基于DIS系统对自制音叉的简单实验研究

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【摘要】本文对自制音叉进行简单研究，利用DIS数字化信息系统作为测量监控系统，对自制音叉展开简单的分析研究。

【关键词】自制音叉;正型音叉;异型音叉;DIS数字化信息系统

音叉是呈“Y”形的钢质或铝合金发声器，各种音叉可因其质量和叉臂长短、粗细不同而在振动时发出不同频率的纯音。一般而言，音叉的两个叉股长度是相等的，两叉股直间的距离也是处处相等的，称为正型音叉;若两叉股的长度不相等，称为异型音叉。本文利用DIS数字化信息系统对自制正型和异型音叉进行简单分析研究。

1.研究方案设计

引入DIS数字化信息系统进行检测音叉的振动频率，敲击音叉，使音叉振动发出声波。由DIS系统中的声传感器采集信号，通过数据采集器，DIS系统处理数据显示出相关图形，从而进行相关性探索研究;装置图如图1所示。

图1 实验装置图

2.实验研究

按照图1连接好装置，使用橡胶锤敲击音叉叉股，使音叉振动发出声波，通过DIS系统中的声传感器采集信号，经过数据采集器，DIS系统处理数据显示出相关图形。分别对标准音叉，自制正型音叉和自制异型音叉进行简单研究，标准音叉及自制音叉叉股实物图如图2所示（自制音叉A-G）;标准音叉及自制音叉资料表如表1所示。

图2 标准音叉及自制音叉实物图

表1 音叉资料表

2.1 标准音叉实验研究

选用一只标称频率为270.0Hz的音叉标准音叉，将其固定在音叉共鸣箱上。敲击音叉叉股，使音叉振动发出声波，通过DIS系统中的声传感器采集信号，经过数据采集器，DIS系统处理数据显示出相关图形，如图3所示。

由图3可以看出标准音叉振动的三个周期为：3T=0.0111s，那么，标准音叉振动的一个周期为：T=0.0037s，从而可得出标准音叉的频率：f=270.3Hz。

两者相差f=0.3Hz，两者相差很小，可忽略。

图3 标准音叉振动波形图

由以上可知，DIS系统对音叉振动采集的振动波形的误差很小，从理论上讲，进一步采用DIS系统对自制音叉进行简单分析研究，应该是可行的。

2.2 自制正型音叉A实验研究

选用自制正型音叉A，将其固定在音叉共鸣箱上。敲击音叉叉股，使音叉振动发出声波，通过DIS系统中的声传感器采集信号，经过数据采集器，DIS系统处理数据显示出相关图形，如图4所示。

图4 自制音叉A振动波形图

由图4可以看出，自制正型音叉A的振动波形不是规则的正弦波，这是由于自制音叉叉股质量分布不均匀以及叉股臂间宽分布不均匀造成的。可以把自制正型音叉A的振动波形近似看成是正弦波，从而可以从图4得出。

自制正型音叉A振动的六个周期为：6T=0.0068s，那么，自制正型音叉A振动的一个周期为：T=1.13×10-3s，从而可得出自制正型音叉A的频率：f=885.0Hz。

图5 自制音叉B振动波形图

2.3 自制正型音叉B实验研究

选用自制正型音叉B，将其固定在音叉共鸣箱上。敲击音叉叉股，使音叉振动发出声波，通过DIS系统中的声传感器采集信号，经过数据采集器，DIS系统处理数据显示出相关图形，如图5所示。

可以从图5得出;自制正型音叉B振动的六个周期为：6T=0.0160s，那么，自制正型音叉B振动的一个周期为：T=2.67×10-3s，从而可得出自制正型音叉B的频率：f=374.5Hz。

2.4 自制正型音叉C实验研究

选用自制正型音叉C，将其固定在音叉共鸣箱上。敲击音叉叉股，使音叉振动发出声波，通过DIS系统中的声传感器采集信号，经过数据采集器，DIS系统处理数据显示出相关图形，图形如图6所示。

图6 自制音叉C振动波形图

图7 自制音叉D振动波形图

图8 自制音叉E振动图

图9 自制音叉F振动波形图

可以从图6得出;自制正型音叉C振动的三个周期为：3T=0.0052s，那么，自制正型音叉C振动的一个周期为：T=1.73×10-3s，从而可得出自制正型音叉C的频率：f=578.0Hz。

2.5 自制正型音叉D实验研究

选用自制正型音叉D，将其固定在音叉共鸣箱上。敲击音叉叉股，使音叉振动发出声波，通过DIS系统中的声传感器采集信号，经过数据采集器，DIS系统处理数据显示出相关图形，如图7所示。

图10 自制音叉G振动波形图

由图7可以看出，自制正型音叉D的振动波形图不具有周期性和规律性，从声学的角度讲，自制正型音叉D产生的声音已不是纯粹的单音。

2.6 自制异型音叉的实验研究

分别选用自制异型音叉E、F、G，分别将其固定在音叉共鸣箱上。敲击音叉叉股，使音叉振动发出声波，通过DIS系统中的声传感器采集信号，经过数据采集器，DIS系统处理数据显示出相关图形，如图8、图9、图10所示。

由图8、图9、图10可以看出，自制正型音叉E、F、G的振动波形图不具有周期性和规律性，从声学的角度讲，自制异型音叉E、F、G产生的声音已不是纯粹的单音。

3.结束语

由以上对自制音叉的简单分析研究可见，自制正型音叉的振动波形图具有周期性和规律性，其频率与叉臂质量和叉臂长短以及叉臂之间的距离有关;对自制异型音叉而言，其振动波形图不具有周期性和规律性，从声学的角度讲，自制异型音叉产生的声音已不是纯粹的单音，从理论上讲，异型音叉已不是音叉。

参考文献

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项目来源：物理学国家级特色专业项目（项目编号：12467）;云南省大学生创新性实验设计项目。

通讯作者：王昆林。