現代樂器中的物理學常識探討

魏雷

摘 要：現代樂器與物理學之間具有十分緊密的聯系，從物理意義上來說，樂器是根據物理學常識人為制造的能產生聲音的物理儀器。鑒于此，本文先是闡述了現代樂器的種類，由于現代樂器中蘊含的物理學常識較多，本文無法一一進行闡述。因此，本文以管樂類樂器、弦樂類樂器、電子樂器的發音為例，詳細探究其中蘊含的物理學常識，希望能對我國現代樂器行業的發展和進步提供一定的借鑒。

關鍵詞：現代樂器;物理學常識;管樂器;弦樂器;電子樂器

1現代樂器的概述

樂器是指能發出樂音的、能進行藝術在再創造的器具。現代樂器的種類較多，主要分為以下幾大類：第一，鍵盤類樂器，主要有鋼琴、風琴等。第二，管樂類樂器，主要有笛子、薩克斯等。第三，弦樂類樂器，主要有小提琴、大提琴等。第四，打擊樂樂器，主要有風鈴、架子鼓等。第五，吉他類樂器，主要有吉他、貝斯、尤克里里等。

2管樂類樂器中的物理學常識

管樂類樂器是一類較為常見的樂器，現代樂器中的薩克斯、長笛、大號等樂器都屬于管樂類樂器，此類樂器的發聲原理是空氣柱振動而產生樂音：當在吹奏管樂類樂器時，表演者通過抬起不同的手指以形成長度不同的空氣柱，空氣柱的長度與音調高低成反比（空氣柱越長，音調越低;空氣柱越短，音調越高）。但這一原理的具體表現又會因樂器的不同材質而不同。木質的管樂類樂器（長笛、笙、洞簫等）在管體開孔，以手指按壓控制孔的開閉以改變管內的振動空氣柱的長度，進而形成駐波，發出演奏者所需的樂音。銅制的管樂類樂器（薩克斯、彈簧管等）是通過活塞或伸縮控制振動空氣柱的長度。但僅僅將簡單地將空氣吹入管子中部分樂器是很難發聲的，很多管樂類樂器都在管口上加上某些特殊的裝置或發聲體，通過演奏者的吹氣演奏可以迅速產生連續、有節奏的氣流，使空氣柱產生振動、形成駐波，進而發出演奏者所需的樂音。

根據發音體的不同發音，可以將管樂類樂器分為氣簧、蘆簧、唇簧等三類。第一，氣簧管樂類樂器（長笛、蕭、短笛等）將利用“邊棱音”將演奏者呼出的氣流作為發音體，將氣流吹入孔中，使其與吹孔對面的尖銳邊緣進行碰撞以使氣流產生分裂，在這過程中，大約有三分之一的氣體會散發到孔外，三分之二的氣流會進入管中形成渦旋、發出聲音。第二，蘆簧管樂類樂器（單簧管、雙簧管、薩克斯、嗩吶等）的發音體是蘆葦簧片，其上端可自由振動，下端則被固定在樂器上，在演奏者呼出的氣流進入簧片間的空隙（單簧夾片間的窄孔），若氣流流速加大，壓強就會減小（這是流體力學的伯努利原理）即無論是液體還是氣體，只要其流速增加，壓強就會減少。簧片也是如此：當簧片間的氣流增加后，其向兩側的壓力減少，簧片關閉;簧片間的氣流減少或沒有氣流（停止吹奏）簧片就會在彈力的作用下恢復原狀。經過上述情境的反復循環，蘆簧就會進行一開一閉的振動，向樂器口周期性、振動性的進氣，從而使空氣柱產生振動，進而使樂器發生樂音。第三，顧名思義，唇簧管樂類樂器（長號、圓號、短號等）的發音體是演奏者的嘴唇（“以唇代簧”）。在實際的演奏過程中，演奏者把肺部氣體送入號嘴中，將嘴唇中間吹開，使氣流進入管中，在氣流與嘴唇彈性的雙重影響下，嘴唇就會閉住;隨后，氣流又會沖開嘴唇，然后再閉上，通過一開一閉反復循環的振動，樂器的吹口處就產生周期性、振動式的進氣，進而使管內的空氣柱產生振動，形成演奏者所需的樂音。

