תכנית "גל-גלים" של היפוקמפוס

במסגרת פרוייקט המצויינות בפיזיקה שבחסות "אינטל"
מטעם מ.א. חבל לכיש- שנה"ל תשע"ו

מנהלים והורים יקרים, היפוקמפוס גאה לקחת חלק בפרויקט ההעשרה הייחודי למצוינות בפיזיקה, שממומן על ידי INTEL ומועצה אזורית חבל לכיש.
במסגרת פעילות ההעשרה השנה, אנו מציעים תכנית העשרה חדשנית וחווייתית,
המתמקדת בתחום הגלים וגלי הקול, ובתופעות פזיקליות ותהליכי מניפולציה אלקטרוניים של קול (תחום ה"סאונד").
התכנית בנויה כסדרה של כ- 20 מפגשים בהם מועברים מערכים בתחומי הגלים והסאונד, דרך המחשה ניסויית בכלים מתקדמים של התופעות השונות וחוקי הפיזיקה הקשורים בהן.
כל מערך מכיל קטע מבוא חווייתי המשלבת סרטונים והומור, התנסות פעילה (ניסוי מעבדתי ו/או מחקרי) וכן דיון והנעה להמשך מחקר ולמידה אוטונומית בבית.
חלק מהמערכים כוללים עבודה עם אפליקציה ייעודית שפותחה לצורך התכנית, ובה פרוטוקול ניסוי והדמגה שתומך את החומר הנלמד במערך, וכן הדגמות שנלמדו בשעור ומערכי המשך לעבודה וחזרה על החומר הנלמד גם בבית.
גם בתכנית זו, כמו בכל תכניות ההעשרה הייחודיות של היפוקמפוס, הדגש בבניית המערכים והעברתם הינו למידה משמעותית בקבוצות, בצורה מסקרנת פעילה וחווייתית, תוך כדי ניסויים וביצוע מחקרים, ולסיום כל מודול הצגת התוצרים בפני שאר הקבוצות/כיתות בבית הספר.

סילבוס מוצע לתכנית:

מערך 1: פתיחה
וואו שואו: סיעור מוחות והתלהבות
פנדולום, בניית צלילים מרכיבים פשוטים, פרוססיה על גלי קול, סמפולים, ווקודר, חיקוי חללי תהודה, רזונטורים, יצוג חזותי של גלים (אוסילוסקופ, תאורות לדים למעטפות, strobe על מיתר, פלטת קלנדי).

מערך 2: מהו סאונד?
גלים, תנועה הרמונית, תדירות, ספקטרום, מהירות הקול, ייצוג גרפי במימד הזמן.

מערך 3: תכולה הרמונית
מחזוריות, צורת גל, גוון, ייצוג גרפי במימד התדר (טורי פורייה).

מערך 4: התאבכות
משרעת, עוצמה, פאזה, התאבכות בונה, התאבכות הורסת, פעימות, ביטול פאזה, התפשטות גלים בתווך.

מערך 5: רזוננס
תדירות "עצמית", דוגמאות לרזונטורים שונים (מיתר, הלמהולץ, רייקה, כלי נשיפה,)
הסיפור של הגשר התלוי בטאקומה,
למה זמרת אופרה מנפצת חלונות? שבירת כוס (רועש נורא! חובה הגנת שמיעה כלשהי)
בניית פנדולום.

מערך 6: מנגנון השמיעה
מבנה האוזן, בדיקת שמיעה (תדר, סף שמיעה, הפרדת תדרים),
מבוא לפסיכואקוסטיקה: עוצמה (פלטשר), צלילים הפרשיים, מיסוך.

מערך 7: גלים עומדים
התפשטות הפרעה במיתר, קשר אורך מיתר/מתיחות/מסה-תדר, אופני תנודה עצמיים (modes), צמתים וטבורים (node, antinode), לביטציה באמצעות גלי קול.

מערך 8: תהודה, הדהוד
הגברה "פסיבית", תגובת תדר במשטחים שונים (פלטת קלנדי), החזרים, אקוסטיקה של חללים, תיבות תהודה של כלי נגינה.

מערך 9: מערכת הדיבור
מיתרי הקול, פורמנטים, עיצורים, מדוע אנחנו לא מבינים מה שרות זמרות אופרה?
בניית Talkbox

מערך 10: רעש
גלים לא מחזוריים, יחסי תדירויות, רנדומליות, מיסוך,
גווני רעשים (תכולה הרמונית) סינון רעשים.
וגם: אפקט דופלר, פיצוץ וקריסה (בום על קולי).

