探索声音的奥秘

◎中南大学第一附属小学 李晨熙

一次，我在户外玩耍时抓到了一只蝉。我发现蝉不是从嘴巴发出声音，而是通过腹部鼓膜的振动发出声音。那么，所有的物体都是通过振动发出声音吗？声音大小和什么有关？声音还有哪些奥秘呢？

一、探究发声的原理

（一）探究人体的发声

将手轻轻地放在喉咙处，然后张大嘴巴“啊”，如图1，我的手感受到了喉咙的振动。

（二）探究物体的发声

实验材料：

纸杯、橡皮筋。

实验步骤：

1.将橡皮筋套在纸杯上，如图2。

图2

2.用手拨动橡皮筋，我看到橡皮筋在振动，也听到了声音。

3.当橡皮筋停止振动时，声音也停止了。

我还借用实验室的高速摄像机，记录敲门、敲鼓时门表面和鼓面的变化。通过慢放视频，我清晰地看到了鼓面和门表面细微的振动。于是，我得出结论：声音由物体的振动产生，振动停止，声音也会停止。

二、探究声音高低的秘密

橡皮筋、鼓都是通过振动发出声音，但每种声音听起来都有所不同。当我拨动吉他的琴弦时，我发现即使是同一根琴弦，按压的位置不同，发出的声音也不同。那么，吉他声音的高低和什么有关呢？

实验材料：

橡皮筋、木板、尺子，如图3。

图3

实验步骤：

1.将木板裁切后组装成一个简易的琴弦架，用橡皮筋当作琴弦，如图4。

图4

2.左右移动竖立着的木头，拨动右侧的橡皮筋。我发现木头越靠近左边，声音越低沉；木头越靠近右边，声音越高扬。

3.将竖立着的木头固定，让橡皮筋放松一些，再次拨动橡皮筋，我发现声音较放松前低沉。

4.更换不同粗细的橡皮筋后再拨动琴弦，我发现声音也有所不同。

由此看来，影响声音高低的因素有很多，这些因素有什么共同特征吗？我通过高速摄像机观察，发现橡皮筋的长度、松紧、粗细都会影响每分钟的振动次数，即振动频率。于是，我得出结论：声音的高低与物体的振动频率有关，振动频率越低，声音越低沉，反之亦然。

三、探究声音的共鸣

我发现吉他、小提琴的“身体”都比较大，琴箱里有很大的剩余空间，为什么要做一个这么大的“空箱子”呢？

实验材料：

棉绳、弹簧、牙签、纸杯，如图5。

图5

实验步骤：

1.将棉线绷直后放在耳边，如图6，轻轻拨动棉线会听到细细的声音。

图6

2.在棉线的一头系上小段牙签，在纸杯底部钻一个孔，将棉线的另一头穿过小孔，如图7。这样就相当于给棉线加了一个“空箱子”。

3.再次拨动绷直的棉线，如图8，我发现这次听到的声音变大了。

图8

4.将弹簧拉长，轻轻拨动弹簧，会听到轻微的声响。

5.将弹簧的一头固定在纸杯底部，再次拨动拉长的弹簧，我听到了清晰的声音，如图9。

图9

我发现声音经过“空箱子”后会被放大，这是什么原因呢？通过反复实验和仔细观察，我发现棉线和弹簧振动时，会将振动传递到纸杯壁面，引起杯内空气一起振动。查找资料后，我了解到这就是声音的共鸣，乐器的“空箱子”也叫“共鸣箱”。

四、探究声控灯的工作原理

我家是楼梯房，晚上走在楼梯间时，灯泡“听”到我的声音就会自动亮起。我很好奇，声音如何控制灯泡呢？

查找资料后，我了解到声控开关包括电路板和声音接收器，电路板能将声音振动转换为电信号，从而控制电路的通断。我购买了一个声控开关，将其拆解后，找到了声音接收器—— 一个有黑色绒布的小圆柱，如图10。

图10

实验材料：

电池、声控开关、灯带，如图11。

图11

实验步骤：

1.将电池、声控开关、灯带的电路连接起来，如图12。

图12

图13

2.我大喊一声后，灯带亮起。声音停止几秒后，灯带自动熄灭。

经过多次测试，我发现在一定距离内，声音确实可以通过声音接收器、电路板控制灯的开与关。

经过一段时间的探索，我知道了声音由物体的振动产生，振动停止，声音就会停止；物体的振动频率决定声音的高低，振动频率越高，声音越高；物体的振动可以引起共鸣，从而将声音放大；振动发声的原理可以应用到生产生活中，给人们带来便利。