很多同學(xué)都喜歡樂(lè)器，這些樂(lè)器發(fā)出聲音是如何產(chǎn)生的，大家都知道與物理學(xué)知識(shí)有關(guān)。由于樂(lè)器的發(fā)聲原理不同，其背后的物理原理也不盡相同。下面就來(lái)說(shuō)說(shuō)自制樂(lè)器的發(fā)聲原理，大家千萬(wàn)別錯(cuò)過(guò)。 ?

自制樂(lè)器的發(fā)聲原理 ?

很多同學(xué)都喜歡樂(lè)器，這是因?yàn)椴粌H樂(lè)器演奏出來(lái)的聲音使人愉悅，彈奏樂(lè)器的過(guò)程也使人專(zhuān)注或放松。這些聲音是如何產(chǎn)生的，大家都知道與物理學(xué)知識(shí)有關(guān)。樂(lè)器可分為弦樂(lè)器、管樂(lè)器和打擊樂(lè)器等類(lèi)型。由于樂(lè)器的發(fā)聲原理不同，其背后的物理原理也不盡相同。 ?

在漢斯出版社《應(yīng)用物理》期刊上，有論文作者季福云等學(xué)者們首先介紹樂(lè)器的分類(lèi)和相應(yīng)原理，系統(tǒng)說(shuō)明了樂(lè)器發(fā)聲的一些基本物理原理，然后具體分析幾種典型樂(lè)器發(fā)聲的物理原理。 ?

其實(shí)，不同的物理發(fā)聲機(jī)制決定了不同樂(lè)器的分類(lèi)：1)弦樂(lè)器：包括鋼琴、吉他、提琴、琵琶、古箏等。其發(fā)聲原理為：弦樂(lè)器的發(fā)音方式是使拉緊的弦振動(dòng)發(fā)音，弦樂(lè)器通常用不同的弦演奏不同的音，有時(shí)則須運(yùn)用手指按弦來(lái)改變弦長(zhǎng)，從而達(dá)到改變音高的目的。2)管樂(lè)器：包括長(zhǎng)笛、薩克斯等。其發(fā)聲原理為：吹孔氣鳴樂(lè)器管體為圓柱型，嘴唇振動(dòng)時(shí)，氣流沖擊在吹孔鋒利的邊緣上而分開(kāi)，進(jìn)入管中的氣流就引起管內(nèi)空氣柱振動(dòng)而發(fā)音。3)打擊樂(lè)器：包括架子鼓、云鑼、編鐘等。其發(fā)聲原理為：樂(lè)器受打擊時(shí)，發(fā)生振動(dòng)，從而產(chǎn)生聲音。 ?

可見(jiàn)，三種樂(lè)器的發(fā)聲原理不同，其背后的物理原理也不盡相同。但是現(xiàn)在的*物理中，很少系統(tǒng)地介紹發(fā)聲的相關(guān)知識(shí)，使人難以系統(tǒng)了解樂(lè)器發(fā)聲的基本物理原理?，F(xiàn)有的文獻(xiàn)中也多以樂(lè)器展開(kāi)，沒(méi)有系統(tǒng)介紹樂(lè)器發(fā)聲的物理原理，使人遇到相關(guān)物理知識(shí)時(shí)感到有些凌亂。本文首先系統(tǒng)介紹基本物理原理，然后依據(jù)物理原理具體分析幾種典型樂(lè)器發(fā)聲的不同機(jī)理，從而對(duì)樂(lè)器發(fā)聲的基本物理原理有比較全面的認(rèn)識(shí)，真正認(rèn)識(shí)到物理學(xué)是樂(lè)器原理的基礎(chǔ)。 ?

幾種典型樂(lè)器發(fā)聲的基本物理原理 ?

弦樂(lè)器 ?

吉他、小提琴、鋼琴是弦樂(lè)器的代表。人們稱(chēng)鋼琴為樂(lè)器之父，小提琴為樂(lè)器之母，古典吉他為樂(lè)器王子。 ?

吉他和小提琴類(lèi)似，是靠琴弦發(fā)聲，主要依據(jù)公式(1)、(2)和(3)。首先，依據(jù)公式(1)可以得出兩個(gè)結(jié)論：弦一定時(shí)，張力越大，波速越大，對(duì)于基波或同級(jí)數(shù)的波，其頻率會(huì)變大;張力一定時(shí)，弦的線(xiàn)密度越大(琴弦變粗)，波速越小，其頻率會(huì)變小。其次，依據(jù)公式(2) (3)，可以得出：當(dāng)整條琴弦都在振動(dòng)發(fā)聲時(shí)，基頻的波長(zhǎng)大，會(huì)發(fā)出頻率比較低的聲音;當(dāng)按住琴弦的某點(diǎn)，琴弦與琴頸上的金屬絲接觸，琴弦的下半段形成了一段新的可以產(chǎn)生震動(dòng)的封閉區(qū)間，即公式(2)中的L變小了，這時(shí)撥動(dòng)琴弦，琴弦發(fā)出的基頻波長(zhǎng)變小，頻率變大，因此音調(diào)也就要高一些。對(duì)于其他同級(jí)數(shù)的音也是如此。 ?

