说明乐器中的物理学

举例说明乐器中的物理学

班级：美术学国画班

学号：20130307101011

姓名：赵达

日常生活中，我们经常可以听到各种各样的乐器演奏的美妙的音乐，但是，我们有没有想过这其中隐含的物理原理呢？我们早已知道，声音是由振动产生的。人们要能听到声音，首先要有个产生声音的源头即“声源”。然而，几乎世界上任何一种物体都能产生声音，不同的音调、音色和响度创造出不同的声音。世界上的声音丰富多彩，那么乐器又是如何产生美丽的声音的呢？

其实乐器的许多方面都隐藏着物理的影子。乐器的分类要以其发声的物理机制为依据。制作乐器材料的性能，如湿度、硬度、弹性模量、密度、声波在材料中的传播速度、材料的阻尼性质、声阻抗等，都是物理属性。材料的处理，如人工老化、加湿、烘烤、上保护层等，都是物理方法，用的是物理测量仪器。许多研究乐器的方法如频谱分析、波形观察、激光全息、声电模拟等等都是物理方法。乐器的保存和维护如保持一定温度、湿度等，都是物理环境。因此，物理学是乐器学的基础。

既然乐器的分类可以根据其发声的物理机制为依据，那么，乐器可以分为几类呢？如果大体分析的话，可分为四类。

弦乐器。弦乐器的发音方式是依靠机械力量使张紧的弦线振动发

音，故发音音量受到一定限制。弦乐器通常用不同的弦演奏不同的音，有时则须运用手指按弦来改变弦长，从而达到改变音高的目的。

弦乐器从其发音方式上来说，主要分为弓拉弦鸣乐器（如提琴类）和弹拨弦鸣乐器（如吉它）。弓拉弦鸣乐器：小提琴（Violin）、中提琴（Viola）、大提琴（Cello）、倍低音提琴（Double Bass）、二胡；弹拨弦鸣乐器：竖琴（Harp）、吉它（Guitar）、古琴、琵琶、筝。提琴的弦越长、越粗，发音越低；弦越短、越细，发音越高。改变琴弦的张力也可以改变音调，调弦就是这个道理。改变弦的紧张程度同时也改变了音色。为了使琴的音色明亮些，可以把弦调到标准音调以上。

管乐器。分为吹孔气鸣乐器，单簧气鸣乐器，双簧气鸣乐器和唇簧气鸣乐器。前三类乐器由于从历史渊源上都起源于芦管乐器，且音色缺乏金属感，所以统称为木管乐器，相对应的，唇簧气鸣乐器被称为铜管组。

管乐器的发音,是由管内空气柱作周期性的振动所产生。仅仅将气吹入管内,并不能成声,必须在管口上有一定的装置或某种发音体,随着吹气发生迅速的、有节奏的、连续的一股一股的气流,激起管内空气柱的振动,形成驻波而发出乐音。

膜板乐器。是靠膜和板振动而发声的，可以分为：膜振乐器，如鼓；板振乐器，如梆子、木琴，靠敲击发声，是“硬振”乐器；体振乐器如钟、钹也可以收入此类。另外锯琴也可以归入此类，它靠拉弓起振。

电子乐器。利用电子线路产生类似于各种乐器音乐的乐器。一般用拾音器或声频振荡器产生声频信号，再经电子线路将其放大，然后送至扬声器而放出声音。

现代电子乐器可以分成两类。一类如电吉他、电提琴等，指在原来乐器（吉他、提琴等）的基础上，增添电子扩音系统和音色变化装置。另一类，电子琴等，完全由电子振荡器来完成音阶的组成。自然界司空见惯的声响：潺潺的小河流水，唧唧的虫声细语，或是自然界有节奏的回声，阵阵的海浪拍岸，声声的林涛起伏……都已经进入了我们的音乐之中，它们都可以用电子合成器来模拟和仿制。

音乐是什么？这是自古以来人们不断探索的一个课题。不同的时期，从不同的角度，人们有不同的见解。可以说音乐是人们心灵的呼唤、人类感情的升华、科学与艺术的结合，也可以说音乐不过是声波的一种而已。古人曾经认为，音乐是一种自然的反映。古希腊人曾把音乐的标志画成一张弓，上面有弦、有箭。弓箭是一种狩猎的工具，而其本身又是一种乐器。这种标志作为一种音乐的象征一直演变流传至今。

让自然的物理存在，如色彩、温度以至于人的呼吸来调制音乐，甚至把复杂的生物分子结构利用计算机与音乐对应起来等等。这也许是人类回归自然的一种表现，也是当前科学与艺术发展的一个趋势。