音叉（英文：Tuning Forks），是由鋼質(zhì)或鋁合金制成的U形聲學(xué)器件，各種音叉可因其質(zhì)量和叉臂長短、粗細(xì)不同而在振動時(shí)發(fā)出不同頻率的純音。音叉由英國音樂家約翰·肖爾（John Shore，卒于1752年）于1711年發(fā)明。
音叉是一種聲學(xué)共振器。19世紀(jì)，人們可以制造出極其精確的音叉，用作音調(diào)發(fā)生器來識別和測量其他聲音。19世紀(jì)末期，音叉成為所有科學(xué)儀器中最精確的一種。使用音叉測量不同種類的振動，音叉還被用作高精度的計(jì)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)。阿爾伯特·邁克爾遜（Albert Michelson）首次利用音叉振動齒反射的光線，對光速進(jìn)行了測量。20世紀(jì)，電子技術(shù)取代了使用機(jī)械音叉的技術(shù)。音叉在定義現(xiàn)代音樂方面發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。建立了國際音樂會音高標(biāo)準(zhǔn)（A=440Hz）。音叉還構(gòu)成了多種樂器的核心發(fā)聲功能。
音叉主要用于樂器調(diào)音，音樂家使用的音叉的頻率多為440赫。音叉也用來測試病人的聽力和其他科學(xué)及工業(yè)領(lǐng)域。
音叉簡介
音叉是由金屬（多為鋼）制成的U形聲學(xué)器件，它能產(chǎn)生頻率穩(wěn)定單純的純音，提供頻率標(biāo)準(zhǔn)。音叉主要用于樂器調(diào)音，也能運(yùn)用在電動機(jī)械表中。在醫(yī)療方面，音叉也可用來測試病人的聽力。音叉的用途非常廣泛，因此對于音叉聲音信號的研究具有非常重要的意義。
音叉受到敲擊時(shí)產(chǎn)生的振動包含共振頻率的基頻振動和頻率比較高的諧頻振動。諧頻振動很快衰減，剩下的基頻振動能維持很長時(shí)間。這時(shí)音叉發(fā)出頻率穩(wěn)定單純的長音，其頻率是由音叉的材料和形狀決定的共振頻率。音叉受到敲擊后所發(fā)出的音非常微弱，為此有時(shí)在敲擊后將音叉壓在桌面或?qū)ｉT的共振箱上，以增大音量。音叉主要用于樂器調(diào)音，音樂家使用的音叉的頻率多為440赫。音叉也用來測試病人的聽力。
發(fā)明
音叉由是由英國音樂家、皇家小號手和魯特琴演奏家約翰·肖爾（John Shore，卒于1752年）于1711年發(fā)明。在這項(xiàng)創(chuàng)新之前，需要標(biāo)準(zhǔn)音高的音樂家必須依賴木制音管，這種音管相當(dāng)不可靠，容易受到溫度和濕度變化的影響。相比之下，音叉可以在各種環(huán)境條件下保持其音調(diào)，并且還能產(chǎn)生非常純凈的音調(diào)。
歷史沿革
音叉是一種聲學(xué)共振器。當(dāng)音叉被敲擊時(shí)，會產(chǎn)生幾個(gè)音調(diào)--一個(gè)基音和至少一個(gè)諧音--但音叉的形狀會使諧音最小化，在幾秒鐘內(nèi)只能聽到基音。叉子發(fā)出的音調(diào)主要取決于其 "叉齒"（或叉刺）的長度。較長的齒振動較慢，因此產(chǎn)生的音調(diào)較低。縮短 "叉齒 "的長度可以讓它們振動得更快，從而產(chǎn)生更高的音調(diào)。
音叉的發(fā)明一般歸功于1711年的英國音樂家約翰·肖爾（John Shore）。斯特朗用他的音叉作為音高標(biāo)準(zhǔn)為樂器調(diào)音，至今音叉仍在使用。19世紀(jì)，隨著制造技術(shù)的進(jìn)步，人們可以制造出極其精確的音叉，這些音叉被成套制造，用作音調(diào)發(fā)生器來識別和測量其他聲音。到19世紀(jì)末期，音叉已成為所有科學(xué)儀器中最精確的一種。人們開發(fā)了專門的技術(shù)來使用音叉測量不同種類的振動，音叉還經(jīng)常被用作高精度的計(jì)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)。例如，阿爾伯特·邁克爾遜（Albert Michelson）首次利用音叉的振動齒反射的光線，對光速進(jìn)行了測量。
20世紀(jì)，用于測量和精確計(jì)時(shí)的電子技術(shù)的發(fā)展迅速取代了使用機(jī)械音叉的技術(shù)。一個(gè)值得注意的例外是，1960 年左右，高精度手表開始采用微小的石英音叉。這種共振音叉由電池維持運(yùn)動，其精確度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳統(tǒng)機(jī)械表。
