朗威dislab與聲學實驗教學

1、中學聲學實驗教學的突破談朗威DISLab“天籟聲學教學軟件”的應用江蘇省梅村高級中學陶錫泉聲音是人們日常生活中司空見慣的現(xiàn)象，聲學之于廣大中學生，更是促進科學與藝術融通的橋梁。強化聲學實驗教學，就是對課改理念的貫徹和深化。但由于聲音可說是“來無影、去污蹤”所以以往中學階段的聲學教學基本上沒有有效手段，將聲音的響度、音調及音色等物理量以形象方式展現(xiàn)給學生，從而大大影響教學效果。朗威DISLab聲傳感器、朗威“天籟”聲學教學軟件等數(shù)字化實驗

2、工具，為中學物理聲學實驗提供了有效工具。本文主要談談朗威“天籟”（以下簡稱“天籟”）的使用。一、實現(xiàn)聲現(xiàn)象的可視化中學物理教學中，經常提到“聲波”的概念，說明聲音的本質是能量以機械波形式進行的傳遞。盡管有聲音的反射、衍射等實驗可以證明聲波的存在，但傳統(tǒng)實驗中恰恰缺乏對聲波進行記錄、描述和分析的實驗工具，實驗過程中過多依賴學生的感官，因此學生往往因為難以“看到”聲波而造成對聲學物理規(guī)律的認知障礙。以前，筆者就曾使用示波器專門設計了聲電流演

3、示裝置，顯著提高了聲學實驗教學的可視化程度。但依托示波器的演示裝置操作復雜，尤其不適合初中聲學實驗教學使用。在信息技術高度發(fā)達的今天，天籟以傳感技術為基礎，充分發(fā)揮了計算機作為高速采集、處理平臺的作用，先后開發(fā)出了朗威DISLab聲傳感器（圖一）和朗威天籟聲學教學軟件（圖二）。朗威DISLab聲傳感器將聲信號轉化為電信號并上傳至數(shù)據(jù)采集器，由數(shù)據(jù)采集器以115200波特率（約10K）的高速傳輸至計算機，天籟教學軟件即可實時描繪出聲波的波

4、形圖線，同時支持聲波波形的存儲、回放，進一步方便了實驗教學。朗威天籟聲學教學軟件直接運行于計算機平臺之上，普通的話筒即可成為采集聲波信號的傳感器，教學過程中可省略數(shù)據(jù)采集器和專用聲傳感器，直接在軟件窗口中觀察、分析。該軟件采用全圖形化人機交互界面，具備“音頻發(fā)生器、外部輸入和調用聲庫”三種工作模式，雙窗口、單窗口兩種顯示方式，其中單窗口顯進提供基于FFT（快速傅立葉變換）的頻譜分析功能（圖三），不僅能夠直觀顯示聲音的頻率，還能夠顯示基音

5、、泛音，為聲波的疊加、音色的形成等教學內容提供了有力支持。點擊“發(fā)聲”，拖動“頻率調節(jié)”滾動條，將上下兩窗口的發(fā)聲頻率分別調至1000Hz和500Hz（圖五）。點擊“發(fā)聲”、“暫?！?，在兩窗口之間切換，讓學生感知聲音，發(fā)現(xiàn)兩個窗口所發(fā)出聲音的音調存在明顯差異——上方窗口所發(fā)聲音的音調高于下方窗口所發(fā)聲音的音調。拖動下方窗口“頻率調節(jié)”滾動要，將發(fā)聲頻率調至2000Hz。點擊“發(fā)聲”、“暫?！?，在兩窗口之間切換，發(fā)現(xiàn)下方窗口所發(fā)聲音的音調

6、高于上方窗口所發(fā)聲音的音調。進入單窗口顯示，左右拖動“頻率調節(jié)”滾動條，可聽到音調由高到低，再由低到高的連續(xù)變化。結論：音調是由聲音振動的頻率決定的。頻率越高，音調就越高。反之音調越低。引申：音調雖然是人們對聲音的主觀感受，但其背后卻有客觀的物理學意義。男孩和女孩的音調為什么有區(qū)別？頻率不同的原因何在？發(fā)聲器官——聲帶的構造不同。所謂“變聲期”，就是童聲向成人聲音過渡的過程，其本質是聲帶的發(fā)育。3、音色的由來樂音令人舒暢而噪聲令人煩惱。

7、但對于樂音，人們也是有所取舍和傾向。因為，聲音擁有另一個重要特性——音色，又稱音品。音色的本質是不同頻率的聲音的合成與疊加。很多樂器都有自己的共鳴箱（如吉他、小提琴、月琴、揚琴等），通過共鳴箱促進不同頻率聲音的產生，最終與琴弦發(fā)出的聲音合成為音色優(yōu)美的樂音。道理很簡單，但是授課卻不容易。即便使用聲傳感器將聲波可視化，也難以讓學生理解不同頻率聲音的合成與疊加。有了朗威天籟聲學教學軟件就完全不同了。軟件中內置的頻譜分析功能（應用FFT，即快