堂前燕
物理 · 高中 · 声学 · 共振 · 振动模态

克拉尼板

把声音变成可见图案。麦克风采集频率,粒子向板的波节线聚集,几何美感由声学本身决定。

原理

板在特定频率下产生共振:某些区域振幅最大(波腹),某些区域几乎不动(波节线)。撒在板上的细沙会自然滑离波腹,最终聚集成波节线的几何图案。

方形板的振动模式可以写成:

ϕm,n(x,y)=sin ⁣(mπxL)sin ⁣(nπyL)\phi_{m,n}(x, y) = \sin\!\left(\frac{m\pi x}{L}\right) \sin\!\left(\frac{n\pi y}{L}\right)

(m,n)(m, n) 是模态数。不同频率激发不同的 (m,n)(m, n),得到截然不同的图案。

自己试

点「启动麦克风」,对着话筒唱、口哨、放音乐。低频简单几何,高频网格密集。换板形状(方/圆/矩)会让同一频率出现不同图案。