樂器中的物理學(xué)現(xiàn)象分析

張華婕

摘要：在美妙的音樂中，種種現(xiàn)象均與物理學(xué)有著極為廣泛的聯(lián)系，本文對(duì)管樂器、弦樂器、電子樂器的中的物理現(xiàn)象進(jìn)行分析，探究其究竟利用何種物理學(xué)的現(xiàn)象發(fā)出聲音，對(duì)樂器的發(fā)聲原理進(jìn)行解密。

關(guān)鍵詞：管樂器;弦樂器;電子樂器;物理學(xué)原理

一.前言

音樂具有描述人類生活現(xiàn)象，表達(dá)人類感情的作用，它是能夠觸動(dòng)人類心靈的一種藝術(shù)表達(dá)形式。每當(dāng)優(yōu)美的旋律響起的時(shí)候，人們往往會(huì)不自覺的融入到音樂的氛圍之中，用耳朵來感受音樂帶給我們的體驗(yàn)。但是，我們?cè)谛蕾p優(yōu)美的旋律同時(shí)卻基本上很少有人去關(guān)注這樣優(yōu)美的旋律是通過何種物理學(xué)原理產(chǎn)生的，對(duì)于產(chǎn)生這些優(yōu)美的旋律便是由于音色的不同來決定的。然而，音色是人們對(duì)聲音的感官特征，它取決于發(fā)聲體的材料和結(jié)構(gòu)。不同類型的發(fā)聲體具有不同的音色，因此人們可以根據(jù)不同的音色區(qū)分不同的聲音。音色作為判斷樂器品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，為了改變成品樂器的音調(diào)，通常從本身出發(fā)作出改變，或者改變部件的材料，或者改變?cè)夹螤?，有時(shí)，還會(huì)將某些演奏技巧用于改變樂器的聲音品質(zhì)。實(shí)際上，這些優(yōu)美的旋律都與振動(dòng)有關(guān)系，只有通過樂器的振動(dòng)才能表達(dá)出這樣優(yōu)美的旋律。

二.管樂器的物理原理分析

管樂器是在表演中會(huì)經(jīng)常使用的一種樂器，無論是傳統(tǒng)的民族樂器長笛還是西洋樂器薩克斯，都屬于管樂器的一種。管樂器的聲音主要是通過彈奏樂器時(shí)空氣柱的振動(dòng)而產(chǎn)生的，并不是簡單的將空氣吹入管子中就可以發(fā)出聲音，所以必須要在管口中加上一些特殊的裝置。在加入特殊的裝置后，樂器會(huì)隨著人不斷的吹氣而產(chǎn)生一系列連續(xù)的氣流，從而引導(dǎo)空氣柱產(chǎn)生振動(dòng)，發(fā)出我們所需要的聲音。

為了區(qū)別發(fā)音體，可以分成氣簧、蘆簧、唇簧三類。首先，氣簧所運(yùn)用的物理學(xué)原理為將樂器的演奏者發(fā)出的氣流作為發(fā)音體，運(yùn)用這類物理學(xué)原理的樂器主要有長笛、竹笛、長蕭等等。這類的樂器在演奏的過程中是利用一股氣流將其吹到孔中，氣流與孔邊部分發(fā)出碰撞，氣流由此產(chǎn)生分裂，大概有50%的氣流流動(dòng)到孔外，有50%的氣流留在管內(nèi)，形成渦旋效應(yīng)從而發(fā)出一系列的聲音。對(duì)于這種物理現(xiàn)象可以利用這樣的一種場景來描述。當(dāng)風(fēng)吹過旗桿的時(shí)候也會(huì)產(chǎn)生渦旋效應(yīng)，旗桿會(huì)隨著風(fēng)飄動(dòng)并不斷的發(fā)出聲音，這即為“邊棱音”的發(fā)聲原理。

