聲波可見(jiàn)演示儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬于科普展示用具領(lǐng)域，具體涉及一種可方便而清晰的將聲音轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)波形的聲波可見(jiàn)演示儀。本實(shí)用新型包括至少由繃緊展平狀布置的振動(dòng)薄膜所構(gòu)成的聲源接收端，振動(dòng)薄膜的一側(cè)膜面處貼附有反光片；所述聲波可見(jiàn)演示儀還包括用于對(duì)反光片進(jìn)行激光照射的光源端以及用于顯示波形的顯示端，所述顯示端為長(zhǎng)余輝反光組件，顯示端的光接收面位于反光片的激光反射路徑處且該光接收面可相對(duì)反光片作沿指定方向的直線運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔而合理，可方便而清晰的將聲音轉(zhuǎn)換為直觀可見(jiàn)的波形演示。
【專利說(shuō)明】聲波可見(jiàn)演示儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于科普展示用具領(lǐng)域，具體涉及一種可方便而清晰的將聲音轉(zhuǎn)換為可見(jiàn)波形的聲波可見(jiàn)演示儀。

【背景技術(shù)】
[0002]眾所周知，聲音是由物體振動(dòng)產(chǎn)生，聲音是聲波通過(guò)任何物質(zhì)傳播形成的運(yùn)動(dòng)，是不可見(jiàn)的?？紤]到直觀的演示需要，目前的物理學(xué)教學(xué)中，往往通過(guò)麥克風(fēng)采集聲音，通過(guò)電學(xué)方式轉(zhuǎn)換信號(hào)，并以放大器進(jìn)行信號(hào)放大后再在示波器上進(jìn)行波形演示，以達(dá)到聲波的可見(jiàn)目的。上述演示結(jié)構(gòu)復(fù)雜而精細(xì)，操作專業(yè)性強(qiáng)，受實(shí)驗(yàn)環(huán)境局限性大，顯然不能作為人們?nèi)粘５难菔驹O(shè)備而使用。
[0003]隨著科技展會(huì)的普及，在近兩年科技館展品設(shè)計(jì)中，科普展品中開(kāi)始逐漸出現(xiàn)易于操作且具備一定演示效果的聲波演示裝置。該類科普展品的設(shè)計(jì)原理和方法是利用機(jī)械裝置完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并利用人眼睛錯(cuò)覺(jué)以觀察到聲音波形。通常結(jié)構(gòu)主要包括可轉(zhuǎn)動(dòng)的滾筒，滾筒表面貼附有黑白相間的反光薄膜，其黑白色的延伸方向平行滾筒軸線，同時(shí)在滾筒前方再垂直滾筒軸線方向布置六根吉他琴弦。實(shí)際演示時(shí)，通過(guò)撥動(dòng)琴弦，通過(guò)聲波的振動(dòng)效應(yīng)和人眼的視覺(jué)暫留，人們?cè)谕ㄟ^(guò)琴弦而觀察轉(zhuǎn)動(dòng)的滾筒表面時(shí)，會(huì)觀察到類似正弦波形的錯(cuò)覺(jué)現(xiàn)象，從而使聲波得以演示出來(lái)。上述結(jié)構(gòu)固然具備部分聲音顯示的雛形，然而，若說(shuō)其能清晰直觀的把聲波波形完整演示出來(lái)，這仍然是難以達(dá)到的。究其原因，一方面在于滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作都需要操作者手動(dòng)操作，難免存在轉(zhuǎn)速不均現(xiàn)象。而更重要的是，即使?jié)L筒轉(zhuǎn)速均衡，在撥動(dòng)琴弦使其振動(dòng)發(fā)聲后，觀察者也只有在非常細(xì)心留意觀察的情況下，才能僅憑肉眼觀察到滾筒表面處的波形顯示狀況，其顯示效果極為不明顯，這是本身結(jié)構(gòu)所不可避免帶來(lái)的固有缺陷。如何尋求一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而合理的聲音演示裝置，可在保證其操作簡(jiǎn)潔性的同時(shí)，大幅度提升聲音的可見(jiàn)演示效果，為本領(lǐng)域近年來(lái)所亟待解決的技術(shù)難題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔而合理的聲波可見(jiàn)演示儀，可方便而清晰的將聲音轉(zhuǎn)換為直觀可見(jiàn)的波形演示，其演示效果極佳。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案:
