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摘要
為了要研究出如何甩出響度大的響笛，我們利用冰棒棍來模擬原住民的響笛設計，
15 公分、11.4 公分的冰棒棍響笛，在線長 50 公分時，可以發出最大的響度，最適合拿 來作為表演用的響笛。在 40 公分、50 公分或 60 公分的線長條件下，重疊三片的冰棒棍 所甩出的響度均分別高於一片和六片重疊的冰棒棍響度；而不同造型的響笛，製造出的 響笛聲也不盡相同。根據研究的結果，如果明年校慶我們要繼續表演原住民舞蹈，也許 我們就可以每人運用 3 片 15 公分的冰棒棍重疊在一起，取線長 60 公分進行來甩圈，更 可以營造出原住民的風格喔！
壹、研究動機
在今年的校慶運動會，我們四年級表演的項目 是原住民舞蹈，而自然老師正好也介紹了科學網站 的原住民響笛，所以，讓我們對原住民的樂器產生 興趣，便利用「冰棒棍」來嘗試發出類似原住民響 笛的效果，希望透過這個進行研究，可以和同學分 享，甚至是下次運動會要表演的時候，我們可以利 用響笛來製造表演的音效，展現原住民特有的文化 與智慧。
貳、研究目的
一、不同線長對冰棒棍響笛響度大小的影響。
1-1 不同線長對 15 公分冰棒棍響笛甩出的響度差異為何？
1-2 不同線長對 11.4 公分冰棒響笛棍甩出的響度差異為何？
1-3 不同線長對 9.5 公分冰棒棍響笛甩出的響度差異為何？
1-4 不同線長對 5.5 公分冰棒棍響笛甩出的響度差異為何？
二、不同長度的冰棒棍響笛，發出的聲音大小差異。
三、不同厚度的冰棒棍響笛，發出的聲音大小差異。
3-1 在線長 40 公分時，不同厚度的冰棒棍響笛，發出的聲音大小差異。
3-2 在線長 50 公分時，不同厚度的冰棒棍響笛，發出的聲音大小差異。
3-3 在線長 60 公分時，不同厚度的冰棒棍響笛，發出的聲音大小差異。
四、自製不同造型的冰棒棍響笛，發出的響度大小差異。
叁、實驗器材
不同尺寸的冰棒棍、棉線、尺、分貝器、手搖鑽、墊木、智慧型手機
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一、響笛發出聲音原理探討
劉淑惠、謝迺岳、廖彥婷、凃博維(2007)，轉動風笛(本實驗稱為響笛)時，若響片會繞 繩子自轉，則響片會在「上下」不同平面公轉，此時因為響片自轉時會拍打空氣而使空氣振動，
所以風笛會發出聲音；若響片不會自轉，則它只會在「同一」平面公轉，此時風笛不會發出聲 音。由圖可知，響笛會發出類似嗡嗡嗡的聲音，是因為圖中的馬達公轉和響片的自轉。對照本 實驗，因希望由學生可在未來的表演中操作，故將馬達改成學生手臂運轉，響片則改為冰棒棍。
並將風笛馬達的平面公轉，改為適合人體手臂操作的垂直。
圖1 風笛公轉及自轉的示意圖 圖2 學生操作的示意圖
二、冰棒棍響笛的製作
利用手搖鑽在冰棒棍最突出的一端往內 1 公分處鑽一個洞，將棉線穿過後打結，注 意，此時須將棉線綁緊，並固定在冰棒棍的中央，避免左右滑動，導致冰棒棍旋轉時無 法發出嗡嗡的聲音。接著將棉線預留約 100 公分，並在棉線上分別標註 10 公分、20 公 分至 80 公分。
圖 3 紅色雙箭頭距離為 1 公分，棉線綁緊固定在 冰棒棍的中央，避免因為偏離而無法發出聲音。
圖 4 棉線每 10 公分做一個記號，作為手持的定點。
↘冰棒棍自轉
↗手臂公轉
3
三、實驗過程
實驗 1-1 不同線長對 15 公分冰棒棍的響度差異
表 1 不同線長對 15 公分冰棒棍甩出的響度差異表(聲音單位：分貝)
線長\測試者 同學一 同學二 同學三 同學四 同學五 同學六 平均 10 公分 57.5 51.3 65 62.1 58 60 58.98 20 公分 65.3 68 66 66.1 58 65.3 64.78 30 公分 60.2 64.8 62.3 66.4 60.3 72.4 64.40 40 公分 62.1 70 60.6 76.3 73 72.5 69.08 50 公分 67 68.6 67.9 79.5 64 71.4 69.73 60 公分 64.5 69 67.3 69.5 66.6 67.3 67.37 70 公分 57 61 61.9 66.8 67.8 65.8 63.38 80 公分 54.5 55.8 62.2 68.3 65.8 70.4 62.83
