本發(fā)明涉及一種音調(diào)、振幅及音色可視化演示裝置及其演示方法。

背景技術(shù)：

1、在當(dāng)前的聲音教學(xué)中，傳統(tǒng)教學(xué)方式往往無法直觀地展示聲音的特性，尤其是在音調(diào)、響度和音色等方面的演示上缺乏有效的工具，學(xué)生難以通過感官直觀理解聲音的物理特性。在聲音的可視化演示領(lǐng)域，目前常見的教學(xué)方法主要依賴于傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)儀器，如示波器和聲波傳感器。這些儀器通過將聲音信號(hào)轉(zhuǎn)換為可視波形圖，幫助學(xué)生理解聲音的特性。然而，這種方法通常需要較為專業(yè)的設(shè)備，并且對(duì)操作人員的技術(shù)要求較高，限制了其在普通教學(xué)環(huán)境中的廣泛應(yīng)用。

2、以現(xiàn)有技術(shù)為基礎(chǔ)開展聲音可視化演示存在以下一些瓶頸問題：

3、a)演示效果單——現(xiàn)有的聲音演示工具多是單一功能，通常只能展示聲音的某一方面特性，如頻率或振幅，難以綜合演示聲音的多種特性(音調(diào)、響度、音色等)，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)聲音的整體認(rèn)識(shí)較為片面。

4、b)設(shè)備操作復(fù)雜——目前的聲音演示設(shè)備往往需要專業(yè)人員操作，設(shè)備操作復(fù)雜，尤其是在需要結(jié)合多個(gè)設(shè)備(如示波器、音叉等)進(jìn)行演示時(shí)，不利于教師在課堂上靈活使用。

5、c)設(shè)備便攜性差——現(xiàn)有的聲音可視化演示設(shè)備往往體積較大、重量較重，難以攜帶和在不同場(chǎng)景下使用，不適合野外教學(xué)或多教室演示需求。

6、d)交互性不足——當(dāng)前的聲音演示設(shè)備通常僅限于教師操作，學(xué)生難以直接參與實(shí)驗(yàn)操作或?qū)崟r(shí)觀察演示結(jié)果，降低了教學(xué)的互動(dòng)性和學(xué)生的參與感。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述所述，本發(fā)明提供一種音調(diào)、振幅及音色可視化演示裝置及其演示方法，以解決上述背景技術(shù)中存在的問題。

2、根據(jù)本發(fā)明的一方面提供一種音調(diào)、振幅及音色可視化演示裝置，包括盒體和蓋體，所述蓋體活動(dòng)連接在盒體上，所述盒體內(nèi)設(shè)計(jì)有三個(gè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)區(qū)域，分別為第一、第二、第三實(shí)驗(yàn)區(qū)域；第一實(shí)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)安裝有橡膠錘、頻率為256hz的第一金屬音叉、木管長(zhǎng)笛，第一金屬音叉懸掛在所述第一實(shí)驗(yàn)區(qū)域的內(nèi)頂部，木管長(zhǎng)笛與橡膠錘固定在第一實(shí)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)；第二實(shí)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)安裝有頻率為512hz的第二金屬音叉、用于裝乒乓球與細(xì)繩的工具盒，第二金屬音叉懸掛在所述第二實(shí)驗(yàn)區(qū)域的內(nèi)頂部，工具盒固定在第二實(shí)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)；在第二實(shí)驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行響度與振幅的可視化演示，將第二金屬音叉與懸掛著的靜止乒乓球接觸，通過用不同力度敲擊第二金屬音叉，通過乒乓球被彈起的高度反映第二金屬音叉的振動(dòng)幅度，展示響度與振幅的關(guān)系；同時(shí)，可充電顯示器的phyphox軟件記錄和顯示不同力度敲擊的聲音波形圖，用聲音的聲音波形圖再次驗(yàn)證響度與振幅的關(guān)系；第三實(shí)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)安裝有自帶phyphox軟件的可充電顯示器、振動(dòng)演示組件，可充電顯示器用于展示聲音的聲音波形圖，所述振動(dòng)演示組件包括塑料袋、鏡片、喇叭、激光筆，塑料袋設(shè)置在第三實(shí)驗(yàn)區(qū)域的內(nèi)壁上，鏡片粘貼在塑料袋上，所述激光筆照射向鏡片的方向設(shè)置，喇叭設(shè)置在塑料袋內(nèi)。

3、優(yōu)選的，所述第一實(shí)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)設(shè)置有若干用于固定第一金屬音叉、木管長(zhǎng)笛、橡膠錘的第一木制卡槽。

4、優(yōu)選的，所述第二實(shí)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)設(shè)置有用于固定第二金屬音叉的第二木制卡槽。

