2012年12月30日

科學玩具-聲學-集音器


傳說,阿基米德曾經獻策用利用拋物鏡面的聚光作用,把集中的陽光照射到入侵的羅馬船上,讓許多船燃燒起來,但羅馬人卻找不到失火的原因。900多年後,有位科學家按史書介紹的阿基米得的方法製造了一面凹面鏡,成功地點著了距離鏡子45公尺遠的木頭,並熔化了離鏡子42公尺的鋁塊。

一些科學遊樂區當中都會設置聲音收集器,不論是碟型的或是管狀的,都是利用反射定律。還有像是頂樓加裝接收微波的小耳朵、收集陽光加熱的太陽能鍋爐、軍事偵搜用途或氣象天文觀測用途的雷達等等,等是生活上的實際應用。

然而,第一次看到這個造形像手槍的東西,是在電視新聞當中,許多生態觀察的入門者,像是想要傾聽大自然的聲音或是候鳥的觀察,都可以用這個集音器,到目前為止已經幫自己、同好和朋友買了六組,甚至還有幫學生家長訂一組呢!
最近一次在公開場合看到實物則是在2008年物理教學及示範研討會上,看到兩次這個價值不斐的教具。心中突然浮現一個想法:教授級的薪水雖然不是花不完,但買這個東西可是毫不手軟呢!如果是基層教師,在這不景氣的氛圍中,花錢可得要斟酌再三才行。
為什麼要向內?等一下就知道了

集音器的槍頭前端,是一個向外延伸的半圓形裝置,延伸的柱體是鏤空的,可以讓聲音進入,而前段的半圓形部位則是有一個方向朝內的麥克風,用來收集聲音。麥克風能將聲波的振動轉化成微弱電流,按下鈑機後,槍身內部的電晶體就能將為電流予以放大,而放大的電流再將訊號透過耳機傳達到人耳中,我們就可以在耳機中聽到從遠方收集而來的聲音了。
這是槍身整體外觀,廠牌很多,雖然標籤不同,但是外觀則是完全一模一樣

為了將收集到的聲音放大,所以在握把底部要裝入一個9V電池
螺絲需要旋開才能裝進去,沒有電池就跟沒有汽油的車子一樣

別以為它的功能只有收集聲音了,槍身末端還有一組望遠鏡
放大倍率為8X,可觀察並尋找聲音來源

這是錄音按鈕及播放按鈕,可在主機進行錄音,錄音時間為8秒鐘
並可另外接錄音設備

這是靈敏度旋鈕,用來調整聲音放大的倍數,據說可放大100

握把上有鈑機型的開關,按下去才能收集聲音

加上了碟型透明罩,收音距離可達約100公尺(空曠處)
是凹面鏡反射的最佳示範與應用

其實聲音和光的反射都符合反射定律-入射角等於反射角。當聲音以波動的形式由前方撞擊到碟型透明罩(雷達上稱為天線碟)的凹面處時,透明罩的每一處都會遵循反射定律將聲音反射。由於透明罩是一個設計過的拋物面,如果將集音器對準聲音來源的話,就如同讓聲音沿著主軸入射到透明罩上,反射的聲音就會集中在焦點上。
既然聲音集中在焦點處,那麼麥克風當然要安置在聲波最集中的位置,而方向就要朝內,才能方便接收因反射而集中的聲波,否則朝外的話,就只能當一般的麥克風用了。

曾經在三樓教室走廊使用,連距離七、八十公尺以外的籃球場上,學生脫口而出的髒話都聽得一清二楚。也曾經將它的全名「集音賞鳥器」寫在黑板上,但寫出來時,總會有時值青春期的男生,大聲複誦「賞鳥」這兩個字,明明寫了五個字,卻只有看到第三、第四個字,我能說這些小夥子眼光狹隘、目光如豆嗎?
所搭配的耳機通常是全罩式的,將耳朵完全包覆住
才能降低干擾,聆聽來自於前方的聲音

用起來是蠻方便的,現在網拍上也有。不過如果輸入「聲音收集器」這種關鍵字還蠻難找到的。有時候會想,要是有錄影功能就好了,但這應該是徵信社在抓猴子用的,在不適當的場合中使用會被誤認為狗仔,異樣的眼光一定會朝自己集中而來。

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