敲击空瓶和装水的瓶,哪个音调更高?

敲击时水杯中水位越高音调就越高吗？

“水杯装入不同体积的水后，敲击时音调如何 变化的问题”就作者所见，存在3种代表性观点： 其一，杯子盛水后，振动范围主要在水面以上 的杯壁，发出的音调较高．盛水越满，振动范围就 越窄，频率越高n]． 其二，敲击装水的瓶子时是由瓶、水振动发出 声音的，而瓶子相同，因此发声的音调主要取决于 装有水柱的长短．水柱长，振动慢，频率小，音调 低．相反，水柱短则音调高[2J． 其三，敲击杯壁不同部位时，发声体是杯壁． 由于下部受到水的压强大，水对杯壁的阻尼作用 大，所以频率减小，音调就低[3]． 而本文实验表明敲击杯口和杯壁，音调变化 不同；敲击杯壁不同位置，音调不变．我们发现从 实证的角度得出的结论与...全部

  “水杯装入不同体积的水后，敲击时音调如何 变化的问题”就作者所见，存在3种代表性观点： 其一，杯子盛水后，振动范围主要在水面以上 的杯壁，发出的音调较高．盛水越满，振动范围就 越窄，频率越高n]． 其二，敲击装水的瓶子时是由瓶、水振动发出 声音的，而瓶子相同，因此发声的音调主要取决于 装有水柱的长短．水柱长，振动慢，频率小，音调 低．相反，水柱短则音调高[2J． 其三，敲击杯壁不同部位时，发声体是杯壁． 由于下部受到水的压强大，水对杯壁的阻尼作用 大，所以频率减小，音调就低[3]． 而本文实验表明敲击杯口和杯壁，音调变化 不同；敲击杯壁不同位置，音调不变．我们发现从 实证的角度得出的结论与以往观点不能完全吻 合，有必要做进一步研究． 1 实验方法 在实验研究过程中，笔者采用定性与定量相 结合的方法，对各种情况下敲击水杯发声音调变 化进行了比较系统的实验研究． 1)定性研究 观察水杯装水后音调变化的方法如下：首先 要进行声音的采集，Windows操作系统自带的 “录音机”可以实现此功能．然后将声音回放出 来，一定要能够显示出波形才行，可采Windows操作系统自带的“Windows Media Player” 播放软件．在该软件的菜单中的依次选择：查看 一可视化效果一条形与波浪一波形．由此即可看 到波形，波形越密集表明声音的频率越高． 2)定量研究 为了进一步定量地研究，我们通过“虚拟仪 器”来完成．该软件不需要专门的设备j如实验要 求不高，使用头戴式话筒即可采集声音．敲击物 体，可以显示波形和频率．实验前先用512 Hz的 音叉进行校正，频率计显示516 Hz，误差小于 l％，可以接受． 在实验中进行了如下几项测量： a．在杯中装水，分别敲击杯口和杯壁，改变杯 中的水位，从空容器开始，每次水深增加i cm，测 量各次发声频率． b．在杯中装入米粒，重复上述步骤． c．在厚壁小口牛奶瓶中装水，增加测量向瓶 内吹气时的发声频率，重复上述步骤． d．摩擦高脚酒杯的杯口，测量发声频率，重复 上述步骤． e．在杯中装人不同深度的水，敲击杯子侧壁 的不同部位，如图l所示的1～6各部位，测量发 声频率． 在敲击杯子时，敲击力度不能太大，否则会损 坏杯子；声音振幅衰减很快，频率计只在峰值时有 示数．重复几次，可看到示数相同．在实验过程中还使用了屏幕录像软件．该软件可对全过程进 行录像，并且输出为一段视频，也可输出为每一帧 图片．本实验过程中录像的采样频率为10帧／s， 从中看出声音衰减很快，大约0．3 S后波形失真． 为了减少敲击的杂音，可用橡胶槌敲击，并且 把杯子放在稍有弹性的鼠标垫上． 2 实验结果 令杯中物质深为h，向下敲击杯口时测得的 频率为^，敲击杯壁时测得的频率为，b，向瓶内 吹气时测得的频率为上． 1)向杯子中装水，分别敲击杯口和杯壁，测量 结果见表1． 表I杯中装水时。
  敲击杯口和杯壁的实验数据 775 810 925 990 l 205 1 356 l 720 1 720 1 720 l 701 1 636 1 507 2)向杯子中装米，分别敲击杯口和杯壁，测量 结果见表2． 表2杯中装米时。
  敲击杯口和杯壁的实验数据 775 810 839 862 925 947 1 720 l 720 I 720 l 720 I 720 l 720 3)向厚壁小口牛奶瓶装水，分别敲击瓶口、侧壁和向瓶内吹气，测量结果见表3．表3敲击杯口、侧壁和吹气的实验数据 h／cm fk／Hz 。
  fh／Hz|t／Hz 344 366 387 430 452 516 344 366 387 430 452 516 344 366 387 430 452 516 4)摩擦高脚酒杯的杯口，测量结果见表4． 表4摩擦杯口的实验数据 h／cm 氏／Hz 969 950 927 878 808 715 5)敲击杯子侧壁的不同部位，发声频率测量 结果见表5．所采用的杯子深度是11．5 cm，表5 中的敲击部位z是以水面为坐标原点，向上为正 方向． 表5敲击侧壁不同部位的实验数据 h／cm x／cm {|Hz 5 5 5 10 10 i0 —2 O 2 —7 —5 —3 2 174 2 174 2 174 1 593 1 593 1 593 3结论与讨论 根据反复实验和大量实验数据，得出下面的 一些结论： 1)敲击杯口时，装水越多，发声频率越高． 2)敲击杯子侧壁，要视容器和内容物而定，不 能一概而论． 3)敲击水杯侧壁时，发声频率只与装水多少 有关，而与敲击部位无关． 不过这些实验结果与已有的关于此现象的解释存 在较大争议。
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