太阳能木琴

太阳的音乐

太阳能电池很美妙地把科技与地球的自然资源联系到一起,把各种工程从黑暗、满地灰尘的工作室带到室外,并且给它们一个可持续使用的地方。以天上这个巨大无比的“核电站”为能源,这个自动木琴使用太阳能电路和五声音阶音管就能演奏出优美的音乐。

风铃捕捉风的能量,带动小钢管来回摆动,它们相互撞击就会发出清脆的声音。这非常简单、无穷无尽,也很美丽。在下一阵风来的时候,你永远不会预测风铃会创作出什么样的曲子,这才是它最吸引人的地方。风铃让我们更加贴近自然。

我也想创作一个使用自然能源就能“播放”出优美音乐的乐器,像风铃那样。于是,我制作了这个太阳能木琴:对着安静的太阳,它就能发出声音。这个木琴上有8个简单且独立的系统,用来分别敲击8个平行的音管。这样,你就可以不用电池和导线了,不过,千万要记得擦上防晒霜哦。

太阳能木琴

工作原理

在一个普通的木琴里,是一个太阳能驱动的发音盒,每个发音盒上有8个槌子,分别用来敲击8个音管。每一个槌子都用一个由太阳能电池、太阳能电路和小电机构成的系统来驱动。这些系统是并行工作的。照在每个太阳能电池板上的阳光越多,哪个槌子就越快速地敲响音管。

制作你自己的太阳能木琴

1. 组装电路

在这个制作过程中,组装电路是最简单的,同时它也让我们能很快地完成其他部分。

1a. 将RadioShack洞洞板切割成单个的小方块,如果你有自己的洞洞板,你可以把它切成2英寸×2英寸的大小。

1b. 把所需要的电子元件分成组:电压触发器、三极管、可调电阻、二极管、4700 μF电容、1.0μF电容、小电机、太阳能电池、导线、两个插孔(可选),以及一些洞洞板。

1c. 拿出一组电子元件,按照Solarengine的电路图(makezine.com/12/xylophone)焊接一块电路板(见下图)。这一步不是很容易,但如果你想在电子方面更上一层楼,这是很好的练习。我把电解电容和可调电阻,以及两个插孔放在背面。插孔布置在板子的边缘部分,用来连接太阳能电池和小电机。

1d. 完成一块电路板之后,把电源导线直接焊接在太阳能电池板的正负极上。如果你使用插孔,就把插针焊接在小电机的两端(在太阳能电池板上,我们不用插针,因为22号的导线已经足够粗了)。

1e. 把你的电路带到室外,或者放置在大功率的白炽灯泡下,做一些简单的测试。在10秒钟内,你就可以看到你的电机旋转。一个紧凑的荧光灯泡或大的手电筒也能让你的电路板工作,但需要花更长的时间,这可能会让你觉得电路板有什么问题。

1f. 如果你的电路不能工作,就用螺丝刀调节那个可调电阻,一直往一个方向旋转。这个电阻是用来控制整个电路的效率的,让更多的电能存储到电容中,或者改变电机旋转的时间。旋转到可调电阻的一端能阻塞所有的电流,而在另一端则完全不能阻塞。

1g. 如果电机能周期性地旋转60°,并马上回到原位,说明电路工作得很正常。电路能正常工作后,马上鼓励自己一番,然后你就叫上你的朋友们来帮忙制作其他7块一样的电路板吧(或者你自己全干了)。制作完成后,你得仔细检查焊接是否牢固,对照原理图,并使用万用表检查太阳能电池板或者4700μF电容,看看是否漏电。最后,你还可以找一个朋友来检查你的电路。

2. 制作太阳能木琴底座

我使用一个圆锯切割木块再用一个台锯切一些长槽,你也可以使用别的工具。

2a. 把两块1/8 英寸厚的合板切成5.5 英寸× 15.25 英寸大小。这两块板最后会被用作太阳能木琴的底座。

2f. 再用圆锯在这些条上切出4个5/16英寸的窄口,每个窄口相隔2.25英寸,且在有长切口的这一面。这些窄口用来安装槌子。从木条的一端开始,在3.1875英寸的位置做一个标记,然后隔开0.3125英寸再做一个标记,标记画0.875英寸深。之后再做3个一样的标记,每个标记相隔2.25英寸。重复相同的步骤做第2块木条的窄口。

2b. 把四块1.25英寸厚的木板切割成3英寸×5英寸大小。这些木板将被用作木琴槌子的支架。

2c. 把一块0.75英寸厚的木板切割成16英寸×25.75英寸大小。这是最大的一块,用来支撑整个结构。

2d. 找出两根1英寸× 1.5 英寸的木条,锯成15.25 英寸长。

2e. 这一步有些困难。我们现在需要在每个1英寸×1.5英寸的木条上的1英寸的边上切出0.5英寸深的槽。如果有一个台锯那就太好了,它很适合做这个工作。把每一片木条放在台锯上,短边朝下。调节台锯,把锯片对准木条的中间,开动机器一直切到底(见右图)。重复这个步骤,制作第2块。

2g. 把上面做好的2块合板粘到有4个腿的木板的上面,做成U形的底座。然后把底座的上端面粘贴到大的0.75英寸的木板上,保持平行,中间对齐,相隔2.375英寸。然后等胶水干了以后再继续下一步。