[0006]聲波可見(jiàn)演示儀，包括至少由繃緊展平狀布置的振動(dòng)薄膜所構(gòu)成的聲源接收端，振動(dòng)薄膜的一側(cè)膜面處貼附有反光片；所述聲波可見(jiàn)演示儀還包括用于對(duì)反光片進(jìn)行激光照射的光源端以及用于顯示波形的顯示端，所述顯示端為長(zhǎng)余輝反光組件，顯示端的光接收面位于反光片的激光反射路徑處且該光接收面可相對(duì)反光片作沿指定方向的直線運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作。
[0007]所述聲源接收端還包括外形呈直套環(huán)狀的收聲筒，所述收聲筒的底端管口以振動(dòng)薄膜封閉包覆，收聲筒的頂部開(kāi)口端構(gòu)成喊話端，反光片外形呈直徑小于收聲筒內(nèi)徑的薄圓盤狀且與收聲筒軸線同軸布置。
[0008]所述振動(dòng)薄膜為硅膠振動(dòng)薄膜；振動(dòng)薄膜的相對(duì)布置反光片的另一側(cè)膜面構(gòu)成配合收聲筒的配合面，振動(dòng)薄膜以薄膜壓圈扣壓固接在收聲筒底端外壁處。
[0009]所述反光片為平面反射鏡，反光片的激光入射路徑和激光反射路徑間夾角為150。。
[0010]所述顯示端包括滾筒支架以及固接于滾筒支架上的可沿其支架軸向轉(zhuǎn)動(dòng)的滾筒，滾筒外筒壁周向敷設(shè)長(zhǎng)余輝反光薄膜，長(zhǎng)余輝反光薄膜膜面構(gòu)成前述顯示端的光接收面。
[0011]所述顯示端還包括控制滾筒以既定速度轉(zhuǎn)動(dòng)的直流減速電機(jī)。
[0012]所述光源端為紅光激光筆。
[0013]所述聲波可見(jiàn)演示儀還包括用于固接安置聲源接收端、光源端和顯示端的展臺(tái)，所述展臺(tái)上還設(shè)置有用于控制光源端開(kāi)啟和延時(shí)關(guān)閉以及顯示端動(dòng)作啟動(dòng)和延時(shí)停止的延時(shí)開(kāi)關(guān)。
[0014]所述延時(shí)開(kāi)關(guān)為延時(shí)按鈕開(kāi)關(guān)或延時(shí)延時(shí)感應(yīng)開(kāi)關(guān)，該延時(shí)開(kāi)關(guān)的延時(shí)時(shí)效為I?2分鐘。
[0015]本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0016]I)、摒棄了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)所帶來(lái)的視覺(jué)效果不清晰和操作性不強(qiáng)等諸多缺陷。一方面以振動(dòng)薄膜結(jié)構(gòu)，將聲音轉(zhuǎn)換為聲波振動(dòng)，以便于后續(xù)操作。另一方面，以振動(dòng)薄膜上的反光片，通過(guò)光源端的激光照射和預(yù)先布置于反光片反射路徑處的可動(dòng)作的長(zhǎng)余輝反光組件，從而實(shí)現(xiàn)了在振動(dòng)組件和反光片間的聯(lián)動(dòng)效應(yīng)。一旦反光片產(chǎn)生振動(dòng)現(xiàn)象，此時(shí)其所反射的激光路徑勢(shì)必產(chǎn)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致長(zhǎng)余輝反光組件處光接收端所接收光斑區(qū)域位置出現(xiàn)變化。隨著上述光接收端不斷相對(duì)反光片作相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)乃至直線運(yùn)動(dòng)，該變化被長(zhǎng)余輝反光組件記憶成曲線線條并被完整而清晰的演示出來(lái)，最終達(dá)到“看得見(jiàn)的聲音”這一基本理念的演示目的。
