一般人都知道寶特瓶可回收送資源廠再利用,但沒有想到,只要多花一點巧思,經過不斷的實驗、測試後,居然可以讓寶特瓶變成會唱歌的瓶子,吹出美妙的樂音。寶特瓶已經與現代人的生活息息相關,也帶來嚴重的環保問題,因此變身為樂器的想法真的是妙點子!

 

X博士摘要說明】

1. 探討吸管及開孔對寶特瓶笛發音的頻率有什麼影響?

2. 探討寶特瓶笛開孔面積與音高的關係

3. 所有的寶特瓶都可以做成寶特瓶笛嗎?

 

 53屆生活與應用科學科作品

題目:綠色寶笛

作者:新北市蘆洲區仁愛國民小學同學們

 

【摘要(原文)
實驗發現,寶特瓶的開孔總面積越大,聲音越高,與陶笛發聲原理相似。我們自製各開孔工具,仿照直笛指法在瓶上開孔,找出頻率(X)與總開孔面積(Y)的公式:

(1)標示 600 ml 透明寶特瓶開孔公式:y = 0.00005x^2 – 0.0174x + 3.3838

(2)標示 580 ml 霧面寶特瓶開孔公式:y = 0.000142x^2 – 0.0627x + 9

(3)標示 2000 ml 透明寶特瓶開孔公式:y = 0.00004x^2 + 0.0131x – 2.3964

公式適用範圍:

(1)寶特瓶正立或倒立皆可,指孔需打在氣孔下方,瓶蓋開口需在氣孔上方。

(2)波爾公式適用 330 ml~700 ml(準確到 So)的透明寶特瓶。

(3)波爾公式適用音域從 4C~5E。我們向同學收集寶特瓶,套用公式精準開孔,容量、材質、

形狀不同,也可做出音程相同的寶特瓶笛,同學拿到都能馬上拿來吹奏曲子,成功地讓回收

桶裡的寶特瓶變身為可演奏樂曲的綠色寶笛!


X博士步驟說明】
名詞解釋 :
「唱名」DoReMiFaSoLaSiDo (唱出來的名字)

「音名」是 C DEFGABC (樂譜上的名字)

假如第 1 Do 4C(頻率 261.63Hz),第 2 Do 就叫 5C(頻率  523.25Hz)5C 的頻率是 4C 2

4C+20 +20 意思是聲音比 4C 高了從 4C(261.63 Hz) ~ 4C#(277.18 Hz) 20%,頻率為264.74 Hz

算式:4C+20=4C+(4C#-4C)×20%=261.63+(277.18-261.63)×20%=264.74

 

  1. 探討吸管及開孔對寶特瓶笛對發音的頻率有什麼影響

方法1:用吸管來吹寶特瓶氣孔,改變吸管角度,觀察對聲音有何影響。

投影片2

(1) 吸管角度低於 15 度,才能吹出聲音,角度越低越好吹。 

(2) 吸管角度對音高影響不明顯。

方法2:用不同粗細的吸管吹寶特瓶氣孔,將結果記錄後平均,觀察對聲音的影響。投影片3  

(1)1.2 公分的口徑太大,吹出的氣不集中,不容易吹出聲音。

(2)根據吹的感覺,0.6 公分的吸管比 0.5 公分的容易吹出聲音。

方法3:將口徑 0.6 公分的吸管,剪成不同的開口來吹氣孔,接著壓扁後再吹,觀察對聲音的影響。
投影片4  

(1) 吸管開口形狀對音高及音量沒有明顯影響。

(2)   我們覺得壓扁的吸管吹出的氣較集中,尖口 60 度的吸管比較容易控制吹氣的方向,所以接下來會將尖口 60 度的吸管壓扁來吹寶特瓶

 

方法4

(1)吹直笛時,響度約在 80 分貝(dB)左右,叫「正常」。

(2)用力吹時,響度約在 90 分貝(dB)以上,叫「用力」。

投影片5
投影片6

「用力」吹直笛和陶笛,響度變大。我們用「正常」吹寶特瓶比較恰當。

方法5:改變氣孔大小,觀察氣孔面積對聲音有何影響。
投影片7  

(1) 氣孔面積越大,聲音越高。

(2) 波爾寶特瓶的氣孔面積在 2.1~2.5 cm2 時,都能吹出 4C 的音高。

(3) 氣孔面積在 2.3 cm2 時,頻率最接近 4C(261.63 Hz)