מערך 11: כיווניות (פסיכואקסטיקה)
פנורמה: אפקט האס,  סטריאו (שיטות הקלטה והשמעה), HRTF,
קרוב-רחוק: החזרים, אפקט דופלר, קומפרסיה ועוצמה יחסית.

מערך 12: דגימה אנלוגית
מהי אנלוגיה, הסיבות להעברת המידע לחשמל, שימושים ודוגמאות (ייצוג חזותי).
כיצד עובד מיקרופון, כיצד עובד רמקול.

מערך 13: פילטרים
שינוי העוצמות של הרכיבים ההרמוניים, חיתוך תדרים, איקוולייזר,
הקבלה למערכת פיסיקלית (חלל הפה), תחומי תדר של צלילים שונים,
מבוא לסינתזה חיסורית.

מערך 14: אפנון – מעטפות
אפנון כשליטה חיצונית: מעטפת על אספקטים בסאונד, שרשרת שליטה/שרשרת סיגנל,
עקיבת מעטפת (envelope follower) לשינוי עוצמה או פילטר: Ducking, autoFilter,
בניית Vocoder.

מערך 15: אפנון – Amplitude Modulation
גל כמאפנן (תדר=מהירות / אמפליטודה=עומק), LFO, טרמולו,
מה קורה כאשר הגל מאפנן מתנודד בתחום השמע, ring mod,
שימושים במערכות תקשורת (גל נושא וגל מאפנן, רדיו AM, דמודולציה),
שימושים בהצפנה (מסית תדר, אפקט "דונלד-דק"),
הקשר בין התופעה לפעימות.

מערך 16: אפנון – Freuency Modulation
חזרה- גל כמאפנן (תדר=מהירות / אמפליטודה=עומק),
ויברטו, סירנות, מה קורה כאשר הגל המאפנן מתנודד בתדר בתחום השמע,
שימושים בסינתזה, שימושים במערכות תקשורת (גל נושא וגל מאפנן, רדיו FM).

מערך 17: סאמפלינג, מבוא לסינתזה גרנולרית
שימוש בדגימת סאונד כצורת גל, אפקט מיקי מאוס, רוורס,
ניתוק הקשר מהירות-תדר: טיים סטרצ', פיץ' שיפט,
נגינה לא ליניארית וא-סינכרונית.

מערך 18: דגימה דיגיטלית, אליאסינג
המעבר למדיה דיגיטאלית: בדידות מול רציפות. מהירות דגימה (רזולוציה בציר הזמן),
אינטרפולציה והמרה חזרה ללחץ אוויר, תופעות לוואי: אליאסינג,
דוגמאות גם מהעולם החזותי (moire patterns).

מערך 19: מידול מערכות פיסיקליות
היתרונות שבהבנת מרכיבי מערכת. מידול מערכת פיסיקלית (כלי נגינה) ושינוי פרמטרים
פיסיקליים (כמו מתיחות מיתר, גודל תהודה, דאמפר) גם לערכים דמיוניים.
חשיבות הגורם המחולל את ההפרעה (מתמשך/רגעי), תגובת תדר, תגובת אימפולס, קונבולוציה, חיקוי הדהוד בחלל אמיתי ודימיוני.

מערך בונוס: פסיכואקוסטיקה
שעשועי סאונד ש"משחקים" עם המוח: אפקט האס (כיווניות), עוצמה רגעית, מיסוך פנורמי, צלילים הפרשיים (אפקט הרדיו-טרנזיסטור) אפקט מקגורק ועוד.

מערך 20: מערך סיכום- בואו נשתולל!
סיכום מה היה לנו בקורס עד היום:
חזרה על מושגי יסוד ועקרונות שנלמדו בקורס.
משתוללים יחד ביצירת סימפוניה או קקופוניה המאגדת את כל החומר ליצירה מוזיקלית אחת (עבודה בקבוצות להלחנת קטע מוזיקלי קצר המספר וממחיש תופעות שנלמדו בקורס).

הערות:

  •    התכנית הורכבה בסיוע מדענים מהטכניון ומיחדת נוער שוחר מדע של אוניברסיטת תל אביב.
  •    המערכים, המצגות, הסרטונים, תכנות ואפליקציות המשמשות בשעורים, וחומרי העזר, הנם קניין רוחני של היפוקמפוס ואין להעבירם לצד ג ו/או לעשות בהם שימוש שלא במסגרת ההתקשרות עם היפוקמפוס בתכנית זו.
  •    התכנית מהווה הצעה הניתנת לשינוי ע"פ דרישת הלקוח וע"פ חריגות בלוח השנה, ועל כן אין התחייבות לשמירה על סדר הנושאים ו/או להעברת הנושאים כולם.
  •     ט.ל.ח.