自制声音的三要素演示教具研究报告

查大宝

一、研究背景

我们使用的沪粤版物理教材第二章第2、3两小节《我们怎样区分声音》部分，出示了一系列图片——用波形显示声音的音调、响度和音色，它很好地为我们展示了振幅、振动次数、波的形状与响度、音调、音色之间的关系，同学们虽然对这些方式有所了解，但对这些方式的具体构造和原理是完全不了解的，凭借我们老师的讲解和多媒体的展示也仅能加深了解，实验室也仅配备了简易示波器，并没有话筒放大和音频输入设备，因此，制作一套声音的三要素演示教具，就能很好地解决此教学难题。

二、具体制作

方案的设计

用改装后的黑白电视机作为波形显示的主要媒介，加入蓝牙音频输入、音频播放与波形的同步显示以及话筒输入电路。

具体的制作

（1）、黑白电视机改装为示波器

考虑到装置的科技性和变废为宝宗旨，采用将淘汰了的老式黑白电视机改装为简易单踪示波器后作为波形显示的核心元件。

（2）改装过程：

所需器材

可以点亮的黑白电视机一台、d类10w以上音频功率放大器一套、蓝牙音频播放器一块、动圈麦克风前置放大器一块、动圈话筒一支、100k欧电位器一个、导线若干。

改装前的设想

根据示波器和crt电视机的工作原理分析，两者有很多相似之处，区别在于电视机和示波器中电子的运动原理不相同：电视机中电子是靠磁场来完成扫描运动的;而示波器中电子是靠电场来完成扫描运动的，偏转原理基本相同，因此，可以进行试验改装。

具体改装方法

拆开黑白电视机，找到偏转线圈。如下图所示：

我们可以看到偏转线圈有四个焊点接头：两根行偏转和两根场偏转，我们可以用万用表测量两组线圈的直流电阻，通常，阻值小的为行偏转，阻值稍大的为场偏转。

断开行偏转，开机可以观察到屏幕中间亮起一条竖直的亮  线，如下图：

松开偏转线圈组件，将整个组件顺时针或者逆时针旋转90度，使豎线变为横线。如下图：

将断开的行偏转线妥善处理，用一块8610d类数字功放板，把功放的喇叭输出端通过一10欧姆功率电阻接在行偏转线圈上，8610电源端接在电视机内的12伏开关电源上。如下图：

再把蓝牙模块和话筒前置放大模块的音频输出分别通过10k电阻接在8610的音频输入端，蓝牙模块通过7805，降压为5伏接入蓝牙模块;话筒前置放大模块可直接接入机内12伏开关电源上，如下图：

整个改装电路框图如下：

整体组装

根据各自工作特点，合理安排安装位置，把以上四个部分组装到黑白电视机内的适当位置上，就组合成了声音的三要素演示教具。成品如下：

三、具体实验演示操作

蓝牙音频波形分析演示

手机和本装置进行蓝牙配对，在手机播放器中播放有关乐器或人声音频，观察示波器波形，多次操作，比较两种或两种以上不同声音的三要素，得出相应结论（振幅决定响度、频率决定音调、波的形状决定音色）。

麦克风输入声音波形分析演示

把动圈话筒插入话筒插座，几位同学对着话筒说相同的话，比较不同同学声音的三要素;也可以用不同音叉等在话筒前敲击，观察波形，得出相应结论（振幅决定响度、频率决定音调、波的形状决定音色）。

四、创新点

（1）、采用电视机改装示波器的办法，增加了废物的利用。

（2）、两种输入形式相结合，实时观察波形，课堂效果好。

（3）、采用蓝牙音频输入，能观察多种网络音频的波形，多种类型的音频素材获取更容易，适用范围更广。