聲音的“形狀”

你見過聲音嗎？在大多數(shù)人的印象中，聲音是看不見、摸不著的，更沒有形狀可言。聲音真的不能被看見嗎？下面，就讓我們通過克拉尼圖形實(shí)驗(yàn)，看聲音呈現(xiàn)的美麗圖案。

一、實(shí)驗(yàn)材料

克拉尼圖形波形發(fā)生器、振動板、信號器、彩色沙子等。

徐教授講原理

兩列振幅、頻率、振動方向均相同，且相向傳播的相干波疊加形成駐波。振動加強(qiáng)的地方稱為波腹，振動減弱甚至抵消的地方稱為波節(jié)。

在克拉尼圖形實(shí)驗(yàn)中，沙子被放置在振動板上，當(dāng)振動板受到聲波的作用時(shí)，沙子會隨著聲波的振動而形成特定的圖案。在波腹處，由于振動劇烈，沙子難以停留，因此聚集較少；在波節(jié)處，由于振動較平緩，沙子容易聚集。

二、實(shí)驗(yàn)步驟

1.將沙子均勻地撒在振動板上。

2.將手機(jī)與信號器、克拉尼圖形波形發(fā)生器連接，通過手機(jī)調(diào)節(jié)頻率，沙子便會隨著不同的頻率形成不同的圖案。

科學(xué)拓展課堂

駐波現(xiàn)象常應(yīng)用于樂器的設(shè)計(jì)，如弦樂器和管樂器的發(fā)聲就是利用了駐波原理。

小提琴、吉他等弦樂器的發(fā)聲原理主要基于弦的振動。當(dāng)弦被撥動或用弓拉動時(shí)，它開始振動并產(chǎn)生聲波。這些振動在弦上形成駐波，演奏者可以通過改變弦的長度（如按下手指改變弦的有效長度）或張力（放松或拉緊弦）來調(diào)節(jié)音高，這實(shí)際上是在改變駐波的波長和頻率。

長笛、薩克斯等管樂器的發(fā)聲原理涉及管內(nèi)空氣柱的振動。當(dāng)演奏者向樂器吹氣時(shí)，空氣柱開始振動并形成駐波。木管樂器的演奏者通過改變管中空氣柱的長度（如開閉不同的孔）來調(diào)節(jié)音高。銅管樂器的演奏者則通過調(diào)節(jié)嘴唇的緊張度、形狀和吹氣的力度，改變空氣柱的振動頻率，進(jìn)而產(chǎn)生不同的音調(diào)。