音叉振动合成拍现象

09级少年班 姓名周天剑 学号PB09000846 实验日期2010年10月25

日 音叉振动合成拍现象 一、实验目的:观察音叉的振动声放大、共振声放大、拍振动声放大现象。 二、实验原理:音叉的共振现象称为共鸣。如果两个音叉的频率相同，敲击一个音叉发声所激发的空气振动可引发另一个音叉振动发声；如果两音叉的频率不同，则不会有共鸣。 改变音叉的频率，可采用在音叉臂上附加重物的方法，例如滴蜡，绕以铜丝、套橡胶圈等。也可以如本实验，做两个金属套环套在音叉上，金属套环可以移动，并用螺丝固定。调节音叉臂上的金属套环的位置，则可改变音叉的频率，金属套环的质量大小决定音叉频率可改变的范围。若所加的金属套环较重时，在音叉臂上的位置必须保持对称，否则音叉振动会衰减过快。

设受迫振动系统的角频率为，周，振幅为，系

统的阻尼系数为

h

，当受迫振动达到稳态时，系统的振幅为：

上式对求导，并令，可。由此可知，若系统的振动阻尼可忽略，当策动力的频率接近系统的固有频率时，系统振动的振幅最大，这种现象称为共振。 当两个振动方向相同，频率略有差别的振动合成时，就会形成拍。

设两个分振动分别为：

合成后的振动方程为： ；这个合成的振动中，振幅为：

09级少年班姓名周天剑学号PB09000846 实验日期2010年10月25日

可见，振幅是周期性变化的，其频率为：，这个频率称为拍频。

由金属材料制作的叉型物体，受打击后发生振动，为了使听觉系统能较强烈地感觉到这个振动，把音叉固定在共鸣箱上，其结构确定了频率。两个结构完全

相同的音叉，其振动频率也相同，可作共鸣演示。当

改变其中一个的结构后，两个音叉振动的频率不同，

可作振动方向相同而频率不同的两个振动的合成演

示。

三、装置：频率相同的音叉2支、橡皮锤、共鸣箱

四、现象演示

（1）将一支音叉接至共鸣箱，并用橡皮锤敲击音叉，听其振动声。

（2）将两支频率相同的带有共鸣箱的音叉1、2相对放置（两者相隔一定距离），用橡皮锤敲响音叉1，使之振动，稍待一会儿随即握住此音叉使它停振，在安静的室内可清晰地听到音叉的声响。这是因为音叉1虽已停振，但在停振以前，通过空气振动，已迫使另一音叉2振动，因此可听到另一音叉2的共鸣声，这时的声响就是音叉2发出的。手握音叉2，声响消失，即可证明。

（3）将压电传感器粘与音叉 。压电传感器与另一投于转换器连接。再将转换器与音响连接 然后将音响通电打开开关，在调节音量旋钮（在按步棸3操作）

用计算机的声卡采集音叉振动信号,研究了两个音叉振动合成拍现象

【演示步骤】

本软件界面如图所示，软件可通过计算机外接麦克风对声音数据采样、显示，并进行频—幅分析:

使用前的说明:

1、在使用软件前,请确保麦克风等硬件已与计算机正确相连;

2、在程序窗口的左上方,【幅值最大的频率】数据框显示的是当前波形各个分量中振幅最大的那个分量的频率;

3、在【时间设置】框内,【刷新时间】表示的是当前采样显示的时间宽度(即在屏幕上一次显示多长时间的波形数据),该时间宽度不能小于0.01秒,【采样时间】表示的是如果要保存波形数据,那么保存多长时间的数据;

4、【采样频率】框内,您可以选择设置当前的采样频率,共有四个选项,分别是11025点/S,22050点/秒,44100点/S,88200点/S(请注意,并不是所有计算机都能达到这四种采样频率的,须要根据具体的计算机来进行设置,我们推存您使用程

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序的默认设置);

使用步骤:

1.点击【打开设备】按钮,

如果上方的指示灯亮

了的话,说明硬件已被

正常打开,如果不亮,

请检查硬件连接是否

正常;

2.在【采样时间】数据框

内输入您要采样的时

间,分别敲击一下两个

音叉，然后点击【采集

数据】按钮,开始采集

数据。（此时该按钮会

变成【停止采集】,您

若想取消本次采集,点

击它就行了）；

3.当数据采集完成后,

【采集数据】按钮会自动恢复,所采集的数据将自动存放在【数据表格】内,共有两行数据,一行是时间,另一行是声波振幅;

4.如果您想观看刚采样的数据波形的话,请先点击【关闭设备】,然后再点击【描

绘数据】,即可在屏幕上看到采样的波形;

5.当关闭设备后,点击【清屏】按钮,可以清除当前屏幕上的所有曲线;

6.点击【清空表格】按钮,可以从【数据表格】中清除所有的数据;

7.当完成数据采集后,点击【保存数据】按钮,可以将当前屏幕图像生成为Word

文档, 【数据表格】中的数据生成为Excel格式,自动生成完成后,您可以自己选择保存路径;

8.点击【打开数据】,可以打开以前本软件保存好的Excel数据,打开的数据放

在【数据表格】中,您可以用【描绘数据】来观察它;

9.要结束本软件,请点击【结束实验】。

五、实验内容：

（1）将一支音叉接至共鸣箱，并用橡皮锤敲击音叉，听其振动声。

（2）将两支频率相同的带有共鸣箱的音叉1、2相对放置（两者相隔一定距离），用橡皮锤敲响音叉1，使之振动，稍待一会儿随即握住此音叉使它停振，在安静的室内可清晰地听到音叉的声响。这是因为音叉1虽已停振，但在停振以前，通过空气振动，已迫使另一音叉2振动，因此可听到另一音叉2的共鸣声，这时的声响就是音叉2发出的。手握音叉2，声响消失，即可证明。

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（3）打开麦克风和计算机软件。敲击音叉，点击【打开设备】、【采集数据】，记录其频率。将金属环套上音叉，敲击音叉，用同样的方法测量频率，观察它频率的变化。

（4）将两支频率相同的带有共鸣箱的音叉1、2相对放置（两者相隔一定距离），之后将金属环套上音叉2。从上到下地改变金属环的位置，以微调音叉2的频率。用橡皮锤敲击音叉1和音叉2，用计算机软件记录频率变化的数据，以观察拍现象。

六、数据记录：

1、大音叉的振动曲线

2、大音叉套上金属环后（

套在顶端）的振动曲线