声音三要素的教案

声音的三要素

教学目标

知识目标：

1．知道乐音的三要素．

2．知道乐音的音调跟发声体的振动频率有关，响度跟发声体的振幅和距发声体的远近有关，不同发声体发出的乐音的音色不同．

3．常识性了解频率的概念及其单位

4．常识性了解能引起人的听觉的声音的频率范围

能力目标：

1．过观察教师演示实验培养学生的观察能力和分析概括能力

2．通过学生参与实验培养学生的动手能力

情感目标：

通过本课学习，使学生感受到：物理不但是一门实用学科，同时还是一门具有艺术性、很美的一门学科．

教学建议

教材分析

教材首先从我们周围的两类声音：一类是使人感到愉快的声音——乐音；一类是使人感到烦躁的声音——噪声教材以实验为基础，通过生活中有关实例的分析和概括，引入了乐音的三个基本要素——响度、音调和音色

由于音调跟频率的关系，多数学生缺乏感性认识，教材安排了用硬纸片划木梳和拨动橡皮筋的实验，教材在出现频率的概念和单位这一较深知识点的同时，又举出一个有趣的人、狗、猫听觉范围对照的实例，以有利于学生对频率的理解，同时又会引起学生的兴趣

响度跟振幅的关系学生比较容易接受，给出其关系后，教材利用插图介绍了一些减少声音分散，增大响度的方法，使知识与实际联系起来

由于音色是三要素中较为复杂的概念，教材只是简单指出了声音有这个特征，而未进一步探讨

教法建议

1）引入要激发学生的求知欲

新课引入没有一定的模式，要根据教材、学校实验设备、学生实际等条件，用不同的形式巧妙的引入，注意引起学生的兴趣，激发求知欲望，跟该堂课要学习的内容紧密的联系起来

2）注重实验，加强学生的感性认识

教学大纲对本节知识点的要求较低，而这节教材的知识点虽少，但感性东西较多，单纯靠讲是不行的，必须加进大量实验，通过实验使学生获得感性认识，活跃课堂，增强学生对知识的理解力如可增加让直尺振动发声，演示振动快慢与音调的关系；在纸盆上放乒乓球，演示响度跟振幅的关系等

3）注意引导学生区别科学用语和日常用语的不同

4）本节课物理名词较多，对于刚上物理不久的初二学生来说要完全理解是困难的，不要给学生提出过高的要求，课内教学也不要在这些名词上多费唇舌，否则将适得其反，要把握住本课的教学目的这些名词在实际生活中和今后高中物理课的学习中，还可以进一步加深理解

教学设计示例

重点和难点

1、知道乐音的三要素

2、知道乐音的音调跟发声体的振动频率有关；响度跟发声体的振幅和距发声体的远近有关；不同发声体发出的乐音的音色不同

教法：学生参与实验

教具：

录音机、磁带、旋转齿轮装置、木梳、硬纸片、硬塑料片、粗细不同的橡皮筋、由演奏同学准备乐器

教学过程 ：

（一）新课引入

[播放录音]教师提前录好一段赏心悦目的轻音乐和一段在繁忙路口来来往往的各种车辆的声音，上课时用录音机放出来，让学生感受并做出判断：

使人感到愉快的声音 → 乐音

使人感到烦躁的声音 → 噪音

方法1：[播放录音]用录音机播放有高音部和低音部的合唱歌曲的磁带

请同学分析低音部和高音部的不同？男声和女声的不同？演奏乐器有哪些？引入乐音的三要素

方法2：请班上会乐器演奏的同学表演（应有两种以上的乐器），引入乐音的三要素

（二） 新课教学

一、 音调

方法1：学生分组实验探索总结

[实验1]用一张硬纸片，让它在木梳齿上划过，一次快些，一次慢些

分析：谁是发声体？拨动快慢对发声体有何影响？声音听起来有什么不同？

[实验1]拨动张紧的细橡皮筋，再拨动张紧的粗橡皮筋

分析：粗细不同的橡皮筋振动快慢不同，音调不同

结论：音调跟发声体振动快慢（频率）有关系

方法2：学生参与演示实验得出结论

[演示]先介绍发声齿轮，请同学上前观察同一轴上的几个发声齿轮的齿数并告诉全体同学每个齿轮的齿数不同转动齿轮，请同学注意听用硬塑料片接触不同齿数的齿轮时，声音的高低有何不同？