方法6 : 改變氣孔形狀,觀察對聲音有何影響。

投影片8  

(1) 氣孔面積相近時,吹出的音高相近。

(2) 矩形和正方形的孔容易發不出聲音;圓形只要吹到圓周,都能吹出聲音。

(3) 圓形氣孔中,直徑 1.7 cm 吹出的聲音最接近 4C(261.63 Hz),接下來的氣孔都打成直徑 1.7 cm 的圓形。

方法7

(1) 在氣孔下方打直徑 1 cm 的指孔,試吹後記錄;再往下增加 1 個指孔,試吹後記錄

(2) 取另一個相同的寶特瓶,在氣孔下方垂直距離 3 cm 的地方,打直徑 1 cm 的指孔,試吹後記錄;再依水平方向增加 1 個指孔,試吹後記錄
投影片9  

(1) 水平或垂直的指孔越多,聲音越高。

(2) 水平與垂直的指孔數相同時,垂直的音比水平略高一些。

(3) 垂直的指孔數 5 個以上時,不容易吹出聲音。

(4) 水平的指孔數開到 14 個,聲音隨著孔數增加而變高,所以開孔總面積才是影響音高的因素,這點和直笛的發聲原理不同。

(5) 水平開孔容易吹出聲音,但我們想用類似直笛的指法,以垂直方向排列指孔。

方法8

(1) 分別在5個寶特瓶的下方垂直 1 3579 cm 的地方,打 1 個直徑 1 cm 的指孔,試吹後記錄。

(2) 拿另4個寶特瓶,在氣孔下方垂直 1 cm 的地方,打 1 個直徑 1 cm 的孔,另分別在垂直間距 2468 cm的地方,再打一樣的孔,試吹後記錄。

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(1) 指孔的位置越低,頻率稍高一些。

(2) 指孔的間距越大,頻率稍高一些。

(3) 吹出的音高在±49.9 範圍內,都算準確,洞的位置及間距對音準的影響不大。

  1. 2. 探討寶特瓶笛開孔面積與音高的關係

方法1:測量每個指孔的大小,吹奏陶笛,記錄並觀察音高變化。
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(1) 5C 陶笛吹出的音高,並非標準音,但仍能拿來吹奏樂曲,這是因為音程變化相同。

(2) 陶笛的總開孔面積越大,聲音越高;關係為 y=0.000001x^2 – 0.0009x +0.1732

(3) 上升半音時,增加的面積比較小;上升全音時,增加的面積比較大。

(4) 陶笛的指法太複雜,所以決定仿照直笛的指法來打指孔。

方法2

在寶特瓶打直徑 1.7 cm 的氣孔,加瓶蓋,吹出 4C(Do)後,仿直笛指法,在氣孔下方依序打指孔,找出音高 4D~5C(Re~Do)的指孔面積。
投影片12  

(1) 寶特瓶笛的總開孔面積越大,吹出的聲音越高。

(2) 關係為 y = 0.00005x^2 – 0.0174x + 3.3838 R^2值高達 0.9956,相當符合實驗數值。

方法3:按照公式計算開孔直徑,在波爾寶特瓶上依序打洞,加瓶蓋。
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總開孔面積(Y)與頻率(X)的關係,可依公式 y = 0.00005x^2 – 0.0174x + 3.3838 來計算,製作出 4C~5C 的標準音高寶特瓶笛,比陶笛的音還標準!

3.  所有的寶特瓶都可以做成寶特瓶笛嗎?

方法:利用波爾寶特瓶笛公式,為不同的透明寶特瓶打氣孔和指孔,加蓋後吹奏,觀察並記錄結果,再用同樣方法測試霧面寶特瓶,並算出新的公式。
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實驗結果 : 波爾寶特瓶公式適用330 ml~700 ml(準確到So)音域從4C(Do)~5E(高音Mi)

數據分析與結論

吸管直徑 0.6 公分尖口吸管壓扁後比較容易吹出聲音。寶特瓶上的總開孔面積越大,吹出的聲音越高。所有的寶特瓶都可以做成吹出標準音高或音程相同的寶特瓶笛,就算寶特瓶笛壞了,也能完全再回收,一點也不浪費資源,是真正的綠色寶笛。

以下是評審給的評語

投影片15

X博士評語】

運用寶特瓶做樂器,還能吹出美妙的樂音,令人備感新鮮。作品完成度很高且功能完

整並與環保結合,具有實際應用價值,統計數據也做得相當完整。而陶笛這項樂器一

開始只有四個孔,四個大小不同的孔可以組合出十六種不同的狀態,而經過不斷的嘗

試,就像這份作品「綠色寶笛」一樣,還可以擴展爲5孔、6孔甚至更多,能有更多的

音階,讓更多人聽到不一樣的聲音。