音乐盒的奥秘

音乐盒的奥秘

郭绢如

(江苏省苏州工业园区第十中学初三6班，江苏苏州215021)

清脆地传来一曲《致爱丽丝》，莫以为是哪位高手在弹琴，实际上是我扭了一下发条后，音乐盒在发声呢.我就“音乐盒的发音原理”这一问题，利用学过的物理知识对它进行了一番研究.

首先，声音是怎么发出来的？自然是振动发声.那么是什么使什么元件振动呢？来看拆卸后的图片(如图1)就知晓了.原来标号为A的轴转动，A上面的不同的小疙瘩使零件B的不同小弹片振动从而发声.然而，像《致爱丽丝》这种名曲，不可能只有一种音符，而且音差也很大，那么它是怎么使其发出不同音高呢？大家看到图1，可能很自然的认为零件B的各个弹片长短不同，联系八年级上学期的物理，长度可以改变振动的频率，音调就不同啦.嘿嘿，别以为真这么简单，拆下两个螺丝就懂了(如图2).初看到图2，先猜想一下质量是否与音调(振动频率)有关呢？那么，就做个实验吧.

图1

图2

实验一：音调(振动频率)与质量的关系

用调音器将吉他调准音，在六弦上绑一块橡皮，再次拨动，观察调音器有无变化.换其他三根线，做三次实验，寻找普遍规律(如表1).

表1

方法：控制变量法.

结论:其他条件不变的情况下，拨动的东西质量越小，频率越快.

用生活中的应用来举例，乐器中，弦越细，其音调越高.

原来如此，由于《致爱丽丝》音调相差较大，设计者用同时改变长度、质量使其适应.

图3

研究完振动发声，咱们继续往前推——齿轮和蜗轴蜗杆(如图3).为什么要用齿轮，甚至蜗轮蜗杆呢？咱们继续做一个简单的对照实验.

实验二：齿轮、涡轮蜗杆的作用

首先拨动最大的齿轮(即图1中的零件A)，感觉很难拨动，拨动立即发出声音.其次，拨动小涡轮，感觉很容易拨动，但是拨动很久几乎没有出声.

根据实验及资料，初步得出结论：齿轮，蜗轴蜗杆主要目的是得到很大的传动比，从而减小速度，保持音乐较正常的节奏.还有利用蜗轮具有自锁性(只能由蜗杆带动蜗轮，而不能由蜗轮带动蜗杆)使其在正常情况下很难像实验时拨动最大的齿轮，起安全保护作用.

图4

研究完这个，不禁感叹，真是省力不省功啊！不过这里还有一个小问题.在图4中，圈出的小零件的作用是什么？由于不好确定，在这里猜想一下：①可能具有稳定性；②有开关的功能.

接着，就是这动能的来源了——发条.发条的原理很简单，就是将一个弹性元件用外力(这里就是用手转动的力)压缩，储存能量，然后利用机械装置使这部分能量逐渐释放，咱们从能量的角度来总结一下：其他能→发条的弹性势能→齿轮和蜗轮的动能→声能.

当然，至于蜗轮蜗杆和齿轮的传动比以及“小疙瘩”的精确位置，还有很多我没有发现的小奥秘等等都是设计师花费大量精力和智慧设计出来的，这才让我们听到那清脆的《致爱丽丝》.

(指导教师：江苏省苏州工业园区第十中学陈刚)

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