自制聲音的三要素演示教具研究報告

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《我們怎樣區分聲音》部分，出示了一系列圖片——用波形顯示聲音的音調、響度和音色，它很好地為我們展示了振幅、振動次數、波的形狀與響度、音調、音色之間的關系，同學們雖然對這些方式有所了解，但對這些方式的具體構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，實驗室也僅配備了簡易示波器，并沒有話筒放大和音頻輸入設備，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難題。

二、具體制作

方案的設計

用改裝后的黑白電視機作為波形顯示的主要媒介，加入藍牙音頻輸入、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改裝為簡易單蹤示波器后作為波形顯示的核心元件。

（2）改裝過程：

所需器材

可以點亮的黑白電視機一臺、d類10w以上音頻功率放大器一套、藍牙音頻播放器一塊、動圈麥克風前置放大器一塊、動圈話筒一支、100k歐電位器一個、導線若干。

改裝前的設想

根據示波器和crt電視機的工作原理分析，兩者有很多相似之處，區別在于電視機和示波器中電子的運動原理不相同：電視機中電子是靠磁場來完成掃描運動的;而示波器中電子是靠電場來完成掃描運動的，偏轉原理基本相同，因此，可以進行試驗改裝。

具體改裝方法

拆開黑白電視機，找到偏轉線圈。如下圖所示：

我們可以看到偏轉線圈有四個焊點接頭：兩根行偏轉和兩根場偏轉，我們可以用萬用表測量兩組線圈的直流電阻，通常，阻值小的為行偏轉，阻值稍大的為場偏轉。

斷開行偏轉，開機可以觀察到屏幕中間亮起一條豎直的亮 ?線，如下圖：

松開偏轉線圈組件，將整個組件順時針或者逆時針旋轉90度，使豎線變為橫線。如下圖：

將斷開的行偏轉線妥善處理，用一塊8610d類數字功放板，把功放的喇叭輸出端通過一10歐姆功率電阻接在行偏轉線圈上，8610電源端接在電視機內的12伏開關電源上。如下圖：

再把藍牙模塊和話筒前置放大模塊的音頻輸出分別通過10k電阻接在8610的音頻輸入端，藍牙模塊通過7805，降壓為5伏接入藍牙模塊;話筒前置放大模塊可直接接入機內12伏開關電源上，如下圖：

整個改裝電路框圖如下：

整體組裝

根據各自工作特點，合理安排安裝位置，把以上四個部分組裝到黑白電視機內的適當位置上，就組合成了聲音的三要素演示教具。成品如下：

三、具體實驗演示操作

藍牙音頻波形分析演示

手機和本裝置進行藍牙配對，在手機播放器中播放有關樂器或人聲音頻，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，得出相應結論（振幅決定響度、頻率決定音調、波的形狀決定音色）。

麥克風輸入聲音波形分析演示

把動圈話筒插入話筒插座，幾位同學對著話筒說相同的話，比較不同同學聲音的三要素;也可以用不同音叉等在話筒前敲擊，觀察波形，得出相應結論（振幅決定響度、頻率決定音調、波的形狀決定音色）。

四、創新點

（1）、采用電視機改裝示波器的辦法，增加了廢物的利用。

（2）、兩種輸入形式相結合，實時觀察波形，課堂效果好。

（3）、采用藍牙音頻輸入，能觀察多種網絡音頻的波形，多種類型的音頻素材獲取更容易，適用范圍更廣。