樂器中的物理學現象分析

張華婕

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

關鍵詞：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表達形式。每當優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，我們在欣賞優美的旋律同時卻基本上很少有人去關注這樣優美的旋律是通過何種物理學原理產生的，對于產生這些優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，它取決于發聲體的材料和結構。不同類型的發聲體具有不同的音色，因此人們可以根據不同的音色區分不同的聲音。音色作為判斷樂器品質的重要指標之一，為了改變成品樂器的音調，通常從本身出發作出改變，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。實際上，這些優美的旋律都與振動有關系，只有通過樂器的振動才能表達出這樣優美的旋律。

二.管樂器的物理原理分析

管樂器是在表演中會經常使用的一種樂器，無論是傳統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生的，并不是簡單的將空氣吹入管子中就可以發出聲音，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生一系列連續的氣流，從而引導空氣柱產生振動，發出我們所需要的聲音。

為了區別發音體，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出的氣流作為發音體，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，氣流與孔邊部分發出碰撞，氣流由此產生分裂，大概有50%的氣流流動到孔外，有50%的氣流留在管內，形成渦旋效應從而發出一系列的聲音。對于這種物理現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生渦旋效應，旗桿會隨著風飄動并不斷的發出聲音，這即為“邊棱音”的發聲原理。

其次，我們再對蘆簧如何發聲進行分析，它的發音體是蘆簧的簧片，他所發出的聲音真是由這種特別的簧片產生的。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，依據流體力學中的伯怒利原理：氣流流速增大，壓強減小?？梢杂眠@樣一個實驗來說明其運作的原理：我們在雙手各持一張紙，讓兩張紙處于平行的位置，并保持著一定的距離，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?；善墓ぷ髟砼c此相同，我們在蘆簧的演奏過程中就會看見簧片出現一開一閉的情況，如此往復形成一開一閉的情況，從而產生了空氣柱的振動。

最后，唇簧的發音體是吹奏者的嘴唇，利用這種發聲效果懂得樂器有長號、短號、圓管等銅管樂器，空氣主產生振動發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聲不斷的振動，形成聲波而產生音樂。

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，優美動聽這是弦樂器的重要特征之一，他們具有統一的音色，因此在演奏的過程中也具有多種類的表現特色。弦樂器的發聲原理是通過機械的力量使得琴弦發出振動而發出聲音。弦樂器種類的不同這樣使得弦樂器在發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，實現對樂器的控制，來不斷的發出高低音，從發音的方式上進行區分，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出聲音，弓和弦發出聲音是通過二者之間相互的滑動摩擦力而產生的。物理的研究表面滑動摩擦力的產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之中。

在弦樂器的發聲過程中，弦在發聲中起著至關重要的作用。以大提琴為例，大提琴的長而粗的弦發出的聲音是低沉的，短而細的弦發出的聲音的高昂的。在演奏開始之前，演奏者需要事先進行調弦，這就是調整琴弦的張力來不斷來使得音樂發出標準的音色。

四.電子樂器的物理學原理

隨著時代的發展，通過對物理學原理的利用，現代化的樂器由此產生。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備來增強樂器的表現力。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音階的重組。比如電子琴，電鋼琴等等。傳統樂器因為所使用器材的差異，不同的樂器是無法發出相同的音色的，但是電子樂器能夠利用音色的合成而制造出不同的發音效果。

五.總結

無論是何種樂器的都于物理學有著明顯的聯系，樂器的不斷發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，才可以改變其發音特質，從而達到豐富演奏風格和滿足環境所需演奏要求，音樂也由此成為了物理學的一種重要表現方式。

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