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1、声学课程资源1. 文具盒弹出的乐音用一根橡皮筋和一个文具盒，就可以做成一个简单悦耳的音乐盒，让学生在实验探究中认识乐音的特征，融知识性、趣味性于一体，有效地调动了学生学习的积极性。图2-1把橡皮筋的一端放进文具盒里，关上盒子并把橡皮筋卡住（如图2-1所示）。轻轻拉住橡皮筋，用手指弹动后把耳朵贴在文具盒上，将听到低沉悦耳的声音，此时可观察到橡皮筋的振动较慢，并能清楚地看到橡皮筋振动时留下的视觉暂留的效果（用红色橡皮筋效果最好）。拉紧橡皮筋，使橡皮筋的振动加快，颤影的透明度增强。如果改变手拉橡皮筋的位置（例如抓住橡皮筋的中央并拉紧橡皮筋），将发现橡皮筋振动得更快，听到音调更高的声音。通过上述实验，
2、学生能深切地体会到音调与振动快慢（频率）的关系。如果加大弹拨力度，将听到更大的声音，同时看到橡皮筋振动幅度明显加大，从而验证响度与振动幅度的关系。如果把耳朵稍微远离文具盒，将发现响度明显减弱。由于铁制文具盒的共鸣效果非常理想，所以实验效果较好。2声音的存储存储声音的技术，由原来的唱片、钢丝录音、碰磁录音，发展到现在十分普及的光盘。 光盘由数字存储介质CD制成，能记录文字、音乐和图像。录音时声音通过话筒转变成电信号，再通过抽样以数字信号记录下来，记录仪每秒钟测量声波高低44100次，把测量结果用0和1组成的16位二进制数字存储起来；生产CD时，这些数字被转变成一系列刻入光盘的凹痕和平面。CD机的
3、读声器是由一未很细的红外线激光构成，光线从里往外跟随凹痕和平面组成多旋轨迹，光线照到无痕处，即被反射到光传感器，而在凹痕处，光被散射几乎没有反光，这样获得的光信息是数字信号，然后转换为模拟信号，经放大送到扬声器，就能发出声音。3.纯音、复合音与音色只有一组频率的声音叫纯音，有两组以上频率合成的声音叫复合音。各种乐器发出的声音就是复合音。在复合音中，频率最低的音叫基音,其他的叫泛音。基音的频率决定复合音的音调，而泛音的频率和强度则决定它的音色。纯音不存在音色问题，复合音才有音色的不同。因为各种乐器和每个人发音时的泛音不同, 所以才各有各的音色。音色对电乐器的研制有非常重要的意义。目前正是根据各种
4、乐器声音的频谱、基音和各次泛音的相对强度，用电声的方法进行模拟来制作电乐器。4电子合成器我们的生活离不开音乐,自从电子合成器问世以来,电子音乐就进入了一个新的天地。20世纪50年代,出现了第一台电子合成器。那时它还只是一个庞然大物。利用计算机技术输入信息,可以改变音调、音量、速度、波形及包络等。但是需要花费很多时间才能产生几分钟的音乐。到了20世纪60年代,合成器装上了琴键,已进入商品化,并且体积也大大缩小了。合成器实际上是一台声音的频率合成仪,可以制作各种声音,改变种种音色。可以把制作好的音色贮存起来取用,可以贮存在合成器里,也可以把制作好的音色贮存在只读存贮器中或软盘里。有一种采样合成器,
5、还可以采集某种声音的音色,然后在整个音域里重放,重放时还可以改调、改速度、改音色。合成器可以当作电子音乐的声源,也可以作键盘输入用,还可以通过MIDI (乐器数字接口)系统作为计算机音乐系统里的声音发生器或控制别的部件的主机等等。目前,由于电子音乐的普及,电子合成器可以解决相当一部分的歌唱及舞厅的伴奏问题。可以事先由一个人制作伴奏音乐乐曲或背景音乐,而不需要乐队,或者部分代替乐队。5.科学家宣称发现莫扎特效应原理新华社北京2004年4月28日电 莫扎特的音乐能提高人的学习和记忆能力,这种现象被称为“莫扎特效应”。它的科学原理在哪里?发现这一效应的美国科学家最近宣布,他们发现了其中的分子基础。1