[0017]本實(shí)用新型操作使用方便，演示聲波波形效果明顯，適合科技館中用于聲音類展品的科普展示。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)加工，成本低；設(shè)計(jì)的長(zhǎng)余輝反光組件，可不斷接收反射激光并顯示光點(diǎn)移動(dòng)的軌跡，即得到聲音波形，其波形演示效果極佳。
[0018]2)、收聲筒的布置，不但具體化的實(shí)現(xiàn)了振動(dòng)薄膜的繃緊固接目的，同時(shí)的，直套環(huán)狀的收聲筒以振動(dòng)薄膜封閉一段后，即形成了類似桶狀的半封閉結(jié)構(gòu)。此時(shí)，一旦沿其唯一的開(kāi)口端對(duì)內(nèi)喊話，聲波被有效的約束在收聲筒內(nèi)，并不斷的撞擊振動(dòng)薄膜，從而極大的提升振動(dòng)薄膜的聲波收納效果。顯然的，受聲效果如此強(qiáng)烈的振動(dòng)薄膜，配合其上口徑略小的反光片，反光片振動(dòng)幅度更大。而反光片振動(dòng)幅度越大，其所反射的激光的動(dòng)作幅度也愈大，演示效果也就更強(qiáng)。
[0019]3)、實(shí)際使用時(shí)，振動(dòng)薄膜為硅膠振動(dòng)薄膜，其使用壽命更長(zhǎng)而振動(dòng)效果更佳。同時(shí)，振動(dòng)薄膜以薄膜壓圈固接于收聲筒處，以保證振動(dòng)薄膜對(duì)于收聲筒端部間的固接效果；當(dāng)然，實(shí)際操作時(shí)亦可使用其他緊束或粘接件，以達(dá)到振動(dòng)薄膜相對(duì)于收聲筒管端的展平固定目的為準(zhǔn)，此處就不再贅述。
[0020]4)、顯示端，作為反光片的反射光接收端，對(duì)于最終演示效果的成型至關(guān)重要。本實(shí)用新型以滾筒的回轉(zhuǎn)動(dòng)作，配合敷設(shè)在滾筒外筒壁的長(zhǎng)余輝反光薄膜；一旦滾筒產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作，即可帶動(dòng)長(zhǎng)余輝反光薄膜產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)，反光片處的光線反射到長(zhǎng)余輝反光薄膜，通過(guò)長(zhǎng)余輝反光薄膜的蓄光記憶功能，最終實(shí)現(xiàn)波形演示目的。直流減速電機(jī)的作用，可進(jìn)一步的保證滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作的均勻一致性，以提升滾筒表面處長(zhǎng)余輝反光薄膜的波形演示效果。
[0021]5)、作為光電器件，彼此間的相對(duì)位置尤為重要；而展臺(tái)的布置，則有利于穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)上述各部件間相對(duì)位置的恒定性。另外，在電源控制上也考慮到節(jié)約能源問(wèn)題，設(shè)計(jì)在有參展人員接近并接通延時(shí)開(kāi)關(guān)時(shí)，可延時(shí)1-2分鐘關(guān)閉，從而在沒(méi)人靠近時(shí)自動(dòng)切斷電源，其能耗低而工作可靠穩(wěn)定。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為聲源接收端的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖示各標(biāo)號(hào)與本實(shí)用新型的各部件對(duì)應(yīng)關(guān)系如下:
[0025]10-聲源接收端
[0026]11-振動(dòng)薄膜12-反光片13-收聲筒14-薄膜壓圈
[0027]20-光源端30-顯示端
[0028]31-滾筒支架32-滾筒33-長(zhǎng)余輝反光薄膜34-直流減速電機(jī)
[0029]40-展臺(tái)41-延時(shí)開(kāi)關(guān)

【具體實(shí)施方式】
[0030]為便于理解，此處結(jié)合圖示對(duì)本實(shí)用新型的具體工作結(jié)構(gòu)及動(dòng)作流程作以下進(jìn)一步闡述:
[0031]一、具體實(shí)施結(jié)構(gòu):
