课题2：Balloon Airhorn
课题简介
A simple airhorn can be constructed by stretching a balloon over the opening of a
small container or cup with a tube through the other end (see Figure). Blowing through
a small hole in the side of the container can produce a sound. Investigate how relevant
parameters affect the sound. 本课题主要是制作简易汽笛，并探索各组件中有哪些对发出声音的频率有影响的因素，加以阐释和说明，了解此制作方法下的物理原理。
课题成员
指导老师
吕景林
成员
钱栋珩 焦嘉琛 詹智超
实验内容
目标
初步目标是学会制作汽笛，并保证产品质量可靠。渐渐提高效率，能够稳定生产各部件，逐步开展对各预期变量的试验和探究。
材料
一次性纸杯，饮料瓶，薯片罐，吸管，pvc管，一次性橡胶手套，气球等
日志
第一次
- 3月16日晚，确定了研究方向，制订了初步计划，开展了初步尝试。（实验人员：钱栋珩 焦嘉琛 詹智超）实验方案初稿
第二次
- 3月18日下午，wiki入门介绍讲座。（参与：詹智超）
- 3月18日下午，在沈金辉同学的指导下，和其他课题组同学共同完成了3D打印机的安装。随后成功完成了汽笛的制作，达到了初步目标，获得了宝贵的制作经验。（实验人员：钱栋珩 詹智超）
第三次
- 2月23日下午，制作了更为精细的汽笛，开始了变量研究，录制了许多音频文件，用来做频率分析，下一步计划由该分析是否能进行决定。（实验人员：钱栋珩 焦嘉琛 詹智超）
3D建模讲座
- 3月26日晚，参加了王小可助教开设的3D建模讲座，学习建模知识以用于3D打印。（参与：詹智超）
第四次
- 3月31日下午，第一次使用3D打印机制作汽笛主体，但机器调试有问题，放弃了该方案：对前一次的录音进行了讨论。（实验人员：钱栋珩 焦嘉琛 詹智超）
第五次
- 4月6日下午，制作了2米长管的汽笛，开展管长与声音分贝之间的研究。（实验人员：钱栋珩 焦嘉琛 詹智超）
第六次
- 4月11日中午，简短地对上次遗留的问题尽情了确定，决定了下一次的实验方针。（实验人员：钱栋珩 焦嘉琛 詹智超）
第七次
- 4月13日晚，在经过对第五次实验的数据进行分析后。发现频率与管长存在关系。再一次开展了管长变化的研究。（实验人员：钱栋珩 焦嘉琛 詹智超）
第八次
- 4月20日下午，进行了瓶体变化对声音的影响，初步进行了结题总结。（实验人员：钱栋珩 焦嘉琛 詹智超）
第九次
- 4月21日下午，共同制作了结题报告。（实验人员：钱栋珩 焦嘉琛 詹智超）
中期报告
结题报告
实验记录
第一次
在老师准备了初步材料的情况下，进行了初步试验，但是到实际操作时，发现制作有极大难度。原因有二，一是汽笛主体的材料，纸杯或一次性塑料杯硬度不足，易发生形变，无法满足实验要求，意识到该问题后，改用塑料水瓶进行实验；二是在套气球膜上遇到了技术难题， 三人合作也难以将气球膜完美覆盖住瓶口，漏气严重，无法发出声响。总体来说，自己动手制作遇到了不小的难度，全然没有视频介绍中的“五分钟轻松制作”；另一方面来说，积累了大量经验，认识到了材料选取的重要。
第二次
准备了质量较好的塑料瓶和吸管后，先用一次性手套作为膜制作了第一个成品。
但是由于膜的韧性不足，一吹动膜极易与吸管脱离，呈撑开状，无法震动
因此开始了二号汽笛的制作。 第二次采用了气球膜，韧性好了许多，吹出的声音稳定而响亮，初步目标成功。
总结
第二次实验收获颇丰，解决了第一次留下的诸多难题，大致明白了哪些材料能够使用，并且掌握了将气球膜完美覆盖的技艺。在此之外，开始运用起了锯子，电钻等工具，比起剪刀和螺丝头，能够更好地制作。同时确立了日后的研究方向，先对吸管进行变量，改为pvc管，以观察pvc管长度对声音频率的影响；将主体替换为薯片罐，减少人工裁剪塑料瓶所产生的误差。
第三次
较前两次而言，这次制造了更为牢固可靠的汽笛
总计共两只，均采用pvc管作为内部长管。利用鼓风机提供较为稳定的吹入空气，不断改变管长进行多段录音，采集了大量音频数据，留待频率分析。实验结论尚无法得出，开始同步进行音频分析和理论学习两部分。
第四次
本次实验主要是应用3D打印机制作形状各异的汽笛主体，但是3D打印机调试存在问题，无法有效打印，基本放弃该方案。
在对上一次的录音应用相关软件进行分析后，发现管长的变化对声音频率的影响并不大。鉴于若以气球膜为变量对声音频率进行研究难以有效定量研究，决定研究管长与声音分贝的影响。
(图片名是管长变化)
第五次
在进行初步的理论分析后，以上次的录音为基础，推测管长190cm左右时声音分贝最低，150cm左右声音分贝最大，制作了2m管长的汽笛。
但在录音过程中发现了新的问题。首先是发现了外筒振动的情况，真是之前用手拿着吹时所未发现的；其次发现在多次测量后，声音不再那么平稳而且气球膜的震动幅度也十分剧烈，录音效果很不理想。正在想要检查原因时，用于输入气流的气球长管气流不通炸掉了，在更换气球后，出现了气球中段自发的堵塞，导致炸裂。
这是个有趣的发现，可能也气球本身形状，材料有关，也可能与抽气机气流过快有关，有待探讨。
总结：本次实验碰到了较多困难，收集了少量数据，有待进一步实验。
第六次
一次较为短暂的讨论和实验，基本确定了气球膜在抽风机的快速气流下，持续处于紧张状态，老化严重，张力不足，导致发声不良。一致讨论后，决定牺牲部分严谨性，对气球膜进行统一裁剪，之后在实验过程中，换膜以保证录音质量。
第七次
这次实验中，改良了吹气手段，消除了不稳定气流影响，忽略膜的老化后，测得了从190cm到130cm的连续数据，之后膜老化严重，换膜继续实验，测了多组数据。将数据进行拟合，得出了频率与管长的倒数成正比的关系。而换膜前后的数据几乎没有相关性，证明膜在发声过程中产生了巨大的影响。更多理论推导将逐步展开。
第八次
之前实验的数据处理顺利，迫于时间有限决定进行瓶体与声音的变化关系。经过制作了四个瓶子后，分析声音频率的变化，定性的判断瓶体对声音的影响远小于管长的影响。
之后共同讨论了结题报告。
第九次
共同进行了结题ppt的制作。
讨论区
进展不错！赞！ — 乐永康 2017/03/22 22:00谢谢老师的赞扬，我们会继续努力的 — 詹智超 2017/03/23 23:25
可以使用（如origin）批处理减少数据分析工作量origin批处理视频教程 当然也可以选择matlab。— 刘晋榕 2017/04/04 14:43我们已经在用matlab进行分析了 — 詹智超 2017/04/11 23:02