探究振幅与音量的关系

【项目来源】

      声音是由振动产生，那么振动的幅度与音量的关系是什么呢？最简单的我们可以利用钢尺设计一个实验来探究声音的响度和振幅的关系。将钢尺一端紧压在桌面上，固定振动部分的尺长一定，用大小不同的力使尺子振动；观察尺子振动的幅度；尺振动幅度越大，听到的响度越大。本次实验使用一块掌控板、micro:bit掌控I/O扩展板及一个传感器来实现，由声音传感器检测声音的强弱变化，并通过画线段在显示屏上显示出来，以线段长短来表示声音的大小。

图1振幅与音量的关系

        

【项目展示】

图2准备采集声音数据

图3颜色合成仪-合成后

【功能简介】

      （1）数据采集：通过声音传感器实时采集声音数据。

      （2）线段显示：按下掌控上的按钮A，将采集的声音数据转换成线段。掌控上的三个RGBLED进行颜色合成，这是合成后的色彩值。

【硬件材料】

序号	名称	数量
1	掌控	1
2	micro:bit掌控I/O扩展板	3
3	声音传感器	1
4	3.7v锂电池	1
5	导线若干	1
6	铜柱若干	1
7	螺丝	1

表1项目器材清单

【制作过程】

1.结构设计

此项目我们通过LaserMaker一键造盒功能设计了一个盒体的结构件，具体设计如下所示。

（1）顶板设计

图4前面板设计

顶板上挖出一个“工”字形，让micro:bit掌控I/O扩展板的I/0接口、开关及掌控插槽外露。

（2）后面板设计

后面板设计了挖出拓展板供电接口。

图5后面板设计

（3）侧面板设计：

右侧板挖出了电机接线柱接口，外接电源接口，用于提供外部供电。

图6右侧面板设计

2.相关设置

程序编写使用的是Mind+编程软件，此项目程序编写涉及到的硬件有掌控 、声音传感器，因此在编写程序前先将这些拓展指令模块添加上，（注：声音传感器在掌控中并没有单独提供，我们可以使用模拟读取对应IO口即可）如图7所示。

图7添加相应的拓展模块

3.电路连线

本次作品项目中使用到了拓展板，声音传感器接在P2口具体连线如下图10所示。

图8电路连线

4.代码编写

（1）主程序初始化：设置X、Y初始值，及屏幕初始化显示，定义两个函数测试和重置。

图9初始化程序设置

（2）测试函数：主要完成画点和画线的功能。按下按钮A后，循环执行画点操作，当Y的值大于2时，执行画线操作，即表征出声音的大小，上述循环执行直至X>=180结束。

图10主程序指令

（3）重置函数：按下按钮B后，将X的值置为0，系统重置。

图11子函数Three color

5.设备组装

第一步：用激光切割机切除下图所示的结构件。

图12激光切割结构件

第二步：将原来掌控拓展板的底部支撑架拆除，安装四根铜柱，如图13所示。

图13安装铜柱

第三步：拿出底板再用四根铜柱固定上，如图14所示。

图14垫高旋钮模块

第四步：将其它结构件组装成一个盒体，如图15所示。

图15组装成盒体结构

第五步：掌控班插再拓展板上，如图16所示。

图16插入掌控版

6.运行测试：安装完成后，打开电源供电如图17所示。

图17上电测试效果

7.实验操作：

实验器材：30CM钢尺1把，声音测试仪

实验步骤：

（1）将钢尺一端固定在桌面上，将音量记录仪的声音传感器放在靠近在钢尺附近。

（2）给声音传感器上电，同时松开另一端下压的钢尺，分别下压钢尺到不同的程度将显示的音量值记录在下表中。

实验现象：

幅度          音量
1
2

实验结论：

音量是由物体振动的幅度决定的，振动幅度越大，声音就越强;振动幅度越小，声音就越弱。振动幅度越大，声音就越强;振动幅度越小，声音就越弱。

很棒的项目啊。

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