CN111145620A - 示范声音通过空气传播的教学仪器 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种示范声音通过空气传播的教学仪器，包括：壳体，壳体内限定有密闭腔；抽气装置，抽气装置与密闭腔连通，用于将密闭腔内的空气抽出以使密闭腔形成真空状态；发声装置，发声装置设于密闭腔内；声音传感器，声音传感器设于密闭腔内，且与发声装置间隔设置，声音传感器根据采集到的声音生成相应的电信号。根据本申请实施例的教学仪器，通过将发声装置和声音传感器设置在密闭腔内，可以排除壳体对实验结果的干扰，实验过程更为严谨和科学。再者，通过采用声音传感器来取代人耳对声音音量的大小进行判断，对音量的观测结果可以进行量化，排除了人耳的主观因素的干扰，实验数据更为客观精准。

Description

示范声音通过空气传播的教学仪器

技术领域

本申请涉及教学用具领域，尤其涉及一种示范声音通过空气传播的教学仪器。

背景技术

现有技术提出一种用于示范声音通过空气传播的教学设备。该教学设备的实验原理源自于德国物理学家格里克于1650年为探索真空现象所发明的实验设置。但是该教学设备无法具体地量化实验数据，导致实验数据不够客观精准，并且在实验变量的控制上存在缺陷，从而导致实验结果缺乏科学性和严谨性。

发明内容

本申请实施例提供一种示范声音通过空气传播的教学仪器，以解决或缓解现有技术中的一项或更多项技术问题。

本申请实施例提供一种示范声音通过空气传播的教学仪器，包括：壳体，壳体内限定有密闭腔；抽气装置，抽气装置与密闭腔连通，用于将密闭腔内的空气抽出以使密闭腔形成真空状态；发声装置，发声装置设于密闭腔内；声音传感器，声音传感器设于密闭腔内，且与发声装置间隔设置，声音传感器根据采集到的声音生成相应的电信号。

在一种实施方式中，该教学仪器还包括：数据采集器，数据采集器设于壳体的外部且与声音传感器电连接，数据采集器接收电信号并用于电连接外部的显示设备。

在一种实施方式中，壳体包括：罩体，罩体的底部设有开口；底座，发声装置与声音传感器安装于底座的上表面，罩体可拆卸地安装于底座的上表面，底座的上表面适于密封开口，以限定出密闭腔。

在一种实施方式中，罩体与底座的上表面之间设有密封垫。

在一种实施方式中，底座的上表面设有减振垫，发声装置支撑于减振垫。

在一种实施方式中，声音传感器包括用于传输电信号的线缆，底座设有安装孔，安装孔在底座的厚度方向上贯穿底座，线缆穿过安装孔由密闭腔伸出。

在一种实施方式中，罩体的顶部设有与密闭腔连通的抽气口，抽气装置通过抽气口与密闭腔连通。

在一种实施方式中，罩体采用透明材料制成。

在一种实施方式中，发声装置为蜂鸣器。

在一种实施方式中，抽气装置包括本体和拉杆，本体内限定有气腔，拉杆伸入气腔且相对气腔可滑动，以改变气腔的容积。

本申请实施例采用上述技术方案，通过将发声装置和声音传感器设置在密闭腔内，可以排除壳体对实验结果的干扰，实验过程更为严谨和科学。再者，通过采用声音传感器来取代人耳对声音音量的大小进行判断，对音量的观测结果可以进行量化，排除了人耳的主观因素的干扰，实验数据更为客观精准。

上述概述仅仅是为了说明书的目的，并不意图以任何方式进行限制。除上述描述的示意性的方面、实施方式和特征之外，通过参考附图和以下的详细描述，本申请进一步的方面、实施方式和特征将会是容易明白的。

附图说明

在附图中，除非另外规定，否则贯穿多个附图相同的附图标记表示相同或相似的部件或元素。这些附图不一定是按照比例绘制的。应该理解，这些附图仅描绘了根据本申请公开的一些实施方式，而不应将其视为是对本申请范围的限制。