15 公分長冰棒棍
操作示意圖
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圖 5 不同線長對 15 公分冰棒棍甩出的響度差異
※發現與討論：
1.從記錄表及曲線圖中我們發現，線長在 40、50、60 公分時，甩出來的分貝數最大聲，
其分貝數分別是 69.08、69.73 和 67.37，尤其是 50 公分，已接近 70 分貝。
2.從記錄表及曲線圖中我們發現，線長在 10、20、30 及 60、70 公分時，甩出的分貝數 較低，尤其是 10 公分的時候，分貝數還不到 60。
3.從我們查到的 NTCU 科學實驗室的網頁資料中顯示，線長越長，響笛發出的響度(音量 會越大)，但我們發現，在實驗一中，響度最大的線長發生在 40~60 公分之間，低於或 超過這個數值，響度反而比較小。我們推測，可能是因為我們的平均身高還不到 140 公分，所以，我們的手長有限，可以甩動的幅度也有限，導致並非線長越長越好。
58.98
64.78 64.40
69.08 69.73
67.37
63.38 62.83
0 10 20 30 40 50 60 70 80
10公分 20公分 30公分 40公分 50公分 60公分 70公分 80公分
同學一 同學二 同學三 同學四 同學五 同學六 平均
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實驗 1-2 不同線長對 11.4 公分冰棒棍響笛甩出的響度差異
表 2 不同線長對 11.4 公分冰棒棍甩出的響度差異表(聲音單位：分貝)
線長\測試者 同學一 同學二 同學三 同學四 同學五 同學六 平均 10 公分 無法甩出
嗡嗡聲
無法甩出
嗡嗡聲 50 51.4 無法甩出
嗡嗡聲 51.8 51.07 20 公分 53.8 63 53.7 52.2 59.1 53.6 55.90
30 公分 55.7 64.7 61.4 56.5 62 57.1 59.57
40 公分 59.3 64.9 57.1 69.7 65.8 59.9 62.78
50 公分 63.1 66.8 64.5 76.9 66.7 62.6 66.77
60 公分 60 66 60 66.1 69.9 61.3 63.88
70 公分 54.9 68.6 66.3 60.7 65 65.9 63.57
80 公分 57.3 59.9 無法甩出
嗡嗡聲 69.1 66 無法甩出
嗡嗡聲 61.44 11.4 公分長冰棒棍
操作示意圖
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圖 6 不同線長對 11.4 公分冰棒棍甩出的響度差異
※發現與討論：
1.從記錄表及曲線圖中我們發現，線長在 40、50、60 和 70 公分時，甩出來的分貝數最 大聲，其分貝數分別是 62.78、66.77、63.88 和 63.57，尤以 50 公分的線長可以甩出最 大的響度。
2.從記錄表及曲線圖中我們發現，線長在 10 公分時，甩出的平均分貝數較低，特別是有 三位同學已經無法甩出嗡嗡嗡的聲音；而再 80 公分的時候，雖然分貝數可達 61.44 分 貝，但有兩位同學無法甩出嗡嗡的聲音。
3.由上述的資料中，我們推測，50 公分的線長是比較適合我們甩響笛的長度。
51.07
55.90
59.57 62.78
66.77
63.88 63.57
61.44
0 10 20 30 40 50 60 70
10公分 20公分 30公分 40公分 50公分 60公分 70公分 80公分
同學一 同學二 同學三 同學四 同學五 同學六 平均
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實驗 1-3 不同線長對 9.5 公分的冰棒棍響笛的影響
表 3 不同線長對 9.5 公分冰棒棍甩出的響度差異表(聲音單位：分貝)