原理
音叉是一種“Y”形打擊樂器，常被當(dāng)做“標(biāo)準(zhǔn)音”。音叉通過上半部分振動發(fā)音，下半部分起到固定作用。當(dāng)我們敲擊音叉時(shí)，就會在上部產(chǎn)生特定頻率的振動，發(fā)出聲音。駐波是波形不隨時(shí)間變化的波。如上圖是一種駐波，兩頭的固定點(diǎn)稱為波節(jié)，中間振動的部分稱為波腹。
當(dāng)存在兩列傳播方向相反的波，疊加（干涉）之后便會產(chǎn)生振幅隨位置正弦變化的波。可以看到，通過和差化積振動中已經(jīng)不存在ωt-kx的傳播項(xiàng)，此時(shí)的波已經(jīng)“駐”在此地不動。
當(dāng)我們把音叉放入水中，音叉就會作為波源在水中激發(fā)出表面波。某時(shí)刻距離波源r處的波，就是r/v之前由波源發(fā)出然后傳遞過來的，v是波在水面的傳播速度。對于存在兩個(gè)波源的音叉，某處的波就是由兩個(gè)波源分別于r1/v和r2/v之前發(fā)出，其中r1和r2分別是某點(diǎn)到波源的距離，之后再相干疊加形成干涉圖樣。當(dāng)r1和r2相等或者相差N倍波長時(shí)，兩個(gè)波源振動相同增強(qiáng)。相差N+1/2個(gè)波長時(shí)，振動相反而抵消，我們在此處就看不到水波。在其余位置便可以看到幅度不同的振動。最終，音叉會在水面上形成如下圖一樣的放射狀圖樣。
音叉本身存在一個(gè)共振頻率。這一頻率與音叉所在的介質(zhì)有關(guān)（密度與粘滯系數(shù)），通常將音叉的這一共振特性與壓電效應(yīng)相結(jié)合，來制作一些探測器，比如探測液氦的超流相變，在材料生長過程中監(jiān)測薄膜生長厚度等。
音叉構(gòu)造
音叉是由金屬（多為鋼）制成的U形聲學(xué)器件，它能產(chǎn)生頻率穩(wěn)定單純的純音，提供頻率標(biāo)準(zhǔn)。
音樂意義
音叉在定義現(xiàn)代音樂方面發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。首先，它有助于建立國家乃至國際音樂會音高標(biāo)準(zhǔn)（熟悉的 A=440Hz）。其次，音叉對于現(xiàn)在普遍的平均律鍵盤調(diào)音系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)和普及至關(guān)重要，這是當(dāng)代西方音樂的一個(gè)決定性特征。音叉還構(gòu)成了多種樂器（例如現(xiàn)代Fender-Rhodes電鋼琴）的核心發(fā)聲功能。
用途
音叉主要用于樂器調(diào)音，也能運(yùn)用在電動機(jī)械表、醫(yī)療等方面，音叉的用途非常廣泛。
在樂器方面
許多鍵盤樂器使用類似于音叉的原理。其中最受歡迎的是羅德鋼琴，其中音錘敲擊在拾音器磁場中振動的金屬齒，產(chǎn)生驅(qū)動電放大的信號。早期的未放大的dulcitone直接使用音叉，但音量較低。
在鐘表領(lǐng)域
Accutron是一款由Max Hetzel研發(fā)、寶路華于1960年開始生產(chǎn)的電動機(jī)械手表，它使用一個(gè)360赫茲的鋼制音叉作為計(jì)時(shí)器，由連接到電池供電晶體管振蕩電路上的電磁鐵提供動力。與傳統(tǒng)的擺輪手表相比，音叉的精確度更高。將手表放在耳邊，可以聽到音叉發(fā)出的嗡嗡聲。
醫(yī)療和科學(xué)用途
音叉也用來測試病人的聽力，最常用的音叉為C-512。較為低頻的音叉（通常是C-128）也作為一項(xiàng)末梢神經(jīng)系統(tǒng)對振動的感應(yīng)測試。音叉也作為一些特殊療法中（如sonopuncture）的治療工具。
雷達(dá)槍校準(zhǔn)
測量汽車或運(yùn)動中球的速度的雷達(dá)槍通常使用音叉進(jìn)行校準(zhǔn)。這些音叉沒有標(biāo)有頻率，而是標(biāo)有校準(zhǔn)速度和它們校準(zhǔn)的雷達(dá)波段（例如，X 波段或 K 波段）。
在陀螺儀中
雙音叉和H型音叉用于戰(zhàn)術(shù)級振動結(jié)構(gòu)陀螺儀和各類微機(jī)電系統(tǒng)。
液位傳感器
音叉構(gòu)成振動點(diǎn)液位傳感器的傳感部分。音叉通過壓電裝置保持在其共振頻率下振動。當(dāng)與固體接觸時(shí)，振蕩幅度下降，這同樣用作檢測固體點(diǎn)液位的開關(guān)參數(shù)。對于液體，音叉與液體接觸時(shí)諧振頻率會發(fā)生變化，利用頻率的變化來檢測液位。
參考資料 >
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