鋼琴作為“樂(lè)器之王”，它具有音域非常廣、音量很大，一根琴弦被擊打，其他的弦會(huì)同時(shí)受到影響發(fā)出諧波，使演奏有很好的表現(xiàn)力等特點(diǎn)。鋼琴的奧妙雖然多，但歸根結(jié)底主要還是琴弦的功勞。鋼琴有很多條琴弦，不同的琴弦產(chǎn)生了不同的聲音。由公式(1)和(3)可以得出：弦長(zhǎng)越短、張力越大、密度越小、直徑越細(xì)，音調(diào)越高。 ?

弦樂(lè)器和其他樂(lè)器一樣，不僅會(huì)發(fā)出基頻波，也會(huì)發(fā)出高級(jí)數(shù)的諧波，由公式(4)和(5)，這些波在空間疊加就會(huì)形成和諧的樂(lè)音，樂(lè)音的頻率由公式(6)決定。 ?

管樂(lè)器 ?

管樂(lè)器也是樂(lè)器中的一大家族，主要有各種形狀的管狀體和激聲系統(tǒng)構(gòu)成，它們的共同特點(diǎn)是通過(guò)管中空氣柱振動(dòng)作為聲源，所以其主要依據(jù)是公式(7)或(8)，即通過(guò)改變空氣柱振動(dòng)的長(zhǎng)度，改變駐波的波長(zhǎng)。 ?

但是木管樂(lè)器和銅管樂(lè)器的機(jī)理還不盡相同：木管樂(lè)器為了獲得不同的音調(diào)，通過(guò)在管體開(kāi)孔，手指的按壓控制孔的開(kāi)閉的方式，可以改變管的內(nèi)振動(dòng)的空氣柱長(zhǎng)度，從而改變駐波的波長(zhǎng)。其中，吹口與外界相連的是閉管樂(lè)器，適應(yīng)公式(7);笛子與蕭等樂(lè)器不止吹口處與外界相連，屬于開(kāi)管樂(lè)器，適應(yīng)公式(8)。而銅管樂(lè)器多使用活塞，通過(guò)活塞得伸縮，靈活地空氣柱長(zhǎng)來(lái)控制。 ?

當(dāng)然，若將閉管樂(lè)器簡(jiǎn)化為一段開(kāi)口的管，理論上管長(zhǎng)應(yīng)等于四分之一波長(zhǎng);但管口外的一小段空氣也會(huì)參與管內(nèi)空氣的震動(dòng)，使得實(shí)際參與震動(dòng)的空氣柱比管長(zhǎng)要長(zhǎng)。若根據(jù)理論計(jì)算值確定每個(gè)音高對(duì)應(yīng)的空氣柱長(zhǎng)度，音調(diào)會(huì)偏低。因此在制造管樂(lè)器時(shí)，需要添加一個(gè)管口校正量?6?2L。由公式(9)得知，當(dāng)溫度變化時(shí)，會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)傳播的速度變化，從而導(dǎo)致樂(lè)器的音調(diào)發(fā)生微小變化。 ?

打擊樂(lè)器 ?

借助捶打、敲擊等方法可以使物體發(fā)聲，打擊樂(lè)器就是利用這種方式發(fā)出樂(lè)音的樂(lè)器。典型樂(lè)器有各種各樣的鼓，木琴，編鐘等。那些是靠膜振動(dòng)發(fā)聲的傳統(tǒng)的鼓，振動(dòng)方程很復(fù)雜，公式(10)是假設(shè)板振動(dòng)以剛性作用為主，板的基頻公式，實(shí)際因素比公式(10)復(fù)雜的多。 ?

管弦樂(lè)器的共鳴原理 ?

振源和共鳴腔是樂(lè)器的主要部分，它們扮演的角色在各種樂(lè)器中是不一樣的，弦樂(lè)器(也包括彈撥樂(lè)器)和管樂(lè)器有著本質(zhì)的區(qū)別：弦樂(lè)器的音高(發(fā)音頻率)由振源決定，音質(zhì)則取決于共鳴腔，管樂(lè)器正好相反(當(dāng)然這不是非常絕對(duì)的)。 ?

弦樂(lè)器的振源是頻率固定的振源，它的固有頻率只由琴弦的尺寸決定，而共鳴腔的共振峰范圍很大，對(duì)振源可以發(fā)出的大多數(shù)頻率，都可以產(chǎn)生良好的共振。由于琴弦本身寬度不大，所以它所引起的空氣振動(dòng)非常有限，然而振動(dòng)可以通過(guò)琴馬(也稱(chēng)橋)傳導(dǎo)到共鳴腔，因此共鳴腔對(duì)音質(zhì)起決定作用。 ?

管樂(lè)器的振源是頻率浮動(dòng)的振源，位置和氣息可以使振動(dòng)頻率隨意變化，所以頻率決定權(quán)只能轉(zhuǎn)交給共鳴腔，共鳴腔的長(zhǎng)度(即管樂(lè)器的管長(zhǎng))決定了管樂(lè)器的發(fā)音頻率。管樂(lè)器的振源就是簧片(詳見(jiàn)第七章)，它像人的聲帶一樣具有一定的寬度，可以引起空氣的振動(dòng)，因此離開(kāi)共鳴腔，簧片照樣可以發(fā)出聲音。因此，管樂(lè)器的音色主要取決于振源。當(dāng)然，共鳴腔對(duì)振源聲音的放大和修飾作用還是有的，特別是銅管樂(lè)器喇叭狀的開(kāi)口，這個(gè)開(kāi)口可以讓高頻諧音得到放大，從而使音色發(fā)亮(單簧管末端也有這樣的開(kāi)口)。 ?