聲音的“形狀”

你見過聲音嗎？在大多數人的印象中，聲音是看不見、摸不著的，更沒有形狀可言。聲音真的不能被看見嗎？下面，就讓我們通過克拉尼圖形實驗，看聲音呈現的美麗圖案。

一、實驗材料

克拉尼圖形波形發生器、振動板、信號器、彩色沙子等。

徐教授講原理

兩列振幅、頻率、振動方向均相同，且相向傳播的相干波疊加形成駐波。振動加強的地方稱為波腹，振動減弱甚至抵消的地方稱為波節。

在克拉尼圖形實驗中，沙子被放置在振動板上，當振動板受到聲波的作用時，沙子會隨著聲波的振動而形成特定的圖案。在波腹處，由于振動劇烈，沙子難以停留，因此聚集較少；在波節處，由于振動較平緩，沙子容易聚集。

二、實驗步驟

1.將沙子均勻地撒在振動板上。

2.將手機與信號器、克拉尼圖形波形發生器連接，通過手機調節頻率，沙子便會隨著不同的頻率形成不同的圖案。

科學拓展課堂

駐波現象常應用于樂器的設計，如弦樂器和管樂器的發聲就是利用了駐波原理。

小提琴、吉他等弦樂器的發聲原理主要基于弦的振動。當弦被撥動或用弓拉動時，它開始振動并產生聲波。這些振動在弦上形成駐波，演奏者可以通過改變弦的長度（如按下手指改變弦的有效長度）或張力（放松或拉緊弦）來調節音高，這實際上是在改變駐波的波長和頻率。

長笛、薩克斯等管樂器的發聲原理涉及管內空氣柱的振動。當演奏者向樂器吹氣時，空氣柱開始振動并形成駐波。木管樂器的演奏者通過改變管中空氣柱的長度（如開閉不同的孔）來調節音高。銅管樂器的演奏者則通過調節嘴唇的緊張度、形狀和吹氣的力度，改變空氣柱的振動頻率，進而產生不同的音調。