5、優(yōu)選的，所述盒體和所述蓋體上安裝有相互配合使用的卡扣，以用于開閉，所述盒體的一端安裝有把手。

6、根據(jù)上述可視化演示裝置提供一種音調(diào)、振幅及音色可視化演示方法，在第三實(shí)驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行振動(dòng)與聲音的可視化演示，用激光筆照射在貼有鏡片的塑料袋上，鏡片上的反射光在第三實(shí)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)壁上形成一個(gè)光點(diǎn)，用塑料袋中的喇叭播放音樂時(shí)觀察內(nèi)壁上的光點(diǎn)變化，直觀展示聲音是由振動(dòng)產(chǎn)生的。

7、優(yōu)選的，在第一實(shí)驗(yàn)區(qū)域與第二實(shí)驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行音調(diào)與頻率的可視化演示，用橡膠錘分別敲擊第一金屬音叉、第二金屬音叉，使用可充電顯示器的phyphox軟件記錄和顯示兩次敲擊的聲音波形圖，將兩次不同頻率的聲音波形圖進(jìn)行對(duì)比，展示音調(diào)與頻率的關(guān)系。

8、優(yōu)選的，在第二實(shí)驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行響度與振幅的可視化演示，將第二金屬音叉與懸掛著的靜止乒乓球接觸，通過用不同力度敲擊第二金屬音叉，通過乒乓球被彈起的高度反映第二金屬音叉的振動(dòng)幅度，展示響度與振幅的關(guān)系；同時(shí)，可充電顯示器的phyphox軟件記錄和顯示不同力度敲擊的聲音波形圖，用聲音的聲音波形圖再次驗(yàn)證響度與振幅的關(guān)系。

9、優(yōu)選的，在第一實(shí)驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行音色與發(fā)聲體特性的可視化演示，通過敲擊第一金屬音叉和吹奏木管長(zhǎng)笛，使用充電顯示器的phyphox軟件展示第一金屬音叉和吹奏木管長(zhǎng)笛發(fā)出同一音調(diào)(c調(diào)1，即do)的聲音波形圖，通過對(duì)比第一金屬音叉和吹奏木管長(zhǎng)笛所產(chǎn)生的聲音波形圖形狀差異，展示音色與發(fā)聲體特性的關(guān)系。

10、本發(fā)明的有益效果在于：

11、1.多維度聲音特性演示與理解：該裝置能夠分別演示音調(diào)、響度與音色的不同特性。通過物理實(shí)驗(yàn)與“phyphox”軟件結(jié)合展示聲音的波形圖，學(xué)生可以直觀地看到不同頻率、振幅和音色的聲音波形變化，進(jìn)一步加深對(duì)聲音特性(如音調(diào)與頻率的關(guān)系、響度與振幅的關(guān)系、音色與發(fā)聲體材料和結(jié)構(gòu)的關(guān)系)的理解與記憶。

12、2.聲音可視化與直觀教學(xué)效果提升：通過自制的聲音可視化演示裝置，能夠直觀地展示聲音的產(chǎn)生與傳播過程，使學(xué)生不僅能夠聽見聲音，還能通過視覺感知聲音。這打破了傳統(tǒng)“聲音只能聽見”的刻板認(rèn)知，幫助學(xué)生更好地理解聲音與振動(dòng)之間的關(guān)系，并活躍課堂氛圍。

13、3.教學(xué)資源便捷化與廣泛應(yīng)用：該裝置集成了多種聲音演示教具，使用方便，攜帶便捷，適用于各種教學(xué)場(chǎng)景，安裝“phyphox”軟件的顯示器替代了傳統(tǒng)的示波器，使每個(gè)學(xué)生都能參與到實(shí)驗(yàn)中，實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的便捷化和全員化，有助于普及科學(xué)知識(shí)，提升教學(xué)質(zhì)量。

14、4.學(xué)生自主探究能力培養(yǎng)：通過實(shí)驗(yàn)演示，學(xué)生不僅能觀察到聲音現(xiàn)象，還能通過操作實(shí)驗(yàn)器材、自主記錄和分析數(shù)據(jù)來探究聲音的特性，這種實(shí)踐性強(qiáng)的教學(xué)方式，能夠有效培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和科學(xué)探究精神，促進(jìn)學(xué)生在學(xué)習(xí)中的積極參與和主動(dòng)思考。

15、5.集成化與模塊化設(shè)計(jì)：裝置內(nèi)的所有教具和演示工具都被巧妙地集成在一個(gè)盒體內(nèi)，各區(qū)域的教具通過專門設(shè)計(jì)的木制卡槽進(jìn)行固定，保證了運(yùn)輸和使用過程中的穩(wěn)定性和便攜性。

16、6.便于攜帶和操作：盒體設(shè)計(jì)了可活動(dòng)連接的蓋體，并配有把手，方便用戶在演示和運(yùn)輸過程中攜帶，此外，裝置的卡扣設(shè)計(jì)確保了盒體的密封性和安全性，使得整個(gè)裝置能夠像一個(gè)行李箱一樣輕松攜帶，實(shí)現(xiàn)單人操作的便捷性。

