文档介绍：弦振动研究试验
传统的教学实验多采用音叉计来研究弦的振动与外界条件的关系。采用柔性或半柔 性的弦线，能用眼睛观察到弦线的振动情况，一般听不到与振动对应的声音。
本实验在传统的弦振动实验的基础上增加了实验内容，由于采用了钢质弦线，所以 能文献1。
【乐理分析】
常见的音阶由7个基本的音组成，用唱名表示即：do, re, mi, fa, so, la, si, 用7个音以及比它们高一个或几个八度的音、低一个或几个八度的音构成各种组合就成 为各种乐器的“曲调”。每高一个八度的音的频率升高一倍。
振动的强弱(能量的大小)体现为声音的大小,不同物体的振动体现的声音音色是 不同的，而振动的频率f则体现音调的高低。f = 。 其相应的音阶表示为：
c, d, e, f, g, a, b,在将c音唱成“do”时定为c调。人声及
器乐中最富有表现力的频率范围约为60Hzl000Hz。c调中7个基本音的频率，以“do” 音的频率f = ，按十二平均律*的分法，其它各音的频率为其倍数，其倍 数值如表1所示：
表 1
音名
c
d
e
f
g
a
b
c
频率 倍数
1
C12 )
u）
V2)
u）
C12 )
京）
2
频率 Hz
*注：常用的音乐律制有五度相生律、纯律（自然律）和十二平均律三种，所对应的频率是不同 的。五度相生律是根据纯五度定律的，因此在音的先后结合上自然协调，适用于单音音乐。纯律是根 据自然三和弦来定律的，因此在和弦音的同时结合上纯正而和谐，适用于多声音乐。十二平均律是目 前世界上最通用的律制，在音的先后结合和同时结合上都不是那么纯正自然，但由于它转调方便，在 乐器的演奏和制造上有着许多优点，在交响乐队和键盘乐器中得到广泛使用。常见的乐器都是参照上 述表格确定的值制造的，例如钢琴，竖琴，吉它等。
金属弦线形成驻波后，产生一定的振幅，从而发出对应频率的声音。如果将驱动频 率设置为表1所定的值，由弦振动的理论可知，通过调节弦线的张力或长度，形成驻波， 就能听到与音阶对应的频率了（当然，这时候的环境噪音要小些）。这样做的特点是能产 生准确的音调，有助于我们对音阶的判断和理解。
【实验仪器】
DH4618型弦振动研究实验仪
双踪示波器
实验仪器由测试架和信号源组成，测试架的结构如图2所示。
26
1Kg
1—调节螺杆 2—圆柱螺母 3—驱动传感器 4—弦线 5—接收传感器
6—支撑板 7—张力杆 8—砝码 9—信号源 10—示波器
【实验内容】
一、实验前准备
.选择一条弦，将弦的带有铜圆柱的一端固定在张力杆的U型槽中，把带孔的一端 套到调整螺杆上圆柱螺母上。
.把两块劈尖（支撑板）放在弦下相距为L的两点上（它们决定弦的长度），注意 窄的一端朝标尺，弯脚朝外，如图2；放置好驱动线圈和接收线圈，按图2连接好导线。
. 挂上质量可选砝码到张力杆上，然后旋动调节螺杆，使张力杆水平（这样才能 从挂的物块质量精确地确定弦的张力），见图3。因为杠杆的原理，通过在不同位置悬挂 质量已知的物块，从而获得成比例的、已知的张力，该比例是由杠杆的尺寸决定的。如 图3（a）,挂质量为“M”的重物在张力杆的挂钩槽3处，弦的拉紧度等于3M；如图3（b）, 挂质量为“M”的重物在张力杆的挂钩槽4处，弦紧度为4M,……。
注意：由于张力不同,弦线的伸长也不同,故需重新调节张力杆的水平。
(a)张力3M
(b)张力4M
图 3 张力大小的示意
二、实验内容
张力、线密度和弦长一定,改变驱动频率,观察驻波现象和驻波波形,测量共振 频率。
1）放置两个劈尖至合适的间距，例如60cm,装上一条弦。在张力杠杆上挂上一定 质量的砝码（注意，总质量还应加上挂钩的质量），旋动调节螺杆，使张力杠杆处于水平 状态，把驱动线圈放在离劈尖大约5〜10cm处，把接收线圈放在弦的中心位置。提示：为 了避免接收传感器和驱动传感器之间的电磁干扰,在实验过程中要保证两者之间的距离 至少有10cm。
驱动信号的频率调至最小,合适调节信号幅度,同时调节示波器的通道增益为
10mV/格。
慢慢升高驱动信号的频率，观察示波器接收到的波形的改变。注意：频率调节过 程不能太快，因为弦线形成驻波需要一定的能量积累时间，太快则来不及形成驻波。如 果不能观察到波形，则调大信号源的输出幅度；如果弦线的振幅太大，造成弦线敲击传 感器，则应减小信号源输出幅度；适当调节示波器的通道增益，以观察到合适的波形大 小。一般一个波腹时，信号源输出为2〜3