图1示出现有技术中的一种教学仪器的结构示意图。

图2示出根据本申请实施例的示范声音通过空气传播的教学仪器的结构示意图。

图3示出根据本申请实施例的示范声音通过空气传播的教学仪器的结构示意图。

附图标记说明：

现有技术：

教学设备100’；真空罩11’；座体12’；声源装置20’；

本申请实施例：

教学仪器100；

壳体10；密闭腔10a；罩体11；抽气口11a；底座12；密封垫13；通孔13a；减振垫14；活塞15；

抽气装置20；本体21；拉杆22；

发声装置30；

声音传感器40；传感器本体41；线缆42。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本申请的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。

图1示出现有技术中的一种用于示范声音通过空气传播的教学设备100’。该教学设备100’的实验原理源自于德国物理学家格里克于1650年为探索真空现象所发明的实验设置。

如图1所示，该教学设备100’包括真空罩11’、座体12’和声源装置20’。具体地，真空罩11’放置于座体12’的上表面，真空罩11’与座体12’共同限定出腔体，其中，声源装置20’设于腔体内部，声源装置20’用于发出声响。座体12’设有与腔体连通的气流通道，气流通道用于供抽气装置将腔体内的至少部分空气抽出，以使腔体形成真空状态。

下面描述该教学设备100’的用法。首先，使腔体保持标准大气压，学生通过人耳听取真空罩11’内的声源装置20’发出的声响。然后使用抽气装置将腔体内的气体逐渐抽出，以使腔体形成真空状态，即腔体内的气压低于标准大气压，在该过程中，学生听到的声响逐渐变小，从而得到声音通过空气传播的演示结果。

但是，该教学设备100’在实验结果的获取上存在一些缺陷，导致其无法满足严谨的科学实验设计的要求。具体地，虽然真空罩11’内空气量的减少是导致学生所听到声响变小的主要原因，但是还存在其他不必要的因素和变量。

其中，不必要因素是指真空罩11’本身的隔音作用。即真空罩11’本身对于声源装置20’所发出的声响具有一定的阻挡作用，导致学生隔着真空罩11’听到的声响小于声源装置20’本身所发出的声响。不必要变量是指真空罩11’与座体12’之间的缝隙随腔体的压强的变化而变化，而声源装置20’发出的声响的一部分可以从真空罩11’与座体12’之间的缝隙传出，在抽气装置抽气的过程中，真空罩11’与座体12’之间的缝隙随着腔体的压强的变小而减小，从而导致由真空罩11’与座体12’之间的缝隙传出的声响相应地减小。由此，无法确定学生所听到的声音的音量变化是由于腔体内空气的减少导致的还是真空罩11’与座体12’之间的缝隙减小导致的，因此，该教学设备100’无法满足对实验结果严谨性的要求。

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本申请实施例提供一种示范声音通过空气传播的教学仪器100，用于演示声音通过介质传播。本申请实施例的教学仪器100可以排除上述不必要因素以及不必要变量的干扰，从而获得更为严谨科学的实验结果，进而更好地向学生演示声音通过介质传播的科学原理。

图2和图3示出根据本申请实施例的示范声音通过空气传播的教学仪器100的结构示意图。

如图2所示，教学仪器100包括壳体10、抽气装置20、发声装置30和声音传感器40。

具体地，壳体10内限定有密闭腔10a。壳体10可以为一体件结构，也可以为分体结构，且壳体10的内部被构造为与外界隔绝的封闭状态，以限定出封闭的密闭腔10a。抽气装置20与密闭腔10a连通，用于将密闭腔10a内的空气抽出以使密闭腔10a形成真空状态。可以理解的是，真空的含义是指在给定的空间内低于一个大气压力的气体状态，而非特指给定的空间内的气压值为零的状态。在本申请实施例中，由于密闭腔10a的密闭性较好，并且通过采用抽气装置20将密闭腔10a内的空气抽出，可以使密闭腔10a的气压值远低于标准大气压。

