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日曜自由研究・電子オルゴール
ダイソー メロディーカード手回し発電機で電子オルゴールを鳴らす件,引き続き気になっています。
 → 2010.04.14 手回し発電機と電子オルゴール

手元に電子オルゴールが無く,実際に音を出して実験していたわけではなかったので,ダイソーで「音の出る誕生日メッセージカード」というのを買ってきました。ばらして中の電子オルゴールを取り出し実験してみました。

電子ブザーいろいろ実験するのは面白かったのですが,翻って小学校の現場では事前の教材の吟味が大変そうです。
指導要領には,電気を音に変えるものとしてなぜか「電子オルゴール」と特定していますが,電子ブザーなども可にしたほうが良さそう。。。
 → 電子ブザー DC1.5V / 桜パーツ

※小学校の理科実験向けに作られた電子オルゴールには,あらかじめ対策が施されていて手回し発電機でも問題なく鳴らせるものもあるそうです。


●電子オルゴールを電池で鳴らす

まず,普通に電池でオルゴールを鳴らして見ました。オルゴールは1.3〜3.0Vで使う仕様のようです。消費電流は0.1mAとごくわずかです。
      --------------------

ノイズテスト回路図電池で鳴らしている電子オルゴールに,手回し発電機から片側の極だけ接続しました。
発電機を回すとその電線から高周波のノイズが流れ込むのか,オルゴールがリセットされてしまい,曲が先に進みません。
●電子オルゴール+ノイズ


コンデンサ(47μF)を発電機に並列にかましてやると,ノイズの影響を除去できました。
コンデンサは100pFのセラミックでもOKでした。
コンデンサでなく,ノイズ除去用のフェライトコアも効果があるかもしれません。(今度実験予定)
●電子オルゴール+ノイズ+コンデンサ


手回し発電機で電子オルゴールを鳴らしてみました。
発電機を回す音がうるさいので分かりにくいのですが,オルゴールからは「チリチリチリ・・・」という音がするだけで,曲になっていません。
●電子オルゴール+手回し発電機


手回し発電機に,CRローパスフィルタを入れたところ,改善されました。(C・Rの定数は特に吟味していないのですが,それぞれ47μFに1kΩです。数ヘルツから減衰させる計算)
発電機の回転数が不安定なので音程も不安定ながら,一応連続して曲が流れている事がわかります。

手回し発電機は,整流子からのノイズ発生と出力電圧の細かな変動(=リップル)とがあり,電子オルゴールはどちらの影響も受け,正常に曲を演奏しなくなります。
ノイズは小容量のセラミックやマイラーコンデンサで除去できますが,リップルの除去には容量の大きい電解コンデンサを使う必要があります。なお電解コンデンサはノイズの除去にも効果があります。
電解コンデンサはプラス・マイナスの極性があります。しかし耐圧16Vや35V以上のコンデンサであれば,よほど長時間連続して通電するのでなければ,逆電圧をかけてもそうは問題ないようです。



●電子オルゴール+手回し発電機+CRフィルタ


手回し発電機では鳴らせなかった電子オルゴールも,モーターで回す発電機だと電圧が安定して,ちょっとだけ鳴るようです。
あるいは手回し発電機でも,上手に滑らかに回転させると鳴ってしまうのかもしれません。
●電子オルゴール+モーター発電機


オシロスコープで見る波形も,手回しに比べ波の形が整っています。
モーター発電機オシロ画像

モーター発電機に対してももちろんCRフィルタは有効です。
電池の場合に遜色なくオルゴールが鳴っています。
(抵抗が直列に入るので電圧が低下し,少し音程が低くなっています。なので,途中でモーターの回転をあげました(^^) )
●電子オルゴール+モーター発電機+CRフィルタ


オシロでの波形はきれいな直流になっています。
モーターモーター発電機+フィルタ


コンデンサを使うとノイズが減る理由の,小学生向け原理図考えてみました。
フィルタ回路原理図
電流を水の流れに例えて説明します。オルゴールに当たるものは水車です。
手回し発電機の電流は,ひしゃくでみずをかけるように断続的なものです。したがって水車も断続的にぎくしゃくとしか回転しません。(左図)
ところが,途中にバケツのようなもの(=コンデンサ)を入れて水をためるようにし,またパイプを絞ってやると,水車の所では水は連続した流れになり,なめらかに回転するようになります。
(実際には,バケツの大きさ=コンデンサの容量とパイプの絞り具合=抵抗値の選定が重要になってきます)
電池の電流は,蛇口からでる水に例えられます。一定の圧力・水量なので,水車は滑らかに回ります。

非常時用の手回し発電機付きライト+ラジオという商品がありますが,あれなどもラジオが支障なく鳴るよういろいろ工夫されてるんでしょうね。
| FLYMAN あるいは hyaru | 23:11 | comments(13) | trackbacks(0) |
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Comment
ほるんさん>
学生の時は,教科書読むの苦痛でしたが,立場が変わると結構面白いものですね!(^^) 図書館には県内で採用のものだけは置いてあります。東書とあともう1種。
Posted by: Hyaru |at: 2010/07/07 9:07 AM
もし、チャンスがあたったらぜひぜひご覧ください!!^^
教科書会社によって編成に個性がありますよ〜!!
私が選定委員になったら、これがいいな♪な〜んて思いながら見てました。
選定委員は各地域の教員の中から?の基準で選ばれた人がやるみたい。(うちの県だけ?)うちの旦那も1回、経験あります・・・・・
あんまり大きな変革はできない・・・(らしい^^;)
Posted by: ほるん |at: 2010/07/06 1:42 PM
ほるんさん>
最近の理科のテーマのひとつが「モノづくり」とするなら,ぜひ「キャパシタ」の言葉を使って欲しいですね!
それにしても,ほるんさんの教科書報告読ませていただくと,結構,教科書って会社ごとに違うものなのですね。
Posted by: Hyaru |at: 2010/07/05 10:17 PM
来年の教科書で、1社だけ、コンデンサーのところに括弧書きで
「キャパシターともいう」という表記がありましたよ!!^^
Hyaruさんのブログ効果!?^^
Posted by: ほるん |at: 2010/07/05 10:40 AM
ほるんさん>
普通のコンデンサ・電気二重層コンデンサ,大小のちがいはあってもあくまでもただの容器なんですよね。