分析：硬塑料片的振动发声；齿数多，振动快；齿数少，振动慢

结论：音调由发声体振动的频率决定频率越大，音调越高；频率越小，音调越低

简介人和动物的听觉范围，提高学生的兴趣

二、 响度：

1． 响度的概念：

人耳感觉到的声音的大小叫响度

人耳感觉到的：不同的人，不同的位置感觉声音大小不同

方法1：教师提问：人耳感觉到的声音的大小主要与那些因素有关？你能否自己设计实验进行说明？

（除教师提供的实验仪器：鼓、鼓锤和镲之外，其它仪器一律不限，现场没有的可用语言描述）

控制时间在5分钟左右，让学生充分发言

归纳总结出结论：响度与声源振动的幅度大小和距离声源的远近有关

方法2：由演示实验和学生可操作实验得出结论

[演示] 在纸盆上放乒乓球（或碎纸屑），调节音量观察球（或碎纸屑）的跳动幅度

[实验感受]：手摸喉部大声说话和小声说话时的不同

总结结论

2． 响度和音调的区别

同学们在论述实验结果与分析结果时，都使用了声音的高低一词，而没有使用声音的大小，可见，同学们是知道声音的高低和大小是有区别的

参考书37页科学用语和日常用语的不同

三、 音色：

小活动：请出几位同学分别说一句话，其它同学闭上眼睛猜出发言的先后顺序

由学生讲述猜测的理由，教师给出音色的概念

（三） 总结、扩展

由于大纲对本节知识点的要求不高，所以，对于一般的学生，教师只要使学生从实验角度理解并记忆大纲所要求内容即可；而对于程度较高的学生，教师完全可以不局限于书本内容，可根据学生的实际程度自由拓展

1．响度

响度，又称声强或音量，它表示的是声音能量的强弱程度，主要取决于声波振幅的大小。声音的响度一般用声压 (达因／平方厘米)或声强(瓦特／平方厘米)来计量，声压的单位为帕(Pa)，它与基准声压比值的对数值称为声压级，单位是分贝(dB)。对于响度的心理感受，一般用单位宋(Sone)来度量，并定义lkHz、40dB的纯音的响度为1宋。响度的相对量称为响度级，它表示的是某响度与基准响度比值的对数值，单位为口方(phon)，即当人耳感到某声音与1kHz单一频率的纯音同样响时，该声音声压级的分贝数即为其响度级。可见，无论在客观和主观上，这　两个单位的概念是完全不同的，除1kHz纯音外，声压级的值一般不等于响度级的值，使用中要注意。

响度是听觉的基础。正常人听觉的强度范围为0dB—140dB(也有人认为是-5dB—130dB)。固然，超出人耳的可听频率范围(即频域)的声音，即使响度再大，人耳也听不出来(即响度为零)。但在人耳的可听频域内，若声音弱到或强到一定程度，人耳同样是听不到的。当声音减弱到人耳刚刚可以听见时，此时的声音强度称为“听阈”。一般以1kHz纯音为准进行测量，人耳刚能听到的声压为0dB(通常大于0． 3dB即有感受)、声强为10-16W/cm2 时的响度级定为0口方。而当声音增强到使人耳感到疼痛时，这个阈值称为“痛阈”。仍以1kHz纯音为准来进行测量，使　人耳感到疼痛时的声压级约达到 140dB左右。