17、該裝置不僅在技術(shù)上創(chuàng)新地融合了聲音的多維度演示功能，還在教學(xué)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)了聲音現(xiàn)象的可視化和學(xué)生自主探究能力的培養(yǎng)，填補(bǔ)了傳統(tǒng)教學(xué)在聲音演示方面的不足。

技術(shù)特征：

1.一種音調(diào)、振幅及音色可視化演示裝置，其特征在于：包括盒體和蓋體，所述蓋體活動(dòng)連接在盒體上，所述盒體內(nèi)設(shè)計(jì)有三個(gè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)區(qū)域，分別為第一、第二、第三實(shí)驗(yàn)區(qū)域；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種音調(diào)、振幅及音色可視化演示裝置，其特征在于：所述第一實(shí)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)設(shè)置有若干用于固定第一金屬音叉、木管長(zhǎng)笛、橡膠錘的第一木制卡槽。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種音調(diào)、振幅及音色可視化演示裝置，其特征在于：所述第二實(shí)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)設(shè)置有用于固定第二金屬音叉的第二木制卡槽。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種音調(diào)、振幅及音色可視化演示裝置，其特征在于：所述盒體和所述蓋體上安裝有相互配合使用的卡扣，以用于開閉，所述盒體的一端安裝有把手。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種音調(diào)、振幅及音色可視化演示裝置的演示方法，其特征在于：在第三實(shí)驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行振動(dòng)與聲音的可視化演示，用激光筆照射在貼有鏡片的塑料袋上，鏡片上的反射光在第三實(shí)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)壁上形成一個(gè)光點(diǎn)，用塑料袋中的喇叭播放音樂時(shí)觀察內(nèi)壁上的光點(diǎn)變化，直觀展示聲音是由振動(dòng)產(chǎn)生的。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于：在第一實(shí)驗(yàn)區(qū)域與第二實(shí)驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行音調(diào)與頻率的可視化演示，用橡膠錘分別敲擊第一金屬音叉、第二金屬音叉，使用可充電顯示器的phyphox軟件記錄和顯示兩次敲擊的聲音波形圖，將兩次不同頻率的聲音波形圖進(jìn)行對(duì)比，展示音調(diào)與頻率的關(guān)系。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于：在第二實(shí)驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行響度與振幅的可視化演示，將第二金屬音叉與懸掛著的靜止乒乓球接觸，通過用不同力度敲擊第二金屬音叉，通過乒乓球被彈起的高度反映第二金屬音叉的振動(dòng)幅度，展示響度與振幅的關(guān)系；同時(shí)，可充電顯示器的phyphox軟件記錄和顯示不同力度敲擊的聲音波形圖，用聲音的聲音波形圖再次驗(yàn)證響度與振幅的關(guān)系。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于：在第一實(shí)驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行音色與發(fā)聲體特性的可視化演示，通過敲擊第一金屬音叉和吹奏木管長(zhǎng)笛，使用充電顯示器的phyphox軟件展示第一金屬音叉和吹奏木管長(zhǎng)笛發(fā)出同一音調(diào)(c調(diào)1，即do)的聲音波形圖，通過對(duì)比第一金屬音叉和吹奏木管長(zhǎng)笛所產(chǎn)生的聲音波形圖形狀差異，展示音色與發(fā)聲體特性的關(guān)系。

技術(shù)總結(jié)
一種音調(diào)、振幅及音色可視化演示裝置，包括盒體和蓋體，盒體內(nèi)設(shè)計(jì)有三個(gè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)區(qū)域，分別為第一、第二、第三實(shí)驗(yàn)區(qū)域；第一實(shí)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)安裝有橡膠錘、第一金屬音叉、木管長(zhǎng)笛；第二實(shí)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)安裝有第二金屬音叉、工具盒，在第二實(shí)驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行響度與振幅的可視化演示；第三實(shí)驗(yàn)區(qū)域內(nèi)安裝有自帶phyphox軟件的可充電顯示器、振動(dòng)演示組件，可充電顯示器用于展示聲音的聲音波形圖。通過物理實(shí)驗(yàn)與“phyphox”軟件結(jié)合展示聲音的波形圖，學(xué)生可以直觀地看到不同頻率、振幅和音色的聲音波形變化，進(jìn)一步加深對(duì)聲音特性的理解與記憶，該裝置不僅在技術(shù)上創(chuàng)新地融合了聲音的多維度演示功能，還在教學(xué)應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)了聲音現(xiàn)象的可視化和學(xué)生自主探究能力的培養(yǎng)。

技術(shù)研發(fā)人員：張祖滿,李莎,馮媛媛,陳曦,郭家欣,張慧,楊茜,駱燊,沈永祺
受保護(hù)的技術(shù)使用者：湖北第二師范學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6