張華婕

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

關(guān)鍵詞：管樂器;弦樂器;電子樂器;物理學原理

一.前言

音樂具有描述人類生活現(xiàn)象，表達人類感情的作用，它是能夠觸動人類心靈的一種藝術(shù)表達形式。每當優(yōu)美的旋律響起的時候，人們往往會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。但是，我們在欣賞優(yōu)美的旋律同時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原理產(chǎn)生的，對于產(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，或者改變原始形狀，有時，還會將某些演奏技巧用于改變樂器的聲音品質(zhì)。實際上，這些優(yōu)美的旋律都與振動有關(guān)系，只有通過樂器的振動才能表達出這樣優(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空氣柱的振動而產(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，從而引導空氣柱產(chǎn)生振動，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，氣簧所運用的物理學原理為將樂器的演奏者發(fā)出的氣流作為發(fā)音體，運用這類物理學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%的氣流流動到孔外，有50%的氣流留在管內(nèi)，形成渦旋效應從而發(fā)出一系列的聲音。對于這種物理現(xiàn)象可以利用這樣的一種場景來描述。當風吹過旗桿的時候也會產(chǎn)生渦旋效應，旗桿會隨著風飄動并不斷的發(fā)出聲音，這即為“邊棱音”的發(fā)聲原理。

其次，我們再對蘆簧如何發(fā)聲進行分析，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，簧片的下端被安裝在樂器上，當氣流進入簧片時，依據(jù)流體力學中的伯怒利原理：氣流流速增大，壓強減小。可以用這樣一個實驗來說明其運作的原理：我們在雙手各持一張紙，讓兩張紙?zhí)幱谄叫械奈恢茫⒈３种欢ǖ木嚯x，并讓兩張紙自由下垂，然后人在對著兩張紙之間的縫隙不斷的吹氣?？梢杂^察到兩張紙在不斷的靠近，這是因為在我們吹氣的過程中兩張紙之間的氣流流速不斷的增大，壓強不斷的減小。在氣壓的作用下，兩張紙就會不斷的靠近對方。簧片的工作原理與此相同，我們在蘆簧的演奏過程中就會看見簧片出現(xiàn)一開一閉的情況，如此往復形成一開一閉的情況，從而產(chǎn)生了空氣柱的振動。

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、短號、圓管等銅管樂器，空氣主產(chǎn)生振動發(fā)聲是因為嘴唇的直接作用。在樂器的的演奏過程中，當氣體吹入到樂器的過程中，人的嘴唇會被吹開，在氣流和嘴唇彈性的作用之下，嘴唇又會閉住。周而復始的一開一閉，這樣就導致了樂器的吹口處發(fā)聲不斷的振動，形成聲波而產(chǎn)生音樂。

三.弦樂器中的物理學原理

弦樂器這也是一個重要的樂器分類之一，優(yōu)美動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)聲原理是通過機械的力量使得琴弦發(fā)出振動而發(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，實現(xiàn)對樂器的控制，來不斷的發(fā)出高低音，從發(fā)音的方式上進行區(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摩擦力而產(chǎn)生的。物理的研究表面滑動摩擦力的產(chǎn)生需要兩個物體的表面有接觸并且，二者之間相互的擠壓，兩個物體之間處于相對運動的狀態(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)出標準的音色。

四.電子樂器的物理學原理

隨著時代的發(fā)展，通過對物理學原理的利用，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音設(shè)備來增強樂器的表現(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現(xiàn)音階的重組。比如電子琴，電鋼琴等等。傳統(tǒng)樂器因為所使用器材的差異，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有著明顯的聯(lián)系，樂器的不斷發(fā)展也需要物理學理論的支持，只有合理、科學運用物理學理論，才可以改變其發(fā)音特質(zhì)，從而達到豐富演奏風格和滿足環(huán)境所需演奏要求，音樂也由此成為了物理學的一種重要表現(xiàn)方式。

參考文獻：

[1]靳婉宜.從提琴制作的聲學原理淺談合理運弓的教學應用[J].樂器，2017 （11）：63-65.

[2]楊健.小提琴運弓和發(fā)音的聲學基本原理—從《試論小提琴弓對弦壓力的物理特性》等文談起[J].南京藝術(shù)學院學報（音樂與表演），2018 （4）：43-47.

[3]孫嘉琦.中國民族管弦樂隊彈撥樂器“基音缺失”現(xiàn)象調(diào)查研究（上）——以琵琶和三弦為例[J].樂器，2017 （07）：25-27.

[4]劉德崇.以小提琴為例分析樂器音色改變的幾種物理現(xiàn)象[J].中學物理教學參考，2017，46 （16）：62-63.