通过制作齿轮音阶乐器验证音频理论

实验内容

按照音阶的比例制作齿轮,然后将它们固定在同一个电机的转轴上。使其转动后,用纸片或薄塑料板接触齿轮,可以发出声音并进行演奏。我们曾经告诉学生:声音是由物体的振动产生的。所以在阐述物体振动发声现象时,要把声音与物体的振动紧密联系起来。通过观察发声物体,可以发现影响声音高低、强弱的条件。要验证这些条件是否正确,需要在实际操作中使物体产生振动,并试着控制声音的高低、强弱。

所需材料

自制齿轮【0.2mm厚的塑料板(氯乙烯板亦可)。文件打孔器(做齿时使用),直径5~6mm、长15cm的无头传动轴,螺母18个】,电机【最好是安静的小型电机(唱机的电机,电脑冷却扇的电机,电扇的电机等)】,用于组装的板和木片,工具,连接电机和齿轮的橡胶接口。

实验方法

1.声音的高低是由1秒钟的振动频率决定的。把齿轮安装到电机上,使其旋转,用纸片接触齿轮会发出声音。一边改变转速(即改变频率),一边辨析音调的变化。接下来,试着发出自己想要的音调。如果发出的声音与计算结果相一致,就证明音调是由频率决定的。试着发出“多来米”的音。

2.从《理科年表》中查出音阶的频率。这些数据用起来比较麻烦,需要把它换算成适当的比率(表1)。

表一
音阶 频率(Hz) 齿数 角度
多 c1 261.63 12 30.0°
来 d1 293.66 14 27.0°
米 e1 329.63 15 24.0°
发 f1 349.23 16 22.5°
梭 g1 392.00 18 20.0°
拉 a1 440.00 20 18.0°
西 h1 493.88 23 16.0°
多 c2 523.25 24 15.0°

3.在实验过程中不要改变这个“比”,把齿轮安装在同一根传动轴上,每个齿轮的转速都是一样的。

4.如果把高音的“多”定为24个齿,则需要根据它来考虑其他齿轮应该有几个齿。降1个8度的“多”为12个齿,其他齿轮通过比例计算就可以得出齿数。在做齿之前,先计算出每隔多少度打一个齿(参照表1)。

5.如图1所示,用文件打孔器制作齿轮。把标有角度的圆形纸片和塑料板一同放入打孔器。齿轮做成后,把8个齿轮放在一起,再将中心开孔(图2)。

图1 图2

6.把打好孔的塑料板装在轴上,同时用螺母固定。用橡胶接口连接电机和齿轮轴,在不影响转动的情况下允许有一点偏差。在模型店里可以买到带有胶管和螺旋弹簧的弹簧接口。笔者使用的是燃料管(图3)。

图3

7.接通电源之前,先确认是否能灵活地转动。接通电源后,用纸片接触齿轮,看看音阶是否准确。演奏小学课本上的简单曲目。把纸片粘在纸杯底部,可以使声音变得更大。用箱子等进行实验,可以发现共振箱的原理。这个实验美中不足的地方,就是声音比较尖锐。但它可以得到一个能用于演奏的音阶。能够在实验中产生计算出音调,这证明了法则的正确。

文件下载(已下载 1837 次)

发布时间:2015/1/12 20:30:38  阅读次数:5344

2006 - 2024,推荐分辨率1024*768以上,推荐浏览器Chrome、Edge等现代浏览器,截止2021年12月5日的访问次数:1872万9823 站长邮箱

沪ICP备18037240号-1

沪公网安备 31011002002865号