6、993年,美国威斯康辛州奥什科什大学的神经科学家罗谢等人发现,大学生听10分钟的莫扎特D大调双钢琴奏鸣曲后,在空间推理测试中的得分有明显的提高。这一发现,激起了公众对莫扎特音乐的热情，但一些科学家对此表示怀疑。据英国新科学家杂志网站报道,罗谢及其合作者最近在旧金山举行的认知神经学研讨会上说,莫扎特奏鸣曲也能提高大鼠的学习和记忆能力。研究人员希望,这一发现有助于为阿尔茨海默氏症和其他神经退化疾病的患者设计音乐疗法。此前一些科学家认为“莫扎特效应”的产生只是因为音乐能让人的情绪变好, 或者这与莫扎特作品独特的节奏有关。有研究发现,这些节奏与人类大脑的一些节奏周期相符. 但是,不管莫扎特效应的奥秘是
7、什么,莫扎特音乐已在临床上应用。阿尔茨海默氏症患者在听了莫扎特奏鸣曲后,其空间推理和社交能力有明显的提高。莫扎特音乐还被发现能缓解严重癫痛患者疾病发作的症状,而其他音乐则不能。6.回声回声是日常生活中常见的一种声现象。声音在传播过程中,碰到大的反射面(如建筑物的墙壁等)，在界面处将发生反射,人们把听到的反射声波叫做回声。人耳能辨别出回声的条件是：反射声具有足够大的声强,并且与原声的时间差须大于0.1 s。当反射面的尺寸远大于入射声波长时,听到的回声最清楚。关于回声的应用,最典型的可谓声呐装置。用回声测海深、测冰山的距离和敌方潜艇的方位,都是由不同功能的声呐装置完成的。 1912年,英国大商船“
8、泰坦尼克”号在赴美途中发生了与冰山相撞沉没的悲剧。这次大的海难事件引起了全世界的关注,为了寻找沉船,美国科学家最先设计并制造出第一台测量水下目标的回声探测仪,用它在船上发出声波,然后用仪器接收障碍物反射回来的声波信号。测量发出信号和接收信号之间的时间,根据水中的声速就可以计算出障碍的距离和海的深浅。第一台回声探测仪于1914年成功地发现了3 km 以外的冰山。实际上这就是现在被广泛应用于国防、海洋开发事业的声呐装置的雏形。第一次世界大战时,德国潜水艇击沉了协约国大量战舰、船只,几乎中断了横渡大西洋的海上运输线。当时潜水艇潜在水下,看不见,摸不着,一时横行无敌。于是利用水声设备搜索潜艇和水雷就成
9、了关键的问题。法国著名物理学家郎之万等人研究并造出了第一部主动式声呐, 1918年在地中晖芦次接收过(23) km以外的潜艇回波。这种声呐可以向水中发射各种形式的声信号,碰到需要定位的目标时产生反射回波，接收回来后进行信号分析、处理,除掉干扰,从而显示出目标所在的方位和距离。第二次世界大战期间,由于战争需要,声呐装置更趋完善。战后,人们开始实验使用军舰上的声呐探测鱼群。不但测到了鱼群,而且还能分辨出鱼的种类和大小。人们在此基础上研制出各种鱼探机，极大地促进了渔业的发展。 回声在地质勘探中也有广泛的应用。例如在石油勘探时,常采用人工地震的方法,即在地面上埋好炸药包,放上一列探头,把炸药引爆,探头
10、就可以接收到地下不同层间界面反射回来的声波,从而探测出地下油矿。在建筑方面,设计、建造大的厅堂时,必须把回声现象作为重要因素加以考虑。在封闭的空间里产主声音后,声被就在四壁上不断反射,即使在声源停止辐射后,声音还要持续一段时间,这种现象叫做混响。混响时间太长,会干扰有用的声音。但是混响太短也不好,给人以单调、不丰满的感觉。所以设计师们须采取必要的措施,例如,改善厅堂的内部形状、结构、吸声、隔声等,以获得适量的混响,提高室内的音质。7. “双耳效应”的应用之一火炮无处藏身要准确地测出敌炮兵阵地的位置,主要用炮位侦察雷达和光测、声测装备。炮兵声测系统一般由一个预报哨、46个声测哨和一个中央所组成。
11、在敌炮发射时,预报哨配置靠前,最先听到炮声, 立即按下开关，启动中央所的记录仪。声测哨的作用是把收到的声音信号经过电线或无线电发给中央所。中央所一般安装在机动能力很强的卡车上,由接收部分和计算部分组成。接收部分把声测哨收音器收到的声音记录下来；计算部分按每对声测哨收到敌炮声的时间差,计算出敌炮方向,然后在图上画出每对声测哨测定的方向,几条方向的交点就是炮位。为什么炮兵声测系统能准确测出炮位呢?因为火炮发射时产生的声音通过空气向远处传播,每秒钟行程约340m, 3 s后可传到1 km之外。假如我们把测量声音的仪器按一定距离或一条弧线排列起来,保证它们能很好地收听到发射的声响。大炮发射时,由于各声
