探索聲音的奧秘

◎中南大學第一附屬小學 李晨熙

一次，我在戶外玩耍時抓到了一只蟬。我發現蟬不是從嘴巴發出聲音，而是通過腹部鼓膜的振動發出聲音。那么，所有的物體都是通過振動發出聲音嗎？聲音大小和什么有關？聲音還有哪些奧秘呢？

一、探究發聲的原理

（一）探究人體的發聲

將手輕輕地放在喉嚨處，然后張大嘴巴“啊”，如圖1，我的手感受到了喉嚨的振動。

（二）探究物體的發聲

實驗材料：

紙杯、橡皮筋。

實驗步驟：

1.將橡皮筋套在紙杯上，如圖2。

圖2

2.用手撥動橡皮筋，我看到橡皮筋在振動，也聽到了聲音。

3.當橡皮筋停止振動時，聲音也停止了。

我還借用實驗室的高速攝像機，記錄敲門、敲鼓時門表面和鼓面的變化。通過慢放視頻，我清晰地看到了鼓面和門表面細微的振動。于是，我得出結論：聲音由物體的振動產生，振動停止，聲音也會停止。

二、探究聲音高低的秘密

橡皮筋、鼓都是通過振動發出聲音，但每種聲音聽起來都有所不同。當我撥動吉他的琴弦時，我發現即使是同一根琴弦，按壓的位置不同，發出的聲音也不同。那么，吉他聲音的高低和什么有關呢？

實驗材料：

橡皮筋、木板、尺子，如圖3。

圖3

實驗步驟：

1.將木板裁切后組裝成一個簡易的琴弦架，用橡皮筋當作琴弦，如圖4。

圖4

2.左右移動豎立著的木頭，撥動右側的橡皮筋。我發現木頭越靠近左邊，聲音越低沉；木頭越靠近右邊，聲音越高揚。

3.將豎立著的木頭固定，讓橡皮筋放松一些，再次撥動橡皮筋，我發現聲音較放松前低沉。

4.更換不同粗細的橡皮筋后再撥動琴弦，我發現聲音也有所不同。

由此看來，影響聲音高低的因素有很多，這些因素有什么共同特征嗎？我通過高速攝像機觀察，發現橡皮筋的長度、松緊、粗細都會影響每分鐘的振動次數，即振動頻率。于是，我得出結論：聲音的高低與物體的振動頻率有關，振動頻率越低，聲音越低沉，反之亦然。

三、探究聲音的共鳴

我發現吉他、小提琴的“身體”都比較大，琴箱里有很大的剩余空間，為什么要做一個這么大的“空箱子”呢？

實驗材料：

棉繩、彈簧、牙簽、紙杯，如圖5。

圖5

實驗步驟：

1.將棉線繃直后放在耳邊，如圖6，輕輕撥動棉線會聽到細細的聲音。

圖6

2.在棉線的一頭系上小段牙簽，在紙杯底部鉆一個孔，將棉線的另一頭穿過小孔，如圖7。這樣就相當于給棉線加了一個“空箱子”。

3.再次撥動繃直的棉線，如圖8，我發現這次聽到的聲音變大了。

圖8

4.將彈簧拉長，輕輕撥動彈簧，會聽到輕微的聲響。

5.將彈簧的一頭固定在紙杯底部，再次撥動拉長的彈簧，我聽到了清晰的聲音，如圖9。

圖9

我發現聲音經過“空箱子”后會被放大，這是什么原因呢？通過反復實驗和仔細觀察，我發現棉線和彈簧振動時，會將振動傳遞到紙杯壁面，引起杯內空氣一起振動。查找資料后，我了解到這就是聲音的共鳴，樂器的“空箱子”也叫“共鳴箱”。

四、探究聲控燈的工作原理

我家是樓梯房，晚上走在樓梯間時，燈泡“聽”到我的聲音就會自動亮起。我很好奇，聲音如何控制燈泡呢？

查找資料后，我了解到聲控開關包括電路板和聲音接收器，電路板能將聲音振動轉換為電信號，從而控制電路的通斷。我購買了一個聲控開關，將其拆解后，找到了聲音接收器—— 一個有黑色絨布的小圓柱，如圖10。

圖10

實驗材料：

電池、聲控開關、燈帶，如圖11。

圖11

實驗步驟：

1.將電池、聲控開關、燈帶的電路連接起來，如圖12。

圖12

圖13

2.我大喊一聲后，燈帶亮起。聲音停止幾秒后，燈帶自動熄滅。

經過多次測試，我發現在一定距離內，聲音確實可以通過聲音接收器、電路板控制燈的開與關。

經過一段時間的探索，我知道了聲音由物體的振動產生，振動停止，聲音就會停止；物體的振動頻率決定聲音的高低，振動頻率越高，聲音越高；物體的振動可以引起共鳴，從而將聲音放大；振動發聲的原理可以應用到生產生活中，給人們帶來便利。