2013年1月31日

科學玩具-聲學-新版蛙鳴器


去年因為籌備物理年會工作坊之故,邀謝老師和泡泡龍老師來家裡商談時,謝老師分享了一個剛從周建和教授那邊學到的聲音玩具-蛙鳴器。以往的類似的聲音玩具不是沒有,像這個月中旬到科工館一遊時,偶然晃見有在教導學員製作竹蟬的課程,即為童玩復古的一例。

這一類玩具使用的原理即為物體間的摩擦運動,波動透過共振筒的放大,讓原本聽不見的微弱聲音產生放大的效果,所以摩擦的效果決定了發聲的強弱,而共振筒的取材是製作過程中極為重要的課題。

有科普書籍及網站(科學遊戲實驗室)也有介紹會公雞咯咯啼的發聲器,採用的製作的方式和原理也是如此。只不過竹蟬可以反覆旋轉,所以不斷的循環下可以持續發聲。但公雞咯咯啼就沒有辦法了,因為摩擦牙線的運動是直線運動,而且不可往返,因此中間會有手部移動的短暫間隔時間,而且用來摩擦的海綿會因此折壽。好在的是,我們並不需要一直聽咯咯啼的聲音。

蛙鳴器也是一樣,而且製作方式非常簡單,也不需刻意準備海綿及水,只要有棉繩、橡皮筋、串珠及瓦楞紙板(或紙杯)即可。既然需要靠麼擦產生振動方能發聲,為了增加手與棉繩之間的摩擦,繩結在此就發揮功用啦!
繩結間隔可以任意,圖中的間隔大約為1公分
而棉繩的長度可依個人手臂長度來決定

再來,將串珠中間的孔洞穿過兩種材料。一種是剛剛打完結的棉繩,另外一種是剪斷的橡皮筋。棉繩直接在串珠外打結,但橡皮筋可不行。橡皮筋兩端必須穿過紙杯底部的兩個小洞,在紙杯內打結才是正確的做法。
打的結就像這樣,盡量拉緊但又不能太緊,需將串珠貼在杯底
因為太鬆的話,利用橡皮筋將串珠回彈杯子而發聲的效果就出不來

繫好結之後,就可以開始拉動棉繩了。由於拉動的時候,手指在未遇到繩結前的摩擦力較小,比較容易滑動。但是遇到繩結時,不規則的突起會使得手與繩之間摩擦力較大。

摩擦力一大,手就容易連繩結一起拉動,但橡皮筋上隨著形變量漸增而逐漸增大的的彈性恢復力在此時便發揮了作用。摩擦力若小於彈性恢復力,串珠就會被拉回並撞擊杯底,因此而發出碰撞的聲響。

碰撞的聲響會因為杯中空腔的共振而放大,當然可以使用大、小紙杯來初步比較,相信學生也能聽出其中音調的差異。如果只用小的圓形瓦楞紙板作為撞擊處,那麼就必須用一隻手握住紙板,以手指和手掌圍成圓筒形共振腔,也可以將聲音放大數倍,更能讓人體驗聲音放大的驚奇效果,聽看看所製作出來的是哪一品種的青蛙聲。
使用身邊的紙杯、空罐、免洗杯或量米杯,都可以得到不同的共振效果
這和開口端的形狀以及空腔材質是否吸音有極大的關係

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