線長\測試者 同學一 同學二 同學三 同學四 同學五 同學六 平均 10 公分 54 60.2 55.3 53.9 58.7 58.6 56.78
20 公分 56.2 61.7 50 56 56.2 56.9 56.17
30 公分 54.8 61 52 74.6 62.9 60.7 61.00
40 公分 57.7 66.8 56 80.1 64.8 64.1 64.92
50 公分 53.5 64 56.8 67 63.6 59 60.65
60 公分 62.3 68.3 60 63.4 64.3 56.9 62.53
70 公分 57.2 66 60.4 55.2 67.1 58.1 60.67
80 公分 57.7 63.1 54.9 無法甩出
嗡嗡聲 64.2 無法甩出
嗡嗡聲 60.24 9.5 公分長冰棒棍
操作示意圖
8
圖 7 不同線長對 9.5 公分冰棒棍甩出的響度差異
※發現與討論：
1.從記錄表及曲線圖中我們發現，線長在 40 公分時，甩出來的分貝數最大，達到 64.92 分貝。
2.從記錄表中得知，線長在 30~80 公分之間的平均分貝數落在 60.24~64.92 之間，彼此差 距不大，線長 10、20 公分所甩出的響度則是落在 56 分貝，明顯較小。也顯示出，線 長過短，不利於冰棒棍響笛的響度。
56.78 56.17
61.00 64.92
60.65 62.53 60.67 60.24
0 10 20 30 40 50 60 70
10公分 20公分 30公分 40公分 50公分 60公分 70公分 80公分
同學一 同學二 同學三 同學四 同學五 同學六 平均
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實驗 1-4 不同線長對 5.5 公分冰棒棍甩出的響度差異
表 4 不同線長對 5.5 公分冰棒棍甩出的響度差異表
線長\測試者 同學一 同學二 同學三 同學四 同學五 同學六
10 公分
無法甩出嗡嗡聲 20 公分
30 公分 40 公分
50 公分 無法甩出
嗡嗡聲 50.2 無法甩出嗡嗡聲 50.2 60 公分
無法甩出嗡嗡聲 70 公分
80 公分
※發現與討論：
1.只有同學二甩出 50.2 分貝的嗡嗡聲，其餘同學皆甩不出嗡嗡聲。
2.我們推測它的重量太輕、長度太短，導致它不易形成冰棒棍的自轉，導致難以形成嗡 嗡嗡的聲音。(依據實驗一、二，因棉線長度 40~60 公分時的響度效果最佳，故自實 驗三開始，我們將線長的長度設定在 40~60 公分之間進行測試)
5.5 公分長冰棒棍
操作示意圖
10
表 5 不同長度冰棒棍發出的響度差異表(聲音單位：分貝)
線長\冰棒棍長 15 公分 11.4 公分 9.5 公分 5.5 公分 10 公分 58.98 51.07 56.78 無法甩出嗡嗡聲 20 公分 64.78 55.90 56.17 無法甩出嗡嗡聲
30 公分 64.40 59.57 61.00 無法甩出嗡嗡聲
40 公分 69.08 62.78 64.92 無法甩出嗡嗡聲
50 公分 69.73 66.77 60.65 50.2
60 公分 67.37 63.88 62.53 無法甩出嗡嗡聲
70 公分 63.58 63.57 60.67 無法甩出嗡嗡聲
80 公分 62.83 61.44 60.24 無法甩出嗡嗡聲
冰棒棍
圖 8 不同長度的冰棒棍，發出的響度大小差異
58.98
64.78 64.4
69.08 69.73
67.37
63.58 62.83
51.07
55.9 59.57 62.78
66.77
63.88 63.57
61.44 56.78 56.17
61
64.92
60.65 62.53 60.67 60.24
0 0 0 0
50.2
0 0 0
0 10 20 30 40 50 60 70 80
10公分 20公分 30公分 40公分 50公分 60公分 70公分 80公分
15公分 11.4公分 9.5公分 5.5公分
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※發現與討論
1. 從曲線圖中我們可以發現，15 公分長的冰棒棍，所甩出的響度均高於其他種冰棒棍。