[0032]I)、聲源接收端10各部件設(shè)計(jì)參數(shù)與方法:
[0033]收聲筒13采用有機(jī)玻璃管制成，尺寸為外徑Φ 12cm，長(zhǎng)15cm，厚3mm;上、下管口邊倒圓角。下管口蒙上0.2mm的透明硅膠振動(dòng)薄膜，要求繃緊平展布置，并在收聲筒13底端外圈以收束部件夾緊固定即可。然后在平展的硅膠振動(dòng)薄膜的中心處貼上厚度為2_，直徑為Φ3ο?的反光平面鏡，以構(gòu)成前述反光片12。
[0034]2)、滾筒32設(shè)計(jì)參數(shù)
[0035]滾筒32用Φ20αιι,長(zhǎng)20cm,厚3mm的有機(jī)玻璃管,上、下管口用圓形的厚度為3mm的有機(jī)玻璃板粘接固定。轉(zhuǎn)動(dòng)軸米用有機(jī)玻璃管貫穿上、下管口處的有機(jī)玻璃板軸線并彼此粘接。轉(zhuǎn)動(dòng)軸下端連接12V直流減速電機(jī)34。調(diào)節(jié)電壓源可以調(diào)整筒轉(zhuǎn)速。
[0036]滾筒32外筒壁貼上長(zhǎng)余輝反光薄膜33，以利用其蓄光記憶功能，來(lái)達(dá)到反光片12處反光照射時(shí)的波形顯示效果。
[0037]滾筒32安裝位置可以垂直安裝在展臺(tái)40上；當(dāng)然也可以傾斜安裝布置，以便看到更大幅度的聲音波形，以實(shí)際使用為準(zhǔn)。
[0038]3)、光源端20安裝
[0039]紅光激光筆安裝固定在展臺(tái)40下面，從收聲筒13的正下方斜射激光光線到收聲筒13的底部處反光片12中心上。入射角在75°為好。
[0040]說(shuō)明:激光筆選用紅光激光筆，其發(fā)出的紅色激光更易于被肉眼視覺(jué)捕捉。光源端20電源可以用開(kāi)關(guān)直流穩(wěn)壓電源降壓實(shí)現(xiàn)1.5V或3V。
[0041]4)、直流減速電機(jī)34
[0042]選用12V直流減速電機(jī)固定在展臺(tái)40內(nèi)，其轉(zhuǎn)軸固接滾筒32轉(zhuǎn)動(dòng)軸。直流減速電機(jī)34的電壓源米用市場(chǎng)上的開(kāi)關(guān)電源(+5V,+12V 5A)。
[0043]二、操作方法
[0044]參展人員操作時(shí)，先按下延遲開(kāi)關(guān)41接通電源，光源端20發(fā)光斜射到收聲筒13底部的反光片12上，經(jīng)過(guò)反光片12反射到由直流減速電機(jī)34所帶動(dòng)的旋轉(zhuǎn)的滾筒32外筒壁上，其中入射角和反射角都是75°，入射線和反射線夾角150° ;通過(guò)預(yù)先布置在滾筒32外筒壁處的長(zhǎng)余輝反光薄膜33，可以清晰的觀察到一條水平紅色激光點(diǎn)所連成的直線。
[0045]此后，參展人員口對(duì)準(zhǔn)說(shuō)聲筒13的開(kāi)口端也即喊話端，大聲喊話。收聲筒13底部處硅膠振動(dòng)薄膜產(chǎn)生振動(dòng)現(xiàn)象，反光片12隨之振動(dòng)，表現(xiàn)在動(dòng)作的長(zhǎng)余輝反光薄膜33上時(shí)，即為紅色激光點(diǎn)移動(dòng)。硅膠振動(dòng)薄膜和反光片12不斷動(dòng)作，長(zhǎng)余輝反光薄膜33不斷蓄光和記錄所捕捉的光點(diǎn)移動(dòng)軌跡，此時(shí)參展人員肉眼即可觀察到滾筒32外筒壁上清晰的喊話者聲音波形。
[0046]作為電聲類科普展平，本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，工作可靠穩(wěn)定，易于加工而制作使用成本低。紅色激光所反射出的光斑易于被肉眼清晰捕捉，反光片12的振動(dòng)反射效應(yīng)也被收聲筒13和振動(dòng)薄膜11的組合結(jié)構(gòu)不斷放大，滾筒32轉(zhuǎn)動(dòng)速度可調(diào)而轉(zhuǎn)速均勻，長(zhǎng)余輝反光薄膜33的蓄光記錄效果極強(qiáng)，從而向參展人員展示出極佳的聲音產(chǎn)生的波形演示效果。上述結(jié)構(gòu)有效的實(shí)現(xiàn)了聲音的可見(jiàn)化，最終清晰而直觀的完成“看得見(jiàn)的聲音”這一科普現(xiàn)象的展示效果。
