Интегрированный урок: «ЗВУК И ОКРУЖАЮЩИЙ МИР»

Интегрированный урок:

«ЗВУК И ОКРУЖАЮЩИЙ МИР»

• Слайд №1(спокойная музыка, с видеоизображениями природы)

• Слайд № 2

Цели урока:

выяснить, в чём особенности звукового воздействия на организм человека;

какова природа звуков; познакомить учащихся с принципом кодирования звуковой информации; познакомиться с единицей измерения звуков; научиться избегать негативные последствия звукового стресса.

Требования к знаниям и умениям:

Уч-ся должны знать:

различие между аналоговым и цифровым звуком;

принцип кодирования звуковой информации.

что такое временная дискретизация, глубина кодирования, частота дискретизации;

влияние шума на здоровье человека;

как сохранить свой слух.

Оборудование:

Рабочее место учителя: ПК, экран, проектор, колонки;

Программное обеспечение: ОС Microsoft Windows XP, Microsoft office 2007, видеопроигрыватели.

Вопросы для обсуждения:

Звуковой ландшафт и ваше самочувствие

Что такое звук? Как воспринимается он человеком?

Какие характеристики влияют на качество звука?

Единицы измерения громкости?

Шум и окружающий мир.

• Слайд № 3

Учитель биологии:

Мир вокруг нас наполнен звуками - тихими и громкими, успокаивающими и раздражающими, необычными и знакомыми, но все они делятся лишь на две категории - музыкальные и шумовые

Шумовые звуки - шелест листвы, шум прибоя, дождя, стук, скрип, шорох. У шумовых звуков нет точной высоты и воспроизвести в точности как шумит дождь или журчит ручей мы не можем ни голосом, ни с помощью музыкальных инструментов.

В музыке основное значение имеют музыкальные звуки, хотя используются и шумовые - они создаются при помощи ударных инструментов. У каждого отдельного музыкального звука четыре основных свойства - высота, громкость, длительность звучания и тембр.

(Ученик играет на гитаре)

• Слайд № 4

Ежесекундно мы слышим разнообразные звуки: шелест листьев, щебет птиц, музыку, человеческую речь, а иногда тишину.

• Слайд № 5

1. Выступающий

(Негромко звучит музыка - Э. Григ «Утро»).

На её фоне ученик читает отрывок из повести Б. Васильева « Не стреляйте в белых лебедей».

«Легкий туман еще держался кое - где над водой, ещё цеплялся за мокрые кусты лозняка, и в тихой воде четко отражалось всё, что глядело в неё в это утро. Странное чувство полного почти торжественного спокойствия охватило его. Он вдруг услышал эту тишину и понял, что она совсем не означает отсутствия звуков, а означает отдых природы, её сон, её предрассветные вздохи. Он всем телом ощутил свежесть тумана, уловил его запах, настоянный на горьковатом мокром лозняке.

Он увидел в глубине воды белые стволы берез и черную урону ольхи: они переплетались с всплывающими навстречу кувшинками, почти неуловимо размываясь у самого дна… И он вдруг догадался, чего ему хочется: зачерпнуть эту нетронутую красоту и бережно, не замутив и не расплескав принести её людям…»

• Слайд № 6

2 Выступающий

Человек всегда жил в мире звуков. Из живых существ только он в полной мере использовал свойства окружающей среды как проводника носителя звука. Человек внес в мир звуков речь и музыку. Сделал звук своим помощником.

(Ученица исполняет на скрипке)

Учитель информатики:

• Слайд № 7

Звук - это результат взаимодействия источника звука и среды. Как же он возникает?

• Слайд № 8

Чтобы возник звук, необходимо, например, ударить кулаком по столу, барабанной палочкой по поверхности барабана или оттянуть и отпустить струну гитары. Но почему вследствие нашего воздействия на стол, барабан или струну гитары раздается звук? Посмотрим, как «ведет себя» струна. Мы оттянули струну, но звука не услышали. Отпустили, она начала двигаться вверх-вниз относительно своего первоначального положения - колебаться, и мы услышали звук. Остановим струну - звук прекратится, дернем - звук снова появится.

Похожие колебания совершает и поверхность барабана, и крышка стола, и маленький звонок будильника, и большой колокол - любой источник звука. Так же колеблются голосовые связки в горле человека, когда он говорит или поет. Звук возникает вследствие колебательных движений, совершаемых телом.

Когда звуковая волна достигает уха, она заставляет колебаться тонкую барабанную перепонку, находящуюся в слуховом проходе. Эти колебания воспринимаются чувствительными органами и передаются мозгу. Мы слышим звук.

