太陽能木琴

　　太陽的音樂

　　太陽能電池很美妙地把科技與地球的自然資源聯系到一起,把各種工程從黑暗、滿地灰塵的工作室帶到室外,并且給它們一個可持續使用的地方。以天上這個巨大無比的“核電站”為能源,這個自動木琴使用太陽能電路和五聲音階音管就能演奏出優美的音樂。

　　風鈴捕捉風的能量,帶動小鋼管來回擺動,它們相互撞擊就會發出清脆的聲音。這非常簡單、無窮無盡,也很美麗。在下一陣風來的時候,你永遠不會預測風鈴會創作出什么樣的曲子,這才是它最吸引人的地方。風鈴讓我們更加貼近自然。

　　我也想創作一個使用自然能源就能“播放”出優美音樂的樂器,像風鈴那樣。于是,我制作了這個太陽能木琴:對著安靜的太陽,它就能發出聲音。這個木琴上有8個簡單且獨立的系統,用來分別敲擊8個平行的音管。這樣,你就可以不用電池和導線了,不過,千萬要記得擦上防曬霜哦。

　　太陽能木琴

　　工作原理

　　在一個普通的木琴里,是一個太陽能驅動的發音盒,每個發音盒上有8個槌子,分別用來敲擊8個音管。每一個槌子都用一個由太陽能電池、太陽能電路和小電機構成的系統來驅動。這些系統是并行工作的。照在每個太陽能電池板上的陽光越多,哪個槌子就越快速地敲響音管。

　　制作你自己的太陽能木琴

　　1. 組裝電路

　　在這個制作過程中,組裝電路是最簡單的,同時它也讓我們能很快地完成其他部分。

　　1a. 將RadioShack洞洞板切割成單個的小方塊,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. 把所需要的電子元件分成組:電壓觸發器、三極管、可調電阻、二極管、4700 µF電容、1.0µF電容、小電機、太陽能電池、導線、兩個插孔(可選),以及一些洞洞板。

　　1c. 拿出一組電子元件,按照Solarengine的電路圖(makezine.com/12/xylophone)焊接一塊電路板(見下圖)。這一步不是很容易,但如果你想在電子方面更上一層樓,這是很好的練習。我把電解電容和可調電阻,以及兩個插孔放在背面。插孔布置在板子的邊緣部分,用來連接太陽能電池和小電機。

　　1d. 完成一塊電路板之后,把電源導線直接焊接在太陽能電池板的正負極上。如果你使用插孔,就把插針焊接在小電機的兩端(在太陽能電池板上,我們不用插針,因為22號的導線已經足夠粗了)。

　　1e. 把你的電路帶到室外,或者放置在大功率的白熾燈泡下,做一些簡單的測試。在10秒鐘內,你就可以看到你的電機旋轉。一個緊湊的熒光燈泡或大的手電筒也能讓你的電路板工作,但需要花更長的時間,這可能會讓你覺得電路板有什么問題。

　　1f. 如果你的電路不能工作,就用螺絲刀調節那個可調電阻,一直往一個方向旋轉。這個電阻是用來控制整個電路的效率的,讓更多的電能存儲到電容中,或者改變電機旋轉的時間。旋轉到可調電阻的一端能阻塞所有的電流,而在另一端則完全不能阻塞。

　　1g. 如果電機能周期性地旋轉60°,并馬上回到原位,說明電路工作得很正常。電路能正常工作后,馬上鼓勵自己一番,然后你就叫上你的朋友們來幫忙制作其他7塊一樣的電路板吧(或者你自己全干了)。制作完成后,你得仔細檢查焊接是否牢固,對照原理圖,并使用萬用表檢查太陽能電池板或者4700µF電容,看看是否漏電。最后,你還可以找一個朋友來檢查你的電路。

　　2. 制作太陽能木琴底座

　　我使用一個圓鋸切割木塊再用一個臺鋸切一些長槽,你也可以使用別的工具。

　　2a. 把兩塊1/8 英寸厚的合板切成5.5 英寸× 15.25 英寸大小。這兩塊板最后會被用作太陽能木琴的底座。

　　2f. 再用圓鋸在這些條上切出4個5/16英寸的窄口,每個窄口相隔2.25英寸,且在有長切口的這一面。這些窄口用來安裝槌子。從木條的一端開始,在3.1875英寸的位置做一個標記,然后隔開0.3125英寸再做一個標記,標記畫0.875英寸深。之后再做3個一樣的標記,每個標記相隔2.25英寸。重復相同的步驟做第2塊木條的窄口。

　　2b. 把四塊1.25英寸厚的木板切割成3英寸×5英寸大小。這些木板將被用作木琴槌子的支架。

　　2c. 把一塊0.75英寸厚的木板切割成16英寸×25.75英寸大小。這是最大的一塊,用來支撐整個結構。

　　2d. 找出兩根1英寸× 1.5 英寸的木條,鋸成15.25 英寸長。

　　2e. 這一步有些困難。我們現在需要在每個1英寸×1.5英寸的木條上的1英寸的邊上切出0.5英寸深的槽。如果有一個臺鋸那就太好了,它很適合做這個工作。把每一片木條放在臺鋸上,短邊朝下。調節臺鋸,把鋸片對準木條的中間,開動機器一直切到底(見右圖)。重復這個步驟,制作第2塊。

　　2g. 把上面做好的2塊合板粘到有4個腿的木板的上面,做成U形的底座。然后把底座的上端面粘貼到大的0.75英寸的木板上,保持平行,中間對齊,相隔2.375英寸。然后等膠水干了以后再繼續下一步。

