用鉛筆、紙和導電墨水打造電子聲音遊戲

August 17, 2017
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圖 A Sydney Palmer攝

這幾年來出現很多讓我們玩遊戲的同時學習電能的電子玩具。像Jay Silver在2008年推出的Drawdio(圖A)就結合了簡單的555計時器電路和鉛筆來發出尖銳聲音、嗶聲和音調。畫圖的時候,鉛筆裡的石墨(碳!)會傳導電能訊號,也就是說你真的在「畫」電路!越細和越長的鉛筆線,電阻越高,振盪器發出的音調就越低。短、粗的線有較多的導電碳,電阻較低,產生較高的音調。Adafruit售有內含一個雙面電路板的Drawdio套件,一面是接線的元件,另一面是表面黏著的元件!
三十年前Mattel推出一款叫「The Electronic Connection」(電子連線)的玩具(圖B),內含印有導電墨水的遊戲卡:讓你用電子鉛筆畫圖來解開聲音迷宮、玩聲音遊戲和創作音樂!遊戲卡上絲網印製的熱固性導電墨水是用當時也很昂貴的金屬銀做成的!
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圖B

現在,新的導電墨水技術讓你能畫出自己的電路:快、簡單且(相對)便宜!

這裡有個結合這三項特點的DIY專題:用導電鉛筆打造簡單的發聲電路。接著用導電墨水筆來畫圖和玩電子聲音遊戲。你可以使用隨附的列印用卡片設計或製作自己的玩具。

電路接線

這個簡單的電路用到的元件很少。你可以在原型板上組裝,或在洞洞板上用點對點接線做簡單的連接。我用DIP插孔來連接4049晶片,但你不一定要這麼做。根據電路圖(圖C)逐一完成接線。
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圖C

原理是什麼呢?通常用於解碼器和數據多工器,較為低階的4049被Mattel的工程師重新運用,在The Electronic Connection裡面產生音調。六個變頻器中有三個和電阻器及電容器頭尾相連,構成簡單的自我振盪、開關開關矩形波產生器。鉛筆裡的「鉛」和紙上的標記及電路會形成反饋電阻器:電阻越高,電路就振盪越快,聲音的音調也就越高。這個振盪器的輸出和剩下三個變頻器並聯,而它們輸出的總和就足以直接驅動一個動圈式喇叭,不需要音訊放大器!

電路完成後,把一條18吋有鱷魚夾的纜線連接或焊接到標有「A」的接頭,再把另一條18吋有鱷魚夾的纜線接到4049六頻變壓器晶片上 

試用看看!

把2B(不是2H!)或更軟的鉛筆兩端削尖,然後把其中一個鱷魚夾接到鉛筆上。一般的2號鉛筆太硬了,無法在紙上留下足夠的碳來完成電路。去美術社買標為2B、4B,甚至6B的繪圖鉛筆。像是Staedtler Mars Lumograph 6B鉛筆的效果就很好。

在接近紙張邊緣的地方畫出粗粗的鉛筆記號,接著把閒置的鱷魚夾直接夾在記號上。用鉛筆筆尖接觸記號時,就把電路完成,這時會聽到「嗶-」的音調。用鉛筆畫上越來越多的導電碳線就能產生從低吼到尖叫的各種音調(圖D)。現在可以盡情畫路徑和圖形了。你也可以用手指觸摸來完成電路,只要一手握住鉛筆筆尖,然後觸碰紙上的鉛筆記號。用電路發出聲音已經很好玩了,但樂趣不只如此。
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圖D

加上遊戲卡更好玩!

下一步是用導電墨水筆畫出電路。你可以用導電筆的線條作為主要路徑,鉛筆線作為電阻器來畫出原創的遊戲電路。一開始先嘗試用這些從Electronic Connection玩具改良而來的電路遊戲卡。列印這些遊戲卡版面(最上方一列的第三、四、五、六個「列印」按鈕。如果要讓卡片更耐用,可以用膠水或雙面膠把它們貼到薄紙板上(例如資料夾),再剪下來。

如圖E到J所示,用藍色導電墨水的將實線上色,接著讓墨水完全乾燥,再用2B軟鉛筆壓穩塗上厚厚的一層來增添電阻值。夾上鱷魚夾,然後用鉛筆檢查每條線的連續性。如果有不導電的間隙或筆跡太淡的地方,就把它補滿。

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圖E

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圖H

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圖F

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圖I

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圖G

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圖J

遊戲開始囉!

滑雪遊戲

這個簡單的技巧遊戲是這樣玩:先把鉛筆探針放在中心線上的「起點」,這時會聽到低音調。接著沿著中心線滑向「終點」(圖F)。不要下壓或畫線,只要讓筆尖輕觸,維持音調就行了。這時候要小心,如果滑歪或提起鉛筆,音調就會停止,這時就算「摔倒」。在「摔倒」的打勾,然後回到起點再來一次。如果嚴重滑歪就會聽到高音調,這就是雙重摔倒,要在計分板畫兩個記號,然後回到起點再試一次。你可以在抵達終點前最少摔倒幾次呢?能滑出完美轉彎嗎?還是覺得太簡單了?換手試試看!