发声装置30设于密闭腔10a内。其中，发声装置30可以为电子讯响器，即将电能转化为声音讯号的电器元件，例如蜂鸣器等。在一个示例中，蜂鸣器采用电源内置的结构，例如蜂鸣器可以采用电池进行供电，且电池集成于蜂鸣器的内部。相比于现有技术中的教学设备100’采用电源与声源装置20’分开设置的结构，本申请实施例的教学仪器100的发声装置30通过采用蜂鸣器，具有集成度高、体积小巧、成本低等优点。

声音传感器40设于密闭腔10a内，且与发声装置30间隔设置，声音传感器40根据采集到的声音生成相应的电信号。本领域技术人员可以理解的是，声音传感器40内置有对声音敏感的电容式驻极体话筒，发声装置30产生的声波通过腔体内的空气传递至话筒并使话筒内的驻极体薄膜振动，从而导致电容的变化，进而产生与之对应变化的微小电压，这一电压随后被转化成0-5V的电信号。这样，通过电信号的电压值的大小即可反应出声音传感器40所采集到的声波的大小。并且，声音传感器40可以与外部的显示设备电连接，电信号经过相应的处理可以使显示设备显示关于声音的相关参数，从而使学生可以具体地观测到声音传感器40所采集到的声音的音量的变化。其中，显示设备可以为计算机。

下面描述根据本申请实施例的教学仪器100的实验原理。首先，打开发声装置30上的开关以使发声装置30发出声音，然后将壳体10闭合，此时密闭腔10a内的气压值为标准大气压，发声装置30所发出的声音通过腔体内的空气传送至声音传感器40，声音传感器40根据采集到的声音生成相应的电信号。然后，通过抽气装置20将密闭腔10a内的空气逐渐抽出，同时观测声音传感器40所生成的电信号的电压值的变化。可以理解的是，在抽出气体的过程中，密闭腔10a内空气的含量逐渐减少，密闭腔10a内的气压值逐渐降低，发声装置30传递给声音传感器40的声波的振幅逐渐减小，以使声音传感器40所生成的电信号的电压值逐渐减小。

在一个示例中，声音传感器40生成的电信号可以通过计算机进行处理并通过软件生成相关参数，计算机可以与投影仪等其他显示设备连接，以向学生展示声音传感器40所采集到的声音的音量变化。

根据本申请实施例的教学仪器100，通过将发声装置30和声音传感器40共同设置在密闭腔10a内，发声装置30产生的声音传递至声音传感器40的过程中所经过的介质仅为空气，排除了壳体10本身的隔音作用对实验结果的干扰。其次，在现有技术中，实验结果会受不必要变量的影响，即真空罩11’与座体12’之间的缝隙变化会对人耳听到的声音的音量大小产生干扰，在本申请实施例中，由于采用在密闭腔10a内设置声音传感器40来采集发声装置30发出的声音，即声音在传播过程中无需经过壳体10传递给声音传感器40，因此即使壳体10存在缝隙并且缝隙的大小会随密闭腔10a的压强变化而变化，也不会对实验结果产生干扰，实验过程更为严谨和科学。再者，通过采用声音传感器40来取代人耳对声音音量的大小进行判断，对音量的观测结果可以进行量化，排除了人耳的主观因素的干扰，实验数据更为客观精准。

在一种实施方式中，该教学仪器100还包括数据采集器(图中未示出)。具体地，数据采集器设于壳体10的外部且与声音传感器40电连接，数据采集器接收电信号并用于电连接外部的显示设备。

在一个示例中，数据采集器可以为声卡，声卡可以将声音传感器40生成的电信号进行相应的转换，并通过计算机的软件显示相关的声音参数，例如可以通过声波曲线或者声级读数的方式将声音参数具象化，从而使实验结果更为直观地呈现给学生。

需要说明的是，通过将数据采集器设置在罩体11的外部，在对密闭腔10a进行抽气的过程中，可以避免数据采集器在密闭腔10a内因其内外气压的变化导致其内部的电子器件受损，并且，数据采集器在设计和制作上无需考量“抗低压”的功能，从而降低了数据采集器的设计和制造的成本。

