核心概念
物理学
声波
频率
音高
赫兹
引言
你能说出世界上最畅销的乐器吗？如果你说是……口琴，那就对了！口琴是由一位16岁的德国男孩在1821年获得专利的。自那时起，它就成为了世界上最畅销的乐器，并且在许多地方成为了家喻户晓的物品。人们很容易将乐器（以及它们所产生的音乐）视为理所当然，但是创造美妙的声音不仅仅是一门艺术，也是一门科学！在这个活动中，你将设计和探索你自己的、由家庭用品制成的类似口琴的乐器。是时候调音了！
背景
我们每天听到的声音是声波在空气中传播并到达我们耳朵的结果。就像海浪一样，声波是由物体在介质中的振动或运动产生的。在海洋的情况下，介质是水，而声波最常通过在空气中传播到达我们。声波起源于振动物体，例如声带，并通过介质（例如空气）传播，导致所有空气粒子以声带的频率振动。这种运动的频率通常以赫兹 (Hz) 为单位测量，其中一赫兹等于每秒一次振动。
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑订阅我们屡获殊荣的新闻报道来支持我们 订阅。通过购买订阅，您将帮助确保有关当今塑造我们世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
为了帮助理解这一点，想象一下两个人之间拉着一根绳子。如果一个人轻轻地每秒上下晃动绳子一次，波浪将以一赫兹的频率在绳子中传播。如果这个人加快速度，每秒上下移动绳子两次，波浪将以两赫兹的频率在绳子中传播。
声音以类似的方式在空气中传播。一位小提琴家在小提琴的琴弦上拉动琴弓，导致琴弦振动。振动的琴弦撞击它周围的所有空气粒子。这些空气粒子随后撞击它们旁边的空气粒子，依此类推，因此波浪从一个空气粒子传播到另一个空气粒子——所有这些都与小提琴琴弦的振动频率相同。
在这个活动中，你将创建你自己的悦耳乐器，并探索它产生的声波类型。
材料
两根大的工艺棒（至少六英寸长）
两条宽橡皮筋（#64 尺寸效果不错）
一根塑料吸管
四根小橡皮筋
一把尺子
剪刀
一位成年助手
一张纸
一支笔或铅笔
准备工作
将宽橡皮筋纵向拉伸在一根工艺棒上。
用剪刀剪下四段吸管，每段一到一英寸半长。
将其中一段吸管放在橡皮筋下方，垂直于工艺棒。移动这根吸管，使其距离工艺棒末端约两英寸。这是吸管 1。
远离工艺棒末端，将另一段吸管放在橡皮筋上，紧挨着吸管 1。这是吸管 2。
将第三段吸管放在吸管 2 旁边，在橡皮筋下方。这是吸管 3。
将最后一段吸管放在吸管 3 旁边，在橡皮筋上方。这是吸管 4。
吸管 1 和吸管 4 应该最靠近工艺棒的末端，而吸管 2 和吸管 3 应该在中间。
在成年人的帮助下将吸管固定到位，将第二根工艺棒放在第一根工艺棒的顶部，形成一个三明治，吸管在工艺棒之间。
通过在每根工艺棒末端大约二分之一英寸处缠绕一个小橡皮筋来固定这个三明治。工艺棒的末端应该被挤在一起，它们之间由吸管形成一个小空间。
用纸和铅笔画一个表格，两列五行。将第一列标记为“中间吸管之间的距离”，并在下面的每个空格中填入：“2.5 英寸”、“2 英寸”、“1.5 英寸”和“1 英寸”。将第二列标记为“声音的音调”。
步骤
首先，将吸管 1 和吸管 4 尽可能靠近工艺棒的末端。你可以通过轻轻地来回滑动吸管来移动它们，注意不要将它们从三明治中拉出来！
将吸管 2 和吸管 3 彼此移开，使它们之间的距离为 2.5 英寸。
