關鍵概念
物理學
聲波
薄膜
聲學
諧波
導言
隨著夏天的到來，你可能很快會發現自己身處遊行、派對或集市中。在那裡，你可能會被各種各樣的聲音所包圍：煙花、音樂，當然還有著名的（或臭名昭著的）卡祖笛的聲音！不管你是否喜歡它們，這些小小的發聲器都是學習聲音物理學的好方法。在這項活動中，你將透過構建我們自己的卡祖笛來研究它們的工作原理！
背景
卡祖笛是一種非常簡單的樂器，由一根帶有孔的空心管組成。孔被一層薄膜覆蓋，當人們對著管子唱歌、說話或哼唱時，薄膜會振動，從而產生嗡嗡的聲音。人們製作和演奏卡祖笛已經有很多年了。最早的卡祖笛是用空心骨頭製成的，用蜘蛛卵囊作為振動膜！
關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您可以幫助確保有關塑造當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
雖然卡祖笛看起來和感覺更像長笛或單簧管，但實際上它與鼓的關係最密切。當演奏者對著開口端唱歌、說話或哼唱時，他們的聲帶會產生穿過樂器的聲波。當它們穿過管子時，一些聲波會從樂器的壁上反彈。這種方向的改變可以為演奏者的聲音新增諧波（取決於管子的材料）；然而，大多數聲波會撞擊薄膜，導致其振動。這種振動會為聲音新增共鳴或諧波，併產生我們與卡祖笛相關的特徵性嗡嗡聲。
在這項活動中，您將使用您自己可以從家中材料製作的卡祖笛進行聲音實驗。
材料
空紙板管，例如空的紙巾或衛生紙管
塑膠雜貨袋
鋁箔（一張正方形的薄片，大約四英寸乘四英寸）
紙巾（一張正方形的薄片，大約四英寸乘四英寸）
橡皮筋
削尖的鉛筆
剪刀
一位成年人幫忙
準備
使用剪刀從塑膠雜貨袋上剪出一個四英寸乘四英寸的正方形。
步驟
嘗試大聲說幾個字。拉長聲音並聽你的聲音。說“KAAA-ZOOO！”注意你的聲音聽起來如何。
將紙板管的一端放在嘴裡，使其接觸嘴周圍的皮膚，但不接觸嘴唇。
將管子放在嘴邊，再次嘗試說話。拉長你的話，發出很多聲音。說“KAAA-ZOOO！”注意你的聲音在穿過管子時的聲音。你的聲音在穿過管子時聽起來是否不同？它有什麼不同？當你說話時，你能感覺到管子在振動嗎？
將你從雜貨袋上剪下的四英寸乘四英寸的正方形放在管子的一端。使用橡皮筋將其牢固地固定到位。
將管子的未覆蓋端放在嘴裡，然後再次嘗試說話。發出你之前發出的相同聲音。說“KAAA-ZOOO！” 在管子上放上塑膠後，你的聲音聽起來是否不同？它有什麼不同？
讓一位成年人幫你用削尖的鉛筆在紙板管的一側，在兩端之間的中間位置戳一個洞。
將管子的未覆蓋端放在嘴裡，然後再次嘗試說話。發出你之前發出的相同聲音。說“KAAA-ZOOO！” 你的聲音聽起來和你切開洞之前是否不同？它有什麼不同？當你繼續說話時，嘗試用手指蓋住和開啟孔。
當你在管子裡說話時，輕輕觸控覆蓋在管子末端的塑膠袋。你能感覺到塑膠在移動嗎？如果你嘗試更用力地按壓塑膠，阻止它在說話時移動，會發生什麼？它會改變你的聲音嗎？
從管子的末端取下塑膠袋，並用鋁箔片替換它。使用橡皮筋將其固定到位。
將管子的未覆蓋端放在嘴裡，然後再次嘗試說話。發出你之前發出的相同聲音。說“KAAA-ZOOO！” 你的聲音聽起來和用塑膠袋覆蓋管子末端時是否不同？如果是這樣，它有什麼不同？
就像你對塑膠袋所做的那樣，當你在管子裡說話時，輕輕觸控覆蓋在管子末端的鋁箔。你能感覺到箔在移動嗎？如果你嘗試更用力地按壓箔，阻止它在說話時移動，會發生什麼？它會改變你的聲音嗎？
重複使用紙巾覆蓋管子末端的活動。注意你的聲音如何隨著不同的覆蓋物而變化。
額外提示：嘗試不同尺寸的紙板管。注意你的聲音如何隨著不同尺寸的管子而變化。
額外提示：嘗試在紙板管上戳更多的孔。當你對著管子說話時，這會改變你的聲音嗎？
觀察和結果
在此活動的每個步驟中，您都改變了管子的結構。你可能注意到，隨著每次改變，你的聲音也發生了變化。
在第一步中，當你對著管子說話時，你可能注意到你的聲音聽起來更深沉或更有共鳴。這是因為當你對著管子說話、唱歌或哼唱時，一些聲波會從管子的壁上反彈，改變它們到達你耳朵的方向和時間。這會為聲音新增諧波，並且效果取決於管子的材料。（較軟的材料會吸收聲波，使其更安靜。）
在您將塑膠袋放在管子的末端後，您可能注意到與末端沒有塑膠的管子相比，您的聲音聽起來很悶。這是因為塑膠為聲波透過到達您的耳朵之前設定了障礙，導致它們在此過程中失去能量。
當您在管子上切開孔時，您可能注意到更容易聽到您的聲音。它也可能聽起來被放大了，更有共鳴。這是因為末端的塑膠充當薄膜，會響應您的聲音而振動。管子上的孔釋放了管子內部的壓力，使空氣（和聲音）逸出併到達您的耳朵。
當你用鋁箔和紙巾重複此活動時，你可能注意到你的聲音沒有像使用塑膠袋時那樣具有相同的振動特性。這是因為鋁箔和紙巾都不能像薄膜那樣有效。鋁箔不如塑膠袋靈活，因此它沒有像塑膠袋那樣響應你的聲音而振動。因此，聲音可能會從箔上反彈，但沒有以相同的方式放大。相比之下，紙巾是一種效果較差的薄膜，因為它太容易滲透。空氣——因此聲波——可以直接穿過它而不會引起它振動。
更多探索 回到音樂的過去：用日常物品製作你自己的留聲機，來自科學夥伴
製作班卓琴，來自科學夥伴
製造聲波，來自大眾科學 透過絃線電話交談，來自大眾科學
此活動與科學夥伴合作推出
