聲波可視化演示系統及其聲波演示方法
2023-12-05 07:37:31 3
專利名稱：聲波可視化演示系統及其聲波演示方法
技術領域：
本發明涉及一種聲波可視化演示系統及其聲波演示方法。
背景技術：
聲波是聲音的傳播形式，是一種機械波，由物體(聲源)振動產生。聲波的振動在空氣中以疏密相間的形式向四面八方傳播。在氣體和液體介質中傳播時是一種縱波，這個傳播過程只是能量的傳遞過程，而不發生質量的傳遞。人耳可以聽到的聲波的頻率一般在 20赫茲至20000赫茲之間。但是聲波是怎樣產生的？現有的教學基本採用彈簧振動作為實驗手段，通過聽彈簧振動的聲音，來想像聲波的傳播。因為不能直觀的顯現聲波的波形，所以學生難以理解。
發明內容
本發明是為了向人們提供一種聲波可視化演示系統及其聲波演示方法，通過該演示裝置，可以非常直觀的觀察聲波的波形，從而正確理解聲波在空氣中以疏密波的形式傳播、且在傳播過程中振動的空氣分子不隨聲波向前移動的道理。為了實現上述目的，本發明採用的技術方案是聲波可視化演示系統，其特點是， 包括一演示臺、設置在演示臺上的發聲演示機構、以及設置在所述演示臺上的與發聲演示機構相連接的功能控制按鈕；所述的發聲演示機構包括一喇叭模型、一振膜、一稜鏡、一雷射束髮生器、一弧形屏幕；其中所述的喇叭模型中設有揚聲器；所述的振膜設置在揚聲器的前方，所述的雷射束髮生器設置在振膜前方，該雷射束髮生器發出的雷射束對準所述振膜；所述的稜鏡和弧形屏幕順序間隔設置在所述雷射束髮生器的旁側。上述聲波可視化演示系統，其中，還包括一稜鏡旋轉機構，所述的稜鏡旋轉機構與稜鏡連接。上述聲波可視化演示系統，其中，所述的稜鏡旋轉機構主要由電機構成，所述電機的輸出軸與稜鏡連接。上述聲波可視化演示系統，其中，所述的稜鏡旋轉機構是勻速旋轉。上述聲波可視化演示系統，其中，所述的稜鏡為三稜鏡。上述聲波可視化演示系統，其中，所述的弧形屏幕為金屬貼膜屏幕。採用上述聲波可視化演示系統演示聲波的方法，其中，包括以下步驟a、在演示臺上設置發聲演示機構、以及設置在所述演示臺上的與發聲演示機構相連接的功能控制按鈕；所述的發聲演示機構包括一喇叭模型、一振膜、一稜鏡、一雷射束髮生器、一弧形屏幕；其中所述的喇叭模型中設有揚聲器；所述的振膜設置在揚聲器的前方，所述的雷射束髮生器設置在振膜前方，該雷射束髮生器發出的雷射束對準所述振膜；所述的稜鏡設置在振膜反射雷射束的光路上，該稜鏡與所述弧形屏幕相對；b、雷射束髮生器發出的雷射束對準喇叭模型前的振膜；C、喇叭模型中揚聲器發出的聲音，引起振膜的振動；通過振膜的凹凸面反射的雷射束出現不規則的波形，該不規則的縱型波經過旋轉的三稜鏡的折射，被投射到弧形屏幕上，形成不斷變幻的連續的聲波波形圖。由於本發明採用了以上的技術方案，採用揚聲器作為聲源，雷射束髮生器發射雷射束，振膜將橫波變成縱波，稜鏡將雷射束通過薄膜反射過來的縱波均勻地展現在弧形幕上。從而通過電學和光學原理，將看不見的聲波變成可以看得見的波形圖。
本發明的具體結構由以下的實施例及其附圖進一步給出。圖1是本發明聲波可視化演示系統的一種實施例的結構主視圖。圖2是圖1的左視圖(部分剖視)。圖3是圖1的俯視圖。
具體實施例方式請參閱圖1 圖3。本發明聲波可視化演示系統，包括一演示臺1、設置在演示臺上的發聲演示機構2、以及設置在所述演示臺上的與發聲演示機構相連接的功能控制按鈕 3。所述的演示臺1包括臺面11、箱體12。所述的發聲演示機構2設置在臺面11上，該發聲演示機構2包括一喇叭模型21、一振膜22、一稜鏡23、一雷射束髮生器對、一弧形屏幕 25。所述的喇叭模型21通過支架211設置在臺面11上，在該喇叭模型中設有揚聲器212。 所述的振膜22通過支架221設置在臺面11上，該振膜22位於揚聲器212的正前方。所述的稜鏡23和雷射束髮生器M分別通過各自的支架231、241設置在臺面11上，均設置在振膜22前方，且該雷射束髮生器發出的雷射束對準所述振膜，該光路如圖3中a所示。本實施例中所述的弧形屏幕25為金屬貼膜屏幕，通過支架251設置在臺面11上。所述的稜鏡為三稜鏡，該三稜鏡設置在振膜反射雷射束的光路b上，與所述弧形屏幕25相對，經過三稜鏡的折射，波形通過光路c被投射到弧形屏幕上。