما من الماء كل مرة، ثم قدّر الهواء المتبقي من سعة مقاسة لا من سعة العبوة المطبوعة وحدها. يمكن قياس السعة بالماء ثم تجفيف الوعاء قبل التسجيل. تجنب البلل على سطح العنق لأنه قد يغير الاستجابة.

يعرض تجريب Helmholtz المنشور في Journal of the Acoustical Society of America تجربة تعليمية تستخدم زجاجة ومحقنة ومصدرا نغميا لربط حجم الهواء بتردد الرنين. ويتناول بحث استخدام رنين Helmholtz لقياس أحجام السوائل والأجسام إعداد قياس تجويف وميكروفون. هذان مرجعان للسياق العلمي؛ لا يعني ذلك أن الجهاز المقترح يكرر دقة البحث أو أن كل وعاء يتبع النموذج البسيط.

وحد طريقة إثارة الصوت

النفخ بالفم سهل لكنه متغير بين الأشخاص. لنسخة أكثر ثباتا، ضع مكبر صوت صغيرا على مسافة ثابتة وشغل sweep صوتيا منخفض المستوى، ثم سجل الإشارة بميكروفون لا يسد عنق التجويف. حافظ على مستوى صوت مريح، ولا توصل السماعة إلى خرج متحكم مباشرة؛ استخدم مضخما ومصدرا مطابقين لمواصفات السماعة. يمكن لArduino تسجيل نبضات أو نتائج ملخصة، بينما يحلل الحاسوب الإشارة كاملة عند الحاجة.

سجل إشارة مرجعية قرب الفتحة وإشارة داخل التجويف إن توفرت قناتان؛ فقد يتغير مستوى الصوت المسجل بسبب مكان الميكروفون وليس الرنين وحده. ثبت المسافة ومعدل أخذ العينات وطول نافذة التحليل. إذا لم يستجب الميكروفون جيدا للترددات المتوقع قياسها، لا تفسر غياب القمة على أنه غياب للرنين.

ارسم الحجم مقابل التردد لا الانطباع

لكل زجاجة ابدأ بحجم هواء كبير، ثم أضف كميات متساوية من الماء وسجل ثلاث مرات. حدد القمة من طيف التردد واحتفظ بالإشارة الخام. مثال ترميز: bottle-A-volume-250ml-run-02؛ هذا تنسيق تسمية فقط وليس بيانات من تجربة. قارن القمة بتقدير نظري بعد تحديد طول العنق وقطره، واشرح أن تصحيح نهاية العنق وشكل الفتحة قد يغيران التوقع.

يمكن للتطبيق رسم كل قراءة ومدى التكرار، وعرض ملف الصوت وطيفه. لا تستخدم أعلى قمة مفردة إذا تغير ضجيج المكان بين التشغيلات. التقط خلفية الغرفة من دون التجويف، واعرضها للمقارنة بدل إخفائها. اربط الرسم بنسخة الزجاجة وإعداد الميكروفون؛ فهذه المعلومات ضرورية لإعادة القياس.

افحص كشف القمة قبل نظرية الصوت

اختبر خوارزمية القمة بإشارة صوتية ذات تردد معروف، ثم تحقق من تعرفها على القمة ضمن دقة التحليل. أعد التسجيل بعد تحريك الميكروفون قليلا لتعرف أثر الموضع، وقارن بوعاء مغلق أو فتحة أوسع كحالة تحكم. معيار القبول أن تكون القمة قابلة للتكرار ضمن دقة الجهاز وأن يتعرف البرنامج على الإشارة المرجعية، لا أن تتطابق كل النتائج مع نموذج مثالي.

قد تفسر الهواء المحبوس والتسرب وسماكة العنق وانعكاس الطاولة ورنين المكان الفروق. تقارير الأبحاث تستخدم إعدادات مختبرية مختلفة؛ لا تنقل نتائجها العددية إلى زجاجة فريقك. إذا التقط البرنامج نغمة مروحة الحاسوب، اعرض الطيف قبل وبعد التعامل مع الخلفية، ولا تحذف المنطقة المزعجة بلا توثيق. قارن أكثر من شكل تجويف لا تكرارات وعاء واحد فقط.

حدود الاستخدام ومخرجات المشروع

هذا مقياس تعليمي للتجاويف المختارة، ولا يصلح لتحديد كمية سائل مجهول في وعاء عشوائي دون معايير مستقلة. لا حاجة لتسجيل كلام أشخاص أو نشر صوت الغرفة؛ خزّن ملخص القياس أو نغمة الاختبار فقط. ثبت الزجاجة لمنع سقوطها، ولا تستخدم أوعية مكسورة أو ساخنة، وخفف مستوى الصوت.

جهز جدول الأبعاد والحجوم، وطريقة قياسها، والملفات الصوتية، وإصدار تحليل الطيف، ومقارنة النموذج بالتجربة. تساعد صفحة مشاريع التخرج في تقسيم الفكرة إلى نموذج وقياس وتقرير، لكن المعيار هو إمكانية إعادة التسجيل وتحليل البيانات. اذكر أين يفشل النموذج وما المعلومة التي تحتاج قياسا أفضل بدلا من تقديم الرقم كمرجع عام.

أضف حالة تحكم تكشف الرنين الكاذب

سجل sweep مع التجويف مفتوحا تماما أو مع وعاء مختلف، مع ثبات مسافة المكبر والميكروفون. إذا بقيت القمة في التردد نفسه في حالة التحكم فقد تكون من الغرفة أو السماعة لا من الزجاجة. كرر القياس في موضع آخر من الطاولة بعد ضبط مستوى الصوت، ولا تحرك الأجهزة أثناء المسح. وضح في التقرير أي قمة اعتبرتها رنين التجويف ولماذا، وسجل القمم المنافسة بدلا من حذفها. هذه المقارنة تمنع استنتاجا سببه الرنين الذاتي للمكبر أو انعكاس سطح قريب.