聲音從哪裡來?科學為什麼出現?

打從一出生,我們便接收來自四面八方的聲音,有笑聲、有哭聲,有尖叫、有咆哮,各種聲音圍繞在我們的身邊,到底聲音如何發聲?古代的樂器和現代樂器有什麼不同?講師藉由實際操作來告訴同學聲音的故事。

撰文:新北-明德高中 范文薰&陳采翊

  • 聲音從哪來

    打從一出生,我們便接收來自四面八方的聲音,有笑聲、有哭聲,有尖叫、有咆哮,各種聲音圍繞在我們的身邊,掌握著我們的喜怒哀樂。而聲音的出現,就是為了傳遞訊息。

    當聲音被一個物體擋住時,只有頻率低的聲音可以被傳遞出來,這就是「低通濾波」。例如車內放音樂時,車外的人只能聽到低音,但車門開啟時,就能清楚聽見是哪一首歌。人類利用這種特性發明了「低通濾波器」與「高通濾波器」。

    在古代的中國,聲音被用來當做測量的方法,例如:向洞口丟一顆小石子,透過聲音的反射,就可以知道洞穴有多深。另一個例子是,透過敲擊,聽聲音的不同,便可以知道商品是否偷工減料。這些資訊讓我們了解科學的起源並不是為了滿足好奇心,而是為了「生存」。

    說到古中國的樂器,編鐘是當時重要的打擊樂器,最早出現在商代。1978年湖北城郊的擂鼓墩出土戰國初期的曾侯乙墓編鐘,一共六十五枚。而每一枚鐘因為不同方向的敲擊而有兩種音高,現代鋼琴黑白兩鍵的音也可以全部被演奏出來。

    接著講師甩動水管,使空氣在水管內流動而發出聲音,轉速越快,聲音越高,轉速越慢,則聲音越低。而甩動的那方空氣流速較快,握住的那頭則流速較慢。

此原理也可以應用在Rubens’ tube,運用管子的共振腔,將音訊傳入管內,瓦斯排出的壓力就會被聲音影響,而產生了有波形的火焰。

    有些動物會利用風向來築巢。土撥鼠將洞口蓋成一高一低,低的在前,高的在後。當風吹過洞口,因為低洞口的空氣流速比高洞口慢,所以風會帶進洞裡,並往洞口高的出口流出。洞內就形成了自然的空調。

 

    有些樂器就是利用空氣的流通來發出聲音,例如銅管樂器─小號是利用外加的管子來改變管長,進而改變音高。想吹出高音時,嘴巴的開口要小,讓流速變快。而小號利用按鍵原理使管長「增加」,三個按鍵可依照排列組合,按出Do到Si的音階。

    木管樂器─長笛則是改變內在的管長,吹低音時,按住洞口,就能增加管長,吹高音時,放開洞口,就能減少管長。

    弦樂器─小提琴,則是利用弦的粗細和長短來改變音高,弦愈粗愈長,音愈低,弦愈細愈短,音愈高。而弦的長度差一倍,音高就會差八度。

  • 科學為什麼出現?

    科學為什麼會出現呢?那是為了生存和滿足自己的好奇心。為了生存,原始的人類想辦法製作工具、想出策略捕捉獵物。滿足生理需求後,人們開始好奇大自然的現象是從何而來?而開始研究雨的源頭、雪花的形狀等。經由長時間的觀察和歸納,科學的研究的歷程大致上分成三步驟:觀察、實驗、歸納。透過研究,我們可以學到更多的科學方法、科學知識,並且從中欣賞科學的美。

    理論家是利用既有的科學知識,尋找並計算出不同的理論。實驗家則是利用實驗和觀察,歸納出原理和結論。不管是理論家或是實驗家,在科學的探索中都是不可或缺的。

鴕鳥不會飛 實驗家 理論家
1直接去訪問鴕鳥

2利用工具

3實際測試

4輔助模型

利用前人提出的理論來分析、討論,並提出結果。

 

 

海王星的發現 實驗家 理論家
鍥而不捨的找尋 利用牛頓力學推算出海王星的存在:

發現天王星以後,學者根據牛頓力學計算天王星軌道時,發現結果與實際觀測的位置不同。

進而猜測天王星軌道外還有一顆大行星牽引著它,而那顆行星正是海王星。

 

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日期: 2017/4/13(四) 講題: 聲音從哪裡來?科學為什麼出現? 地點: 新北-明德高中 活動照片: 明德學生多才多藝演奏樂器