• Слайд № 9 Восприятие звука человеческим ухом

Человеческое ухо воспринимает звуки с частотой от 20 до 20 ООО колебаний в секунду. Например, звуки человеческого голоса имеют частоту от 80 до 1400 колебаний в секунду.

Какие характеристики звука вам известны и чем они определяются?

• Слайд № 10-15

Чем отличается звук? Прежде всего громкостью. Так, стук отбойного молотка имеет большую громкость, чем шепот или шелест листьев. Оттянув струну посильнее, мы увидим, с каким размахом она начинает колебаться. При этом звук будет громким. Если струну лишь еле-еле отклонить от первоначального положения, размах колебаний будет небольшим, а звук тихим!

Следовательно громкость звука зависит от размаха колебаний источника.
Звуки отличаются друг от друга не только громкостью, но и высотой. Например, писк комара - это звук более высокий, чем жужжание мухи. А причина в том, что комар делает приблизительно 600 взмахов крыльями в секунду, а муха - только 350. Количество колебаний, совершаемых телом за секунду, называется частотой. Следовательно, чем больше частота колебаний источника звука, тем выше звук.

Итак, мы выяснили, что звук представляет собой волну с непрерывно меняющей­ся амплитудой и частотой. Для человека звук тем громче, чем больше амплитуда сигнала, и тем выше тон, чем больше частота сигнала.

Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, такой непрерывный (аналоговый) звуковой сигнал должен быть преобразован в последовательность электрических импульсов (двоичных нулей и единиц).

Процесс преобразования звуковой волны в двоичный код в памяти компьютера осуществляется в два этапа:

• Слайд №16 «Схема преобразования звуковой волны в двоичный код»

Звуковая волна поступает в микрофон, который преобразует механические колебания частиц воздуха в переменный электрический ток (аналоговый сигнал). Громкость звука будет влиять на амплитуду колебаний тока, а высота звука - на частоту колебаний.

Для возможности обработки компьютером необходимо преобразовать непрерывно меняющийся ток в конечный набор электрических импульсов определённой величины. Для этой цели используется звуковая карта (аудиоадаптер).

Процесс преобразования непрерывного аналогового сигнала в дискретный (прерывистый) называется временной дискретизацей.

При воспроизведении звука осуществляется обратный процесс:

• Слайд №17 «Схема воспроизведения звука, сохранённого в памяти ЭВМ»

Звуковая карта согласно поступающему двоичному коду формирует соответствующее переменное напряжение, подача которого на динамик вызывает колебательное движение его мембраны, вследствие чего в окружающем пространстве возбуждается звуковая волна.

Рассмотрим подробнее процесс преобразования переменного электрического тока звуковой частоты, создаваемый микрофоном в двоичный код, выяснив, что будет влиять на качество сохраняемого в компьютере звука.

• Слайд №18 «Временная дискретизация»

Для преобразования непрерывного сигнала в дискретный в звуковой плате производится измерение значения силы тока через определённые промежутки времени (период дискретизации). Вплоть до следующего измерения величина сигнала будет неизменной. Данный метод называется импульсно-амплитудной модуляцией PCM (Pulse Code Modulation).

В результате временной дискретизации на выходе звуковой платы формируется прерывистый (дискретный) сигнал:

• Слайд №19 «Временная дискретизация»

Можно заметить, что в результате временной дискретизации первоначальная гладкая кривая преобразовалась в ступеньчатую линию. Следовательно, первоначальный сигнал изменился (качество звука ухудшилось).

Рассмотрим, как будет влиять на качество звука уменьшение времени между измерениями силы тока (измерения будут производиться более часто):

• Слайды №20 «Временная дискретизация»

Количество измерений уровня звукового сигнала за 1 секунду называют частотой дискретизации.

Сравним форму дискретного сигнала при различных частотах дискретизации с первоначальным аналоговым сигналом:

• Слайды №21-24 «Зависимость качества звука от частоты дискретизации и глубины кодирования звука»

Единицы измерения шумов.

• Слайд 25-26

Уровни шума измеряются в единицах, выражающих степень звукового давления. Они связаны с именами двух известных ученых - американца шотландского происхождения Александра Грехам Белла, изобретателя телефона, и Генриха Герца, немецкого физика.

В беллах или чаще, в децибелах измеряется относительная громкость звука. Децибел - это десятикратный логарифм отношения интенсивности звуковой энергии к ее значению. Также звук измеряют и в Герцах. Гц - это единица Си частоты, равная частоте периодического процесса при котором за время 1 секунду совершается один цикл периодического процесса (например 1 колебание).

Но кто определяет, когда шум вреден, а когда-нет? - Сам человек, поскольку ухо человека является «самым точным измерительным прибором». Дело в том, что человеческое ухо обладает чрезвычайно большим диапазоном чувствительности - от 20 дБ до 120 дБ, что соответствует энергии в 10 раз.