其次，我們?cè)賹?duì)蘆簧如何發(fā)聲進(jìn)行分析，它的發(fā)音體是蘆簧的簧片，他所發(fā)出的聲音真是由這種特別的簧片產(chǎn)生的。這種簧片有單簧片和雙簧片，簧片的上端可以隨著氣流而發(fā)出振動(dòng)，簧片的下端被安裝在樂器上，當(dāng)氣流進(jìn)入簧片時(shí)，依據(jù)流體力學(xué)中的伯怒利原理：氣流流速增大，壓強(qiáng)減小?？梢杂眠@樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)來說明其運(yùn)作的原理：我們?cè)陔p手各持一張紙，讓兩張紙?zhí)幱谄叫械奈恢?，并保持著一定的距離，并讓兩張紙自由下垂，然后人在對(duì)著兩張紙之間的縫隙不斷的吹氣?？梢杂^察到兩張紙?jiān)诓粩嗟目拷?，這是因?yàn)樵谖覀兇禋獾倪^程中兩張紙之間的氣流流速不斷的增大，壓強(qiáng)不斷的減小。在氣壓的作用下，兩張紙就會(huì)不斷的靠近對(duì)方?；善墓ぷ髟砼c此相同，我們?cè)谔J簧的演奏過程中就會(huì)看見簧片出現(xiàn)一開一閉的情況，如此往復(fù)形成一開一閉的情況，從而產(chǎn)生了空氣柱的振動(dòng)。

最后，唇簧的發(fā)音體是吹奏者的嘴唇，利用這種發(fā)聲效果懂得樂器有長號(hào)、短號(hào)、圓管等銅管樂器，空氣主產(chǎn)生振動(dòng)發(fā)聲是因?yàn)樽齑降闹苯幼饔?。在樂器的的演奏過程中，當(dāng)氣體吹入到樂器的過程中，人的嘴唇會(huì)被吹開，在氣流和嘴唇彈性的作用之下，嘴唇又會(huì)閉住。周而復(fù)始的一開一閉，這樣就導(dǎo)致了樂器的吹口處發(fā)聲不斷的振動(dòng)，形成聲波而產(chǎn)生音樂。

三.弦樂器中的物理學(xué)原理

弦樂器這也是一個(gè)重要的樂器分類之一，優(yōu)美動(dòng)聽這是弦樂器的重要特征之一，他們具有統(tǒng)一的音色，因此在演奏的過程中也具有多種類的表現(xiàn)特色。弦樂器的發(fā)聲原理是通過機(jī)械的力量使得琴弦發(fā)出振動(dòng)而發(fā)出聲音。弦樂器種類的不同這樣使得弦樂器在發(fā)音上具有不同的特色。因此在演奏的過程中要靈活的利用自己的手指來掌控樂器，實(shí)現(xiàn)對(duì)樂器的控制，來不斷的發(fā)出高低音，從發(fā)音的方式上進(jìn)行區(qū)分，可以將弦樂器分為弓拉式的弦樂器和彈撥類的弦樂器。這些樂器都需要演奏者通過弓和弦的相互作用來發(fā)出聲音，弓和弦發(fā)出聲音是通過二者之間相互的滑動(dòng)摩擦力而產(chǎn)生的。物理的研究表面滑動(dòng)摩擦力的產(chǎn)生需要兩個(gè)物體的表面有接觸并且，二者之間相互的擠壓，兩個(gè)物體之間處于相對(duì)運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)之中。

在弦樂器的發(fā)聲過程中，弦在發(fā)聲中起著至關(guān)重要的作用。以大提琴為例，大提琴的長而粗的弦發(fā)出的聲音是低沉的，短而細(xì)的弦發(fā)出的聲音的高昂的。在演奏開始之前，演奏者需要事先進(jìn)行調(diào)弦，這就是調(diào)整琴弦的張力來不斷來使得音樂發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)的音色。

四.電子樂器的物理學(xué)原理

隨著時(shí)代的發(fā)展，通過對(duì)物理學(xué)原理的利用，現(xiàn)代化的樂器由此產(chǎn)生。電子樂器可以分為以下兩種，第一種是通過在樂器上增加一些擴(kuò)音設(shè)備來增強(qiáng)樂器的表現(xiàn)力。比如電提琴、電吉他等等。另一類樂器完全是通過電子的震蕩而實(shí)現(xiàn)音階的重組。比如電子琴，電鋼琴等等。傳統(tǒng)樂器因?yàn)樗褂闷鞑牡牟町?，不同的樂器是無法發(fā)出相同的音色的，但是電子樂器能夠利用音色的合成而制造出不同的發(fā)音效果。

五.總結(jié)

無論是何種樂器的都于物理學(xué)有著明顯的聯(lián)系，樂器的不斷發(fā)展也需要物理學(xué)理論的支持，只有合理、科學(xué)運(yùn)用物理學(xué)理論，才可以改變其發(fā)音特質(zhì)，從而達(dá)到豐富演奏風(fēng)格和滿足環(huán)境所需演奏要求，音樂也由此成為了物理學(xué)的一種重要表現(xiàn)方式。

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