实验表明，闻阈和痛阈是随声压、频率变化的。闻阈和痛阈随频率变化的等响度曲线(弗莱彻—芒森曲线)之间的区域就是人耳的听觉范围。通常认为，对于1kHz纯音，0dB—20dB为宁静声，30dB--40dB为微弱声，50dB—70dB为正常声， 80dB—100dB为响音声，110dB—130dB为极响声。而对于1kHz以外的可听声，在同一级等响度曲线上有无数个等效的声压—频率值，例如， 200Hz的30dB的声音和1kHz的10dB的声音在人耳听起来具有相同的响度，这就是所谓的“等响”。小于0dB闻阈和大于140dB痛阈时为不可听声，即使是人耳最敏感频率范围的声音，人耳也觉察不到。人耳对不同频率的声音闻阈和痛阈不一样，灵敏度也不一样。人耳的痛阈受频率的影响不大，而闻阈随频率变化相当剧烈。人耳对3kHz—5kHz声音最敏感，幅度很小的声音信号都能被人耳听到，而在低频区(如小于800Hz)和高频区(如大于5kHz) 人耳对声音的灵敏度要低得多。响度级较小时，高、低频声音灵敏度降低较明显，而低频段比高频段灵敏度降低更加剧烈，一般应特别重视加强低频音量。通常 200Hz--3kHz语音声压级以60dB—70dB为宜，频率范围较宽的音乐声压以80dB—90dB最佳。

2．音高

音高也称音调，表示人耳对声音调子高低的主观感受。客观上音高大小主要取决于声波基频的高低，频率高则音调高，反之则低，单位用赫兹(Hz)表示。主观感觉的音高单位是“美”，通常定义响度为40方的1kHz纯音的音高为1000美。赫兹与“美”同样是表示音高的两个不同概念而又有联系的单位。

人耳对响度的感觉有一个从闻阈到痛阈的范围。人耳对频率的感觉同样有一个从最低可听频率20Hz到最高可听频率别20kHz的范围。响度的测量是以1kHz纯音为基准，同样，音高的测量是以40dB声强的纯音为基准。实验证明，音高与频率之间的变化并非线性关系，除了频率之外，音高还与声音的响度及波形有关。音高的变化与两个频率相对变化的对数成正比。不管原来频率多少，只要两个40dB的纯音频率都增加1个倍频程(即1倍)，人耳感受到的音高变化则相同。在音乐声学中，音高的连续变化称为滑音，1个倍频程相当于乐音提高了一个八度音阶。根据人耳对音高的实际感受，人的语音频率范围可放宽到80Hz--12kHz，乐音较宽，效果音则更宽。

3．音色

音色又称音品，由声音波形的谐波频谱和包络决定。声音波形的基频所产生的听得最清楚的音称为基音，各次谐波的微小振动所产生的声音称泛音。单一频率的音称为纯音，具有谐波的音称为复音。每个基音都有固有的频率和不同响度的泛音，借此可以区别其它具有相同响度和音调的声音。声音波形各次谐波的比例和随时间的衰减大小决定了各种声源的音色特征，其包络是每个周期波峰间的连线，包络的陡缓影响声音强度的瞬态特性。声音的音色色彩纷呈，变化万千，高保真(Hi—Fi)音响的目标就是要尽可能准确地传输、还原重建原始声场的一切特征，使人们其实地感受到诸如声源定位感、空间包围感、层次厚度感等各种临场听感的立体环绕声效果。

另外，表征声音的其它物理特性还有：音值，又称音长，是由振动持续时间的长短决定的。持续的时间长，音则长；反之则短。从以上主观描述声音的三个主要特征看，人耳的听觉特性并非完全线性。声音传到人的耳内经处理后，除了基音外，还会产生各种谐音及它们的和音和差音，并不是所有这些成分都能被感觉。人耳对声音具有接收、选择、分析、判断响度、音高和音品的功能，例如，人耳对高频声音信号只能感受到对声音定位有决定性影响的时域波形的包络(特别是变化快的包络在内耳的延时)，而感觉不出单个周期的波形和判断不出频率非常接近的高频信号的方向；以及对声音幅度分辨率低，对相位失真不敏感等。这些涉及心理声学和生理声学方面的复杂问题。

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