CN208271438U - 声音特性演示仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及中学教具领域，尤其涉及声音特性演示仪，包括喇叭、四面棱镜、激光笔和显示屏，喇叭依次连接功放集成块、降噪稳零运放、频率合成器构成喇叭电路，所述的喇叭电路与调速电机并联构成工作电路，所述的工作电路与电池组连接；所述的四面棱镜由调速电机控制转动；的喇叭振动面上贴有反光膜；激光笔发射为方向朝向喇叭振动面的反光膜，反光膜将光线反射到四面棱镜，四面棱镜再将光反射到显示屏上。本实用新型的提供的声音特性演示仪，可以在听声音的同时观察到由频率变化引起的音调变化波形，由音量变化引起的响度变化波形，采用不同喇叭可以观察到音色的变化波形。

Description

声音特性演示仪

技术领域

本实用新型涉及中学教具领域，尤其涉及声音特性演示仪。

背景技术

义务教育课程物理八年级上册中有演示实验1，探究音调与频率的关系，试验方法为钢尺一端按在桌面上，一端伸出，拨动钢尺，看钢尺振动快慢，听振动发出的声音；改变钢尺伸出长度，再次拨动，看、听差别。演示实验2：观察声音的波形，将音叉发出的声音信号输入到示波器上，观察不同频率的音叉的声音波形，再将男女同学的声音信号输入，比较它们的差异。演示实验3：观察声音不同音色的波形，将话筒接在示波器的输入端，用不同乐器对着话筒发出相同音调的声音，观察、比较各波形有何异同。

传统实验条件存在以下问题，

①示波器价格昂贵，一般乡镇学校没有配备；

②音叉振幅的变化肉眼不易观察，而且振动的持续性和稳定性均不足。

③示波器屏幕较小，教学演示可见度不足。

④示波器观察波形，是把振动信号转化为电信号输出，缺乏直观性。

另外现在还有更先进的Adobe Audition CS5.5软件模拟演示，Adobe AuditionCS5.5是一个专业音频编辑软件，可提供先进的音频混合、编辑、控制和效果处理功能。教师可以根据演示需要加入和调整声音的音调、音高和音色等的声音信号，直接看到模拟波形。

该实验条件：①计算机价格昂贵，一般乡镇学校没有配备；②显示器屏幕较小，教学演示可见度不足。③软件模拟，缺乏实验演示的真实感。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种简便、直观、可见度大的演示仪器，有效展示声音的特性：

(1)发声体频率越高，声音的音调越高；

(2)发声体振幅越大，声音的响度越大；

(3)频率和振幅相同时，发声体的材料、形状不同，声音的音色不同。

通过下述技术方案得以解决的：

声音特性演示仪包括喇叭、四面棱镜、激光笔和显示屏，所述的喇叭依次连接功放集成块、降噪稳零运放、频率合成器构成喇叭电路，所述的喇叭电路与调速电机并联构成工作电路，所述的工作电路与电池组连接；所述的四面棱镜由调速电机控制转动；

所述的喇叭振动面上贴有反光膜；

激光笔发射为方向朝向喇叭振动面的反光膜，反光膜将光线反射到匀速旋转的四面棱镜，四面棱镜再将光反射到显示屏上。

用喇叭振动发声演示声音特性，用激光束放大和呈现声音的振动过程。

进一步的，所述的喇叭底部安置有减震棉。

优选的，还包括一个包装箱，所述的包装箱包括四个侧壁、一个底板和一个盖板，所述的包装箱四个侧壁的底板分别铰接在底板上，四个侧壁可以沿着底边展开，所述的工作电路、电池组、四面棱镜、激光笔分别安装在所述的侧壁或者底板上。

所述的工作电路上还设置有开关。

激光笔发出激光，照射到喇叭振动面的反光膜上，将代表振动幅度的激光光点反射到旋转的四面棱镜上，经四面棱镜面再将光斑反射投影到白色的墙壁(显示屏)上，多次反射放大了喇叭的振幅，使在墙面上可以观察到明显的振动波形变化。

使用高集成度功放集成块、频率合成器驱动喇叭振动发声，在喇叭纸盆内上贴反光膜，采用亮度高，方向性好的激光入射到反光膜，把微小的声音振动幅度放大，投射到匀速旋转的四面棱镜(小电机带动)上，实现振动幅度的水平等间隔扫描，再反射投影到距离较远的白墙上，从而观察到声波振动过程中振幅随时间的变化波形。改变喇叭的输入频率，在听到声音音高变化的同时看到声音波形的疏密变化，说明频率决定声音的音高特性；改变输入幅度，在听到声音响度变化的同时看到声音波形的振幅变化，说明振幅决定声音的响度特性；保证输入频率和振幅不变条件下，更换不同喇叭，在听到声音音色变化的同时看到声音波形变化，说明发声体的材料、结构决定声音的音色特性；加入非斩波降噪稳零运放实现降噪。

