核心概念
物理學
聲波
頻率
音高
赫茲
引言
你能說出世界上最暢銷的樂器嗎？如果你說是……口琴，那就對了！口琴是由一位16歲的德國男孩在1821年獲得專利的。自那時起，它就成為了世界上最暢銷的樂器，並且在許多地方成為了家喻戶曉的物品。人們很容易將樂器（以及它們所產生的音樂）視為理所當然，但是創造美妙的聲音不僅僅是一門藝術，也是一門科學！在這個活動中，你將設計和探索你自己的、由家庭用品製成的類似口琴的樂器。是時候調音了！
背景
我們每天聽到的聲音是聲波在空氣中傳播併到達我們耳朵的結果。就像海浪一樣，聲波是由物體在介質中的振動或運動產生的。在海洋的情況下，介質是水，而聲波最常透過在空氣中傳播到達我們。聲波起源於振動物體，例如聲帶，並透過介質（例如空氣）傳播，導致所有空氣粒子以聲帶的頻率振動。這種運動的頻率通常以赫茲 (Hz) 為單位測量，其中一赫茲等於每秒一次振動。
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為了幫助理解這一點，想象一下兩個人之間拉著一根繩子。如果一個人輕輕地每秒上下晃動繩子一次，波浪將以一赫茲的頻率在繩子中傳播。如果這個人加快速度，每秒上下移動繩子兩次，波浪將以兩赫茲的頻率在繩子中傳播。
聲音以類似的方式在空氣中傳播。一位小提琴家在小提琴的琴絃上拉動琴弓，導致琴絃振動。振動的琴絃撞擊它周圍的所有空氣粒子。這些空氣粒子隨後撞擊它們旁邊的空氣粒子，依此類推，因此波浪從一個空氣粒子傳播到另一個空氣粒子——所有這些都與小提琴琴絃的振動頻率相同。
在這個活動中，你將建立你自己的悅耳樂器，並探索它產生的聲波型別。
材料
兩根大的工藝棒（至少六英寸長）
兩條寬橡皮筋（#64 尺寸效果不錯）
一根塑膠吸管
四根小橡皮筋
一把尺子
剪刀
一位成年助手
一張紙
一支筆或鉛筆
準備工作
將寬橡皮筋縱向拉伸在一根工藝棒上。
用剪刀剪下四段吸管，每段一到一英寸半長。
將其中一段吸管放在橡皮筋下方，垂直於工藝棒。移動這根吸管，使其距離工藝棒末端約兩英寸。這是吸管 1。
遠離工藝棒末端，將另一段吸管放在橡皮筋上，緊挨著吸管 1。這是吸管 2。
將第三段吸管放在吸管 2 旁邊，在橡皮筋下方。這是吸管 3。
將最後一段吸管放在吸管 3 旁邊，在橡皮筋上方。這是吸管 4。
吸管 1 和吸管 4 應該最靠近工藝棒的末端，而吸管 2 和吸管 3 應該在中間。
在成年人的幫助下將吸管固定到位，將第二根工藝棒放在第一根工藝棒的頂部，形成一個三明治，吸管在工藝棒之間。
透過在每根工藝棒末端大約二分之一英寸處纏繞一個小橡皮筋來固定這個三明治。工藝棒的末端應該被擠在一起，它們之間由吸管形成一個小空間。
用紙和鉛筆畫一個表格，兩列五行。將第一列標記為“中間吸管之間的距離”，並在下面的每個空格中填入：“2.5 英寸”、“2 英寸”、“1.5 英寸”和“1 英寸”。將第二列標記為“聲音的音調”。
步驟
首先，將吸管 1 和吸管 4 儘可能靠近工藝棒的末端。你可以透過輕輕地來回滑動吸管來移動它們，注意不要將它們從三明治中拉出來！
將吸管 2 和吸管 3 彼此移開，使它們之間的距離為 2.5 英寸。
