樂(lè)器的發(fā)聲原理及物理現(xiàn)象分析

呂毅東

摘 要：從物理學(xué)的角度上來(lái)看，樂(lè)器發(fā)聲的原因在于樂(lè)器的運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)形式為機(jī)械運(yùn)動(dòng)，屬于物理學(xué)中的聲學(xué)范疇，由此表明樂(lè)器與聲學(xué)之間存在著密切聯(lián)系。本文對(duì)樂(lè)器的發(fā)聲原理與物理現(xiàn)象進(jìn)行分析探討，期望對(duì)揭示樂(lè)器發(fā)聲的物理特性有所幫助。

關(guān)鍵詞：樂(lè)器；發(fā)生原理；物理現(xiàn)象

一、樂(lè)器的發(fā)聲原理

（一）樂(lè)器的類(lèi)型

不同類(lèi)型的樂(lè)器其發(fā)聲原理有著明顯差異，能夠奏出不同特色的樂(lè)音。樂(lè)器主要分為以下三大類(lèi)型：一是打擊樂(lè)器，包括鼓、鑼等樂(lè)器，這類(lèi)樂(lè)器產(chǎn)生聲音的原由為打擊振動(dòng)。如，鼓在鼓皮繃緊的狀態(tài)下，受外力振動(dòng)速度越快、力量越大、振幅越大，發(fā)出的聲音會(huì)越響亮、音調(diào)越高；二是弦樂(lè)器，包括鋼琴、小提琴、二胡等樂(lè)器，這類(lèi)樂(lè)器產(chǎn)生聲音的原由為弦的振動(dòng)。不同形狀的弦發(fā)出的聲音特點(diǎn)也有所不同，若弦短而細(xì)，且繃緊，則樂(lè)器發(fā)出的音調(diào)高。若弦長(zhǎng)而粗，且不緊，則樂(lè)器發(fā)出的音調(diào)低。樂(lè)器的聲音大小取決于弦的振幅大小，為了促使樂(lè)器能夠發(fā)出洪亮的聲音，一般會(huì)采用木制的共鳴箱以達(dá)到增強(qiáng)音量的效果；三是管樂(lè)器，包括簫、長(zhǎng)笛、號(hào)等樂(lè)器，這類(lèi)樂(lè)器產(chǎn)生聲音的原由為空氣柱振動(dòng)。當(dāng)吹奏管樂(lè)器時(shí)，抬起不同的手指會(huì)形成不同長(zhǎng)度的空氣柱，若空氣柱越長(zhǎng)，則音調(diào)越低。若空氣柱越短，則音調(diào)越高。

（二）樂(lè)器的發(fā)聲特點(diǎn)

1.響度。響度用來(lái)衡量聲音的大小與強(qiáng)弱，樂(lè)器的響度取決于樂(lè)器自身特性和人為演奏兩種因素。其中，樂(lè)器自身特性主要體現(xiàn)在物理性能方面，我們所熟知的簫與小號(hào)因其物理性能的不同，所發(fā)出的聲音響度也不同。小號(hào)發(fā)出的聲音響度明顯高于簫發(fā)出的聲音響度。同時(shí)，人為演奏也是影響樂(lè)器響度的重要方面，在演奏過(guò)程中，演奏者通過(guò)控制吹、打、拉、敲的用力強(qiáng)度，可促使樂(lè)器發(fā)出相應(yīng)的響度，用力強(qiáng)度越高，則響度越大。

2.音高。樂(lè)器的音高與振動(dòng)頻率有著密切關(guān)系，根據(jù)振動(dòng)頻率不同，樂(lè)器可分為高音、中音、次中音、低音樂(lè)器。如高胡、京胡等樂(lè)器屬于高音樂(lè)器，而貝斯、大提琴等樂(lè)器屬于低音樂(lè)器。以鋼琴為例，鋼琴的最高音和最低音的跨度較大，其音高取決于琴弦振動(dòng)頻率，最高音振動(dòng)頻率為每秒4096次，最低音振動(dòng)頻率為每秒27.5次。在樂(lè)器合奏過(guò)程中，為了保證聲樂(lè)動(dòng)聽(tīng)、和諧，必須確定下來(lái)標(biāo)準(zhǔn)音，用標(biāo)準(zhǔn)音來(lái)統(tǒng)一所有樂(lè)器的音高。而標(biāo)準(zhǔn)音的確定需要選擇特定的校音器，如交響樂(lè)隊(duì)的校音器通常選擇鋼琴，而民族樂(lè)隊(duì)的校音器通常選擇笙。隨著電子設(shè)備在樂(lè)器演奏中的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)在的樂(lè)隊(duì)基本上會(huì)用電子發(fā)生器作為標(biāo)準(zhǔn)音進(jìn)行樂(lè)器定音。

