师:大家好,今天我们来谈一谈关于聊天的话题。当我们近在咫尺时,一般会选择通过声音交流。然而,当我们相距甚远,单靠声音也许无法传递信息。在人类文明发展进程中,我们遇到了不能远距离聊天的困难。用科学的语言来讲,声音源于发声体的振动,振动的发声体通过声波把振动传向远方,但声波在传输过程中会逐渐衰减。所以,耳朵离声源较近时,能感受到声波带来的震动,从而听到声音;而离声源较远时,感受不到震动,就听不到声音,这就是不能远距离聊天的原因。
显然,单靠声波作为传输媒介不够,我们还需另找一种媒介传递信息。这种媒介要符合两个要求:一是能远距离传输,二是能随发声体的振动而变化,这样传输到远方时,我们就能通过观察它,了解发声体的振动并还原为声音。循着这个方向,科学家找到了电流。
大家都知道,电流大小可以变化,能用其大小变化反映发声体的震动情况,而且只要铺设足够长的导线,电流就能传向远方,所以电流是很好的选择。19世纪中后期,科学家发明出一种仪器,由两个装置用导线连接,对着其中一台装置发声,它将声音转化为变化的电流,电流流经远方另一台装置时,该装置把变化的电流还原为声音,这样就实现了远距离聊天。大家应该猜到了,这个仪器就是电话。电话最早的样子并非如今我们认知的模样,几经更新换代才变成现在这样,但原理差不多。把声音转化为变化电流的是电话的话筒,将变化电流还原为声音的是电话的听筒。今天这节课,我们主要谈一谈话筒是如何把声音转变为变化的电流的,也就是声信号如何转变为电信号。
我们从一个简单电路讲起,根据欧姆定律,i = u÷r。在这个电路里,当电压和电阻都保持不变时,电路中可得到恒定电流i。当我们讲话发出声波,如何让声波影响电路里的电流,产生与声波相应的电信号呢?因为电路简单,摆在面前的方案大概有几个:对着导线说话、对着电阻说话、对着电源说话。大家思考一下,哪个方案最靠谱,哪个最不靠谱?
我们先来分析对着导线说话这个方案。我们的目的是改变电路里的电流,而电路中的电流受两个因素影响,一个是电路两端的电压,另一个是电路中的电阻。对着导线说话,既不能改变电压,也不能改变电阻,自然很难改变电流大小。可能有同学会问,对着导线讲话会不会让导线震动,引发其他变化?我曾对着家里的耳机线喊了半天,发现它毫无动静,所以普通说话声音很难让导线有任何变化,这个方案不行。
接着看对着电阻说话行不行。在电路中,如果电压恒定,声波要是能改变电路里的电阻,电路中的电流就会随之变化。那么声波究竟能不能改变导体电阻大小呢?这就涉及到爱迪生先生的一种方法。这里有一个绝缘子,先在上面放一块金属片,铺一层碳粒,再铺一层碳粒,铺很多层碳粒后,用另一块金属片封顶,这样就做出了一个碳粒导体。当电流从一块金属片流到另一块金属片时,碳粒导体的长度就是图中红色双箭头所表示的这一段,假设此时碳粒导体的电阻为R1。当上方金属片受到压力,碳粒会因互相挤压占据空间缩小,此时碳粒导体的电阻R2会比R1小;当压力变小时,碳粒恢复一些,电阻会比R2大,但还没达到不施加压力时R1的状态。这就是利用碳粒制成的可变电阻。
