录放机在声学实验中的应用

用录放机代替音叉作声学实验，扩大了学校录放机的使用功能；增强了声学实验的演示效果。实验用磁带，还具有能重复使用、互相转录等优点。

现介绍用录放机进行的十个声学实验。

演示前，先要把乐音和噪音录制在磁带上。录乐音时，用手按动产生100赫兹钢琴声的琴键，每秒钟按动一次或两次，录30秒；录噪音时，可让钢锉同木锉相摩擦，把摩擦撞击声录入磁带，也录30秒。然后，以30秒为周期，把乐音和噪音相互交替，重复录在磁带上，共录3分钟。

演示时，从录放机输出插孔取出信号，接到示波器Y轴输入端，示波器扫描频率取50赫兹。启动示波器，学生听到悦耳的乐音时，示波器显示出周期性的规则波形；当录放机放出噪音时，示波器显示出杂乱的无规则波形。乐音和噪音交替出现，声图并现，相互对比，给人留下深刻印象。

简易录放机没有信号输出插孔时，可以采用外接喇叭放声，并从外接喇叭线上取出信号加到示波器上，就可以同时听到声音，看到波形。

演示响度和声强的关系时，必须把频率相同而振幅不同的信号录到磁带上。录制时，利用信号发生器，把100赫兹信号用转录线送到录放机的输入孔。调节信号发生器输出信号的幅度，以30秒为周期，交替录制振幅小和振幅大的信号。两种信号的振幅比，大约取1比2。示波器扫描频率仍为50赫兹。Y轴放大要适当调节，使两种振幅的信号都能在荧光屏上显示出来。具体演示方法，跟“乐音和噪音”的方法相同。当学生听到响度不同的声音时，同时从荧光屏上看到振幅不同、频率相同的正弦波形。此演示，也可用交流电压表代替示波器，显示信号振幅的大小。

演示音调和频率的关系时，必须把振幅相同而频率不同的信号录到磁带上。以30秒为周期，把100赫兹和400赫兹的信号，交替录入磁带。演示方法，跟“响度和声强”的方法相同。当学生听到音调不同的声音时，从荧光屏上看到频率不同、振幅相同的正弦波形。示波器扫描频率仍为50赫兹，这时，100赫兹信号，在荧光屏上显示两个完整的正弦波形；400赫兹信号，显示出八个完整的正弦波形。

作上述音调和频率关系的实验时，要注意信号发生器、磁带、录放机、示波器都有自己的频率响应曲线。因此,当信号频率从100赫兹改变到400赫兹时，即使输出声音的声强相同，示波器荧光屏显示出的信号振幅也可能不同，甚至差别很大。为了不引起学生的迷惑，在录制磁带时，适当调节400赫兹信号的幅度，使100赫兹同400赫兹信号，在荧光屏上显示出相同的振幅。这时，录放机输出声音的声强，即使略有不同，也不影响音调和频率关系的演示。

基音频率相同、音品不同的声音，由于泛音不同，在示波器上显示出的波形也不同。

把100赫兹的钢琴声同100赫兹的黑管声，以30秒为周期，交替地录在磁带上。应用录放机和示波器，仍按“乐音和噪音”的方法演示。

音品演示磁带，也可以不用乐器录制。让男女生各一名，每人发十次c调的“拉”音（频率440赫兹），或者发汉语拼音字母“O”的音。男女生交替录制，然后用示波器演示。

人耳对不同频率的声音具有选择性。两个声强（或振幅）相同而频率不同的声音，作用于人耳时，人感觉到的声音的响度是不一样的。

为了演示人耳的这一特性，可以把100赫兹和1000赫兹的信号录在磁带上。利用外接喇叭放音。把交流电压表并联在喇叭两接线柱上，用交流电压表反映喇叭发出的声音的强弱。在录制磁带时，要适当调节信号发生器的输出幅度旋钮，保证100赫兹和1000赫兹信号，从喇叭输出时，具有相同的声强，也就是说，保证交流电压表显示出相同的电压值。