　　2h. 把有窄口的木條粘貼在底座上,保持平行,且離邊緣1.25英寸遠。現在,你有一個很好的木質結構可以把木琴安裝到里面。每一個有窄口的木條都用作槌子的平衡支點。

　　3. 安裝槌子

　　3a. 使用1/16 英寸的鉆頭在每個槌子上鉆2個孔。第1個孔離橡膠球頂端5.125 英寸遠,第2個孔離另一個頂端4.125英寸遠。在沒有橡膠球的頂端,插入一根針。

　　3b. 用尖嘴鉗把回形針變成Z字形形狀,然后把它們插到槌子里,木琴工作時,電機將帶動他們。

　　4. 最后組裝

　　這一部分尤其困難。我們需要確定在什么位置安裝電機,以及槌子這一頭需要多少配重才能平衡。

　　4a. 將木琴安裝到你的底座上,注意保持對中。

　　4b. 把每一個槌子安裝到切了長口的木條上。每一個槌子都要靠近發音管的中間,如果不是,則要調整下面木琴的位置,或者把釘子拔出來再反插進去,因為釘子的頭可能會把槌子擠歪。如果還不行,你就要檢查一下木條是否對齊,以及底座是否安裝整齊了。

　　4c. 取出一個槌子,在它的一端纏上焊錫用作配重。你得小心估計需要纏多少焊錫才能讓槌子保持平衡,這樣它就可以慢速擊打木琴管。為了達到這個要求,你得反復多試幾次。

　　4d. 把一個平衡好的槌子安裝到切槽里,再拿出一個電路,把小電機安置到離槌子端部比較近的地方。把彎好的回形針插到槌子的相應位置,同時把另一端連接到小電機的拉桿上。另外,為了不讓回形針滑出來,你還要把回形針穿過槌子的這一端彎一下,勾住整個槌子。

　　4e. 將小電機的位置稍稍移出來一部分,并保證小電機的安裝方向是正確的。

　　4f. 安裝好小電機后,我們再來測試一下電路能否正常工作。而且,你需要找到一個正確的點,找到之后,用鉛筆在底座上描一下電機的位置。使用Dremel工具,在安裝小電機的位置上磨出一塊來,這樣,你的小電機就能很方便地安裝上去了。

　　4g. 重復上面的步驟,并測試所有的槌子、小電機、電路組件。做好每一個電機位置的標記后,做一些測試,然后再使用膠水或環氧樹脂把電機粘在各自的位置上。

　　4h. 在平衡木條上打一些孔,讓電機線能穿過去。再用膠水或環氧樹脂把太陽能電池板粘上去,與水平面保持45°夾角。最后,分別把電機線、太陽能電池線與電路連接起來。

　　播放一些“太陽音樂”

　　最后調整回形針

　　你還需要給你的太陽能木琴做一些調整,特別是這些回形針。有時候,回形針穿過電機拉桿這一頭可能會碰到底座,你要仔細檢查一下有沒有這個問題。你還要保證回形針另一端能很好地掛住槌子,這樣才能保證槌子能正常工作。不僅如此,你還需要調整一下回形針的高度和位置,以改變槌子敲擊木琴管的聲音。

　　記住,你是用手工工具來彎這些回形針,所以肯定會有一些誤差,但別因為做不好而氣餒。試試不同的工具,你一定能做好,做好后可值得你驕傲了,因為它們都是你自己手工做的!

　　草坪上的音樂會

　　現在,所有的手工工作已經完成了,當太陽能木琴開始工作時,你的心情一定會感到很舒暢。在一個陽光明媚的日子,戴上你最喜歡的太陽鏡,披上披肩,把你的太陽能木琴帶到你的草坪上。你還沒走到草坪上時,我保證你的木琴已經開始發出聲音了。

　　如果木琴發出聲音的頻率太高,你可以再調節每個電路的可調電阻,讓它們慢一些。你會發現槌子比你在屋子里做實驗時跑得更快,因為現在你可是在中午的陽光下,太陽能木琴已經是一個音樂能手了!

　　你也可以把你的木琴帶到斑駁的樹蔭下,這樣它產生的音樂就會更具有隨機性。相比于人工的白熾燈和熒光燈,太陽能電池板在自然陽光下工作效率會更高。

　　不同的音樂曲調

　　做好了一個全尺寸的太陽能木琴,如果你想買一些小的元件制作小尺寸的木琴,那就很容易了。把你的太陽能木琴放在不同的位置,可以產生美妙的立體聲音樂。當然,你還要注意防水。在任何一個地方,你都可以放上你的木琴,于是你就可以一直聽到你的音樂:在園子里,在你的窗戶外面,在城市偏僻的角落。

　　改變太陽能木琴的角度,或者太陽能電池板的位置,你的木琴聲音也會不一樣。使用一些全尺寸的木琴,你可以制作出一個音調隨時間變化的特殊樂器,非常有趣。為了達到這個目標,你可以把幾個木琴擺在一個圓形的橋上,當太陽從東邊升起,從西邊降落時,每一個不同的木琴的曲調也會隨之改變。

　　想再制作一些太陽能樂器嗎？想一想聲音產生的基本方式:抓,打,撥,然后再設計一個使用太陽能原理的機構來實現它們。使用太陽能電池板驅動現在已有的樂器,再試圖創造一些樂器,再把它制作出來,我想,你肯定可以的!