声音可以被看到吗?不要以为这是天方夜谭,一些面粉、沙子或盐就能实现。今天,小编带大家一起揭开克拉尼图形的秘密。
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声音现形--克拉尼图形
18世纪末,在贝多芬耳聋十分严重的时候,他为了坚持创作,用牙齿咬着一根小木棍,另一端插在钢琴箱内,以木头为介质,将钢琴的振动通过骨传导获得听觉而作曲。可见,当时的人们对于声音的传播方式已经有了初步的认识。
德国科学家恩斯特·克拉尼发明了一种方法,首次证明了声音是由振动产生,并通过介质以波的形式来传播,那就是直接将声波的振动可视化,让每个人都可以用眼睛实实在在地观察到。
克拉尼选择了一块金属薄板,并在上面均匀地撒上细沙。然后使用小提琴的琴弓拉响薄板,结果薄片上的细沙开始移动,自动排列成不同的美丽图案。
随着琴弦拉出的音调改变,图案也随之不断变幻,这就是著名的克拉尼图形。
换一种音调,图形也发生变化
每一种音调,都有对应的图形
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多变的克拉尼图形
克拉尼的发现并不是偶然,实验也不仅仅依靠猜想。作为科学家的他早在年就开始从数学方面研究声波,在科学研究的同时,还对音乐保持着浓厚的兴趣,被誉为声学之父。
克拉尼实验中,当覆盖着一层沙子的薄板受声波振动时,薄板以复杂的方式振动,每个部分振动的强度不同,从而影响了振动区域沙子抖动后的走向。小沙粒会自动聚集在金属板振动最平缓的地方。
后人重复的克拉尼图形
克拉尼板的形状可以是正方形、矩形和圆形,甚至还可以是小提琴或吉他的形状,只需在中心具有固定约束即可。
如果改变板子的材质,或者传递的音频,也就是波的振幅与频率都会发生变化,薄板振动平缓或强烈的区域也将随之改变,最终就会产生不同的图案。
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克拉尼图形的原理
那么一块木板上为什么会出现不同的振动强度呢?这是因为当声波传递时,遇到障碍物或传递介质的改变,将会发生反射,就好像海边的波浪拍打到岸边,又会退回去一样,形成了反射波。
当木板上的前进波遇到了障碍物形成反射波后,反射波与前进波叠加后会形成驻波。(想要详细了解驻波的小可爱
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