【權(quán)利要求】
1.一種聲波可見(jiàn)演示儀，其特征在于:包括至少由繃緊展平狀布置的振動(dòng)薄膜(11)所構(gòu)成的聲源接收端(10)，振動(dòng)薄膜(10)的一側(cè)膜面處貼附有反光片(12);所述聲波可見(jiàn)演示儀還包括用于對(duì)反光片(12)進(jìn)行激光照射的光源端(20)以及用于顯示波形的顯示端(30)，所述顯示端(30)為長(zhǎng)余輝反光組件，顯示端(30)的光接收面位于反光片(12)的激光反射路徑處且該光接收面可相對(duì)反光片(12)作沿指定方向的直線運(yùn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聲波可見(jiàn)演示儀，其特征在于:所述聲源接收端(10)還包括外形呈直套環(huán)狀的收聲筒(13)，所述收聲筒(13)的底端管口以振動(dòng)薄膜(11)封閉包覆，收聲筒(13)的頂部開(kāi)口端構(gòu)成喊話端，反光片(12)外形呈直徑小于收聲筒(13)內(nèi)徑的薄圓盤狀且與收聲筒(13)軸線同軸布置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的聲波可見(jiàn)演示儀，其特征在于:所述振動(dòng)薄膜(11)為硅膠振動(dòng)薄膜；振動(dòng)薄膜(11)的相對(duì)布置反光片(12)的另一側(cè)膜面構(gòu)成配合收聲筒(13)的配合面，振動(dòng)薄膜(11)以薄膜壓圈(14)扣壓固接在收聲筒(13)底端外壁處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的聲波可見(jiàn)演示儀，其特征在于:所述反光片(12)為平面反射鏡，反光片(12)的激光入射路徑和激光反射路徑間夾角為150°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的聲波可見(jiàn)演示儀，其特征在于:所述顯示端(30)包括滾筒支架(31)以及固接于滾筒支架(31)上的可沿其支架軸向轉(zhuǎn)動(dòng)的滾筒(32)，滾筒(32)外筒壁周向敷設(shè)長(zhǎng)余輝反光薄膜(33)，長(zhǎng)余輝反光薄膜(33)膜面構(gòu)成前述顯示端(30)的光接收面。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的聲波可見(jiàn)演示儀，其特征在于:所述顯示端(30)還包括控制滾筒(32)以既定速度轉(zhuǎn)動(dòng)的直流減速電機(jī)(34)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的聲波可見(jiàn)演示儀，其特征在于:所述光源端(20)為紅光激光筆。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的聲波可見(jiàn)演示儀，其特征在于:所述聲波可見(jiàn)演示儀還包括用于固接安置聲源接收端(10)、光源端(20)和顯示端(30)的展臺(tái)(40)，所述展臺(tái)(40)上還設(shè)置有用于控制光源端(20)開(kāi)啟和延時(shí)關(guān)閉以及顯示端(30)動(dòng)作啟動(dòng)和延時(shí)停止的延時(shí)開(kāi)關(guān)(41)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的聲波可見(jiàn)演示儀，其特征在于:所述延時(shí)開(kāi)關(guān)(41)為延時(shí)按鈕開(kāi)關(guān)或延時(shí)感應(yīng)開(kāi)關(guān)，該延時(shí)開(kāi)關(guān)(41)的延時(shí)時(shí)效為I?2分鐘。
【文檔編號(hào)】G09B23/14GK204215630SQ201420546229
【公開(kāi)日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2014年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月22日
【發(fā)明者】王幫元 申請(qǐng)人:王幫元