在一种实施方式中，如图1所示，壳体10包括罩体11和底座12。罩体11的底部设有开口(图中未示出)，发声装置30与声音传感器40安装于底座12的上表面，罩体11可拆卸地安装于底座12的上表面，底座12的上表面适于密封开口，以限定出密闭腔10a。其中，罩体11与底座12可以通过卡扣或紧固件等其他方式可拆卸连接。

在一个示例中，首先，将罩体11由底座12上拆卸下来，控制发声装置30发出声音，然后观测声音传感器40所采集到的声音的音量大小。然后，将罩体11安装于底座12，再控制发声装置30工作并发出声音，继续观测声音传感器40所采集到的声音的音量大小。可以理解的是，由于罩体11安装在底座12上时，罩体11的内壁会对声音产生反射的作用，因此，声音传感器40所采集到的声音的音量会比取下罩体11时采集到的声音的音量大。由此，通过对比，可以向学生演示声音在传播过程中可以进行反射从而导致音量增大的科学原理，从而增加了本申请实施例的教学仪器100的实验项目。

可选地，罩体11采用透明材料制成。例如，透明材料可以为亚克力、透明PC(polycarbonate，聚碳酸酯)和玻璃中的一种或多种。由此，可以直观地观察到罩体11内部的结构，方便排查密闭腔10a内的部件有无故障或放置的位置有无偏差。

可选地，如图1所示，罩体11与底座12的上表面之间设有密封垫13。其中，密封垫13可以采用弹性材料制成，例如橡胶材料。在使用过程中，先将密封垫13放置于底座12的上表面，然后将罩体11的开口朝向密封垫13并放置在密封垫13上，以使密封垫13密封罩体11的开口。由此，可以起到密封罩体11与底座12之间的缝隙的作用，以避免在抽气过程中外界的空气由罩体11与底座12之间的缝隙进入密闭腔10a，保证了密闭腔10a的气密性。

可选地，底座12的上表面设有减振垫14，发声装置30支撑于减振垫14。其中，减振垫14可以采用弹性材料制成，例如海绵。在使用过程中，先将减振垫14放置于密封垫13的上表面，然后将发声装置30放置于减振垫14上，最后将罩体11罩设于密封垫13的上表面。这样，在发声装置30的工作过程中，可以在一定程度上降低发声装置30将振动传递给底座12的可能性，从而进一步降低底座12将振动传递给安装于底座12上的声音传感器40的可能性，进而保证了声音传感器40所采集到的音波尽量来自发声装置30通过空气传播的声音，提高了声音传感器40所采集到的实验数据的精准性。

可选地，声音传感器40包括用于传输电信号的线缆42，底座12设有安装孔，安装孔在底座12的厚度方向上贯穿底座12，线缆42穿过安装孔由密闭腔10a伸出。

在一个示例中，声音传感器40包括传感器本体41和线缆42，传感器本体41通过线缆42支撑于底座12的上方。其中，线缆42的输出端穿过安装孔以伸出密闭腔10a。优选地，安装孔设有密封件，以密封安装孔与线缆42之间的间隙，从而进一步提高密闭腔10a的气密性。

在本申请的其他示例中，底座12的上表面可以设有安装槽，安装槽由底座12的上表面向下凹陷形成，且安装槽由底座12上表面的边缘延伸至底座12上表面的中心处。线缆42安装于安装槽内，密封垫13盖设于安装槽的上方。优选地，如图3所示，密封垫13被构造为环形，且密封垫13中心的通孔13a与安装槽连通，线缆42穿过密封垫13中心的通孔13a并通过安装槽由密闭腔10a伸出。