像拿三明治一樣拿著你的樂器，一隻手輕輕地拿著每一端，開口部分朝向你。確保帶有橡皮筋的工藝棒在你的三明治的底部，並儘量讓你的手指放在小橡皮筋上。確保你沒有壓在寬橡皮筋上。
像吹口琴一樣，從工藝棒之間的開口吹氣（不要從吸管中吹氣！）。你聽到什麼聲音？當你吹奏樂器時，你感覺到你的手有任何感覺嗎？當你演奏聲音時，工藝棒是否振動或感覺不同？
將吸管 2 和吸管 3 移近一些，使它們之間的距離為 2 英寸。
再次，吹奏你的樂器。注意聲音和你手中的感覺。這個聲音和第一次演奏時有什麼不同嗎？如果有，有什麼不同？樂器的振動感覺有什麼不同嗎？
再次將吸管 2 和吸管 3 移近一些，使它們之間的距離為 1.5 英寸。
吹奏你的樂器。注意聲音和你手中的感覺。這個聲音和之前的演奏有什麼不同嗎？如果有，有什麼不同？樂器的振動感覺有什麼不同嗎？
最後再次將吸管 2 和吸管 3 移近一些，使它們之間的距離為 1 英寸。
再次吹奏你的樂器。注意聲音和你手中的感覺。這個聲音和之前的演奏有什麼不同嗎？如果有，有什麼不同？樂器的振動感覺有什麼不同嗎？
將吸管 2 和吸管 3 恢復到原來的位置，它們之間的距離為 2.5 英寸。重複上述步驟——這次在你的表格中記錄你對聲音音調的觀察。為了幫助你比較聲音，將最低音調的聲音評為 1，將最高音調的聲音評為 4。
考慮一下你表格中的結果。你是否注意到聲音的音調有任何模式？當你移動吸管時，音調是否發生了變化？如果是，將吸管彼此靠近是否會使音調升高或降低？
將你的樂器翻過來，使寬橡皮筋在上面。拿著樂器，使你的手指壓在寬橡皮筋上。像之前的步驟一樣吹奏你的樂器。按住橡皮筋會改變你樂器的任何東西嗎？你如何解釋你觀察到的任何差異？
將樂器翻轉回來，使橡皮筋再次在底部。取出所有吸管，只留下吸管 1。嘗試吹奏你的樂器。這個聲音和之前的演奏有什麼不同嗎？如果有，有什麼不同？樂器的振動感覺有什麼不同嗎？
嘗試移動剩下的吸管，並觀察這如何影響聲音的音調。你能透過移動吸管來改變聲音的音調嗎？
額外：測試更大和/或更小的工藝棒以及吸管以外的材料。你能製作多少種不同的樂器？
觀察和結果
你的樂器發出的聲音實際上是你吹奏時大橡皮筋振動產生的聲音，就像小提琴家演奏時小提琴琴絃振動一樣。當你吹奏樂器時，你可能已經注意到你可以透過工藝棒感覺到振動的橡皮筋。此外，當你將樂器翻過來並壓住橡皮筋時，你可能會發現當你吹奏時你無法產生任何聲音。由此你可以觀察到聲音是由橡皮筋產生的，當你阻止橡皮筋移動時，你就無法產生任何聲音。
此外，在這個活動中，你應該已經注意到你可以透過移動吸管來改變聲音的音調。當你將吸管 2 和吸管 3 移近時，橡皮筋的振動部分變短了。結果，聲音的音調變高了。較短的橡皮筋振動得更快，我們的耳朵會將這些較快的頻率拾取為較高音調的聲音。小提琴上較細的琴絃會發出較高的音調，因為它們比較粗的琴絃振動得更快。同樣，男性的聲帶往往比女性的聲帶長，因此他們的聲音通常比女性的聲音低。
當你取出除一根吸管以外的所有吸管時，你應該發現樂器的聲音變低了。只有一根吸管時，橡皮筋較長，它振動時發出的聲音較低。當你移動剩下的吸管時，你可以隨著橡皮筋變短和變長來改變音調。
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