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共鳴箱是藉由共振來增強聲音的響度？

真相追追追

在中小學的教科書中說到聲音的共鳴時，幾乎一定會提到「共鳴箱」，並說明共鳴箱能放大音量的原理是「許多樂器都會加裝共鳴箱來增強聲音的響度，這是因為兩個發音體若產生的頻率是相同的，彼此就會有共鳴現象」。剛才搜尋了國內知名的物理討論區，則看到這麼一段對話～

提問者：音叉的”共鳴箱”可使音叉發出的聲音與之產生”共鳴”，那麼吉他的共鳴箱是如何跟不同頻率的音調產生共鳴？

版主回答：若音箱自然頻率與音叉或弦線的頻率相同時效果最好，但是音箱自然頻率與音叉頻率不同時，依舊可以產生共鳴。

雖說網路上的錯誤資訊比比皆是，但這個堪稱國內權威的物理論壇所提供的資訊也未必十分正確。其實追根究底要怪教科書，因為台灣從小考試就是要求與課本提供的標準答案相同才是正確的。但是如果課本上的知識是錯誤的呢？那麼會不會當初那位考100分的學生有朝一日為人師表時，就會繼續傳遞這樣的錯誤知識呢？

共鳴即是聲音的共振，【共鳴箱利用箱體與箱內空氣柱跟音叉產生共振來增強音量】這樣的解釋不夠精準，實際上是音箱的受迫振動才正確。另外，由於弦樂器是以弦的振動來發聲，但是弦樂器的弦很細，表面積很小，因此它們的振動不足以使周圍空氣強烈振動起來，亦即其向周圍空氣發散的聲音很弱，難以將樂音直接送入人耳。因此為了增強空氣分子的振動，才會將弦扣在板或盒上，當樂器上的弦振動起來時，離弦非常近的“共鳴箱”就會隨之做受迫振動，這種強迫性的振動頻率等於弦的振動頻率（但不必等於箱體的自然頻率），整個木板振動就能提高發聲體與空氣分子碰撞的接觸面積，從而提高了向周圍空氣輻射聲能的效率，這就是“共鳴箱”的作用。

其次，“共鳴箱”的固有頻率是一定的，如果弦要與之發生共振，弦的振動頻率就必須等於其固有頻率才行，但是吉他弦在不同粗細、不同張力、不同把位之下所發出的頻率是變化多端的。甚至音調沒有調的很精準的情況下，“共鳴箱”也能起放大音量的效果，“共鳴箱”不可能都跟所有的頻率都產生共振。所以千萬不要再說【共鳴箱是藉由共振來增強聲音的響度】，實際上是受迫振動居多，振幅也會比共振時的振幅還小。所以「共鳴箱」這個錯誤的名詞請不要再用了，應該改為「音箱」才是。

另外，由於使用音箱可以放大音量，請思考音量增強的能量從何而來？

評論6

  1. Pong Cheng

    所以「音箱」做成葫蘆型，也沒有辦法讓不同音高的聲音產生共振嗎？另外，老師說的關於知識正確性的重要的那部分，我雖同意，但也覺得困難，要把全部的東西都弄的很正確，我覺得真的是學海無涯。所以為了避免因為我教錯害到學生，除了努力的修正自己的錯誤之外，我就很強調學生自己的思考和批判能力。這樣就比較有機會讓學生日後自行修正