3弦樂類樂器的物理學常識

弦樂類樂器（小提琴、大提琴等）是現代樂器的重要組成部分之一，它能有效演繹用以抒情的旋律，且音色較為統一，具有極強的表演張力。此類樂器的發音原理主要是通過機械力量使繃緊的琴弦振動，進而使其產生聲音。弦樂類樂器共鳴箱材質與琴弦的長短、材質、繃緊程度等因素都會影響弦樂類樂器的音量與音色，若琴弦的長度較短、琴弦較細、繃緊程度較高，樂器發出的音調就較高;若琴弦的長度較長、琴弦較粗、繃緊程度較低，樂器發出的音調就較低。此外，樂器發出聲音的高低還取決于琴弦振幅的大小，一般情況下都會采取木制的共鳴箱以增強樂器的音量，使其發出洪亮的聲音。演奏者在演奏時僅僅依靠琴弦是遠遠不夠的，大部分音階都無法通過琴弦演繹，還需要演奏者能靈活運用自己的手指，通過手指按壓的方式人為地改變琴弦的長度，進而有效控制樂器的高低音。

根據弦樂類樂器的發音方式不同，其大體可以分為弓拉弦鳴樂器（大提琴、小提琴等）和彈撥類鳴樂器（吉他等）這兩類。第一，在演奏弓拉弦鳴樂器的過程中，演奏者需要使用琴弓，通過其與琴弦之間的相互作用使琴弦有規律的振動，在共鳴箱的作用下發出較為悅耳的聲音。在琴弓與琴弦之間的相互作用主要是通過滑動摩擦力來發生作用的，這是一種最基本的相互作用力，通常產生于相互接觸、相互滑動的物體之間。相關研究表明，要想產生滑動摩擦力就必須要滿足以下條件：物體之間相互接觸;物體之間產生擠壓;物體接觸面要粗糙;物體之間有相對運動或相對運動的趨勢。其中最為關鍵、重要的是“物體之間產生擠壓”這一點，這就要求演奏者在使琴弓與琴弦發生作用時必須要對其進行適當的按壓以使其產生摩擦力，也就是琴弓通過摩擦帶動琴弦產生振動。第二，彈撥類鳴樂器的發聲原理是演奏者用手指撥動、按壓琴弦使其發出聲音。弦對弦樂器具有至關重要的作用，演奏者在開始演奏前通常都會先進行調弦即通過改變琴弦的張力以調節音調。將琴弦調整到標準音調之上就會使音色更為明亮，要想使音色暗淡就可將琴弦調到標準音調以下。

4電子樂器中的物理學常識

隨著經濟社會的發展和科學技術的進步，在各種各樣樂器得到長足發展與廣泛應用的同時，樂器設計與制作中開始應用越來越多的物理學常識及物理技術，新型的電子樂器也開始出現。制作電子樂器的主要有兩種方式：改造傳統的樂器、制作新型的樂器。第一，改造傳統的樂器即在現有傳統樂器的基礎上添置一些擴音設備或優化音色的設備，進而有效改善或改變傳統樂器的藝術演繹效果，這種方式制作的儀器主要有電吉他等。第二，制作新型的樂器即以電子振蕩器為主的組成音階的新型樂器，此類樂器的代表為電子琴。在應用傳統樂器進行表演時，由于樂器材質和發聲原理的不同，各種樂器發出的音色也是不同的，即小提琴無法奏出鋼琴的音色、琵琶演奏不出嗩吶的聲響等，但電子琴能有效改變這種困境，利用音色合成系統演奏出不同的聲音。此外，電子琴還能應用其他的輔助系統自動產生各種音響效果，這能使較為復雜的演奏過程簡單化，使一臺電子琴的演奏具有整支樂隊的效果，有效提升音樂演奏的效果。

5結語

總之，現代樂器的發展與物理學常識是分不開的。不同樂器的發聲原理都是不同的，這僅僅是現代樂器中蘊含物理常識的一種重要表現形式，同時也正是因為物理學常識的發展與應用，現代樂器才能取得巨大的發展與進步。相信隨著物理學的發展與普及，現代樂器的發展必將取得更大的成就。

參考文獻：

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