在物理课的声学教学中,总是要借助示波器观察研究声波的波形,这就需要话筒来实现声电转换,为示波器提供反应声波变化规律的电信号。下面介绍的话筒,简单易制,效果良好,可用于多种声学实验。
简易话筒的制作
电路见图1,R1是驻极体话筒BM的偏置电阻,为BM建立合适的工作点。BM将外界的声波信号转换为微弱的电信号,经C1耦合后由VT、R2~R4组成的固定偏置单管放大电路进行放大,经C2耦合输出。制作时,可安装在如图2所示自行刻制的l.5cm ×2.5cm的电路板上。VT选择3DG201、3DG6或CS9014等NPN型小功率硅管,放大倍数β取80~120为宜。BM用市售的一般录音机话筒,其他均为普通件,无特殊要求。调试R1使a点电压为 0.6~0.8V间,调R2使整机电流在2~3mA即可。图中R2、R3的阻值是用于β=100的情况。由于采用1.5V供电,耗电又省,所以可选用7号小电池或计算器钮扣电池,使整机体积缩小。整个电路可安装在一合适的塑料小瓶中,开关和BM正面露在外面,并适当造型。


声学实验中的应用
1.乐音和噪音
演示时话筒输出线接到示波器的y输入端,示波器的扫描频率取50Hz,y衰减先打在100上,根据信号振幅的大小再决定是否打在“10”或“1”上。启动示波器,先按琴键产生100Hz钢琴声或其他乐器,再用钢锉与木锉相摩擦产生噪音并同时调节微调旋钮,示波器就显示出周期性的规则波形和杂乱无规则波形。这样声像并现,相互对比,给学生留下深刻印象。
2.乐音三要素
乐音的三要素:声调(声音的高低)、响度(声音的大小)、音品(声音的特色),究竟取决于什么,单凭理论讲解学生不易接受,若用该话筒配合示波器显示出声音信号的波形则直观形象。清楚地观察到:声音越大则波形振幅越大,声调越高则波形越密(即在一定时间内振动次数多、频率高),越是丰满动听的声音则波形越复杂(但有规律)。由此得出结论:响度决定于声波的振幅,声调决定于频率,音品决定于泛音的多少、频率和振幅。
除以上实验外,还能演示气柱的共鸣、声音的干涉、人耳的频率特性、声波的多普勒效应等,在此不再多述。
文/刘海善 薛居宝