2. 11.4 公分的冰棒棍在線長 50~80 公分時，所甩出的響度會高於 9.5 公分和 5.5 公分的 冰棒棍。
3. 9.5 公分的冰棒棍在線長 10~40 公分時，所甩出的響度會高於 11.4 公分和 5.5 公分的 冰棒棍。
4. 5.5 公分的冰棒棍，無論在何種線長，甩出的響度均低於其他三種冰棒棍。
5. 從上面的結果我們發現，15 公分長的冰棒棍最適合拿來作為表演用的響笛，可以發 出最大的聲音，其他三種冰棒棍則會因為線長而導致響度上的差異。
實驗 3-1 在線長 40 公分時，不同厚度的冰棒棍，發出的響度大小差異
表 6 在線長 40 公分時，不同厚度的冰棒棍，發出的響度大小差異表(聲音單位：分貝) 冰棒棍重
疊數 同學一 同學二 同學三 同學四 同學五 同學六 平均 三片 70.7 73.2 72.3 65.6 75.2 72.6 71.60 六片 61.5 62 70.7 62.8 65 70.9 65.48
圖 9 在線長 40 公分時，不同厚度的冰棒棍，發出的響度大小差異
※發現與討論：
在線長 40 公分的條件下，重疊三片冰棒棍甩出的響度為 71.60 分貝，高於六片冰 棒棍的 65.48。
70.7 73.2 72.3
65.6
75.2 72.6 71.60
61.5 62
70.7
62.8 65
70.9
65.48
0 10 20 30 40 50 60 70 80
同學一 同學二 同學三 同學四 同學五 同學六 平均
三片 六片
12
冰棒棍重疊數 同學一 同學二 同學三 同學四 同學五 同學六 平均 三片 74.6 73 77.7 69.2 76.2 72 73.78 六片 60.7 71.5 61.2 67.9 73.7 62.3 66.22
圖 10 在線長 50 公分時，不同厚度的冰棒棍，發出的響度大小差異
※發現與討論：
在線長 50 公分的條件下，重疊三片冰棒棍甩出的響度為 73.78 分貝，高於六片冰 棒棍的 66.22。
實驗 3-3 在線長 60 公分時，不同厚度的冰棒棍，發出的響度大小差異
表 8 在線長 60 公分時，不同厚度的冰棒棍，發出的響度大小差異表(聲音單位：分貝) 冰棒棍重疊數 同學一 同學二 同學三 同學四 同學五 同學六 平均
三片 75.6 75 78.3 72.5 74.8 76.3 75.42 六片 69.6 73.6 73.2 69.3 73.2 66.7 70.93
74.6 73
77.7
69.2
76.2
72 73.78
60.7
71.5
61.2
67.9
73.7
62.3 66.22
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
同學一 同學二 同學三 同學四 同學五 同學六 平均
三片 六片
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圖 11 在線長 60 公分時，不同厚度的冰棒棍，發出的響度大小差異
※發現與討論：
在線長 60 公分的條件下，重疊三片冰棒棍甩出的響度為 75.42 分貝，高於六片冰 棒棍的 70.93。
實驗 3-4 不同厚度的冰棒棍，發出的響度大小差異
75.6 75
78.3
72.5
74.8
76.3 75.42
69.6
73.6 73.2
69.3
73.2
66.7
70.93
60 62 64 66 68 70 72 74 76 78 80
同學一 同學二 同學三 同學四 同學五 同學六 平均
三片 六片
操作示意圖 不同厚度的冰棒棍
14
40 公分 69.08 71.6 65.48 50 公分 69.73 73.78 66.22 60 公分 67.37 75.42 70.93
圖 12 不同厚度的冰棒棍發出的響度差異
※發現與討論：
綜合上述，我們發現，在 40、50 或 60 公分的線長條件下，重疊三片的冰棒棍所甩 出的響度均分別高於六片重疊的冰棒棍；並與實驗一的 40、50、公分線長的一片冰棒棍 做比較，三片冰棒棍的響度仍優於只有一片冰棒棍的響度。可見，增加厚度或是增加重 量可以使冰棒棍的響度增加；但是過厚或過重，卻不利於冰棒棍的響度。