由于人耳对响度小的声音发生的变化易于分辨出来。演示时，调节录放机的音量旋钮，让100赫兹信号发出的声响，刚好能被全班同学听见。这时，当1000赫兹的高音出现时，交流电压表的读数没有变化，但学生听到的声音的响度，明显增大。

利用信号发生器，先在磁带上录制频率680赫兹的音频信号。放音时，录放机要使用引线稍长的外接喇叭。

演示情况如图1所示。左手拿着长度50厘米的玻璃管的上端，把玻璃管插入盛满水的量筒内。右手拿着喇叭，让喇叭口正对玻璃管，喇叭和玻璃管同时升降，玻璃管内空气柱的长度也就随之变化。演示前，调节好录放机音量旋钮，让喇叭发出的声音刚好能被学生听到。演示中，当玻璃管内空气柱长度变化时，会听到声音的响度也随之变化。在室温20℃时，大约在空气柱长度为10厘米和35厘米处，声音的响度最大。这说明声音在空气柱内发生共鸣，用35厘米减去10厘米，再乘以2，即为波长（50厘米）。用波长乘上频率680赫兹，即为声波在空气中的传播速度（340米／秒）。

在磁带上录制2000赫兹或3000赫兹的音频信号。录放机用外接喇叭放音。外接喇叭用两只完全相同的扬声器并联而成。每只扬声器串联一个开关。电路连接如图2所示。

两只扬声器固定在一块木板条上，彼此相距80至100厘米左右。木板条放置在讲台上，喇叭口正对学生。演示时，让学生用手堵住一只耳朵。教师启动录放机后，让木板条绕中心轴左右转动，学生将听到强弱相间的声音，这就是声音产生了相互干涉现象。为了便于分辨，录放机的音量要适当小一些。作为对比，用开关关掉一只扬声器，再将木板条转动，这时只能听到响度相同的声音。

演示拍音，需要两台单声道录放机。甲机用的磁带录制500赫兹的音频信号，乙机用的磁带录制505赫兹的音频信号。放音时，让两台录放机的喇叭尽量靠近；让两机放出的声音的音量彼此相同，大小适当。在离录放机稍远的空间即能听到清晰的拍音。拍音的频率等于两声音频率之差的2倍，即每秒10次。如果拍音频率不稳定，有时甚至听不到，这是录制磁带时信号发生器频率不稳造成的，要重新录制。作为对比，演示时可以关掉一只喇叭，这时，拍音立即消失。

声波是机械波，可以使传播途径上的物体产生受迫振动。当声波频率同物体固有频率相等时，振动体将发生共振。

演示装置如图3所示。把长度200毫米，频率256赫兹的钢制音叉，插在共鸣箱上，作为振动体。音叉的顶端跟吊在铁架台上的骨制小球相接触，利用小球的跳动观察音叉振动的强弱。录放机的喇叭正对共鸣箱的开口端，两者相距50厘米左右。

用信号发生器，在磁带上录制一组振幅相同而频率不同的信号。信号频率按如下方式分配：220赫兹、240赫兹、256赫兹、270赫兹、290赫兹。每种频率的信号各录40秒钟。从一种频率变换到另一种频率时，间隔10秒钟不录音。以便让跳动的小球恢复静止。

演示前要调整好录放机播出声音的声强，让220赫兹（或290赫兹）的声音，引起的强迫振动，刚好能被观察出来。演示时，学生通过音调的变化就能分辨出声音频率的变化；音叉的振动情况，通过骨制小球的跳动就能观察出来。当声音频率变为264赫兹时，骨制小球跳动最激烈，说明音叉振动振幅最大，产生共振。

演示多普勒效应，可在磁带上录制1000赫兹的音频信号，共计5分钟。

把录放机用两根结实的尼龙绳绑扎好，尼龙绳上端固定在门框上（见图4），让两绳张开一定角度，作成一个摆长约为1.5米的“单摆”。若用220伏交流电供电，电源线可以绕在尼龙绳上。

演示时，录放机的喇叭正对学生，让录放机往复摆动。学生会发现，当录放机摆向自己时，声音的音调变高；当录放机远离自己时，声音的音调变低。这说明声音的频率随声源的速度而变化。作为对比，当录放机静止时，音调变化的现象立即消失。（赵明大 秦迤君）