音叉口腔共振

將發聲中的音叉接近我們的口，在調整口腔大小後我們將可以極響的聲音。

實驗目的

藉由音叉靠近嘴巴並調整口腔的大小與形狀製造共振現象。並以Cavity Resonance（腔體共振）為模型，推導出共振頻率，以實驗驗證之。

實驗演示

將發聲中振動的音叉接近我們的嘴巴，在調整口腔大小後將可以得到極響的聲音，即是聲音的共振現象。

示範實驗

原理說明

1. 聲音的共振現象：行進波遇到不同介質的界面時會分為透射波與反射波，透射波是速率改變、前進方向不變的波，而反射波是速率相同、方向相反的波。當波在一封閉的區間內行進時，發生全反射，且入射波頻率和此區間長度所關連的共振頻率成整數倍關係時，入射波和反射波會遵循波的重疊原理產生干涉作用，在共振腔內產生駐波(standing wave)，發生共振現象。


2. 腔體共振：一空氣腔具有特定的共振頻率，當多餘的空氣被擠壓入腔體並釋放後，增加的壓力會再將空氣送出，就像將一物體放在彈簧上下壓後再釋放，彈簧會向上彈且超過原來高度，腔體也會因為送出過多空氣造成一小處真空並同彈簧一樣開始依一頻率行簡諧運動。而這個共振頻率為：

    

   其中， v 為波速，A為開口面積，V為腔體體積以及頸長L。開口大頻率高，因為空氣進出可以更快；容積大會使移動的空氣量增大；與頸長成反比則是因為L大會在空氣進出時造成較多阻力。

   

   圖片：Cavity Resonance(腔體共振)模型示意圖

3. 實驗中用到的音叉產生的頻率固定，所以有特定的共振腔大小。當我們調整口腔的大小至與音叉的頻率符合時，就會有極響亮的聲音出現，即因聲波在口腔中產生駐波。

思考問題

在練合唱時，常常會有”ㄚㄟㄧㄛㄨ”當作發生練習，請問這些口型的發生練習與共振頻率有關嗎？

生活中的應用

參考資料

Fundamentals of Physics, Halliday

工作人員

鍾旻峰、鄭兆文、陳柏中、魏銘良

周貞佑、黃冠維、呂驊樵、黃可凡

指導老師

傅昭銘教授