Tässä työpajassa tarkastellaan äänen ja musiikin ilmiöitä fysiikan näkökulmasta. Työohjeet sisältävät toiminnallisia ja kokeellisia tehtäviä, joissa rakennetaan mm. kaiutin, sähkömagneettinen mikrofoni ja erilaisia soittimia tai äänilähteitä – kaikilla pyritään havainnollistamaan äänen syntyä, värähtelyä ja akustiikkaa fysiikan periaatteiden kautta.

Kaiutin/mikrofoni

Välineet: Käämilankaa (tai käämi), magneetti, johtimet, hauenleuat, kitarapiuha, ulkoinen äänikortti, muffinivuokia (tai paperikuppeja), pahvinen alusta ja maalarinteippiä

1. Valitse kaiuttimen kartioksi muffinivuoka tai paperikuppi
2. Kiinnitä siihen käämilankaa tai pieni magneetti maalarinteipillä
3. Jos valitsit käämilangan, niin aseta kartio esim. käämilangan kannattelemana pahvialustaan kiinnitetyn magneetin läheisyyteen, niin, että kartio pääsee liikkumaan helposti.

Jos kiinnitit kartioon magneetin, niin aseta kartio esim. maalarinteipillä käämin päälle niin, että se pääsee vapaasti värähtelemään

4. Kiinnitä käämi tai tai käämilanka hauenleuoilla kitarapiuhaan, niin, että toinen hauenleuka on liittimen kärjessä ja toinen tyvessä

5. Kiinnitä ulkoinen äänikortti tietokoneeseen ja valitse tietokoneen asetuksista äänen lähteeksi äänikortti (mikrofonina käytettäessä äänen sisääntuloksi)

6. Kytke kitarapiuha äänikortin line out-ulostuloon, jos haluat käyttää laitetta kaiuttimena ja line in-sisääntuloon, jos haluat käyttää sitä mikrofonina. Äänikortti on melko vaatimaton vahvistin, joten kaiuttimesta ei valitettavasti tule kovin kova ääni. Koulussa voit esim. kitaravahvistimen laittaa väliin, niin saat enemmän ääntä.

Tutkittavaa/kokeiltavaa kaiuttimella

• • Soita kaiuttimen läpi liuku, joka kattaa koko ihmisen kuuloalueen ja äänitä se hyvällä mikrofonilla esim. Audacityyn, niin saat kaiuttimen taajuusvasteen selville
  • Rakenna kartion ympärille levy tai laatikko ja tutki miten äänenvoimakkuuteen vaikuttaa akustisen oikosulun häviäminen
  • Käytä kaiutinta kitaravahvistimen kautta kaiuttimena ja ihastele mahtavaa säröä

Sähkökitaran pick-up (sähkömagneettinen mikrofoni)

Välineet: Käämi, rautasydän, magneetti, johtimet, hauenleuat, kitarapiuha, ulkoinen äänikortti ja äänirautoja

1. Yhdistä käämi, rautasydän ja magneetti, niin että magneetti magnetisoi käämin lähelle tulevat ferromagneettiset esineet.
2. Kiinnitä käämi tai tai käämilanka hauenleuoilla kitarapiuhaan, niin, että toinen hauenleuka on liittimen kärjessä ja toinen tyvessä
3. Kiinnitä ulkoinen äänikortti tietokoneeseen ja valitse äänikortti tietokoneen ääniasetuksista äänilähteeksi
4. Kytke kitarapiuha äänikortin line in-sisääntuloon
5. Aloita äänitys millä vaan ohjelmalla ja kokeile pickupin kykyä ottaa vastaan ääntä ja teräs- ja alumiiniäänirautojen ääntä eri etäisyyksiltä

Tutkittavaa/kokeiltavaa sähkömagneettisella mikrofonilla

• Kytke sähkömagneettinen mikrofoni kitaravahvistimeen ja soita sen vieressä sähkökitaraa, niin että sähkömagneettinen mikrofonisi korvaa sähkökitaran pickupit.
• Kytke sähkömagneettinen mikrofoni kitaravahvistimeen ja vahvista sen avulla esim. triangelin, kellopelin yms. ferromagneettisista metalleista tehtyjen soitinten ääntä.
• Selvitä mistä johtuu humina tutkimalla äänitetyn audion spektriä esim. Audacityllä. Löytyykö piikki esim. vaihtovirran taajuudelta?
• Minimoi humina rakentamalla kahden käämin avulla Humbucker-yhdistelmä.

