Tricky Circuit

Frequenz, Pulsform und Tonhöhe

Einen Ton aus zwei Pegeln bauen

Tonhöhe beschreibt, wie hoch oder tief ein Klang wirkt. Frequenz f zählt Zyklen je Sekunde; Hz (hertz) bedeutet Hertz, einen Zyklus je Sekunde. Eine Rechteckwelle wechselt zwischen 0 und V; bei 50% ist sie symmetrisch. Tastgrad D ist der hohe Prozentanteil. Periode T dauert einen Zyklus; ms (millisecond) ist Millisekunde, 1/1000 Sekunde.

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EXPERIMENTIERTISCH

Ändere die Schaltungseinstellungen, sage die Messwerte voraus und prüfe eine Aufgabe. Dies sind Lernmodelle; die Annahmen werden in jeder Lektion erklärt.

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Warum es funktioniert

Piezo steht für piezoelectric, piezoelektrisch: Spannung verformt das Material, das schwingen und Schall erzeugen kann. Berechnet werden Zeit und Mittelspannung, nicht Lautstärke oder Strom. Optionales Anhören ist ein kurzer Browserton, kein physikalisches Piezomodell. Geräte können unterschiedlich klingen.

Piezo steht für piezoelectric, piezoelektrisch: Ein Material verformt sich durch Spannung und kann Luft zum Schwingen bringen. V ist der hohe Pegel in Volt, D der hohe Zeitanteil in Prozent, Vmean der zeitliche Mittelwert. D verändert die Form, nicht f. Bei 50% dauern beide Pegel gleich lang.

Schwierigkeit

  1. Aufbauen · Aufbauen

    Mit f = 200 Hz, D = 50% und V = 5 V einschalten. T = 5 ms und Vmean = 2.5 V erreichen.

    Brauchst du einen Tipp?

    f = 200 Hz; D = 50%; V = 5 V → T = 5 ms; Vmean = 2.5 V

  2. Erforschen · Befehl ändern

    f = 1000 Hz, D = 25% und V = 5 V wählen. T = 1 ms und Vmean = 1.25 V erreichen.

    Brauchst du einen Tipp?

    f = 1000 Hz; D = 25%; V = 5 V → T = 1 ms; Vmean = 1.25 V

  3. Selbst lösen · Aufgabe lösen

    f = 500 Hz, D = 75% und V = 4 V wählen. T = 2 ms und Vmean = 3 V erreichen.

    Brauchst du einen Tipp?

    f = 500 Hz; D = 75%; V = 4 V → T = 2 ms; Vmean = 3 V

Zusatzwissen und Schaltungsrezepte

Einen Ton aus zwei Pegeln bauen

Wiederholtes Ein- und Ausschalten kann einen Piepton ergeben. Zuerst die Kurvenzeiten vorhersagen, danach anhören, falls der Browser es erlaubt.

T = 1000 / f ms; Vmean = V × D / 100

D% des Zyklus sind hoch, der Rest ist null. Der Mittelwert ist V mal dieser Anteil. Frequenz bestimmt die Wiederholung; das Klanggerät beeinflusst den Ton ebenfalls.

Ein nützliches Muster

Doppelte Frequenz halbiert die Periode: 200 Hz ergeben 5 ms, 400 Hz ergeben 2.5 ms. Die Pulshöhe kann unverändert bleiben.

Außerhalb des Modells

Ein echter Piezo hat mechanische Resonanzen und frequenzabhängige Eigenschaften. Die Mittelspannung allein bestimmt keine Lautstärke.

Eine typische Falle vermeiden

2.5 V Mittelwert bedeutet keine konstanten 2.5 V: Die Kurve wechselt zwischen 0 und 5 V. Mehr Mittelspannung garantiert keinen lauteren Ton.

Bei f = 200 Hz und V = 5 V sinkt D von 50% auf 25%. Was passiert?

  1. T bleibt 5 ms; Vmean wird 1.25 V
  2. T wird 2.5 ms
  3. die Frequenz wird 100 Hz
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Der Tastgrad verkürzt den hohen Teil desselben Zyklus. Der Mittelwert sinkt, die Frequenz bleibt gleich.

Aufbauen

200 Hz, 50% und 5 V wählen. Gleiche hohe und niedrige Zeiten ergeben 2.5 V Mittelwert.

f = 200 Hz; T = 5 ms; Vmean = 2.5 V

Befehl ändern

1000 Hz, 25% und 5 V wählen. Der Zyklus dauert 1 ms, davon 0.25 ms hoch; Mittelwert 1.25 V.

f = 1000 Hz; T = 1 ms; Vmean = 1.25 V

Einen anderen Weg probieren

Bei 5 V und 50% zuerst die Perioden von 200 und 400 Hz vorhersagen. Dann Frequenz festhalten und Tastgrad ändern: Pulsform und Wiederholrate unterscheiden.

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