  2. 文章
    作者
    鄭永銘

    您說的沒錯，教育的目的是在培養學生做學問的方法而不是在傳遞知識，否則學生永遠沒辦法青出於藍。但在升學領導教學的困境下，獨立的思考與批判的態度確實是目前台灣中學教育所欠缺的部分，學生在這樣的養成環境下將來就容易變得人云亦云而造成理盲。
    >關於知識正確性的重要的那部分，我雖同意，但也覺得困難
    台灣的理科教育採用螺旋式教法(一次又一次的出現，但不是講相同的東西，而是一點一點慢慢加深加廣)，為了易於讓學生瞭解，往往就使用了似是而非的詞彙，以致於國中教師教到相同概念時會說「你們小學老師講錯了」（同理高中教師說國中教師教錯、大學教授說高中教師教錯…）。我教書以來一直很反對這種便宜行事的教法，為什麼不一次到位說清楚呢？其實這不必使用很艱深的數學，只要多舉學生熟悉的生活經驗就能讓其明瞭，因此我覺得在師資養成的過程中應該還要再加入「說科普故事的能力培養訓練」才是。
    >也沒有辦法讓不同音高的聲音產生共振嗎？
    玩過吉他的人都能體驗到不同的吉他會在不同的把位出現甜蜜點(泛音最豐富的把位)，這才是共振，其它的把位大多是受迫振動。若要更精準一點，將吉他發出的聲音拿去做傅立葉分析，若會出現豐富的泛音那就是一把好琴。我舉一個例子，為什麼一把小提琴的古琴賣的比相同型號的新琴貴上好幾倍，玩樂器的人會說這是「因為琴的聲音已經被拉開了」，這不是科學語彙，應該說在經年累月的(正確)演奏下，琴身震動時面板與背板在二維共振模式所造成的節線容易堆積松香粉，日積月累下這些位置就特別容易形成靜止的波節（同理腹點就特別容易振動），因此古琴所拉出的音色就會比新琴豐富（諧音變多），講到這些就要提出共振的概念，但是音箱放大音量不是共振所造成
    http://www.youtube.com/watch?v=Qf0t4qIVWF4
    http://mail.scu.edu.tw/~yhchen/vn8.gif音箱

  3. Yung Chung

    應該是說 是吉他弦震動，讓音箱內的空氣震動，而讓弦本身震動的響度增加？

  4. 文章
    作者
    鄭永銘

    應該說是吉他弦振動，讓音箱的面板與背板「受迫振動」而不是「共振」，受迫振動的面板由於有較大的面積，因此就能推動附近更多的空氣分子振動，這比起只靠弦的微小表面積所能碰觸到的空氣分子數來的多，因此人耳所聽到的響度就會增加。但這引伸出另一個問題：既然加上音箱之後聲音會變得更大聲，那麼所增加的能量從何而來？由於能量是不能無中生有的，所以響度加大之後所付出的代價就是「聲音持續的時間」大大的縮短了，你可以試著拿音叉來做實驗：兩個音叉一個有音箱另一個沒有，二者同時以相同力道(可以使用擺錘從同一高度落下)來敲擊，就能很清楚聽到沒有音箱那個音叉的餘響Sustain拉得比較長。

  5. Yifeng He

    老師您好，我是一名學生，選擇了一個與共振相關的題目進行研究（吉他的音色與吉他琴箱的關係），卻因為種種原因難以取得進展，有些問題想問，麻煩了
    吉他音箱的形狀是否真的會對吉他發出的聲音造成影響？不同的形狀對於聲音的共振頻率反應不同，用什麼方法來表現這個現象比較好呢？
    若想測量，或者觀察，聲音在吉他琴箱裡的震動模式，用什麼方法比較好呢？能否通過測量吉他內部不同點的氣壓來獲得大致的了解？若要測量，用什麼工具可以達到目標呢？

  6. Yifeng He

    老師您好，我是一名學生，選擇了一個與共振相關的題目進行研究（吉他的音色與吉他琴箱的關係），卻因為種種原因難以取得進展，有些問題想問，麻煩了
    吉他音箱的形狀是否真的會對吉他發出的聲音造成影響？不同的形狀對於聲音的共振頻率反應不同，用什麼方法來表現這個現象比較好呢？
    若想測量，或者觀察，聲音在吉他琴箱裡的震動模式，用什麼方法比較好呢？能否通過測量吉他內部不同點的氣壓來獲得大致的了解？若要測量，用什麼工具可以達到目標呢？

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