声音的特性与共鸣管

实验目的

探究音调、响度、音色分别与什么因素有关,了解共鸣现象。

实验原理

音调由发声体振动的频率决定,频率越高音调越高;响度与振幅和距离声源的远近有关,振幅越大响度越大;音色由发声体的材料和结构决定。共鸣管中,当空气柱的固有频率与声源频率相同时发生共鸣,声音明显增强。一端封闭的管,第一次共鸣时空气柱长约为波长的 1/4(忽略管口修正),且 v = fλ。

实验器材

• 声源(音叉或扬声器)
• 共鸣管
• 可调节的水面或活塞
• 波形显示
• 频率与振幅调节

实验步骤

1. 打开声源,观察声音的波形。
2. 只提高频率,听音调变化并观察波形的疏密。
3. 只增大振幅,听响度变化并观察波形的高低。
4. 切换不同声源,对比相同音调下波形的形状和音色。
5. 把发声的音叉放在共鸣管口,缓慢调节管内空气柱长度。
6. 找到声音最响的位置,记录此时空气柱的长度。

实验现象与结论

频率升高,波形变密,音调变高;振幅增大,波形变高,响度变大;不同声源即使音调、响度相同,波形形状也不同,音色不同。调节共鸣管空气柱长度时,在特定位置声音明显增强,这就是共鸣。

注意事项

• 真实实验中不要把过响的声源靠近耳朵。
• 敲击音叉应使用橡皮锤,不要敲硬物。

常见问题

音调和响度有什么区别?

音调指声音的高低,由频率决定;响度指声音的大小,与振幅和距离有关。两者互不相同。

共鸣管实验中为什么声音会突然变响?

当空气柱的固有频率与声源频率相同时发生共鸣,空气柱振动剧烈,声音明显增强。