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おもしろ科学実験室(工学のふしぎな世界)

光糸電話でおしゃべりしよう

2016年1月20日
岡山大学 工学部

通常の糸電話は、二つの紙コップの底に糸をつけてつなぎ合わせて作ります。紙コップに向かってしゃべると、空気の振動が紙コップを通して糸に伝わり、さらにもう一方の紙コップでその振えが音に変わって声が伝わります。専門的に説明するならば、送信者側の紙コップが送信機であり、糸は通信路、受信者側の紙コップが受信機となります。送信機では音声信号を波の振動に変調させており、通信路を介してその波の振動を送信しています。受信機では、受け取った波の振動を音声信号に復調しているわけです。今回は、この糸電話を無線通信にしてみましょう。

用意するもの

  • 紙コップ(プラスチック製のコップでも可)
  • ライト(LED型のライトでも可)
  • アルミホイル
  • 太陽光パネル
  • コンデンサ(ノイズ対策のため、容量は特に指定しない)
  • 蓋のできる箱
  • ラジカセ(CDラジオ)
  • オーディオケーブル
  • オーディオ変換アダプタ
  • セロハンテープ

準備

  1. 紙コップの裏側に小さく切ったアルミホイルをセロハンテープで貼り付けます。

    紙コップの裏側に小さく切ったアルミホイルをセロハンテープで貼り付けます。

  2. 箱の横に適度な穴を開け、穴の奥に太陽光パネルが見えるように設置します。

    箱の横に適度な穴を開け、穴の奥に太陽光パネルが見えるように設置します。
    箱の横に適度な穴を開け、穴の奥に太陽光パネルが見えるように設置します。
  3. 太陽光パネルの両端にオーディオ変換アダプタを繋ぎます。途中にコンデンサを挟むと直流成分をカットできることから、ノイズ対策となります。

  4. オーディオケーブルで出力をラジカセのマイク端子に繋げて、音量を調整すれば出来上がり。

遊び方

ライトの光が穴の開いた箱に向かって反射するように、紙コップの位置を調整しながらおしゃべりしてみてください。ラジカセから声が聞こえてくるはずです。
この装置を2個使えば、紙コップがマイク、ラジカセをスピーカーとして会話をすることができます。

原理

  1. 紙コップの底が声(空気の震え)の強弱によって振動します。その振動に応じて、はね返るライトの光の向きが変わります。
  2. 太陽光パネルに当たる光の強弱(量)が変わるため、発電される電気の強弱(量)が変化します。
  3. 微弱な電気信号の強弱をラジカセの中にあるアンプ回路を通して増幅すれば、声が聞こえてきます。

通常の糸電話では、通信路である糸に波の振動を伝えていましたが、光糸電話では光の強弱で音声信号を伝達しています。通信路は光を伝達する空間であり、言い換えれば無線通信をしていることになるわけです。太陽光パネルは、光エネルギーを電気エネルギーに変換することができますが、今回はこの変換時に生じるエネルギーの振動をうまく利用して信号伝達を可能としています。要は音による空気の振動を光の振動に変えて送る仕組みとなっています。光の強弱を振動として使いますので、専門的には振幅変調(AM)となります。

サイエンス実感フェア2016
~びっくりドキドキ工学の世界・おもしろワクワク科学の世界~
のブースにて紹介

http://www.mirai-kougaku.jp/event/pages/160815_03.php

「ひかり糸でんわでおしゃべり!」

「ひかり糸でんわでおしゃべり!」
「ひかり糸でんわでおしゃべり!」
「ひかり糸でんわでおしゃべり!」

注)プライバシー保護のため人物の顔部分はぼかしています。

確認してみよう

通常の懐中電灯は電球を使ったライトですが、最近ではLEDと呼ばれる半導体(発光ダイオード)を使うタイプも多数販売されています。電球は、フィラメントと呼ばれる抵抗体に電気を流すと発熱して光が放出される仕組みとなっています。一方LEDは、P型半導体とN型半導体が接合された構造をしており、これらの半導体中で正孔と電子が移動して結合する際にエネルギーを放射して光を発します。効率良く光を放出できることから、LEDは低消費電力であることが知られています。

本実験装置では、電球のライトの方がエネルギー放出が多いことから、LEDライトを使った場合と比べてラジカセから聞こえる音は大きくなります。実際に装置を作って、どれくらい違いがあるか確認してみましょう。興味がある人は、LEDライトの仕組みについてさらに詳しく調べてみてください。

※このページに含まれる情報は、掲載時点のものになります。

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