Исследование сложных звуков

1. Демонстрация звуковых кривых. 1) Прибор Лебедева-Фрелиха (фонодейк). 2) Проекционный фонарь с конденсором и объективом. 3) Круглая диафрагма. 4) Вращающаяся зеркальная призма.

Прибор Фрелиха, усовершенствованный Лебедевым, представляет собой короткую коническую деревянную трубу узкий конец которой заканчивается очень тонкой пробковой мембраной (d = 5—8 см), зажатой посредством ряда винтов в металлическую оправу (рис. 118, I).

Рис. 118 /: а—общий вид прибора Лебедева-Фрелиха; b — деталь монтировки зеркальца; с — M — мембрана, р — пробковая пята; z — зеркальце; О — ось

К металлической оправе с наружной стороны трубы прикреплен металлический мостик, на котором имеются две цапфы для тонкой стальной оси (l = 5—7 мм). На этой оси укреплено маленькое легкое зеркало, сделанное из покровного стеклышка для микроскопа, размером в 3—4 мм в поперечнике. Правильность его формы не имеет значения. К пробковой пластинке приклеивается маленький кусочек пробки в виде стерженька длиной 5—6 мм, толщиной 1—2 мм; ось стерженька должна быть перпендикулярна к мембране.

Пробковый стерженек служит пятой, посредством которой колебания пластинки передаются зеркалу (для этого край зеркальца упирается в надрез в пробковом стерженьке). Прибор устанавливается так, что ось вращения зеркальца горизонтальна. За конденсором фонаря помещается круглая диафрагма (d = 3—5 мм). За ней помещается длиннофокусный объектив (пролагатель) таким образом, чтобы свет из фонаря, прошедший сквозь круглое отверстие, падал на зеркальце, отражался на вращающуюся зеркальную призму, а от нее отражался на экран, помещенный на расстоянии 2—5 м. Передвигая объектив, получают на экране изображение круглого отверстия (зайчик).

Если у широкого отверстия трубы прибора Лебедева-Фрелиха производить звуки, например громко говорить, то пробковая мембрана будет дрожать. Поступательные колебания мембраны сопровождаются вращательными колебаниями зеркала, отчего зайчик колеблется в вертикальном направлении, и вместо круглого светлого пятна на экране видна растянутая вертикально светлая полоска.

При вращении зеркальной призмы полоска развертывается в кривую периодическую линию. Так как собственные колебания пробковой мембраны незначительны, то получающиеся кривые достаточно близко передают колебания воздуха при произнесении различных гласных.

При помощи данного прибора можно показать различие звуковых кривых для различных гласных, напеваемых на одну и ту же ноту. Можно показать, что кривая в случае камертона весьма близка к синусоиде.

Прибор Лебедева-Фрелиха может быть несколько упрощен. Прежде всего пробковый лист может быть заменен тонкой парафинированной бумагой (годится парафинированная бумага, употребляющаяся в качестве изолирующего слоя в телефонных конденсаторах). Ее надо зажать между металлическими кольцами при помощи прокладок из резины или толстой бумаги. Другой способ зажимания мембраны показан на рисунке 118, 2. Можно просто приклеить бумагу к проволочному кольцу.

Рис. 118.2. Зажимание мембраны при помощи картонной трубки, надеваемой на металлическое кольцо: А — металлическое кольцо с припаянным к нему раструбом и ушками; В — картонное кольцо; С — папиросная бумага; D — прибор в собранном виде

По способу Сирочинского зеркальце надо укрепить при помощи трех маленьких пробок (рис. 119, 1). Две пробки А, А насаживают на концы проволочной вилки, закрепленной одним из винтов, стягивающих металлические кольца, сжимающие мембрану, третья пробка В служит пятой так же, как и в приборе Лебедева-Фрелиха. Ее надо приклеить к мембране ничтожным количеством воска (1 мм³), расплавляемого нагретой проволочкой.

Рис. 119. 1. Способ монтировки зеркальца Z (при помощи проволочной вилки и пробок А, А и В)

Пробочки, насаженные на концы вилки, должны иметь вид клиньев с острым углом. Это необходимо для уменьшения трения. Однако зеркальце должно быть закреплено настолько прочно, чтобы ось, около которой качается зеркальце, не смещалась (колебания оси приведут к тому, что на экране получится при неподвижной призме не вертикальная полоска, а нечто вроде эллипса).

Более легкий способ монтировки зеркальца таков. Над мембраной на расстоянии 3—5 мм протягивается проволока (d = 0,2 мм). Проволоку можно натянуть, например, между двумя винтами, стягивающими кольца. На проволоку предварительно надевается отрезок, тонко оттянутой стеклянной трубки (l — 6—8 мм, d = 0,3 мм). К стеклянной трубке приклеивается шеллаком зеркальце (рис. 119, 2).

Рис. 119. 2. Способ монтировки зеркальца при помощи стеклянной трубочки, надетой на проволоку. Проволока натянута между ушками. DD — проволочные дуги, исключающие колебания проволоки. Справа — зеркальце с приклеенной к нему стеклянной трубочкой

Это делается так: зеркальце кладется на дощечку блестящим слоем вниз; на нее кладется проволочка с надетым на нее отрезком стеклянной трубочки. Другую проволочку (d = 0,5 мм) накаливают на пламени, после чего касаются ею шеллачной пластинки ничтожных размеров, которая тотчас прилипает к ней. Затем эту проволочку вновь вносят в пламя так, чтобы кончик с прилипшей к нему шеллачной пластинкой был вне пламени. Шеллак плавится, образуя на кончике проволочки капельку объемом около 1 мм³.

При помощи этой капельки приклеивают стеклянную трубочку к зеркальцу. Чтобы избежать колебаний проволочки следует под нее подвести две проволочных дужки, как показано на рисунке 119, 2. Колебания мембраны передаются зеркальцу тоже при помощи пробковой пяты в виде стерженька с надрезом.

По способу Зворыкина зеркальце прикрепляется к иголке, которая прижимается второй иголкой к поверхности полюса магнита (рис. 119, 3). Вторая иголка приклеивается к мембране (для этого мембрана прокалывается иглой). При колебаниях мембраны и связанной с ней второй иголки первая иголка и зеркальце вращаются взад и вперед. Если иголки достаточно тонки, то прибор очень чувствителен.

Рис. 119. 3. Способ монтировки зеркальца при помощи магнита: А — иголка, приклеенная к мембране; В — иголка с зеркальцем; С —скоба, надеваемая на магнит (к ней припаивается кольцо для мембраны)

Недостатком его является скольжение первой иголки по поверхности магнита, что приводит к расстройству установки. Чтобы избежать этого, рекомендуется потереть иголки способе монтировки зеркальца лучше взять мембрану с большой площадью (d = 10—11 см).