可选地，如图1所示，罩体11的顶部设有与密闭腔10a连通的抽气口11a，抽气装置20通过抽气口11a与密闭腔10a连通。

在一个示例中，罩体11的顶部设有气嘴，气嘴由罩体11的外表面向外凸起形成，气嘴内限定有连通密闭腔10a与外界的抽气腔，抽气口11a形成于抽气腔的开口。

进一步地，如图3所示，气嘴内设有活塞15，活塞15相对抽气腔可滑动，以起到打开或关闭抽气腔的作用。具体地，活塞15的邻近密闭腔10a的一端被构造为半球形状，及活塞15的下端的外表面被构造为球形面，抽气腔内具有与活塞15的半球形状的端部配合的断面，当密闭腔10a内的空气被抽出以使密闭腔10a处于真空状态时，在外界大气压的作用下活塞15的端部被压紧于抽气腔内部的断面，以起到关闭抽气腔的作用。可以理解的是，抽气装置20在抽气的过程中，活塞15的半球形状的端部与抽气腔内的断面脱离，以打开抽气腔。需要说明的是，以上仅为举例说明本申请实施例的教学仪器100的抽气口11a的设置方式，而不能理解为对本申请的限制。

在一种实施方式中，抽气装置20包括本体21和拉杆22，本体21内限定有气腔，拉杆22伸入气腔且相对气腔可滑动，以改变气腔的容积。

具体地，气腔具有与拉杆22相对设置的一端，且这一端与罩体11的抽气口11a连通设置，拉杆22的位于气腔内的端部与气腔的内壁气密性设置，即拉杆22相对气腔滑动的过程中，外界的空气无法进入气腔内，这样，在拉杆22相对气腔滑动的过程中，通过气腔内的气压变化可以将密闭腔10a内的空气抽出至气腔内。

本申请实施例采用上述技术方案，通过将发声装置30和声音传感器40设置在密闭腔10a内，可以排除壳体10对实验结果的干扰，实验过程更为严谨和科学。再者，通过采用声音传感器40来取代人耳对声音音量的大小进行判断，对音量的观测结果可以进行量化，排除了人耳的主观因素的干扰，实验数据更为客观精准。

在本说明书的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

上文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，上文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种示范声音通过空气传播的教学仪器，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体内限定有密闭腔；

抽气装置，所述抽气装置与所述密闭腔连通，用于将所述密闭腔内的空气抽出以使所述密闭腔形成真空状态；

发声装置，所述发声装置设于所述密闭腔内；

声音传感器，所述声音传感器设于所述密闭腔内，且与所述发声装置间隔设置，所述声音传感器根据采集到的声音生成相应的电信号。

2.根据权利要求1所述的示范声音通过空气传播的教学仪器，其特征在于，还包括：

数据采集器，所述数据采集器设于所述壳体的外部且与所述声音传感器电连接，所述数据采集器接收所述电信号并用于电连接外部的显示设备。

3.根据权利要求1所述的示范声音通过空气传播的教学仪器，其特征在于，所述壳体包括：

罩体，所述罩体的底部设有开口；

底座，所述发声装置与所述声音传感器安装于所述底座的上表面，所述罩体可拆卸地安装于所述底座的上表面，所述底座的上表面适于密封所述开口，以限定出所述密闭腔。

4.根据权利要求3所述的示范声音通过空气传播的教学仪器，其特征在于，所述罩体与所述底座的上表面之间设有密封垫。

5.根据权利要求3所述的示范声音通过空气传播的教学仪器，其特征在于，所述底座的上表面设有减振垫，所述发声装置支撑于所述减振垫。

6.根据权利要求3所述的示范声音通过空气传播的教学仪器，其特征在于，所述声音传感器包括用于传输所述电信号的线缆，所述底座设有安装孔，所述安装孔在所述底座的厚度方向上贯穿所述底座，所述线缆穿过所述安装孔由所述密闭腔伸出。

7.根据权利要求3所述的示范声音通过空气传播的教学仪器，其特征在于，所述罩体的顶部设有与密闭腔连通的抽气口，所述抽气装置通过所述抽气口与所述密闭腔连通。

8.根据权利要求3所述的示范声音通过空气传播的教学仪器，其特征在于，所述罩体采用透明材料制成。

9.根据权利要求1所述的示范声音通过空气传播的教学仪器，其特征在于，所述发声装置为蜂鸣器。

10.根据权利要求1所述的示范声音通过空气传播的教学仪器，其特征在于，所述抽气装置包括本体和拉杆，所述本体内限定有气腔，所述拉杆伸入所述气腔且相对所述气腔可滑动，以改变所述气腔的容积。

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