【DIY哨子。聲學小實驗】手工紙+膠片+瓶蓋 齊做簡單小手工 了解哨子發聲原理

【明報專訊】哨子聲響，不論是在球場、建築地盤、繁忙馬路，目的都是透過音頻來引起特定人群的注意。吹哨子之所以會發出聲音，其實是空氣振動的表現。就讓我們由一個簡單小手工開始，帶大家來一場妙韻聲學之旅。

我們從主圖（見右圖）「自製不同音域哨子」小實驗中，DIY一支簡單的哨子。試把不同大小的塑料瓶蓋放在哨子的小洞下，會發現吹出不同的音高（pitch），有的像小鳥叫，有的像蒸汽火車響號，為什麼？

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空氣帶動膠片振動產生聲音

聖公會主風小學常識科主席伍展鴻解釋，哨子發聲，是利用氣流從管的一端直接通到另一端，在出口處振動而產生聲音。當沒有空氣流動時，膠片上下的氣壓都一樣；然而當空氣由紙管壓扁的一端吹出時，根據伯努利定律（Bernoulli’s principle），不可壓縮的流體（空氣）沿管中流動時，其速度會改變（加快），快速流動的空氣在管道出口會產生壓力差。也就是說，瓶蓋上快速流動的空氣與瓶蓋內靜止的氣壓不再相同，令到瓶蓋中的空氣由膠片的氣洞溢出，從而帶動膠片振動產生聲音。而振動的快慢，就影響聲音的高低（見下圖「哨子發聲原理」）。

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瓶蓋當共鳴器 放大音量

哨子的結構其實與某些樂器相似。開了洞的膠片是哨子的發聲體，透過振動產生聲音，好比結他的弦、喇叭的簧片；而膠片下的瓶蓋則構成共鳴器，讓聲音共振放大音量，就像琴箱、結他的木箱等。音高即是空氣的振動頻率，哨子聲音會隨着瓶蓋柱狀空間的深度和闊度不同而產生不同的音高，瓶蓋空間愈大，空氣反彈振動便會愈慢，產生的聲音愈低，就好像小提琴由於共鳴箱比大提琴小，所以前者奏出來的琴音較高。我們可以透過更換不同深度的瓶蓋改變共振管的深度，如果瓶蓋較淺，產生的音高會較高，響亮如鳥鳴；相反較深的瓶蓋會產生較低的音高，好像蒸汽火車響號。吹奏笛子時，演奏者會利用關閉特定的開口調整笛的音高，原理亦是改變笛內共振管的長度及共振頻率。

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知多啲：木笛「氣窗」發聲 愈大支愈低音

自製哨子的結構和發聲原理，跟大部分小學生都會接觸的木笛（牧童笛）相似。我們從笛嘴吹氣後，空氣經過管道時加速，同時改變管道出口的氣壓，最終氣流離開管口時，使共鳴箱內空氣振動而發聲。

聖公會主風小學音樂科主席潘志煒表示，很多小朋友都以為木笛的發聲位置是在笛子的末端，其實聲音是在笛頭位置的氣窗位（圖1）發出，相當於自製哨子的長方形小洞。

不同長度大小的木笛，都擁有不同深度和闊度的共鳴箱，所以產生的音高也不一樣，通常體積愈大，音域也愈低。常見的木笛音域，由高至低為高音笛（descant/soprano，音域為c2至a4）、中音笛（treble / alto，音域為f1至d4）、次中音笛（tenor，音域為c1至g3）和低音笛（bass，音域為f至d3）。現時本地小學生在音樂課較常用高音笛，因為較配合小朋友手部大小。

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小知識：不同水位玻璃杯 敲出美妙樂曲

除了自製哨子，我們也可以自製敲擊樂器，敲擊注有不同水位的玻璃杯，甚至可以演奏一曲！敲擊玻璃杯的發音原理，與上文提及的空氣振動有一點關連。敲擊使杯身和液體（水）振動，並隨杯中水的容量大小產生不同的音高。音調高低取決於空氣振動的快慢，杯中水較少的話，敲擊它時所受的阻力較少，玻璃杯的振動頻率因而較快，產生較高的聲音，反之亦然。

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文：顏燕雯

編輯：梁小玲

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