基于Cool Edit Pro软件的声波干涉实验

朱成标+宋万松+陈晓珍+高超

摘 要：利用Cool Edit Pro录音音频编辑软件，可以生成并输出频率精确的正弦式音频信号，推动两个微型扬声器发声形成理想的相干声源，用Cool Edit Pro 软件的录音电平显示功能，检测声波干涉场声波信号的强弱，可以实现对声波干涉的定量测量和研究。

关键词：Cool Edit Pro录音音频编辑处理软件；声波干涉；相干声源；波程差；干涉图样

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2017）10-0054-2

目前，在高中物理教学中，“机械波干涉”实验只有一些定性演示实验，还没有定量测量实验，主要原因有：一是没有频率可任意设定的正弦式相干波源；二是缺少对干涉场场点波动信号的强弱进行测量显示的仪表。本实验设计利用Cool Edit Pro软件，成功地解决以上两个难题。

Cool Edit Pro是一款功能强大、效果出色的多轨录音和音频编辑处理软件，该软件有许多功能可用于中学物理实验教学。本实验只将该软件的两个功能用于声波干涉实验，一是正弦式信号发生，二是声波电平检测。

1 实验原理

1.1 相干声源的产生

原理如图1所示：

从网上下载Cool Edit Pro软件，安装到电脑上，打开Cool Edit Pro软件，点击菜单栏“生成”→“音调”，出现图2所示的对话框，在“基础频率”栏任意输入发声频率的数值，在“调味特性”栏输入1，就能生成輸出频率已知的正弦音频信号。将产生正弦音频信号保存为mp3格式的文件，用音乐播放软件播放，从电脑的耳机插孔输出，经音频功率放大器放大，推动扬声器S1、S2发声，S1、S2为同相并联，发声时能形成频率、相位、振幅都相同的相干声源。S1、S2为带有助声腔的φ10无源蜂鸣器，由于发声孔很小，因此S1、S2发声时可视为较理想的“点声源”。音频功率放大器可选用价廉的TDA2030成品功放。

1.2 干涉声场场点声强的检测

先用驻极体MIC头制作一微型麦克风，将麦克风接入电脑MIC插孔，打开Cool Edit Pro软件，在波形编辑界面下，点击菜单栏“选项” →“录音电平”，就可以打开用于对（下转第58页）（上接第54页）录音电平监视的电平表，通过电平表的幅度条的长度，直观地看到麦克风接收到的声波信号的强弱。如图3所示。由于是用微型麦克风接收干涉场的声波，因此对干涉场的探测可以看作是“点探测”。

2 实验研究

2.1 描绘声波的“干涉图样”的曲线

将底座带有磁铁的微型喇叭S1、S2吸附在铁质小白板上，在S1、S2发声的声场内，用底座带有磁铁的微型麦克风P探测接收声波信号，改变麦克风P的位置，用Cool Edit Pro的电平表显示声波信号的强弱，将探测的声波“增强点”“减弱点”记录在白板上，绘制干涉增强线和干涉减弱线，得到“干涉图样”的曲线。装置如图4所示。

2.2 验证波程差与波动增强、波动减弱的关系

当波程差Δ=S1P-S2P满足：

Δ=kλ 干涉加强（声音强）

Δ=（2k+1）λ/2 干涉减弱（声音弱）

k为整数，用刻度尺测量S1P、S2P的长度，代入波程差公式，即可对公式进行验证。

2.3 测量声波在空气中传播的速度

用波程差公式，结合对波程差的测量，计算出声波的波长λ；发声频率f为预先设定的已知量，根据波速公式：

v= fλ

就可以求出声波在空气中的传播速度。

由于本实验采用的是电脑软件辅助实验，结合摄像头，可方便地将实验的过程、现象显示在屏幕上，从而实现“可视化”实验教学。

参考文献：

[1]张弛.电脑音频制作教程——Cool Edit Pro应用[M].北京：北京希望电子出版社，2002.

（栏目编辑 王柏庐）endprint