基于Cool Edit Pro軟件的聲波干涉實(shí)驗(yàn)

朱成標(biāo)+宋萬松+陳曉珍+高超

摘 要：利用Cool Edit Pro錄音音頻編輯軟件，可以生成并輸出頻率精確的正弦式音頻信號，推動兩個微型揚(yáng)聲器發(fā)聲形成理想的相干聲源，用Cool Edit Pro 軟件的錄音電平顯示功能，檢測聲波干涉場聲波信號的強(qiáng)弱，可以實(shí)現(xiàn)對聲波干涉的定量測量和研究。

關(guān)鍵詞：Cool Edit Pro錄音音頻編輯處理軟件；聲波干涉；相干聲源；波程差；干涉圖樣

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148（2017）10-0054-2

目前，在高中物理教學(xué)中，“機(jī)械波干涉”實(shí)驗(yàn)只有一些定性演示實(shí)驗(yàn)，還沒有定量測量實(shí)驗(yàn)，主要原因有：一是沒有頻率可任意設(shè)定的正弦式相干波源；二是缺少對干涉場場點(diǎn)波動信號的強(qiáng)弱進(jìn)行測量顯示的儀表。本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)利用Cool Edit Pro軟件，成功地解決以上兩個難題。

Cool Edit Pro是一款功能強(qiáng)大、效果出色的多軌錄音和音頻編輯處理軟件，該軟件有許多功能可用于中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)。本實(shí)驗(yàn)只將該軟件的兩個功能用于聲波干涉實(shí)驗(yàn)，一是正弦式信號發(fā)生，二是聲波電平檢測。

1 實(shí)驗(yàn)原理

1.1 相干聲源的產(chǎn)生

原理如圖1所示：

從網(wǎng)上下載Cool Edit Pro軟件，安裝到電腦上，打開Cool Edit Pro軟件，點(diǎn)擊菜單欄“生成”→“音調(diào)”，出現(xiàn)圖2所示的對話框，在“基礎(chǔ)頻率”欄任意輸入發(fā)聲頻率的數(shù)值，在“調(diào)味特性”欄輸入1，就能生成輸出頻率已知的正弦音頻信號。將產(chǎn)生正弦音頻信號保存為mp3格式的文件，用音樂播放軟件播放，從電腦的耳機(jī)插孔輸出，經(jīng)音頻功率放大器放大，推動揚(yáng)聲器S1、S2發(fā)聲，S1、S2為同相并聯(lián)，發(fā)聲時(shí)能形成頻率、相位、振幅都相同的相干聲源。S1、S2為帶有助聲腔的φ10無源蜂鳴器，由于發(fā)聲孔很小，因此S1、S2發(fā)聲時(shí)可視為較理想的“點(diǎn)聲源”。音頻功率放大器可選用價(jià)廉的TDA2030成品功放。

1.2 干涉聲場場點(diǎn)聲強(qiáng)的檢測

先用駐極體MIC頭制作一微型麥克風(fēng)，將麥克風(fēng)接入電腦MIC插孔，打開Cool Edit Pro軟件，在波形編輯界面下，點(diǎn)擊菜單欄“選項(xiàng)” →“錄音電平”，就可以打開用于對（下轉(zhuǎn)第58頁）（上接第54頁）錄音電平監(jiān)視的電平表，通過電平表的幅度條的長度，直觀地看到麥克風(fēng)接收到的聲波信號的強(qiáng)弱。如圖3所示。由于是用微型麥克風(fēng)接收干涉場的聲波，因此對干涉場的探測可以看作是“點(diǎn)探測”。

2 實(shí)驗(yàn)研究

2.1 描繪聲波的“干涉圖樣”的曲線

將底座帶有磁鐵的微型喇叭S1、S2吸附在鐵質(zhì)小白板上，在S1、S2發(fā)聲的聲場內(nèi)，用底座帶有磁鐵的微型麥克風(fēng)P探測接收聲波信號，改變麥克風(fēng)P的位置，用Cool Edit Pro的電平表顯示聲波信號的強(qiáng)弱，將探測的聲波“增強(qiáng)點(diǎn)”“減弱點(diǎn)”記錄在白板上，繪制干涉增強(qiáng)線和干涉減弱線，得到“干涉圖樣”的曲線。裝置如圖4所示。

2.2 驗(yàn)證波程差與波動增強(qiáng)、波動減弱的關(guān)系

當(dāng)波程差Δ=S1P-S2P滿足：

Δ=kλ 干涉加強(qiáng)（聲音強(qiáng)）

Δ=（2k+1）λ/2 干涉減弱（聲音弱）

k為整數(shù)，用刻度尺測量S1P、S2P的長度，代入波程差公式，即可對公式進(jìn)行驗(yàn)證。

2.3 測量聲波在空氣中傳播的速度

用波程差公式，結(jié)合對波程差的測量，計(jì)算出聲波的波長λ；發(fā)聲頻率f為預(yù)先設(shè)定的已知量，根據(jù)波速公式：

v= fλ

就可以求出聲波在空氣中的傳播速度。

由于本實(shí)驗(yàn)采用的是電腦軟件輔助實(shí)驗(yàn)，結(jié)合攝像頭，可方便地將實(shí)驗(yàn)的過程、現(xiàn)象顯示在屏幕上，從而實(shí)現(xiàn)“可視化”實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張弛.電腦音頻制作教程——Cool Edit Pro應(yīng)用[M].北京：北京希望電子出版社，2002.

（欄目編輯 王柏廬）endprint