Oboe-pilli, eli kaksoislehdykällinen puhallinsoitin

Välineet: paperipillejä, sakset

1. Litistä paperipillin toinen kärki
2. Leikkaa kärjestä tasakylkisen kolmion muotoinen
3. Aseta pilli suuhun, niin, että kärki on kokonaisuudessaan suun sisällä ja puhalla
4. Jos pilli ei soi, säädä litistysastetta tai avaa hieman kärjen etuosaa, jotta paine-ero suun ja ulkoilman välillä avaa kärkeä eikä sulje sitä tiukemmin

Tutkittavaa/kokeiltavaa oboe-pillillä

• Tee obeo-pillejä, joissa kolmiot, eli lehdykät ovat selvästi eri pituisia. Miten tämä vaikuttaa pillin ääneen?
• Pillin suussa oleva osa on välillä auki ja välillä kiinni. Tutki äänen spektrin avulla onko oboe-pilli molemmista päistä avoin vain toisesta päästä avoin putki. Mikä suussa olevan pillin pään avaa ja sulkee?
• Tutki äänen spektriä ja etsi sieltä lehdykän ominaistaajuus. Selvitä millaisia ovat oikeiden oboeiden lehdyköiden ominaistaajuudet.
• Tee pilliin pienet sormireiät
• Lisää pilliin pituutta esim. kumisen letkun avulla

Paperinokkahuilu

Vällineet:  A4-paperit, sakset, teippi

1. Rullaa A4-paperi lyhyemmän sivun ympäri, niin että saumat menevät suunnilleen kohdilleen ja teippaa ulkosauma kiinni muutamalla teipinpalalla, niin että rulla pysyy putkena.
2. Leikkaa neliönmuotoinen ääniaukko (noin 1cm x 1cm) noin 5cm päähän toisesta putken päästä.

3. Erota paperin uloin kerros muista ääniaukon päässä putken suulta ääniaukkoon asti. Tässä voi käyttää esim. kynää apuna. Tarvittaessa myös pillistä leikattu pieni putki voidaan asettaa pitämään ilmatietä auki.

4. Aseta teippipala suojaamaan erilleen asetettua ulointa paperikerrosta ja toinen suojaamaan muita. Tämä on vaikein osa askartelusta, mutta auttaa ilmatietä pysymään auki ja estää paperia kastumasta ihan heti.

5. Tee sormireiät esim. 3 kpl alla olevan kuvan mukaisesti, niin että reikien väli on noin putken halkaisija. Muista tehdä rei’istä niin pienet, että saat ne sormilla peitettyä.

6. Soita nokkahuilua, niin että peität samalla leualla puhallusaukon alla olevan reiän.

Tutkittavaa/kokeiltavaa paperinokkahuilulla

• Tee seuraavaksi nokkahuilu A3-paperista!
• Tee nokkahuilu muovista. esim piirtoheitinkalvosta. Miten materiaali vaikuttaa ääneen?
• Tee niin kapea huilu kuin pystyt. Miten kapeus vaikuttaa ääneen tai sormireikien tomintaan?
• Selvitä miten ääniaukko toimii esim. puhaltamalla huiluun savua tai höyryä ja videoimalla savun kulkua ääniaukosta ulos. Valitse korkea fps (esim. puhelimen hidastus-asetus) ja hyvin valaistu kuvauspaikka.

Äänihuulet ilmapalloista

Välineet: muoviputket, ilmapallot

1. 1. Peitä putken kärki kahdella ilmapallolla siten, että ilmapallot ovat tiukasti putkeen puristettuja, mutta menevät vähän limittäin.
2. 
3. 2. Puhalla putkeen ja ihaile äänihuulten ääntä! Putket ovat sen verran pitkiä, että voi olla helpompaa, että toinen ihminen puhaltaa ja toinen pitää ilmapalloja paikoillaan.
4. 3. Jos ei ääntä tulee, niin asettele ilmapalloja uudestaan hieman vähemmän päällekkäin. Lopulta onnistut!
   

   Tutkittavaa/kokeiltavaa ilmapalloäänihuulilla

   • Lisää ilmapalloäänihuuliin massaa esim. pienillä magneeteilla. Miten tämä vaikuttaa äänen taajuuteen?
   • Kokeile tehdä ilmapalloäänihuulet esim ilmatyynyradan puhaltimeen ja säädä ilmapallojen jännitysastetta samalla, kun ne soivat.
   • Kytke ilmapalloäänihuulet esim. tyhjään maitotölkkiin, johon olet askarrellut liikuteltavan väliseinän. Saatko vokaaleja tehtyä?