うさん>
確かに音からのエネルギー変換と言うと,マイクくらいでしょうか。信号レベルのものでちょっと「エネルギー」と言いづらいですね。

電子オルゴールはやはり面白さという点でしょうか。微弱な電流で動作する割りに出てくる音は複雑なので,レモン電池などの実験では非常にインパクトありますね。
Posted by: Hyaru |at: 2010/04/24 10:03 AM
光及び熱に比べて、音をエネルギーとして意識することはあまりないよな...と自問自答。音(空気の振動)を源にして別のエネルギーに変換することが少ないから?都会のド真ん中の交差点とかで、騒音を元に効率よく電気でも起こせないものかと。

手回し発電機をスピーカにつないで、リップルノイズを鳴らすのは、子どもの視線からして面白くないですよね。
指導要領をまとめた方々も、相当悩んで電子オルゴールに決めたのでしょう。

電気は色々な形のエネルギーに姿を変えるので、単位変換についての「直感的な概念」を小学生のうちに、是非、身につけて頂きたいと思います。
Posted by: う |at: 2010/04/22 1:03 PM
わたしこそ、変な質問してすみません・・・
ここで大事なのは「作った電気で音を鳴らす」なので、途中に貯める容器があってもなくてもいいわけですよね〜。よく考えれば〜・・・・・^^;
Posted by: ほるん |at: 2010/04/22 12:27 PM
うさん>
ある方から,手回し発電機がちょうど可聴範囲でのリップルを持つ事を利用して,直接スピーカーを鳴らすことをご教示いただきました。
5年で習う電磁石とも関連して,電子オルゴールよりよほど本質的に思えます。
http://www.youtube.com/watch?v=fW0wBe_0qjs
ただ,交流をどう説明するか? どんどん深みにはまっていきそうです。。。
Posted by: Hyaru |at: 2010/04/22 9:49 AM
うさん>
なるほど!「エネルギーの変換」をテーマに考えておく事は重要かもしれませんね。
私はどうも電気の作用(=function)に気をとられていました。なので,光・音・熱だけ取り上げ,現代では非常に重要な電子機器を動作させる作用を無視しているのはなぜかな?と感じていました。
といいつつも,電子オルゴールは電気→音の例としては,直接的でないですよね。おっしゃるようにブラックボックス!
ところで,Googleのサーバーの電力消費量合計は半端じゃないそうですね。
Posted by: Hyaru |at: 2010/04/22 9:17 AM
指導要領での、電気を仲立ちにしてエネルギーの変換について学習させる着眼点は興味深いです。
でも、実験装置はもうひと工夫が必要でしょう。装置のブラックボックス化も気になりますね。
Posted by: う |at: 2010/04/21 7:13 PM
ほるんさん>
> さて、今曲を鳴らしているのは、発電機?コンデンサー?
なるほど!面白い疑問ですね・ううむ...
私はすっかり毒されてるのか,全く疑問にも感じませんでした。

水車を回しているのは水で,その水は全てひしゃく由来です。
それがダイレクトに水車の羽根に当たるか,いったん容器に貯めてワンクッション置くか。
それと,容器の大きさの問題もありますね。私が実験した47μFのコンデンサは,例えて言うとひしゃく1・2杯分の容積でしょうか。1Fの二重層コンデンサだと風呂桶くらい?
・・・すみません,うまく回答がまとまりません(笑)。

まぁ,万が一生徒さんからその類の質問がでたら,にっこり微笑んで「これからがんばって高校の物理まで勉強すると,全てナゾが解けますよ♪」と言う事でいかがでしょう?
Posted by: Hyaru |at: 2010/04/20 7:34 PM
ひしゃくの図、わかりやすいのですが、
水をためる容器が水車を回しているようにも思えて、混乱しちゃいませんか?

私は、実際にブログのセットで、発電機とオルゴールの直列回路に、並列にコンデンサーを入れて試してみました。
曲として聴こえるようになりました!
でも、発電機を止めてもコンデンサーに電気がたまっているので音楽は鳴り続ける。。。。。。発電機を回しても曲はなる。さて、今曲を鳴らしているのは、発電機?コンデンサー? 分からなくなってしましました^^;
子供も混乱するかな〜?


Posted by: ほるん |at: 2010/04/20 2:19 PM
電子オルゴールに特定・・・・・
う〜ん、どうかな〜?
それしか、思いつかなかっただけかも〜・・・・・^^;
理科カタログ見てますが、これには電子ブザーがないんですよね〜。
サイトでは、発電機のセットにブザーを入れている会社もありました。発電機のノイズやリップルまで考慮した会社かな???^^

防犯ブザー、発電機で鳴りました^^
ありがとうございました^^
Posted by: ほるん |at: 2010/04/20 2:11 PM








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