WaveCN软件在声学实验中的应用

　　偶得一款软件WaveCN，它是一个32位的音频编辑软件，能运行于WINDOWS95＋IE4／98／ME／NT4．0／2000／XP，DirectX等版本的操作平台、通过本软件可对音频数据进行编辑修改并能创造出特殊的效果。WaveCN为全中文界面，直观的多文档操作，无穷步的撤销和恢复撤销，支持完全内存编辑，在具备足够大内存的情况下可以达到最大速度等。程序本身需要大约6MB的硬盘空间。至少使用16位的PCI声卡。该程序可以在没有声卡的环境下工作，但（当然）听不到声音。软件最低使用 800*600 的屏幕分辨率。下载后直接运行即可。

　　可用该软件代替音叉做声学实验，增强了声学实验的演示效果，还可代替示波器，电压表，信号发生器。将演示内容保存为文件后，实验还具有能重复使用、拷贝复制的优点。现介绍用WaveCN进行的几个声学演示实验。

　　一、乐音和噪音

　　演示前，先要录制乐音和噪音。录乐音时，打开“效果”、“产生”、“简单频率发生器”、“左声道有效”，频率取1000HZ（频率可以任意选取。像按电话号码一样键入），波形取“正弦波”，持续时间为10s。录制噪音时，可用钢锉锉铁皮，把摩擦撞击声录入，录10s。方法是在声卡上连接上话筒，然后，用鼠标点击菜单栏上的录音标记红点，通道选“单声道”、“CD音质”、“开始”录制。以20s为周期，用“复制和粘贴”的方法，把乐音和噪音相互交错，中间插入3S的静音（静音的录制方法：“效果”、“产生”、“静音”），最后保存为“乐音与噪声”。wav的格式。

　　演示时，打开WaveCN，找到“乐音与噪声”。wav的文件，直接播放，学生听到悦耳的乐音时，屏幕上显示出周期性的规则波形；当放出噪音时，屏幕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，给学生留下深刻印象。

　　二、响度和声强

　　演示响度和声强的关系时，必须录制频率相同而振幅不同的信号。录制时，利用WaveCN中的信号发生器，录制1000HZ信号。调节信号发生器输出信号的振幅，以10s为周期，交替录制振幅大小不同的信号。两种信号的振幅比，大约取1：2播放时，两种振幅的信号都能在屏幕上显示出来。当学生听到响度不同的声音时，可同时从屏幕上看到振幅不同、频率相同的正弦波形。

　　三、音调和频率

　　演示音调和频率的关系时，必须录制振幅相同而频率不同的信号。用WaveCN中的信号发生器输出264HZ、297HZ、330HZ、352HZ、396HZ、440HZ、495HZ、528HZ的信号（相当于C调的dou，ruai，mi，fa，sou，la，ti，dou）录制方法：“产生”、“频率264HZ”、“正弦波”、“左声道有效”、“持续时间2S”、“在结尾处插入”，再点击“确定”。用同样的方法录制其他频率，结束后保存。演示方法，播放保存的文件。当学生听到音调不同的声音时，可以从屏幕上看到频率不同、振幅相同的正弦波形。

　　四、音色和波形

　　基音频率相同、音色不同的声音，由于泛音不同，显示出来的波形也不同。用WaveCN中的信号发生器输出100HZ的正弦波和100HZ的方波，以3S为周期，交替地录制下来，演示时仍按“乐音和噪音”的方法演示，可以看到频率相同，波形不同，于是听到的声音就不相同。

　　五、气柱的共鸣

　　利用WaveCN中的信号发生器输出频率为680HZ的音频信号，录制20S，放音时，利用微机的外接音箱放音。演示时左手拿着长度为50cm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，调节好音量，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，在空气柱长度大约为10cm和35cm处，声音的响度最大。这说明声音在空气柱内发生共鸣，波长即为50cm（λ＝（3－10）×2＝50cm），用波长乘以频率680HZ，即为声波在空气中的传播速度（34m／s）。

　　六、声音的干涉

　　利用WaveCN中的信号发生器，录制频率为1000HZ的单声道音频信号10S。用微机所配的音箱放音，每个音箱上串联一个开关，同时检查每个音箱中喇叭的连接相位要相同，必要时进行调整。

　　将两只音箱固定在一块木板条上，相距80cm～100cm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WaveCN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，这就是声音产生了干涉现象，为了便于分辨，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。

　　七、声波激发的共振

　　声波是机械波，可以使传播途径上的物体产生受迫振动。当声波频率同物体的固有频率相等时，振动体将发生共振。把长200mm，频率256HZ的钢制音叉，插在共鸣箱上，作为振动体。音叉的顶端与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50cm左右。

　　用WaveCN中的信号发生器，录制一组振幅相同而频率不同的信号。信号频率如：220HZ、240HZ、256HZ、270HZ、290HZ。每种频率的信号各录制10s。从一种频率变换到另一种频率时，间隔5S静音，以便让跳动的小球恢复静止。

　　演示前调整好播出声音的声强，让220HZ（或290HZ）的声音引起的受迫振动，刚好能被观察出来。演示时，学生通过音调的变化，就能分辩出声音频率的变化；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256HZ时，骨制小球跳动最激烈，说明音叉振动振幅最大，产生共振。

　　八、声波的多普勒效应

　　演示多普勒效应，可录制1000HZ的音频信号，共计2min。

　　把音箱用两根结实的尼龙绳绑扎好，尼龙绳上端固定在门框上，让两绳张开一定角度，做成一个摆长约为1．5m的“单摆”。

　　演示时，音箱的喇叭正对学生，让音箱往复摆动。学生会发现，当音箱摆向自己时，声音的音调变高；当音箱远离自己时，声音的音调变低。这说明声音的频率随声源的速度变化（声源的速度变化是指声源相对于观测者学生而言）而变化。作为对比，当音箱静止时，音调变化的现象立即消失。

　　九、演示差频现象

　　用WaveCN中的信号发生器输出频率为1000HZ和1002HZ的正弦波信号，分别录制在左右声道上，时间为10s，保存。然后播放，会听到频率为2HZ的“差频”音。

摘自：《中学物理教学参考》2005.4，有关于软件本身情况的少许修正。

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