“看到的”声音<br/>——声音三特性演示实验设计及优化

“看到的”声音
——声音三特性演示实验设计及优化

2011-01-24张海洋

物理通报 2011年7期

张海洋

(睢宁县双沟中学江苏徐州 221212)

声音是人类从外界获取信息的一种重要方式；但人类更擅长用眼睛获取外界信息.所以如何把声音这种听觉实验与视觉实验结合起来是这个演示实验的一个亮点．

为了让学生看到声音的振幅(波形)和频率的大小，可以借助实验室中的“J2224-2型音频信号发生器”(以下简称“音频信号发生器”)和“J2459型示波器”(以下简称“示波器”)，音频信号发生器可以测量出声音的频率，示波器可以显示声音的波形．这样就能实现听觉实验与视觉实验相结合．

1 实验设计目的

(1) 让学生既能听到声音，同时又能看到声音的波形，也能测出声音频率.

(2) 演示声音的音调与频率的关系.

(3) 利用外测信号演示声音的响度与振幅的关系.

2 实验设计原理示意图

图1 显示声音实验原理图

3 实验设计所用器材

声源(音叉、大鼓、收录机等)，声音信号采集器(VCD机附带的话筒)，音频信号发生器和示波器．

4 实验设计的制作与操作步骤

4.1 导线的制作

先制作图1中Ⅰ号导线：把VCD机附带的动圈式话筒的导线插头改成φ3.5 mm的单孔插头．Ⅱ号导线的制作：用一个φ3.5 mm的单孔插头和两个鳄鱼夹做一条导线，导线选用金属屏蔽线，屏蔽线的A端芯线接单孔插头的芯线，A端的屏蔽线接单孔插头的地线；B端的芯线和屏蔽线分别连接一个鳄鱼夹．

4.2 导线的连接

把话筒插入“音频信号发生器”后面板上的“外测频输入”孔内．Ⅱ号导线的A端即φ3.5 mm的插头插入音频信号发生器后面板上的“正弦功率输出”孔内；B端连接芯线的鳄鱼夹连接到示波器上的“Y轴”，另一个鳄鱼夹连接示波器的地线．

4.3 J2459型示波器的调节

(1) 开机3～5 min，对示波器预热．

(2)把衰减挡拨至1，X和Y增益挡拨至最小，扫描范围挡最小．

(4)调节X增益，会看到亮斑从左往右快速闪动(扫描)，X增益旋钮旋转的角度越大闪动得越长，甚至会超出屏幕．若此时把扫描挡换成“×100～1 k挡”，则亮斑变成亮线从左往右快速闪动；然后再逐渐调节Y增益，则亮线会逐渐变粗，直至变成一条波形并从左往右快速闪动；接着调节频率微调旋钮，则闪动波形或亮线变为静止，这样示波器就调节完成，可以使用了．

4.4 声音和波形及频率的同步性演示

打开器材开关，从话筒输入声音信号就可以在示波器上看到该信号的波形．声源不同，波形不同．若波形不稳定或杂乱可以调节频率扫描范围旋钮和扫描微调旋钮，直至波形稳定．

观察波形的同时，可以从音频信号发生器上读出该输入信号的频率，耳朵能听到声音，即实现了声音、波形和频率三者的同步性．

4.5 对音调与频率关系的演示

演示完同步性实验后，拔掉话筒，利用音频信号发生器自身产生的音频信号结合示波器演示音调与频率的关系.最好采用200 Hz～2 kHz的波段．

通过实验可以看到频率越大，波形越密，声音听起来越刺耳．

4.6 对响度与振幅关系的演示

对着话筒发出“啊”(a)的声音，使声音的响度逐渐变小，会看到示波器上的波形即振幅逐渐变小，但是频率不变．

5 实验设计优点

通过实际操作可以发现本实验设计最大优点：实现了声音、波形和频率的同步展示．

6 实验设计不足

6.1 背景杂波太多

外测信号时(演示4.4节和4.6节)示波器上出现太多的背景杂波.在增加Y轴增益时，示波器屏幕上本应该显示一条亮而细的光线，却变成一条约6 mm宽的杂乱波形，从音频信号发生器上可以看出杂波的频率在5 kHz-32 kHz范围内．如果再把音频信号发生器前面板上的“正弦波幅度”挡调得大一些，则示波器上的波形更杂乱，振幅甚至超出示波器屏幕的边界．