浅议乐器中的物理学

竺立轩

摘要：伴随着社会的不断发展，艺术与科学也呈现出了更为紧密的联系，分别对彼此的发展有一定的重要意義。生活中，当我们听到不同乐器所演奏出来的音乐时，应当会出于本能的进行思考，这些美妙的声音是从何而来，它们为何有这么大的差别。基于此，本文对乐器中的物理学应用进行简要的介绍，希望有助于大家更加了解乐器发声的物理学原理。

关键词：乐器 物理学 发声

当我们听到由各种乐器演奏出来的不同的声音时，我们首先应当思考，这些声音是如何产生的，而这一问题的解答就需要相应的物理学知识。既然声音是乐器发生作用的表现，而声音的来源又需要通过物理学的知识加以阐释，所以我们可以毫不夸张的说，物理学是乐器学的基础，物理学的发展对乐器的发明创造有着非常重要的推动作用。

物理学在乐器中的具体应用为：不同的物理发声机制决定了不同乐器的分类；不同原材料的基本物理性质决定了乐器间不同的表现与性质；各种物理技术例如老化、加湿、添加保护层等，影响了同一类乐器，使其具有不同的品质；一些特殊的物理环境，例如温度、湿度，光感等等，影响了乐器的性能……总而言之，物理学对乐器的影响是存在于方方面面的，下文我们就将具体来介绍这一学科在乐器发声中的体现。

一、发声的物理机制是乐器分类的标准

我们可以依据不同乐器所采用的不同的发声物理机制，将其分为以下几种：

（一）弦乐器。这一乐器的发声是通过外力，使得紧绷的弦线产生振动，从而发出了一定的声音。因为人的外力是有限的，这就使得弦乐器的发音量也是在一定范围之内的。我们通常见到的弦乐器，主要包括：大、中、小提琴，二胡、竖琴、琵琶、吉他等等，然后根据其具体发音方式的不同，我们可以将其分为弓拉弦鸣乐器以及弹拨弦鸣乐器。在实际操作中我们可以直观的看到，弦乐器的弦越粗、越长，其发出的声音越显得低沉、粗犷；而弦乐器的弦越细、越短，它发出的声音就越显得尖锐、急促。这一系列现象也是符合物理学中，有关振动现象的一些基本常识。

（二）管乐器。管乐器的作用机制，就是将空气吹入乐器内壁，使其产生周期性的振动，从而形成了管乐器的发声过程。需要注意的是，管乐器的发声不是单纯的空气振动的结果，而是需要通过相应的装置，使得空气可以进行有规律的周期性振动。我们普遍将管乐器分为以下几种：吹孔气鸣乐器、单簧气鸣乐器、双簧气鸣乐器以及唇簧气鸣乐器。前三种都是起源于芦管乐器的一些传统乐器，因其音色缺乏金属感，比较贴近自然的感觉，所以我们也称其为木管乐器；而唇簧气鸣乐器的音色有着较强的金属感，所以我们也可以称其为铜管组。

（三）膜板乐器。其发声原理在与膜与板之间在外力的作用下，发生振动作用，产生了一定的声音。我们根据其具体的发声方式，可以将其分为以下几种，分别为：膜振乐器、板振乐器以及体振乐器。第一种主要包括我们常见的各种鼓乐器，第二种主要包括梆子、木琴等一系列依靠外力敲击而发声的“硬振乐器”，最后一种则主要包括一些通过拉弓，从而产生振动的乐器。

最后一种就是电子乐器了。它的发声原理在于，依靠电子线路来模拟不同乐器的乐音，从而实现发声的目的。在这一过程中，一般会采用声频振荡器或者是拾音器等设备产生声频信号，然后发挥电子线路的扩音作用，最后用扬声器来实现声音的放出。

二、乐器的共鸣与物理学

我们可以以吉他这一常见的乐器为例，通过研究其共鸣箱的物理特征，从而探究乐器的共鸣与物理学之间的关系。在吉他这一乐器的各个组成部分中，其中有一部分是由内部的音梁以及外部面板侧板背板共同组成的，我们称其为吉他的共鸣箱。大家通常认为，所谓的共鸣箱，应该是通过共鸣这一方式起到增强吉他乐音的作用，但实际情况并非如此。物理学对“共鸣”这一概念做出了如下的定义：如果一个器件的频率与外力的频率一致，就会出现由共振现象引起的发声，这就是“共鸣”。在物理课上我们曾经做过这样一个实验，准备两个音叉，并且相隔一定的距离，敲击其中一个，另一个也会产生一定的振动，并且发出声音。这就是“共鸣”这一现象的具体体现。共鸣这一现象的产生，最基本的条件就是要求频率保持一致。

根据相关人员的研究表明，吉他这一乐器的音高，所具有的频率是连续的，这就意味着它不可能产生长时间的共鸣。所以在吉他发声的过程中，共鸣箱并不是依靠“共鸣”这一形式，实现了声音的扩大化，而是其所具有的庞大的箱体，可以有效增大发声体声音的辐射面积，从而实现乐器音量的提高。

三、结语

总而言之，每种乐器的发声都与物理学有着十分密切的关系，这既可以说明艺术与科学的关系日益紧密，同时也可以说明物理学的发展推动了更多的乐器的发明与完善。这也就意味着，我们要想更加深入的了解有关一些乐器的知识，必须具备一定的物理学基础。如此，才能更好的领悟到不同乐器中的奥秘。

参考文献：

[1]龚镇雄，董馨.音乐中的物理学[M].湖南教育出版社，2013.

[2]芶秉聪，胡海云.大学物理[M].北京国防工业出版社，2014.

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