Mezioborový výukový koncept akustiky a digitálního zpracování zvukového signálu

Abstract

Disertační práce zkoumá možnosti modernizace výuky o zvuku a zvukové technice na středním stupni vzdělávání zavedením nového mezioborového výukového konceptu akustiky a digitálního zpracování zvukového signálu. Výchozím bodem návrhu konceptu je kritické didaktické zhodnocení a didaktická interpretace stávajících výukových konceptů akustiky nejčastěji používaných učebnic fyziky a vlastní formativní pedagogický výzkum v podobě dotazníkového šetření vstupních představ cílové skupiny žáků střední školy o zvuku a zvukových jevech, jejich fyzikálních modelech a veličinách pro popis zvuku. Hlavní část disertační práce tvoří vlastní výukový koncept rozdělený do čtyř kapitol. První kapitola se reviduje středoškolské formulace fyzikální akustiky a zavádí jednotný model zvuku objektivně popisovaného primárně veličinou akustický tlak a jejím hladinovým vyjádřením. Druhá kapitola pomocí tohoto modelu vysvětluje základy číslicového zpracování zvuku a analýzy digitálních zvukových signálů v časovém i ve frekvenčním oboru. Třetí kapitola objasňuje základní principy funkce digitální akustické měřicí a záznamové techniky. Zaměřuje se zejména na měření akustického tlaku pomocí elektretových kapacitních snímačů použitých dále ve čtvrté kapitole při návrhu počítačem řízeného a vyhodnocovaného měření rychlosti zvuku. Modernizaci této tradiční středoškolské laboratorní úlohy zahrnuje jak měření rychlosti zvuku metodou vyhodnocování časového zpoždění na dráze mezi dvěma snímači akustického tlaku, tak i metodami založenými na vyhodnocování jevů vznikajících při snímání harmonicky kmitajícího zdroje zvuku dvěma různě vzdálenými senzory a analýze záznamů akustického tlaku ve zvukovém poli stojatého zvukového vlnění vybuzeného testovacím signály v trubicových akustických interferometrech. Celý koncept kromě jednotného modelu zvuku propojuje metodika použití digitální počítačové techniky a zvukového softwaru pro kvantitativně vyhodnocované experimenty a měření v akustice. Každá kapitola je doplněna demonstračními experimenty, ukázkami a praktickým workshopem s žákovskými experimenty sloužícími jako příprava na projektovou výuku akustiky, v níž má u žáků dojít jak k tvůrčí aplikaci učiva konceptu, tak k dalšímu samostatnému utváření vědomostí a dovedností práce se zvukem.