淺議樂器中的物理學(xué)

竺立軒

摘要：伴隨著社會的不斷發(fā)展，藝術(shù)與科學(xué)也呈現(xiàn)出了更為緊密的聯(lián)系，分別對彼此的發(fā)展有一定的重要意義。生活中，當(dāng)我們聽到不同樂器所演奏出來的音樂時，應(yīng)當(dāng)會出于本能的進行思考，這些美妙的聲音是從何而來，它們?yōu)楹斡羞@么大的差別。基于此，本文對樂器中的物理學(xué)應(yīng)用進行簡要的介紹，希望有助于大家更加了解樂器發(fā)聲的物理學(xué)原理。

關(guān)鍵詞：樂器 物理學(xué) 發(fā)聲

當(dāng)我們聽到由各種樂器演奏出來的不同的聲音時，我們首先應(yīng)當(dāng)思考，這些聲音是如何產(chǎn)生的，而這一問題的解答就需要相應(yīng)的物理學(xué)知識。既然聲音是樂器發(fā)生作用的表現(xiàn)，而聲音的來源又需要通過物理學(xué)的知識加以闡釋，所以我們可以毫不夸張的說，物理學(xué)是樂器學(xué)的基礎(chǔ)，物理學(xué)的發(fā)展對樂器的發(fā)明創(chuàng)造有著非常重要的推動作用。

物理學(xué)在樂器中的具體應(yīng)用為：不同的物理發(fā)聲機制決定了不同樂器的分類；不同原材料的基本物理性質(zhì)決定了樂器間不同的表現(xiàn)與性質(zhì)；各種物理技術(shù)例如老化、加濕、添加保護層等，影響了同一類樂器，使其具有不同的品質(zhì)；一些特殊的物理環(huán)境，例如溫度、濕度，光感等等，影響了樂器的性能……總而言之，物理學(xué)對樂器的影響是存在于方方面面的，下文我們就將具體來介紹這一學(xué)科在樂器發(fā)聲中的體現(xiàn)。

一、發(fā)聲的物理機制是樂器分類的標(biāo)準(zhǔn)

我們可以依據(jù)不同樂器所采用的不同的發(fā)聲物理機制，將其分為以下幾種：

（一）弦樂器。這一樂器的發(fā)聲是通過外力，使得緊繃的弦線產(chǎn)生振動，從而發(fā)出了一定的聲音。因為人的外力是有限的，這就使得弦樂器的發(fā)音量也是在一定范圍之內(nèi)的。我們通常見到的弦樂器，主要包括：大、中、小提琴，二胡、豎琴、琵琶、吉他等等，然后根據(jù)其具體發(fā)音方式的不同，我們可以將其分為弓拉弦鳴樂器以及彈撥弦鳴樂器。在實際操作中我們可以直觀的看到，弦樂器的弦越粗、越長，其發(fā)出的聲音越顯得低沉、粗獷；而弦樂器的弦越細(xì)、越短，它發(fā)出的聲音就越顯得尖銳、急促。這一系列現(xiàn)象也是符合物理學(xué)中，有關(guān)振動現(xiàn)象的一些基本常識。

（二）管樂器。管樂器的作用機制，就是將空氣吹入樂器內(nèi)壁，使其產(chǎn)生周期性的振動，從而形成了管樂器的發(fā)聲過程。需要注意的是，管樂器的發(fā)聲不是單純的空氣振動的結(jié)果，而是需要通過相應(yīng)的裝置，使得空氣可以進行有規(guī)律的周期性振動。我們普遍將管樂器分為以下幾種：吹孔氣鳴樂器、單簧氣鳴樂器、雙簧氣鳴樂器以及唇簧氣鳴樂器。前三種都是起源于蘆管樂器的一些傳統(tǒng)樂器，因其音色缺乏金屬感，比較貼近自然的感覺，所以我們也稱其為木管樂器；而唇簧氣鳴樂器的音色有著較強的金屬感，所以我們也可以稱其為銅管組。

（三）膜板樂器。其發(fā)聲原理在與膜與板之間在外力的作用下，發(fā)生振動作用，產(chǎn)生了一定的聲音。我們根據(jù)其具體的發(fā)聲方式，可以將其分為以下幾種，分別為：膜振樂器、板振樂器以及體振樂器。第一種主要包括我們常見的各種鼓樂器，第二種主要包括梆子、木琴等一系列依靠外力敲擊而發(fā)聲的“硬振樂器”，最后一種則主要包括一些通過拉弓，從而產(chǎn)生振動的樂器。

最后一種就是電子樂器了。它的發(fā)聲原理在于，依靠電子線路來模擬不同樂器的樂音，從而實現(xiàn)發(fā)聲的目的。在這一過程中，一般會采用聲頻振蕩器或者是拾音器等設(shè)備產(chǎn)生聲頻信號，然后發(fā)揮電子線路的擴音作用，最后用揚聲器來實現(xiàn)聲音的放出。

二、樂器的共鳴與物理學(xué)

我們可以以吉他這一常見的樂器為例，通過研究其共鳴箱的物理特征，從而探究樂器的共鳴與物理學(xué)之間的關(guān)系。在吉他這一樂器的各個組成部分中，其中有一部分是由內(nèi)部的音梁以及外部面板側(cè)板背板共同組成的，我們稱其為吉他的共鳴箱。大家通常認(rèn)為，所謂的共鳴箱，應(yīng)該是通過共鳴這一方式起到增強吉他樂音的作用，但實際情況并非如此。物理學(xué)對“共鳴”這一概念做出了如下的定義：如果一個器件的頻率與外力的頻率一致，就會出現(xiàn)由共振現(xiàn)象引起的發(fā)聲，這就是“共鳴”。在物理課上我們曾經(jīng)做過這樣一個實驗，準(zhǔn)備兩個音叉，并且相隔一定的距離，敲擊其中一個，另一個也會產(chǎn)生一定的振動，并且發(fā)出聲音。這就是“共鳴”這一現(xiàn)象的具體體現(xiàn)。共鳴這一現(xiàn)象的產(chǎn)生，最基本的條件就是要求頻率保持一致。

根據(jù)相關(guān)人員的研究表明，吉他這一樂器的音高，所具有的頻率是連續(xù)的，這就意味著它不可能產(chǎn)生長時間的共鳴。所以在吉他發(fā)聲的過程中，共鳴箱并不是依靠“共鳴”這一形式，實現(xiàn)了聲音的擴大化，而是其所具有的龐大的箱體，可以有效增大發(fā)聲體聲音的輻射面積，從而實現(xiàn)樂器音量的提高。

三、結(jié)語

總而言之，每種樂器的發(fā)聲都與物理學(xué)有著十分密切的關(guān)系，這既可以說明藝術(shù)與科學(xué)的關(guān)系日益緊密，同時也可以說明物理學(xué)的發(fā)展推動了更多的樂器的發(fā)明與完善。這也就意味著，我們要想更加深入的了解有關(guān)一些樂器的知識，必須具備一定的物理學(xué)基礎(chǔ)。如此，才能更好的領(lǐng)悟到不同樂器中的奧秘。

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