3.音頻。音頻與樂(lè)器自身構(gòu)造、材質(zhì)以及物理形態(tài)相關(guān)，不同類(lèi)型的樂(lè)器其產(chǎn)生的音頻存在著明顯差異。在弦鳴樂(lè)器中，弦越長(zhǎng)、越粗，則頻率越小，聲音越低。弦越短、越粗，則頻率越大，聲音越高；在體鳴樂(lè)器中，樂(lè)器體積的大小決定著頻率的快慢；在氣鳴樂(lè)器中，樂(lè)器管的長(zhǎng)短決定著頻率的快慢。所以在制造樂(lè)器的過(guò)程中，必須根據(jù)樂(lè)器的物理構(gòu)造精確計(jì)算振動(dòng)頻率，從而確保樂(lè)器的音準(zhǔn)。

二、樂(lè)器發(fā)聲的物理現(xiàn)象

（一）受迫振動(dòng)

受迫振動(dòng)又被稱(chēng)之為強(qiáng)迫振動(dòng)，它是在周期性外力作用下產(chǎn)生的。從物理學(xué)的角度上講，幾乎所有樂(lè)器都是以受迫振動(dòng)作為發(fā)聲原理，在對(duì)樂(lè)器進(jìn)行演奏的過(guò)程中，演奏者都會(huì)對(duì)樂(lè)器施加一定的外力，如用手彈、用嘴吹、用腳踩等等，以上這些動(dòng)作和行為全都?xì)w屬于外力的范疇，由此可知，要想使樂(lè)器發(fā)聲，就必須使其受迫振動(dòng)。

（二）共振

共振是指物體在外力作用下產(chǎn)生的受迫振動(dòng)頻率趨于一致時(shí)產(chǎn)生的物理現(xiàn)象。對(duì)于樂(lè)器發(fā)聲而言，共振體現(xiàn)在樂(lè)器共鳴，通過(guò)樂(lè)器共鳴能夠增加樂(lè)器的音量，給聽(tīng)眾帶來(lái)恢弘、震撼的聽(tīng)覺(jué)感受。在樂(lè)器制作過(guò)程中，必須要運(yùn)用共振的物理學(xué)原理精準(zhǔn)控制樂(lè)器內(nèi)部構(gòu)造，優(yōu)選樂(lè)器材料，從而保證樂(lè)器的聲學(xué)品質(zhì)。

（三）波

物體在產(chǎn)生振動(dòng)之后，這種振動(dòng)在媒介中的傳播過(guò)程即為波。拍是與波有關(guān)的一個(gè)概念，并且這個(gè)概念還與樂(lè)器有著密切關(guān)聯(lián)，其在音樂(lè)當(dāng)中被稱(chēng)之為拍音。所謂的拍音具體是指兩個(gè)波的振動(dòng)幅度完全相同，并且兩者的頻率非常接近，進(jìn)行合成之后，振動(dòng)幅度會(huì)出現(xiàn)周期性的改變，這種現(xiàn)象就是我們所說(shuō)的拍，而拍音就是拍的聲音。以樂(lè)器中的鋼琴為例，在對(duì)鋼琴進(jìn)行彈奏前，為確保音質(zhì)準(zhǔn)確，需要進(jìn)行調(diào)音，此時(shí)可以拍音來(lái)對(duì)音律進(jìn)行調(diào)準(zhǔn)。

總而言之，樂(lè)器發(fā)聲是物理學(xué)領(lǐng)域中的一種振動(dòng)現(xiàn)象，從物理學(xué)的角度進(jìn)行分析，樂(lè)器的響度、音高與音頻均與樂(lè)器本身的物理特性息息相關(guān)。所以，在樂(lè)器制造或演奏的過(guò)程中，我們必須把握好樂(lè)器的物理特性，這樣才能提高樂(lè)器的聲樂(lè)品質(zhì)，使樂(lè)器演奏出美妙、震撼、輕柔等不同感覺(jué)的音樂(lè)。

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