像拿三明治一样拿着你的乐器，一只手轻轻地拿着每一端，开口部分朝向你。确保带有橡皮筋的工艺棒在你的三明治的底部，并尽量让你的手指放在小橡皮筋上。确保你没有压在宽橡皮筋上。
像吹口琴一样，从工艺棒之间的开口吹气（不要从吸管中吹气！）。你听到什么声音？当你吹奏乐器时，你感觉到你的手有任何感觉吗？当你演奏声音时，工艺棒是否振动或感觉不同？
将吸管 2 和吸管 3 移近一些，使它们之间的距离为 2 英寸。
再次，吹奏你的乐器。注意声音和你手中的感觉。这个声音和第一次演奏时有什么不同吗？如果有，有什么不同？乐器的振动感觉有什么不同吗？
再次将吸管 2 和吸管 3 移近一些，使它们之间的距离为 1.5 英寸。
吹奏你的乐器。注意声音和你手中的感觉。这个声音和之前的演奏有什么不同吗？如果有，有什么不同？乐器的振动感觉有什么不同吗？
最后再次将吸管 2 和吸管 3 移近一些，使它们之间的距离为 1 英寸。
再次吹奏你的乐器。注意声音和你手中的感觉。这个声音和之前的演奏有什么不同吗？如果有，有什么不同？乐器的振动感觉有什么不同吗？
将吸管 2 和吸管 3 恢复到原来的位置，它们之间的距离为 2.5 英寸。重复上述步骤——这次在你的表格中记录你对声音音调的观察。为了帮助你比较声音，将最低音调的声音评为 1，将最高音调的声音评为 4。
考虑一下你表格中的结果。你是否注意到声音的音调有任何模式？当你移动吸管时，音调是否发生了变化？如果是，将吸管彼此靠近是否会使音调升高或降低？
将你的乐器翻过来，使宽橡皮筋在上面。拿着乐器，使你的手指压在宽橡皮筋上。像之前的步骤一样吹奏你的乐器。按住橡皮筋会改变你乐器的任何东西吗？你如何解释你观察到的任何差异？
将乐器翻转回来，使橡皮筋再次在底部。取出所有吸管，只留下吸管 1。尝试吹奏你的乐器。这个声音和之前的演奏有什么不同吗？如果有，有什么不同？乐器的振动感觉有什么不同吗？
尝试移动剩下的吸管，并观察这如何影响声音的音调。你能通过移动吸管来改变声音的音调吗？
额外：测试更大和/或更小的工艺棒以及吸管以外的材料。你能制作多少种不同的乐器？
观察和结果
你的乐器发出的声音实际上是你吹奏时大橡皮筋振动产生的声音，就像小提琴家演奏时小提琴琴弦振动一样。当你吹奏乐器时，你可能已经注意到你可以通过工艺棒感觉到振动的橡皮筋。此外，当你将乐器翻过来并压住橡皮筋时，你可能会发现当你吹奏时你无法产生任何声音。由此你可以观察到声音是由橡皮筋产生的，当你阻止橡皮筋移动时，你就无法产生任何声音。
此外，在这个活动中，你应该已经注意到你可以通过移动吸管来改变声音的音调。当你将吸管 2 和吸管 3 移近时，橡皮筋的振动部分变短了。结果，声音的音调变高了。较短的橡皮筋振动得更快，我们的耳朵会将这些较快的频率拾取为较高音调的声音。小提琴上较细的琴弦会发出较高的音调，因为它们比较粗的琴弦振动得更快。同样，男性的声带往往比女性的声带长，因此他们的声音通常比女性的声音低。
当你取出除一根吸管以外的所有吸管时，你应该发现乐器的声音变低了。只有一根吸管时，橡皮筋较长，它振动时发出的声音较低。当你移动剩下的吸管时，你可以随着橡皮筋变短和变长来改变音调。
更多探索 唱歌的酒杯，来自科学伙伴
通过细绳电话交谈，来自大众科学 吹瓶盖：用瓶子制作音乐，来自科学伙伴
适合所有年龄段的科学活动！来自科学伙伴
此活动由科学伙伴合作提供