本实用新型的提供的声音特性演示仪，可以在听声音的同时观察到由频率变化引起的音调变化波形，由音量变化引起的响度变化波形，采用不同喇叭可以观察到音色的变化波形。

本实用新型具有以下技术优点：就地取材，利用生活中的废旧器材制作教具，体现物理源于生活的同时降低教学成本。电路模块控制音箱，有效提升了喇叭振动的持续性和稳定性；利用激光斑点多次反射放大，使得喇叭的振动幅度明显可见。可以墙作为显示屏展示实验现象，大幅提升教学演示可见度。开放布局，结构清晰，体现演示的真实感和直观性。物美价廉，操作简单，便于携带。

附图说明

图1是本实用新型的电路结构示意图；

图2是本实用新型的光路示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

如图1和图2所示，声音特性演示仪包括喇叭2、四面棱镜3、激光笔1和显示屏4，所述的喇叭2依次连接功放集成块、降噪稳零运放、频率合成器构成喇叭电路，所述的喇叭电路与调速电机并联构成工作电路，所述的工作电路与电池组连接；所述的四面棱镜3由调速电机控制转动；

所述的喇叭2振动面上贴有反光膜；

激光笔1发射为方向朝向喇叭2振动面的反光膜，反光膜将光线反射到四面棱镜3，四面棱镜3再将光反射到显示屏4上。

所述的喇叭2底部安置有减震棉。

还包括一个包装箱，所述的包装箱包括四个侧壁、一个底板和一个盖板，所述的包装箱四个侧壁的底板分别铰接在底板上，四个侧壁可以沿着底边展开，所述的工作电路、电池组、四面棱镜3、激光笔1分别安装在所述的侧壁或者底板上。

所述的工作电路上还设置有开关。

实验过程为：

(1)声音信号的产生和控制

采用常见的音箱上的喇叭2作为发声设备，更接近生活实际；但是播放音乐不能确定声音的音频和响度变化，所以需要采用一个可控制频率和幅度的信号发生器来驱动音箱发单一声音，使用高集成度功放集成块、频率合成器可实现对声音信号的调节和控制。

(2)振动幅度的放大和显示

喇叭2发声时振动幅度很小，肉眼不易分辨，利用光反射放大原理，解决振幅小的问题。在喇叭2纸盆上贴反光膜，采用亮度高，方向性好的激光入射到反光膜，把微小的声音振动放大，反射到距离较远的白墙上，成为可见度很高的光斑振动。为了降噪，加入降噪稳零运放。

(3)声音波形的呈现

把上述放大的振动光斑投射到匀速旋转的四面棱镜3上，镜面连续反射实现水平扫描的功能(类似示波器)。从而观察到声波振动过程中振幅随时间的变化波形。

本实用新型具有以下优点：

①现象直观，可见度大。喇叭2微小振动通过激光反射放大，以光斑振动反映发声体的振动，增强了振动波形的直观性，以墙面作为显示屏4，增大演示的可见度。

②就地取材，物美价廉。在喇叭2上贴上反光膜，用激光笔1照射就实现了振动轨迹的放大、投影、和显示功能；采用玻璃店的镜片边角料制作成四面棱镜3，配合小电机就制成了扫描装置，直观显示振动波形，取材简便，效果明显。

③操作简单，携带方便。仪器结构简单，依靠三个旋钮分别调整频率、振幅和电机旋转频率，简便易行。演示仪集成在一个木箱中，实验器件可拆卸，携带方便。

Claims (4)

1.声音特性演示仪，其特征在于：包括喇叭、四面棱镜、激光笔和显示屏，所述的喇叭依次连接功放集成块、降噪稳零运放、频率合成器构成喇叭电路，所述的喇叭电路与调速电机并联构成工作电路，所述的工作电路与电池组连接；所述的四面棱镜由调速电机控制匀速转动；

所述的喇叭振动面上贴有反光膜；

激光笔发射为方向朝向喇叭振动面的反光膜，反光膜将光线反射到匀速旋转的四面棱镜，四面棱镜再将光等间隔反射到显示屏上。

2.根据权利要求1所述的声音特性演示仪，其特征在于：所述的喇叭底部安置有减震棉。

3.根据权利要求1所述的声音特性演示仪，其特征在于：所述的工作电路上还设置有开关。

4.根据权利要求1到3任一项所述的声音特性演示仪，其特征在于：还包括一个包装箱，所述的包装箱包括四个侧壁、一个底板和一个盖板，所述的包装箱四个侧壁的底板分别铰接在底板上，四个侧壁可以沿着底边展开，所述的工作电路、电池组、四面棱镜、激光笔分别安装在所述的侧壁或者底板上。