自制聲音的三要素演示教具研究報(bào)告

查大寶

一、研究背景

我們使用的滬粵版物理教材第二章第2、3兩小節(jié)《我們?cè)鯓訁^(qū)分聲音》部分，出示了一系列圖片——用波形顯示聲音的音調(diào)、響度和音色，它很好地為我們展示了振幅、振動(dòng)次數(shù)、波的形狀與響度、音調(diào)、音色之間的關(guān)系，同學(xué)們雖然對(duì)這些方式有所了解，但對(duì)這些方式的具體構(gòu)造和原理是完全不了解的，憑借我們老師的講解和多媒體的展示也僅能加深了解，實(shí)驗(yàn)室也僅配備了簡(jiǎn)易示波器，并沒(méi)有話筒放大和音頻輸入設(shè)備，因此，制作一套聲音的三要素演示教具，就能很好地解決此教學(xué)難題。

二、具體制作

方案的設(shè)計(jì)

用改裝后的黑白電視機(jī)作為波形顯示的主要媒介，加入藍(lán)牙音頻輸入、音頻播放與波形的同步顯示以及話筒輸入電路。

具體的制作

（1）、黑白電視機(jī)改裝為示波器

考慮到裝置的科技性和變廢為寶宗旨，采用將淘汰了的老式黑白電視機(jī)改裝為簡(jiǎn)易單蹤示波器后作為波形顯示的核心元件。

（2）改裝過(guò)程：

所需器材

可以點(diǎn)亮的黑白電視機(jī)一臺(tái)、d類(lèi)10w以上音頻功率放大器一套、藍(lán)牙音頻播放器一塊、動(dòng)圈麥克風(fēng)前置放大器一塊、動(dòng)圈話筒一支、100k歐電位器一個(gè)、導(dǎo)線若干。

改裝前的設(shè)想

根據(jù)示波器和crt電視機(jī)的工作原理分析，兩者有很多相似之處，區(qū)別在于電視機(jī)和示波器中電子的運(yùn)動(dòng)原理不相同：電視機(jī)中電子是靠磁場(chǎng)來(lái)完成掃描運(yùn)動(dòng)的;而示波器中電子是靠電場(chǎng)來(lái)完成掃描運(yùn)動(dòng)的，偏轉(zhuǎn)原理基本相同，因此，可以進(jìn)行試驗(yàn)改裝。

具體改裝方法

拆開(kāi)黑白電視機(jī)，找到偏轉(zhuǎn)線圈。如下圖所示：

我們可以看到偏轉(zhuǎn)線圈有四個(gè)焊點(diǎn)接頭：兩根行偏轉(zhuǎn)和兩根場(chǎng)偏轉(zhuǎn)，我們可以用萬(wàn)用表測(cè)量?jī)山M線圈的直流電阻，通常，阻值小的為行偏轉(zhuǎn)，阻值稍大的為場(chǎng)偏轉(zhuǎn)。

斷開(kāi)行偏轉(zhuǎn)，開(kāi)機(jī)可以觀察到屏幕中間亮起一條豎直的亮 ?線，如下圖：

松開(kāi)偏轉(zhuǎn)線圈組件，將整個(gè)組件順時(shí)針或者逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)90度，使豎線變?yōu)闄M線。如下圖：

將斷開(kāi)的行偏轉(zhuǎn)線妥善處理，用一塊8610d類(lèi)數(shù)字功放板，把功放的喇叭輸出端通過(guò)一10歐姆功率電阻接在行偏轉(zhuǎn)線圈上，8610電源端接在電視機(jī)內(nèi)的12伏開(kāi)關(guān)電源上。如下圖：

再把藍(lán)牙模塊和話筒前置放大模塊的音頻輸出分別通過(guò)10k電阻接在8610的音頻輸入端，藍(lán)牙模塊通過(guò)7805，降壓為5伏接入藍(lán)牙模塊;話筒前置放大模塊可直接接入機(jī)內(nèi)12伏開(kāi)關(guān)電源上，如下圖：

整個(gè)改裝電路框圖如下：

整體組裝

根據(jù)各自工作特點(diǎn)，合理安排安裝位置，把以上四個(gè)部分組裝到黑白電視機(jī)內(nèi)的適當(dāng)位置上，就組合成了聲音的三要素演示教具。成品如下：

三、具體實(shí)驗(yàn)演示操作

藍(lán)牙音頻波形分析演示

手機(jī)和本裝置進(jìn)行藍(lán)牙配對(duì)，在手機(jī)播放器中播放有關(guān)樂(lè)器或人聲音頻，觀察示波器波形，多次操作，比較兩種或兩種以上不同聲音的三要素，得出相應(yīng)結(jié)論（振幅決定響度、頻率決定音調(diào)、波的形狀決定音色）。

麥克風(fēng)輸入聲音波形分析演示

把動(dòng)圈話筒插入話筒插座，幾位同學(xué)對(duì)著話筒說(shuō)相同的話，比較不同同學(xué)聲音的三要素;也可以用不同音叉等在話筒前敲擊，觀察波形，得出相應(yīng)結(jié)論（振幅決定響度、頻率決定音調(diào)、波的形狀決定音色）。

四、創(chuàng)新點(diǎn)

（1）、采用電視機(jī)改裝示波器的辦法，增加了廢物的利用。

（2）、兩種輸入形式相結(jié)合，實(shí)時(shí)觀察波形，課堂效果好。

（3）、采用藍(lán)牙音頻輸入，能觀察多種網(wǎng)絡(luò)音頻的波形，多種類(lèi)型的音頻素材獲取更容易，適用范圍更廣。