手工紙+膠片+瓶蓋 自製哨子 做聲學實驗

文章日期:2022年06月14日

【明報專訊】哨子聲響,不論是在球場、建築地盤、繁忙馬路,目的都是透過音頻來引起特定人群的注意。吹哨子之所以會發出聲音,其實是空氣振動的表現。就讓我們由一個簡單小手工開始,帶大家來一場妙韻聲學之旅。

我們從主圖(見右圖)「自製不同音域哨子」小實驗中,DIY一支簡單的哨子。試把不同大小的塑料瓶蓋放在哨子的小洞下,會發現吹出不同的音高(pitch),有的像小鳥叫,有的像蒸汽火車響號,為什麼?

空氣帶動膠片振動產生聲音

聖公會主風小學常識科主席伍展鴻解釋,哨子發聲,是利用氣流從管的一端直接通到另一端,在出口處振動而產生聲音。當沒有空氣流動時,膠片上下的氣壓都一樣;然而當空氣由紙管壓扁的一端吹出時,根據伯努利定律(Bernoulli's principle),不可壓縮的流體(空氣)沿管中流動時,其速度會改變(加快),快速流動的空氣在管道出口會產生壓力差。也就是說,瓶蓋上快速流動的空氣與瓶蓋內靜止的氣壓不再相同,令到瓶蓋中的空氣由膠片的氣洞溢出,從而帶動膠片振動產生聲音。而振動的快慢,就影響聲音的高低(見下圖「哨子發聲原理」)。

瓶蓋當共鳴器 放大音量

哨子的結構其實與某些樂器相似。開了洞的膠片是哨子的發聲體,透過振動產生聲音,好比結他的弦、喇叭的簧片;而膠片下的瓶蓋則構成共鳴器,讓聲音共振放大音量,就像琴箱、結他的木箱等。音高即是空氣的振動頻率,哨子聲音會隨着瓶蓋柱狀空間的深度和闊度不同而產生不同的音高,瓶蓋空間愈大,空氣反彈振動便會愈慢,產生的聲音愈低,就好像小提琴由於共鳴箱比大提琴小,所以前者奏出來的琴音較高。我們可以透過更換不同深度的瓶蓋改變共振管的深度,如果瓶蓋較淺,產生的音高會較高,響亮如鳥鳴;相反較深的瓶蓋會產生較低的音高,好像蒸汽火車響號。吹奏笛子時,演奏者會利用關閉特定的開口調整笛的音高,原理亦是改變笛內共振管的長度及共振頻率。

文:顏燕雯

編輯:梁小玲

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■有片睇

哨子發聲原理

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