12、测哨距火炮远近不同,它们收到的声音的时间就存在着差异。这个时间差乘以声音在空气中的传播速度,就可得到这两个测声点距离敌炮兵阵地的距离差值。知道了两个测声点距炮位的差值,经过计算或图解,即可测得敌炮位置。8.超声波的应用实例之一不用洗衣粉的洗衣机新华社2003年5月7日电 普通洗衣机一般是用洗涤剂与衣物上的污垢发生化学反应,再用清水将污垢排出机外,达到洗净衣物的目的。但是，这种洗净作用比较有限，只能清洁衣物表面,而且衣物表面残留的洗衣粉或洗涤剂还会剌激人体皮肤。 超声波洗衣机与传统洗涤方式不同,它主要利用超声波的“空化”作用,产生巨大能量,将污垢从衣物上“震”落下来溶解到水中,然后再通过内桶的转
13、动对衣物进行摔打和水流穿透,洗净衣物。 用超声波洗衣,最大的优点是环保。普通洗衣粉中,起去污作用的是一种叫磷酸纳的助剂,含磷酸铀的污水排入地下后会造成水质污染；无磷洗衣粉采用的代磷剂4A沸石也会污染水质。超声波洗衣机不仅无污染,而且比普通就衣机节水三分之一。9.超声医学(1)超声医学的发展。虽然人类早已观察到不少动物(如蝙蝠、鲸、海豚等)能发出及感受超声,但压电效应发现后,人类才可能制造适用于医学应用的超声波,超声治疗机和更为复杂的超声诊断仪的发明均基于科学技术的发展。如“A型”超声诊断是以曲线的幅度来反映反射回声的强弱,必须用阴极射线示波器来实现,而“B型”超声诊断则除了扫描技术外,更须灰阶
14、调制,实时成像、聚焦、图像的预处理和后处理等技术。1927年出现关于超声波生物学效应的文章后,次年就有人将超声波试用于慢性耳聋的治疗。以后超声波治疗不断发展, 1950年超声治疗工作已经成熟。但超声诊断工作对仪器要求更高,故发展较慢。直至于1950年随着电子科学技术的发展,超声脉冲反射技术和阴极射线示波器的采用,幅度调制型(Amplitude Mode, A型)超声诊断才得以用于临床。在辉度调制型(Brightness Mode, B型)超声诊断中,运动型或时间运动型(M型或T-M型)出现较早,此即日后称为超声心电图的心脏诊断技术。二维声像图则需要更高级、更尖端的技术,故出现更晚。(2)超声的
15、生物、生理效应及医学实验研究。超声波对人体可以产生热的作用。这种热作用在很长一段时间内被当作超声治疗的主要机理。此后又发现过声振动会引起组织内细微的按摩作用(又称细胞按摩),虽然人体不能感觉,但它起到治疗的作用,其他的理论效应以及热作用均源于此。超声能改变神经系统(中枢和周围神经系统)兴奋性、传导功能和动作电位等, 甚至引起结构、形态的变化。超声可引起肌张力变化、肌原纤维凝集,其中出现空泡、变性；可引起消化液增加,胃肠蠕动增强、水肿,渗出、淤血,甚至出血。小剂量 (安全量)超声波对生殖、泌尿、内分泌、骨骼、心血管等系统有促进功能的作用,但大剂量(损害量)则造成不可逆的损伤。超声对人体组织有选择
16、作用,如超声只去除坚硬的牙垢而不损伤柔软的牙龈，故超声洁齿有不出血操作的美称。体外震波(压电效应震波)对结石的粉碎作用远大于对周围组织的破坏。超声对某种细胞有特殊的“亲和力”, 或某些细胞对超声特别敏感,在一定条件的超声作用下，一些细胞破坏、死亡,而夹杂其间的其他细胞却安然无恙。如脑垂体直射治疗能选择性地破坏肿瘤细胞而不波及其他细胞,是一种治疗肢端肥大症的安全方法。10.次声波次声波又称亚声波,它是一种频率低于人的可听声波频率范围的声波。次声波的频率范国大致为104Hz20Hz。次声波产生的声源是相当广泛的,现在人们已经知道的次声源有：火山爆发、坠入大气层中的流星、极光、地震、海啸、台风、雷暴、龙卷风、电离层扰动,等等。利用人工的方法也能产生次声波,例如核爆炸、火箭发射、化学爆炸,等等。 由于次声波的频率很低,因而它显示出了种种奇特的性质。其中,最显著的特