除此之外，我們也嘗試了利用 11.4 公分、9.5 公分、5.5 公分的冰棒棍，分別疊成三片與 六片進行響度測試，可惜均未能甩出預期中的嗡嗡聲，只有類似風聲的聲音出現。
60.00 62.00 64.00 66.00 68.00 70.00 72.00 74.00 76.00 78.00 1
2 3
六片冰棒棍 三片冰棒棍 一片冰棒棍
15
實驗四、自製不同造型的冰棒棍，發出的響度大小差異
表 10 自製不同的冰棒棍，發出的響度大小差異表(聲音單位：分貝)
線長\測試者 同學一 同學二 同學三
40 公分 65.6 65.3 68.6
50 公分 68.7 67.7 65.0
60 公分 71.2 69.5 66.2
造型
描述 聲音類似冰棒棍的嗡 嗡聲，但較容易甩出 聲音
會有對吸管吹氣的聲 音，較不像預期中冰 棒棍的嗡嗡聲
聲音類似冰棒棍的嗡 嗡聲
線長\測試者 同學四 同學五 同學六
40 公分 67.4 71.7 72.3
50 公分 71.2 68.7 75.1
60 公分 62.4 63.1 78.6
造型
描述 像墊板搧風的風聲，
不像冰棒棍的嗡嗡聲
聲音類似風聲，較不 像是想的的嗡嗡聲
聲音類似冰棒棍的嗡 嗡聲，容易甩出聲音 且響亮
16
嗡聲，且線長在 60 公分的時候，可以發出的響度最大。
2 不同的造型，製造出的響笛聲也不盡相同，可以依據希望發出的聲音類型來製作不同 造型的響笛並調整線長，以發出希望的響度。
伍、研究結論
一、15 公分、11.4 公分的冰棒棍響笛，在線長 50 公分時，可以發出最大的響度，分別 是 69.73 分貝和 66.77 分貝，線長低於或超過 50 公分，響度反而比較小；9.5 公分長 的冰棒棍，在線長 40 公分時，甩出來的分貝數最大，達到 64.92 分貝；5.5 公分的 冰棒棍，長度短、重量輕，不易甩出嗡嗡的風聲，故不建議使用。
二、15 公分長的冰棒棍，所甩出的響度均高於另三種較短的冰棒棍，所以 15 公分長的 冰棒棍最適合拿來作為表演用的響笛，可以發出最大的聲音，其他三種冰棒棍則會 因為線長而導致響度上的差異。
三、在 40 公分、50 公分或 60 公分的線長條件下，重疊三片的冰棒棍所甩出的響度均分 別高於一片和六片重疊的冰棒棍響度，尤其是線長 60 公分時，響度可達 75.42 分貝。
可見，適當的增加厚度(同時重量也增加)可以使冰棒棍的響度增加。
四、在響笛末端增加重量，不僅可以輕易的甩出響笛的嗡嗡聲，且線長在 60 公分的時 候，可以發出的響度最大，而不同造型的響笛，製造出的響笛聲也不盡相同。
陸、研究心得
一、在實驗過程中，我們覺得非常神奇，看似平凡無奇的冰棒棍居然就可以利用甩動的 方式發出不同響度的聲音，希望未來真的有機會可以把它應用在運動會或其他的表 演中，讓大家一起來分享原住民的智慧。
二、我們在實驗的過程中，也曾經利用直立式電風扇和電扇的馬達，來取代手臂的公轉，
但是並未達到預期的像手臂一樣的順暢旋轉，原因有：馬達的轉速難以精確控制、
冰棒棍的棉線容易因快速旋轉而捲在馬達上或轉速過快打斷棉線飛出去；最後雖然 找出類似控制檯燈明暗的控制器，但因為操作上容易揮打到我們的身體，所以還是 暫時先放棄，不用機器操作。未來，我們還是希望繼續改良馬達的操作問題，希望 可以運用馬達來做更精確的測量。
三、從冰棒棍的響笛會因為振動空氣而發出聲音的例子，讓我們聯想到生活中也有許多 會發出聲音的物品，例如：傳統扯鈴、風力發電器等。其中風力發電器因為會有噪 音的問題，時常讓附近居民不堪其擾，如果依照我們的研究，棉線長度會影響響笛 的響度，所以，如果調整風力發電器的葉片長度，是否就有機會可以減少噪音，這 也是未來可以再繼續深入研究的地方。
17
柒、參考資料
邵國志(2012)：童玩竹蟬聲音的探討，屏東教大科學教育，35，17-27。
劉淑惠 ; 謝迺岳 ; 廖彥婷 ; 凃博維（2007）。原住民器具之科學探究研究：以鄒族之 風笛為例。物理教育學刊，8(1)，33-40。http://phys5.ncue.edu.tw/physedu/article/8-1/3.pdf 國立台中教育大學 NTCU科學教育與應用學系科 學 遊 戲 實 驗 室 網 站 ， 取 自
