朗威dislab與聲學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

1、中學(xué)聲學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的突破談朗威DISLab“天籟聲學(xué)教學(xué)軟件”的應(yīng)用江蘇省梅村高級中學(xué)陶錫泉聲音是人們?nèi)粘Ｉ钪兴究找姂T的現(xiàn)象，聲學(xué)之于廣大中學(xué)生，更是促進(jìn)科學(xué)與藝術(shù)融通的橋梁。強(qiáng)化聲學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，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(xué)階段的聲學(xué)教學(xué)基本上沒有有效手段，將聲音的響度、音調(diào)及音色等物理量以形象方式展現(xiàn)給學(xué)生，從而大大影響教學(xué)效果。朗威DISLab聲傳感器、朗威“天籟”聲學(xué)教學(xué)軟件等數(shù)字化實(shí)驗(yàn)

2、工具，為中學(xué)物理聲學(xué)實(shí)驗(yàn)提供了有效工具。本文主要談?wù)劺释疤旎[”（以下簡稱“天籟”）的使用。一、實(shí)現(xiàn)聲現(xiàn)象的可視化中學(xué)物理教學(xué)中，經(jīng)常提到“聲波”的概念，說明聲音的本質(zhì)是能量以機(jī)械波形式進(jìn)行的傳遞。盡管有聲音的反射、衍射等實(shí)驗(yàn)可以證明聲波的存在，但傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中恰恰缺乏對聲波進(jìn)行記錄、描述和分析的實(shí)驗(yàn)工具，實(shí)驗(yàn)過程中過多依賴學(xué)生的感官，因此學(xué)生往往因?yàn)殡y以“看到”聲波而造成對聲學(xué)物理規(guī)律的認(rèn)知障礙。以前，筆者就曾使用示波器專門設(shè)計(jì)了聲電流演

3、示裝置，顯著提高了聲學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的可視化程度。但依托示波器的演示裝置操作復(fù)雜，尤其不適合初中聲學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)使用。在信息技術(shù)高度發(fā)達(dá)的今天，天籟以傳感技術(shù)為基礎(chǔ)，充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)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(xué)教學(xué)軟件（圖二）。朗威DISLab聲傳感器將聲信號轉(zhuǎn)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(jì)算機(jī)，天籟教學(xué)軟件即可實(shí)時(shí)描繪出聲波的波

4、形圖線，同時(shí)支持聲波波形的存儲(chǔ)、回放，進(jìn)一步方便了實(shí)驗(yàn)教學(xué)。朗威天籟聲學(xué)教學(xué)軟件直接運(yùn)行于計(jì)算機(jī)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(xué)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(jī)交互界面，具備“音頻發(fā)生器、外部輸入和調(diào)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(jìn)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(xué)內(nèi)容提供了有力支持。點(diǎn)擊“發(fā)聲”，拖動(dòng)“頻率調(diào)節(jié)”滾動(dòng)條，將上下兩窗口的發(fā)聲頻率分別調(diào)至1000Hz和500Hz（圖五）。點(diǎn)擊“發(fā)聲”、“暫?！?，在兩窗口之間切換，讓學(xué)生感知聲音，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)窗口所發(fā)出聲音的音調(diào)存在明顯差異——上方窗口所發(fā)聲音的音調(diào)高于下方窗口所發(fā)聲音的音調(diào)。拖動(dòng)下方窗口“頻率調(diào)節(jié)”滾動(dòng)要，將發(fā)聲頻率調(diào)至2000Hz。點(diǎn)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(diào)

6、高于上方窗口所發(fā)聲音的音調(diào)。進(jìn)入單窗口顯示，左右拖動(dòng)“頻率調(diào)節(jié)”滾動(dòng)條，可聽到音調(diào)由高到低，再由低到高的連續(xù)變化。結(jié)論：音調(diào)是由聲音振動(dòng)的頻率決定的。頻率越高，音調(diào)就越高。反之音調(diào)越低。引申：音調(diào)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(xué)意義。男孩和女孩的音調(diào)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(gòu)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(zhì)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?yàn)椋曇魮碛辛硪粋€(gè)重要特性——音色，又稱音品。音色的本質(zhì)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(yáng)琴等），通過共鳴箱促進(jìn)不同頻率聲音的產(chǎn)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(xué)生理解不同頻率聲音的合成與疊加。有了朗威天籟聲學(xué)教學(xué)軟件就完全不同了。軟件中內(nèi)置的頻譜分析功能（應(yīng)用FFT，即快