Вывод:

При осуществлении дискретизации по времени через период дискретизации производится измерение уровня громкости, каждый из которых должен быть запомнен компьютером:

Как можно заметить, количество уровней громкости будет расти с увеличением частоты дискретизации и времени звучания. Попытка сохранения произвольного количества уровней громкости, полученных при дискретизации по времени приведёт к бесконечно большому размеру аудиофайла.

С целью уменьшения размера аудиофайла выделим фиксированное количество уровней громкости, которые должны быть запомнены компьютером и при осуществлении временной дискретизации будем заменять значение уровня громкости при очередном измерении наиболее близким из доступных фиксированных значений (для наглядности рассмотрим 4 уровня сигнала):

Влияние шума на окружающую среду.

• Слайд 27

3. Выступающий

Проходили века, человек трудился, творил. В мире появлялись все новые и новые источники шума, росла их сила. Современная шумовая «симфония»города складывается из многих факторов: грохота железных дорог, гула самолетов, рокота строительной техники и шума заводских цехов.

(Видеофильм)

• Слайд 28

4 . Выступающий

«Обуздание шума одна из проблем 21 века. Ещё в 1955 году один американский журнал писал о стихии шума» захлестнувший улицы, заводы, дома, небо. По мнению ученых уже достигли опасного уровня. « Шум - заявил американский специалист по шуму Кнудсен - такой же медленный убийца как смог».

Постоянный шум является причиной того, что в городе деревья болеют чаще и умирают гораздо чаще, чем в естественной среде. Длительный шум высоких тонов приводит к угнетению, а нередко и гибели не только растительных, но и животных организмов. Было установлено. Что у всех животных изменение физиологического состояния под воздействием шума протекает в три фазы: угнетение, затем некоторое возбуждение и снова подавленное состояние, но уже более глубокое и продолжительное, чем в начале. Длительное пребывание животных в условиях интенсивного шума сопровождается изменением артериального давления и ухудшением работы сердца.

Шум и организм человека.

5. Выступающий

Замечено, что шумы природного происхождения: шум морского прибоя, дождя,

шелест листвы, журчание ручья - благоприятно влияют на организм человека, они успокаивают, расслабляют.

(Видеофильм)

6. Выступающий

Производственный или транспортный шум, особенно если он воздействует одновременно с вибрацией и пылью, угнетает, давит, мешает человеку сосредоточиться. Исследования показали, что шум снижает производительность физического труда на 30%, умственного на 60%.

(Видеофильм)

• Слайд 29

7. Выступающий

Любой шум достаточной интенсивности и длительности может привести снижению слуха. Потеря слуха является профессиональным заболеванием у рабочих, которые обшивают металлическими листами железнодорожные вагоны, ткачей, судостроителей, шахтёров, машинистов поездов, токарей и др. Крайне отрицательно влияет на слух громкая музыка. Группа специалистов обследовала молодёжь, часто слушающую громкую современную музыку. У 20% юношей и девушек, которые непомерно увлекались рок-музыкой, слух оказался сниженным так же, как у 85-летних стариков.

Как сохранить свой слух

• Длительное воздействие шума с уровнем 80-90 децибелл может привести к частичной или полной потере слуха. Так же при этом могут произойти патологические изменения сердечно - сосудистой и нервной системе. Безопасны только звуки громкостью до 35 дБ.

• Чтобы уберечь слух:

• не увеличивать громкость звука в наушниках плеера;

• в шумном месте, для защиты органов слуха использовать противошумные мягкие «беруши», вкладыши и наушники;

• в помещениях применять шумоизолирующие экологические материалы для снижения шума;

• при подводном погружении, чтобы не произошел разрыв барабанной перепонки, вовремя проводить продувание ушей;

• прыгая с парашютом - так же надо своевременно выравнивать давление, чтобы не получить баротравму;

• с простудой и насморком, когда заложен нос и гайморовы пазухи, недопустимы перепады давления: ныряние, парашютные прыжки;

• давать свои ушам отдыхать от громкого шума.

• озеленение, зеленые насаждения регулируют шумовой фон города.

• Слайд 30

8. Выступающий

Важное место в решении проблемы шума занимает озеленение. Зелёные насаждения регулируют шумовой фон города. Так, лиственные породы деревьев поглощают более 25% звуковой энергии, а отражают и рассеивают её до 74%! Активно поглощают звуковую энергию и деревья. Поэтому в городах на свободных от застройки участках, внутри кварталов микрорайонов создаются шумозащитные посадки. И, конечно, мы, школьники, не должны стоять в стороне от этого важного дела.