2h. 把有窄口的木条粘贴在底座上,保持平行,且离边缘1.25英寸远。现在,你有一个很好的木质结构可以把木琴安装到里面。每一个有窄口的木条都用作槌子的平衡支点。

3. 安装槌子

3a. 使用1/16 英寸的钻头在每个槌子上钻2个孔。第1个孔离橡胶球顶端5.125 英寸远,第2个孔离另一个顶端4.125英寸远。在没有橡胶球的顶端,插入一根针。

3b. 用尖嘴钳把回形针变成Z字形形状,然后把它们插到槌子里,木琴工作时,电机将带动他们。

4. 最后组装

这一部分尤其困难。我们需要确定在什么位置安装电机,以及槌子这一头需要多少配重才能平衡。

4a. 将木琴安装到你的底座上,注意保持对中。

4b. 把每一个槌子安装到切了长口的木条上。每一个槌子都要靠近发音管的中间,如果不是,则要调整下面木琴的位置,或者把钉子拔出来再反插进去,因为钉子的头可能会把槌子挤歪。如果还不行,你就要检查一下木条是否对齐,以及底座是否安装整齐了。

4c. 取出一个槌子,在它的一端缠上焊锡用作配重。你得小心估计需要缠多少焊锡才能让槌子保持平衡,这样它就可以慢速击打木琴管。为了达到这个要求,你得反复多试几次。

4d. 把一个平衡好的槌子安装到切槽里,再拿出一个电路,把小电机安置到离槌子端部比较近的地方。把弯好的回形针插到槌子的相应位置,同时把另一端连接到小电机的拉杆上。另外,为了不让回形针滑出来,你还要把回形针穿过槌子的这一端弯一下,勾住整个槌子。

4e. 将小电机的位置稍稍移出来一部分,并保证小电机的安装方向是正确的。

4f. 安装好小电机后,我们再来测试一下电路能否正常工作。而且,你需要找到一个正确的点,找到之后,用铅笔在底座上描一下电机的位置。使用Dremel工具,在安装小电机的位置上磨出一块来,这样,你的小电机就能很方便地安装上去了。

4g. 重复上面的步骤,并测试所有的槌子、小电机、电路组件。做好每一个电机位置的标记后,做一些测试,然后再使用胶水或环氧树脂把电机粘在各自的位置上。

4h. 在平衡木条上打一些孔,让电机线能穿过去。再用胶水或环氧树脂把太阳能电池板粘上去,与水平面保持45°夹角。最后,分别把电机线、太阳能电池线与电路连接起来。

播放一些“太阳音乐”

最后调整回形针

你还需要给你的太阳能木琴做一些调整,特别是这些回形针。有时候,回形针穿过电机拉杆这一头可能会碰到底座,你要仔细检查一下有没有这个问题。你还要保证回形针另一端能很好地挂住槌子,这样才能保证槌子能正常工作。不仅如此,你还需要调整一下回形针的高度和位置,以改变槌子敲击木琴管的声音。

记住,你是用手工工具来弯这些回形针,所以肯定会有一些误差,但别因为做不好而气馁。试试不同的工具,你一定能做好,做好后可值得你骄傲了,因为它们都是你自己手工做的!

草坪上的音乐会

现在,所有的手工工作已经完成了,当太阳能木琴开始工作时,你的心情一定会感到很舒畅。在一个阳光明媚的日子,戴上你最喜欢的太阳镜,披上披肩,把你的太阳能木琴带到你的草坪上。你还没走到草坪上时,我保证你的木琴已经开始发出声音了。

如果木琴发出声音的频率太高,你可以再调节每个电路的可调电阻,让它们慢一些。你会发现槌子比你在屋子里做实验时跑得更快,因为现在你可是在中午的阳光下,太阳能木琴已经是一个音乐能手了!

你也可以把你的木琴带到斑驳的树荫下,这样它产生的音乐就会更具有随机性。相比于人工的白炽灯和荧光灯,太阳能电池板在自然阳光下工作效率会更高。

不同的音乐曲调

做好了一个全尺寸的太阳能木琴,如果你想买一些小的元件制作小尺寸的木琴,那就很容易了。把你的太阳能木琴放在不同的位置,可以产生美妙的立体声音乐。当然,你还要注意防水。在任何一个地方,你都可以放上你的木琴,于是你就可以一直听到你的音乐:在园子里,在你的窗户外面,在城市偏僻的角落。

改变太阳能木琴的角度,或者太阳能电池板的位置,你的木琴声音也会不一样。使用一些全尺寸的木琴,你可以制作出一个音调随时间变化的特殊乐器,非常有趣。为了达到这个目标,你可以把几个木琴摆在一个圆形的桥上,当太阳从东边升起,从西边降落时,每一个不同的木琴的曲调也会随之改变。

想再制作一些太阳能乐器吗？想一想声音产生的基本方式:抓,打,拨,然后再设计一个使用太阳能原理的机构来实现它们。使用太阳能电池板驱动现在已有的乐器,再试图创造一些乐器,再把它制作出来,我想,你肯定可以的!

（来源：搜狐科学 2012-02-23）