菊座理化实验室 物理 · 八上

声音的特性

探究声音的特性 · 改频率、振幅和波形,看示波器上的波形,听 1.2 秒合成声音

频率 440Hz
周期 2.27ms
播放状态 待播放

设定值,不是实测

示波器上 10 毫秒内的一段波形。

先猜频率从 220 Hz 调到 880 Hz,声音的音调会怎样?

先选一个,再看结论和实验。

结论变高。音调由频率决定,频率越高,音调越高。

第 1 镜 · 装置 音叉和示波器接好,窗口固定 10 ms,屏上是一段稳定的波形。

第 1 / 5 镜 · 尚未播放
改变条件
频率
振幅
波形
窗口固定 10 ms,频率翻倍,周期减半

先把系统音量调到舒服的位置,设定频率、振幅和波形,再点播放。一次放 1.2 秒声音。

要点 · 记忆点

声现象
记住这句

音调看频率,响度看振幅,音色看材料和结构,三件事各管各的。

音调由频率决定

频率是每秒振动的次数,单位 Hz。频率越高,音调越高。在示波器上看,同样长的时间里波峰越密,频率越高。

响度主要由振幅决定

波形上波峰的高低就是振幅。重敲音叉,振幅变大,响度变大,频率没变,音调也不变。在同一位置听,响度由振幅决定;离发声体越远,听到的响度越小。

音色由材料和结构决定

钢琴和小提琴奏同一个音,基频相同,混进去的谐波不同,波形形状就不同。这里的二次谐波、三次谐波两档,就是把这种差别单独拎出来看。

频率和周期互为倒数

f = 1 / T,频率翻倍,周期减半。窗口固定 10 ms,220 Hz 约 2.2 个周期,440 Hz 约 4.4 个,880 Hz 约 8.8 个。

易错把音量拧大,变的是响度,音调没变。说音调用「高、低」,说响度用「强、弱」。男低音唱得再响,音调还是低的。

观察什么

改频率

频率翻倍,波峰密一倍,周期读数减半。220 Hz 听起来低,880 Hz 听起来高。

改振幅

小、中、大三档对应峰值 0.40、0.70、1.00,频率和周期都不变,听起来只是强弱变了。

改波形

峰值不变,形状变了。纯音是正弦,加了谐波后声音不再单纯,这就是音色的差别。

这个实验在说明什么

这一页要分清三件常被混在一起的事:声音的高低、强弱,还有「是谁在响」。重敲音叉,振幅变大、响度变大,频率没变,音调也不变,把这三条分开看才算读懂波形。

三个控制条每次只动一个:改频率看波峰疏密,改振幅看波峰高低,改波形看形状怎么变;窗口固定 10 ms,同样长的时间里波峰越密,频率越高,频率翻倍则周期减半。

画面和声音由浏览器现场合成,不是录音,读数是设定值,真实音叉和乐器的波形比这里复杂。把音量拧大只改振幅,音调不动,这一点最容易看错。

画面和声音由浏览器现场合成,不是录音。读数是设定值,不是实测;真实音叉和乐器的波形比这里复杂。教材:人教社电子课本 · 物理八上。

讲给家长听

合上这一页,说说音调、响度、音色各由什么决定。

卡住了?看一眼

音调看频率,响度看振幅,音色看发声体的材料和结构,三件事各管各的。