声驻波


声驻波







操作说明:

按下示范曲按钮,或者操作频率选择按钮,选择不同的频率,喇叭发出不同的声波,可观察频率不同时有机玻璃管内颗粒振动的情况,并观察振幅最大处和振幅为零处的变化。


产品简介:

展品由喇叭、有机玻璃管、泡沫颗粒、频率显示器、操作按钮等组成。有机玻璃管内装有固体彩色颗粒,一端与喇叭相接构成一个展示声驻波的密封空间。操作按钮,选择不同的频率,喇叭发出不同的声波,入射声波从有机玻璃管一端传播到另一端产生反射波,在特定频率下入射波和反射波互相叠加形成驻波,振幅最大的点称为波腹,振幅最小的点称为波节。调整声源频率时,数字显示器同步显示当前的声音频率,这时波腹、波节的位置和振动幅度随之改变,形成看似小颗粒跳舞的现象。


视频演示:

原       理:

声驻波演示仪的原理基于声波在介质中的传播和反射。 当声波从扬声器发出后,在管子的一端发生反射,反射波与入射波叠加形成驻波。驻波是空气介质密度周期性排布的现象,可以通过观察泡沫小球的振动来直观地展示声驻波的形状和变化。‌

声驻波演示仪的工作原理

  1. 声波的产生与反射:扬声器发出的声波(入射波)在管子的另一端发生反射,形成反射波。这两列波在特定条件下互相叠加,形成驻波。

  2. 驻波的形成:驻波是振幅和相位都相同的两列波在空间某些区域相互加强,形成波腹;在另一些区域相互抵消,形成波节。这些区域的位置和振动幅度会随着频率的变化而改变。

  3. 观察方法:通过调节声音的频率,观察不同频率下形成的驻波。泡沫小球在波腹处聚集,在波节处被排挤向两侧,从而直观地展示声驻波的形状和变化。

声驻波的应用领域

声驻波在声学光学无线电等学科中有重要应用。通过测量驻波的频率和波形,可以进行声速测量、声学研究等。


应       用:

声驻波在多个领域有着广泛的应用,主要包括以下几个方面:‌

  1. 乐器制造:在弦乐器和管乐器中,驻波原理被广泛应用。弦乐器如吉他、小提琴等,当弦受到外力作用时,会产生振动形成入射波,这些波在弦的两端反射回来,与入射波叠加形成驻波。驻波的波腹和波节在弦上形成固定的节点,这些节点的位置决定了乐器的音调和音色。同样,管乐器中的空气柱振动也会产生类似的驻波效应,影响乐器的发声。

  2. 无线电通信:在无线电通信领域,驻波原理也扮演着重要角色。天线的设计和优化过程中充分考虑了驻波原理。天线的阻抗匹配对于无线电信号的传输至关重要,驻波比(SWR)是衡量天线系统性能的一个重要参数。通过调整天线的长度、形状和位置等参数,可以优化驻波比,提高无线电信号的传输效率和质量。

  3. 声学设计:在设计视听室或演播厅时,房间的三维尺寸决定了三个基本的固有谐振频率和与这些频率成整数倍的谐波。这些声波在房间内传播时互相干涉,产生繁杂的组合谐振频率。如果设计得好,这些驻波可以增强音响效果;但如果设计不当,则会干扰原有声音的传播。

  4. 其他应用:在日常生活中,我们使用的各种乐器,包括弦乐器、管乐器和打击乐器,都是通过不同的方式产生驻波来发声。此外,将耳朵凑在海螺口听到的嗡嗡声也是声驻波现象的一个例子。






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