3合1聲音迷宮

這個遊戲(圖G)是一座迷宮,以聲音的變化引導你前往目的地。首先,用鉛筆完全填滿三個目標圓圈中的其中一個圓圈來產生通電。接著在「起點」用鉛筆筆尖輕輕接觸,沿著路徑來走迷宮。現在要仔細聽蜂鳴聲音,如果音調越來越高,就代表路線是正確的。如果音調下降,就代表走錯路了,這時換一條路來繼續走,跟著升高的音調抵達終點。接著把圓圈的鉛筆擦掉,換填滿另一個,聽迷宮的音調變化抵達下一個目的地。

兩人棒球

這是一個有打擊、出局和局數的兩人棒球遊戲(圖H)。

一局開始時,一位玩家秘密選出五個「打擊出去」的棒球,並用鉛筆在它們的紅色方塊中塗滿。每個塗滿的球在鉛筆觸碰時會發出蜂鳴聲。接著把紙對折,隱藏塗滿的選項。第二個玩家用探針選擇球來觸碰,也就是「上場打擊」。如果沒有音調,代表打擊出去!用鉛筆在球場上輕輕做出跑者的記號,接著選擇另一顆球來打擊。如果聽到蜂鳴聲,就是出局了!接著更新計分板,然後繼續玩,和真正的棒球一樣計算上壘、跑壘和出局數。三次出局後,兩位玩家攻守交換:第二位玩家把舊的方塊擦乾淨並塗滿新的五個方塊後,由第一位玩家打擊。 要不要保留一些上一局的球來騙對手呢?這就由你決定。比賽開始!盡情打完九局的導電墨水棒球。

Makey機器人音樂

三台Makey機器人在演奏音樂(圖I):用的是低音貝斯、長號和高音薩克斯風!
把鱷魚夾接上卡片,用鉛筆筆尖接觸各種樂器上的點。貝斯會演奏低音調。薩克斯風會演奏高音調。沿著長號滑動筆尖就能演奏出高低音變化!用長號上演奏一段曲子吧。

跨網格策略遊戲

這是兩個人玩的策略遊戲:先用連續線條畫過網格,讓蜂鳴器發出聲音的人就贏了!(圖J)

玩家輪流畫出一條連接兩個圖形之間的線。(沿著虛線下壓畫出實心鉛筆線。)「圓圈」的玩家要連接兩個相鄰圓圈之間的虛線,而「方形」的對手要連接兩個相鄰方形圓圈之間的虛線。不能畫對角線。玩家不能穿越對手的線。輪流畫線直到其中一人畫出連到網格另一邊的線。

要奪下勝利時,用鉛筆筆尖接觸自己形狀的「WIN TEST」點。如果聽到嗶聲、蜂鳴聲或低吼聲(不管音調多低)就贏了!

小心地把線條擦掉就能重玩一次。

評點導電筆

我發現好幾種適合這個專題的導電墨水筆,在電子器材行或網路上都可以買到。以下從最棒的開始談起:

Circuit Scribe(Electroninks出品)

這款鋼珠筆可以用銀墨水畫出非常一致的細線,乾燥速度快而且導電良好。有的套件包含LED和開關的電磁模組。雖然比較貴,可以取得更多的電子元件來探索。成本:20美元

建議:筆尖朝下垂直存放以取得最佳的墨水流動性。
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Hep Svadja攝

Silver Conductive Pen(MG Chemicals、CAIG及Circuitworks出品)

這些油漆麥克筆能畫出較寬的油漆線。使用難度較高,也需要一些技巧才能不斷水,但幾乎用在任何表面上都有很好的效果。用起來可能有點髒亂(用去光水清潔),也需要較長時間乾燥,但完成的效果真的很棒。可以買到兩種不同筆尖尺寸的版本:較大的1mm筆尖比較容易使用。它們很貴,是用真正的銀做的!成本:30到50美元

建議:使用前和使用中務必搖動到很均勻。如果卡住的話,可以取下筆尖來清潔,但注意:筆蓋要向後左旋轉開!

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Hep Svadja攝

Nickel Conductive Pen(MG Chemicals出品)

這是用鎳取代銀的版本。類似的應用:擠壓可畫出有油漆感的粗線。導電性不如銀的原料,但價格低得多!成本10到15美元

建議:記得要搖均。裡面有一顆珠子(像噴漆罐那樣)來協助混合鎳漆和溶劑。
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Hep Svadja攝

Electric Paint(Bare Conductive出品)

這款產品採用黑色水性膏狀的碳漆。導電性不如銀或鎳的筆,但沒有怪味也可以輕鬆用水清潔。包裝是擠壓條,所以如果覺得它的擠壓小嘴不好用,可以用細刷來畫線。成本:10美元
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Hep Svadja攝

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