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紙杯喇叭(二)連接音頻擴大模組/跨領域:生活科技領域
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製造科技、產品製造與行銷 (第三冊第七章及第八章)
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科技的系統與設計的流程/材料選用與加工處理
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90分鐘
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祁明輝老師指導
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一、 理解喇叭發聲的科學原理。
二、 學習擴大機的功能。
三、 學習焊接電路技巧。
四、 能夠選用適當的材料設計並製作出簡易喇叭。
五、 能利用正確的工具加工生活中常見的材料。 -
#33漆包線圈、強力磁鐵(10mmx10mm)、快速接頭、3.5mm音源線(公接頭)、萬能黏土、紙杯、迷你3V音頻擴大模組、USB電源線(已剪掉Micro-B 接頭)、紅黑喇叭線(0.14mm,11蕊,長約30cm)、3W4Ω水泥電阻、剝線鉗、剪刀、砂紙、美工刀、點火槍、保麗龍膠(其他膠類亦可)、手機或MP3、3號電池、膠帶、烙鐵、焊錫、行動電源、護目鏡、口罩
- 時間 教學活動流程 教學資源
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10分鐘一、 生活連結與預測:
1. 引起動機:延續自然領域紙杯喇叭(一)的探究實驗,討論耳機與喇叭的區別。教師演示已連結擴大器的紙杯喇叭的播音效果,討論發生什麼事?
2. 生活連結:教師拿出一般生活常用的喇叭與演示教具做對照說明。
3. 舊課程回顧:簡單複習自然領域紙杯喇叭(一)上課的重點。(喇叭可以產生聲音的原理、接上音源輸出的線圈與磁鐵的交互作用、紙杯的大小與材質對於聲音有何影響?) -
50分鐘二、 設計與製作:
1. 教師進行製作紙杯喇叭的電路與材料之說明。
2. 特別說明本次製作時為何要加裝一個水泥電阻:由於擴大器的輸出阻抗幾近為零,如無保護措施,短路時即使是很小的信號,也會導致電流無限制地增加,擴大器會迅即燒毀。而一般的保護措施有輸出端串聯保險絲,和電晶體限流保護兩種。(資料引用: https://subig1957.pixnet.net/blog/post/17149918-%E6%94%BE%E5%A4%A7%E5%99%A8%E7%9A%84%E5%8A%9F%E7%8E%87%E6%B6%88%E8%80%97)
3. 請學生開始繪製設計圖與說明。
4. 焊接擴大機:教師教導學生如何正確的使用焊槍與焊錫,並教導學生在焊接時務必戴上護目鏡與配戴口罩,以保護自身的安全。
5. 學生根據自己選擇的材料與設計圖進行製作。
延伸設計實作:
1. 將紙杯換成不同材質或是大小的容器,聽聽看聲音有何不同?
2. 運用擴大器的兩個輸出端點,引導學生連結音響的喇叭配置,蒐集各種音響喇叭造型資訊,引導學生彙整喇叭功能需求與本體結構等重點。利用生活常見材料,進行擴大模組連結雙喇叭的造型設計與製作。 -
10分鐘三、 原理說明:
音頻擴大模組(簡稱擴大機):擴大機是放大電流信號的裝置,由於各種信號源輸入的信號很弱(像是手機),不足以推動揚聲器(喇叭、音箱)發聲,因此必須將這些很弱的信號進行放大後傳輸給喇叭,這樣喇叭才能發出相應大小、頻率的聲音。
資料參考:http://www.hitonaudio.com/newhand_oneissue.php?i=79 -
20分鐘四、 實作評量與討論
1. 測量分貝數:利用手機App提供特定音頻與音量,並在固定位置量測學生紙杯喇叭輸出音量(分貝數值) 。
2. 依據學生檢測的音量大小,討論線圈圈數、紙杯大小、磁鐵強度及距離與輸出音量大小的關係。
3. 可延伸以其他物件替代紙杯進行實驗(如紙箱、木盒、鐵罐),觀察其音色與音量的差異,討論其原因。(學生完成實驗後可延伸推導出,輕薄的材料容易發聲,沉穩的材料音色低沉,故若以金屬或者瓷器等材質做為發聲介質,則音色將與紙杯相異。)
4. 討論擴大模組連結喇叭的優化設計提案。 -
參考資料老音響資料庫/放大器的功率消耗
https://subig1957.pixnet.net/blog/post/17149918-%E6%94%BE%E5%A4%A7%E5%99%A8%E7%9A%84%E5%8A%9F%E7%8E%87%E6%B6%88%E8%80%97
Hiton Audio-擴大機的介紹
http://www.hitonaudio.com/newhand_oneissue.php?i=79