声音频率测量

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一、实验目的

       1.掌握声音的基本特性，声波频谱图的分析
       2.掌握 origin 数据处理的基本方法

二、实验原理

       1.声音频率测量
       声音是振动产生的，振动频率决定声音的音调，人主观的感受是声音尖锐或低沉。当振动频率在20～20 000 Hz 时，人耳能够听得声音，其他频率的声音，人耳无法听到，所以频率低于这个范围，称为次声波，高于这个范围称为超声波。
日常我们所听到的声音，都不是某个单一频率的声音，而是多个频率叠加结果。声音随频率的分布称为频谱，它包含两各方面的信息，声音所含频率和各频率所对应的声强，如果以频率为横坐标，以声强为纵坐标绘制，则称为频谱图，如图1所示。
       绘制声音频谱图，利用手机 phyphox 软件采集声音，实验后将数据导出，以频率为横坐标，FFT（快速傅里叶变换）幅值为纵坐标，绘制频谱图。

图1   声音频谱图示例

三、实验仪器

       保温杯，金属棒，刻度尺，手机

四、实验步骤

       保温杯声音频率测量
       （1）将手机放在距离保温杯10cm位置处，用金属棒敲击杯口，手机选择“ phyphox →声音频谱”，开始采集声音，如图2所示 。
       （2）导出手机数据，“ phyphox →声音频谱”，如图2所示。
       （3）改变手机位置，分别在距离保温杯15 cm、20 cm处，重复（1）（2）步骤 。
       （4）利用 origin 软件处理数据

图2   数据记录和数据导出界面

五、数据分析

       利用 origin 软件，将保温杯距离手机10 cm、15 cm、20 cm时的频谱图在一个坐标系中绘制，如图3所示。频谱图看出，三种实验条件下，频率分布基本一致，均在2 100 Hz和5 000 Hz附近有明显峰值。幅值不同，主要是敲击力度强弱和距离不同导致的。

图3   保温杯在不同距离敲击的频谱图

六、思考

       1.不同容器的频谱图，是否相同？
       2.请利用高脚杯，瓷碗，铁碗等手边材料进行实验，绘制出不同容器的频谱图。

七、自测题

      说明：自测题需用微信打开链接进行自测。若加载有问题，可点击链接进行自测。