只要400日圓就能看見駐波！用喇叭和iPad打造超簡單弦振動實驗
我是 Science Trainer 桑子研。每天都是實驗日。
為什麼吉他的弦會以那種特殊的形狀振動呢？
當你撥動吉他弦時，弦到底是怎麼運動的呢？其實，弦並不只是簡單地左右擺動而已。在特定頻率下，會出現一種神奇的現象，彷彿波浪靜止不動一樣。這種現象稱為定常波（駐波）。
音樂與物理在這裡完美交會！這次我們竟然只用大約 400 日圓的喇叭和 iPad，就能把這個現象直接呈現在眼前！
從影片中應該可以很清楚地看到定常波。今天就來介紹這套裝置的製作方法。材料費只要幾百日圓，而且製作過程非常簡單，大家不妨親手試試看。
什麼是定常波？
在介紹製作方法之前，先來聊一點科學。
當波沿著繩子傳播時，碰到兩端會反射回來，並與原本的波互相重疊。當條件剛好符合時，就會形成看起來像是靜止不動的波形，這就是定常波。
波腹（振幅最大、擺動最明顯的部分）和波節（幾乎完全不動的部分）會規律地排列著，看起來就像波浪被凍結在空中一樣，非常漂亮。
吉他、小提琴等弦樂器之所以能發出優美而豐富的聲音，正是利用了這種定常波的特性。
準備材料
喇叭、iPad、USB 電源、剪刀、美工刀、棉線（建議直徑 1.4 mm）
這是我這次購買的喇叭。
iBUFFALO USB 喇叭，免插座供電，1W 白色款
其實大創販售的 300 日圓喇叭也可以使用，製作方式幾乎完全一樣。
製作方法
步驟 1：拆下外蓋
先把喇叭正面的保護網拆下來。稍微用力拉一下，就能輕鬆取下。
步驟 2：移除振膜
接著，把喇叭錐盆（發聲振動板）上的薄膜切除。
先用美工刀劃開一道切口，再用手慢慢撕除即可。左右兩側喇叭都要同樣處理。
這一步非常重要。一般喇叭是利用振膜震動空氣來發出聲音，但把振膜移除後，振動能量就能直接傳遞到棉線上，而不是傳到空氣中。
先用美工刀劃開切口。
接著用手慢慢撕掉。
完成後大概會是這個樣子。注意不要剪斷導線喔！
步驟 3：掛上棉線，大功告成！
把棉線掛在振動的部分上，就完成了。
棉線在百元商店就能買到，直徑 1.4 mm 的效果最好。
看起來大概像這樣。
使用方法：用 iPad 自由控制頻率
接下來只要利用 iPad 將聲音訊號送進喇叭即可。
由於振膜已經移除，所以幾乎聽不到聲音，但棉線會非常明顯地振動起來。
當你慢慢改變頻率時，某個瞬間棉線會突然形成定常波的形狀。
那個「哇！出現了！」的瞬間，正是這個實驗最迷人的地方。
USB 電源則是供應喇叭使用，同樣可以在百元商店買到。
整體配置大致如下。
以下就是實際形成定常波時的模樣。
音頻的頻率可以透過 AFG 這個 App 自由調整。關於 AFG，請參考以下文章。
理科実験の頼れる相棒！簡単操作で周波数を自由自在に設定できる無料アプリ『Audio Function Generator』（AfG）
ナリカ推出的低頻訊號產生器 CR-WEB也非常好用。
介於數位與類比之間的感動
提到 ICT 教學，很多人可能會想到全部都在螢幕裡完成的數位活動。
但像這次這樣，一邊利用數位設備精準控制頻率，一邊看著眼前真實的棉線優雅地振動，我認為正是這種數位與類比結合的體驗，最能打動學生的心。
定常波雖然可以從課本插圖中學習，但當你親眼看到一條線在眼前形成起伏的波形時，那種「原來這就是波動！」的真實感受，是課本難以取代的。
有機會的話，一定要親自試試看！
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