關鍵概念
聲學
振動
聲波
聽力
引言
你對自己的耳膜瞭解多少？你可能知道你的耳膜是你耳朵的重要組成部分，讓你能夠聽到周圍的世界。但是我們為什麼稱之為鼓膜呢？事實證明，稱之為鼓膜非常準確地描述了你的耳膜的樣子——以及它在你的耳朵裡所起的作用。為了理解你的耳膜是如何工作的，想象一下用鼓槌敲擊真鼓，然後用手觸控鼓面。當你這樣做時，你可以感覺到振動在鼓的材料中傳遞。我們的耳膜以類似的方式工作，但不是來自鼓槌的敲擊，我們的耳膜會因聲波的撞擊而振動。我們無法用眼睛看到這些聲波。但是我們可以看到它們是如何引起周圍物體的振動的，就像它們在我們的耳膜中一樣！
背景
我們體驗到的聲音實際上是一種機械波，是由空氣中（或我們耳朵周圍的任何介質——記住聲音也可以在水中傳播！）粒子的來回振動產生的。為了理解這一點，想象一下（或嘗試）在水下拍手。當你的手彼此靠近時，它們會聚集水，在它們身後形成一個空間，周圍的水粒子會湧入以填補這個空間。一旦你的手相遇，你手之間的水粒子就會被擠壓在一起。你可以看到這兩個事件的結果，即漣漪從你拍打的手中擴散到水中。聲波在空氣中傳播的方式類似。當你拍手時，你會位移（或移動）你手之間和周圍的空氣粒子。這會產生一個壓縮波，在空氣中傳播（很像在水中）。連續的聲音（例如音叉產生的聲音）是由叉齒的振動引起的。叉齒的振動反覆壓縮和位移周圍的空氣粒子，導致重複的壓縮模式，我們將其聽作一個單一的、連續的音調。叉齒移動得越快，每次壓縮之間的時間就越短，從而產生更高頻率的聲波。
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當這個波到達你的耳朵時，它會遇到你的耳膜。你的耳膜是一層非常薄的膜，它充當外部世界和你內耳之間的屏障。雖然它保護著你耳朵的內部，但你耳膜的真正目的是傳遞聲音。當聲波撞擊你的耳膜時，它們會引起它的振動——就像你用鼓槌敲擊真鼓時，真鼓的振動方式一樣。你耳膜中的振動然後透過你耳朵內部的三塊小骨頭傳遞到一個充滿液體的腔室，稱為耳蝸（發音為 KOK-lee-uh）。耳蝸中的振動被轉化為電訊號，你的大腦將其解釋為聲音。我們根據聲波的頻率來聽到不同的音高（高音和低音）——頻率越高，音高越高。
在這個活動中，你將觀察聲波透過模型膜時引起的振動，就像透過我們耳膜的振動一樣！
材料
烘焙紙或蠟紙
一個可以套在玻璃碗頂部的大橡皮筋（彈性頭帶也很有效。）
一個足夠大的小玻璃碗，可以把藍牙音箱放在底部
糖或鹽（為了幫助你更好地看到結果，你可以使用彩色糖粉，或者你可以用食用色素自己給糖或鹽染色。）
一個行動式藍牙音箱
一部可以連線到你的音箱的手機或其他裝置（對於此活動，你將從裝置上一次播放一個單音。有幾個免費的調音器應用程式以及 YouTube 影片，你可以用它們從手機上播放單音。請確保你有權向裝置新增應用程式。）
耳塞（可選）
準備工作
將音箱放入碗中；確保它已開啟並連線到您將要使用的手機或裝置。
用一張蠟紙蓋住碗的頂部。
將橡皮筋纏繞在碗的邊緣，以固定紙張。
在紙上撒上一層糖或鹽。確保顆粒均勻地鋪在紙上；儘量避免堆積。
步驟
在手機或裝置上開啟調音器應用程式（或播放一個單音的 YouTube 影片）。從可用的最低頻率音調開始。將音量設定為儘可能低的設定，然後點選播放。
在音調播放時，觀察紙上的糖或鹽顆粒。你注意到顆粒有什麼變化嗎？有任何變化嗎？如果有，是什麼？
慢慢增加手機的音量。每次增加音量時，暫停以觀察糖或鹽。你注意到什麼？顆粒有變化嗎？以什麼方式？
繼續增加音量，觀察紙上糖的任何變化。（重要提示：將您的音箱音量保持在舒適的範圍內。如果音量開始變得不舒服地大，但您仍然沒有看到任何變化，請參閱下面的第一個“額外”步驟以獲取提示。）增加音量對糖或鹽有什麼影響？你認為是什麼引起了這種變化？
當你在糖或鹽上看到效果時，嘗試暫停音調，然後重新啟動它。當音調停止時，顆粒會發生什麼變化？當你重新啟動音調時呢？你認為音調為什麼會對顆粒產生這種影響？你注意到當音調播放時，顆粒的行為有任何模式嗎？
暫停音調並重置糖或鹽，使其再次均勻地鋪在紙上。
將手機調回最低音量，並將您正在播放的音調頻率更改為更高的頻率。
重複該活動，慢慢增加這個新音調的音量。新的音調有什麼不同？聽起來更高還是更低？新音調對顆粒有什麼影響？效果與你觀察到的第一個音調不同嗎？如果是，以什麼方式？你認為是什麼導致了兩個音調之間的差異？
額外內容：重複該活動，嘗試不同的音調。嘗試探索廣泛的範圍！提示：查詢“克拉尼實驗”的影片，並使用音訊在您自己的活動中嘗試音調！
額外內容：再次嘗試該活動，但這次用其他家用容器代替玻璃碗。蛋糕盤可以嗎？花瓶呢？金屬碗或木碗呢？如果您第一次沒有看到任何結果，請嘗試使用更深的碗，並嘗試不同的尺寸。
觀察和結果
播放音調是否導致糖或鹽顆粒在蠟紙上移動？
當聲波穿過蠟紙時，它會引起紙張振動。當你增加音調的音量時，你正在向聲波新增能量，從而導致更大的振動。最終，這些振動足夠大，可以移動紙上的糖或鹽。
您可能還注意到，顆粒的移動模式會隨著音調頻率的變化而變化。當音調的頻率改變時，蠟紙的振動也會隨之改變，從而導致糖或鹽顆粒的模式發生變化。
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此活動由科學夥伴合作推出