所述的聲波可視化演示系統中，還包括一稜鏡旋轉機構沈，所述的稜鏡旋轉機構主要由電機構成，所述電機的輸出軸與稜鏡連接，使所述的稜鏡作勻速旋轉。所述功能控制按鈕3設置在臺面的操作區，其包括電源開關按鈕31、揚聲器啟動按鈕32、以及稜鏡旋轉按鈕33。本發明演示聲波的方法是在演示臺上安置一個如上述的發聲演示機構和功能控制按鈕，參與者啟動功能控制按鈕，該發聲演示機構的喇叭模型中揚聲器發出聲音，引起振膜的振動，同時雷射束開啟對準喇叭模型前的振膜。振膜振動時會有一個凹凸面，通過振膜的凹凸面反射的雷射束便會出現不規則的波形，該不規則的縱型波經過三稜鏡的折射，被投射到弧形屏幕上。三稜鏡下面安裝有稜鏡旋轉機構，使三稜鏡一直處於勻速轉動狀態。不規則的縱型波經過三稜鏡的折射和轉動，被均勻地投灑在弧形屏幕上。由於人的眼睛有短暫的視覺停留(約為0.1到0.2秒之間)的原因，因此，在這段時間內雷射束形成和通過光學原理展示出來的波形圖，都會被視覺記憶。伴隨著揚聲器發出的音樂的跌宕起伏，參與者可以看清弧形屏幕上出現的不斷變幻的連續的波形圖，等於親眼「看見」聲波的波形，顯示的波形之一如圖1中的A所示。從而知道聲音是由物體振動產生的、聲音可在空氣中傳播、 以及聲波在空氣中以疏密波的形式向四面八方傳播的道理。
權利要求
1.聲波可視化演示系統，其特徵在於，包括一演示臺、設置在演示臺上的發聲演示機構、以及設置在所述演示臺上的與發聲演示機構相連接的功能控制按鈕；所述的發聲演示機構包括一喇叭模型、一振膜、一稜鏡、一雷射束髮生器、一弧形屏幕；其中所述的喇叭模型中設有揚聲器；所述的振膜設置在揚聲器的前方，所述的雷射束髮生器設置在振膜前方， 該雷射束髮生器發出的雷射束對準所述振膜；所述的稜鏡設置在振膜反射雷射束的光路上，該稜鏡與所述弧形屏幕相對。
2.根據權利要求1所述的聲波可視化演示系統，其特徵在於，還包括一稜鏡旋轉機構， 所述的稜鏡旋轉機構與稜鏡連接。
3.根據權利要求2所述的聲波可視化演示系統，其特徵在於，所述的稜鏡旋轉機構主要由電機構成，所述電機的輸出軸與稜鏡連接。
4.根據權利要求2或3所述的聲波可視化演示系統，其特徵在於，所述的稜鏡旋轉機構是勻速旋轉。
5.根據權利要求1所述的聲波可視化演示系統，其特徵在於，所述的稜鏡為三稜鏡。
6.根據權利要求1所述的聲波可視化演示系統，其特徵在於，所述的弧形屏幕為金屬貼膜屏幕。
7.採用權利要求1 6所述的聲波可視化演示系統演示聲波的方法，其特徵在於，包括以下步驟a、在演示臺上設置發聲演示機構、以及設置在所述演示臺上的與發聲演示機構相連接的功能控制按鈕；所述的發聲演示機構包括一喇叭模型、一振膜、一稜鏡、一雷射束髮生器、 一弧形屏幕；其中所述的喇叭模型中設有揚聲器；所述的振膜設置在揚聲器的前方，所述的雷射束髮生器設置在振膜前方，該雷射束髮生器發出的雷射束對準所述振膜；所述的稜鏡設置在振膜反射雷射束的光路上，該稜鏡與所述弧形屏幕相對；b、雷射束髮生器發出的雷射束對準喇叭模型前的振膜；C、喇叭模型中揚聲器發出的聲音，引起振膜的振動；通過振膜的凹凸面反射的雷射束出現不規則的波形，該不規則的縱型波經過旋轉的三稜鏡的折射，被投射到弧形屏幕上，形成不斷變幻的連續的聲波波形圖。
全文摘要
本發明涉及一種聲波可視化演示系統及其聲波演示方法，其特點是，包括一演示臺、設置在演示臺上的發聲演示機構、以及設置在所述演示臺上的與發聲演示機構相連接的功能控制按鈕；發聲演示機構包括一喇叭模型、一振膜、一稜鏡、一雷射束髮生器、一弧形屏幕；其中喇叭模型中設有揚聲器；振膜設置在揚聲器的前方，雷射束髮生器設置在振膜前方，該雷射束髮生器發出的雷射束對準振膜；稜鏡設置在振膜反射雷射束的光路上，該稜鏡與所述弧形屏幕相對。演示時，採用揚聲器作為聲源，雷射束髮生器發射雷射束，振膜將橫波變成縱波，稜鏡將雷射束通過薄膜反射過來的縱波均勻地展現在弧形屏幕上。從而通過電學和光學原理，將看不見的聲波變成可以看得見的波形圖。
文檔編號G09B23/14GK102236995SQ20101016483
公開日2011年11月9日 申請日期2010年4月29日 優先權日2010年4月29日
發明者餘麗江, 徐蕾, 忻歌, 李必成 申請人:上海科技館