Выступление на Дне науки - 2010

Тема моей работы: «Определение диапазона частот, который воспринимает человеческое ухо с использованием программирования в Турбо Паскаль».

При изучении различных предметов в школе, нам, ученикам, часто сообщаются различные сведения и данные как должное, не требующее доказательства.

Так, например, когда я изучала звуковые волны на уроках физики, учитель рассказывал нам о том, что человек способен воспринимать абсолютно не весь звуковой спектр, а лишь его часть, ограниченную в пределах от 16 до 20000 Гц. Естественно, что не во всякой школе найдется генератор электрических колебаний звуковой частоты для проведения эксперимента по определению этого диапазона.

Изучая на уроках информатики язык программирования Турбо Паскаль, я познакомилась с процедурой, с помощью которой можно генерировать на внутреннем динамике ПК звук определенной частоты.

В связи с этим у меня возникла идея провести эксперимент, в ходе которого я планировала самостоятельно определить диапазон частот, воспринимаемых ухом человека.

Естественно возникает вопрос: «А что же такое звук?»

Звук, в широком смысле – это упругие волны, распространяющиеся в среде и создающие в ней механические колебания; в узком же смысле – это субъективное восприятие этих колебаний специальным органом чувств человека или животных.

Основной характеристикой звука, которая определяет его восприимчивость слуховым органом, является  частота. 

Как я уже отмечала ранее, считается, что человек слышит звуки в диапазоне частот от 16 до 20000 Гц.

Звук с частотой ниже диапазона слышимости человека называют инфразвуком. А звук с большей частотой - ультразвуком и гиперзвуком.

Слух - это один из основных, наряду со зрением, способов получения информации об окружающем мире для человека и животных.

Органы слуха – уши –  воспринимают колебания воздуха и превращают их в нервные импульсы – электрические сигналы, поступающие в мозг. В результате обработки в мозговых центрах сигналы превращаются в образы.

Естественно, что для эксперимента, который я планировала провести, нужен генератор электрических колебаний звуковой частоты и методика, которая бы фиксировала результаты исследования.

В качестве генератора я решила использовать внутренний динамик системного блока ПК, так как язык программирования Турбо Паскаль дает возможность генерировать с его помощью звук определенной частоты.

Описание процедуры: SOUND позволяет предположить, что внутренний динамик способен выдавать звук частотой от 0 до 65535 Гц, так как параметр этой процедуры имеет тип WORD  и может принимать значения в указанном диапазоне.

В качестве инструмента для фиксации результатов исследования и обработки данных я собиралась использовать собственную программу на языке программирования Турбо Паскаль.

Таким образом, основной проблемой этого эксперимента являлась необходимость программы на языке программирования Турбо Паскаль, которая бы управляла работой динамика, фиксировала и обрабатывала полученные результаты.

Работу по написанию программы я разбила на несколько этапов:

1. Вначале я написала программу, которая генерирует на внутреннем динамике ПК звук с возрастающей частотой; (будет пример звука)
2. А затем я добавила этой программе возможность фиксации и обработки полученных результатов, а также ведения статистики эксперимента для дальнейшей работы с полученными данными.

В результате мною была написала программа на Турбо Паскале:

Итак, как же она работает?

Программа генерирует звук с возрастающей частотой. Испытуемый нажатием на любую клавишу клавиатуры фиксирует момент, когда он услышал звук и момент, когда звучание прекратилось. Таким образом, программа определяет нижний и верхний пределы диапазона частот, воспринимаемых испытуемым.

Естественно, что для большей точности результата необходима серия экспериментов. Поэтому, в своей программе я учла возможность устанавливать количество испытуемых и число попыток для каждого из них.

Все данные, полученные в ходе эксперимента записываются в несколько массивов:

1) массив с фамилиями испытуемых;

2) массив с возрастом испытуемых;

3) массив с диапазонами воспринимаемых частот для каждого испытуемого и каждого опыта.

Таким образом, программа позволяет сохранять всю статистику эксперимента.

В конце работы программа выдает средние значения нижнего и верхнего пределов диапазона частот, которые услышали испытуемые.

При желании можно посмотреть всю статистику эксперимента и перенести полученных данных, например, в Excel для их дальнейшей обработки.

Проведение эксперимента.

В качестве испытуемых я выбрала по несколько человек из различных возрастных групп.

Для получения более точных данных каждый испытуемый совершал несколько попыток по определению воспринимаемого диапазона частот.

Таким образом, в эксперименте участвовало 12 человек, каждый из которых совершал по 3 попытки.

В результате проведения эксперимента я получила следующие данные:

Среднее значение нижнего предела воспринимаемого диапазона – 20 Герц.

Среднее значение верхнего предела воспринимаемого диапазона – 16 КилоГерц.

Нужно отметить, что полученные мною данные несколько отличаются от предполагаемого результата. Я считаю, что это произошло из-за несовершенства того оборудования, на котором проводился эксперимент.

Пытаясь перенести статистику проведенного эксперимента в Excel, я столкнулась с небольшой проблемой.

Дело в том, что достаточно сложно экспортировать данные из «досовских» программ в приложения Windows.

Хочу предложить способ «экспорта» без переписывания данных на бумагу и их нового ввода в приложениях Windows.

1. Нужно сделать снимок экрана с помощью клавиши PrintScreen на клавиатуре.

2. Сохранить полученный снимок экрана с помощью графического редактора в виде изображения, предварительно обрезав лишнее на снимке и масштабировав нужный фрагмент.

 3. А затем просто распознать полученное изображение в программе Fine Reader.

4. Остается лишь передать данные в нужное Приложение.

Итак, к эксперименту.

Я перенесла статистику эксперимента в Excel. Сгруппировав данные по возрасту испытуемых, я заметила интересную закономерность.

Судя по полученной диаграмме, можно предположить, что с возрастом у человека сужается диапазон частот воспринимаемых им звуковых волн.

Выводы.

Я считаю, что написанная мною программа и найденный метод позволяет проводить подобные эксперименты.

Хотя метод и не отличается большой точностью, я думаю, что он дает простую возможность наглядного представления некоторых свойств звука на уроках физики при изучении звуковых волн.