樂器的發(fā)聲原理及物理現(xiàn)象分析

呂毅東

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

關(guān)鍵詞：樂器；發(fā)生原理；物理現(xiàn)象

一、樂器的發(fā)聲原理

（一）樂器的類型

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

（二）樂器的發(fā)聲特點

1.響度。響度用來衡量聲音的大小與強弱，樂器的響度取決于樂器自身特性和人為演奏兩種因素。其中，樂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因其物理性能的不同，所發(fā)出的聲音響度也不同。小號發(fā)出的聲音響度明顯高于簫發(fā)出的聲音響度。同時，人為演奏也是影響樂器響度的重要方面，在演奏過程中，演奏者通過控制吹、打、拉、敲的用力強度，可促使樂器發(fā)出相應(yīng)的響度，用力強度越高，則響度越大。

2.音高。樂器的音高與振動頻率有著密切關(guān)系，根據(jù)振動頻率不同，樂器可分為高音、中音、次中音、低音樂器。如高胡、京胡等樂器屬于高音樂器，而貝斯、大提琴等樂器屬于低音樂器。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頻率，最高音振動頻率為每秒4096次，最低音振動頻率為每秒27.5次。在樂器合奏過程中，為了保證聲樂動聽、和諧，必須確定下來標(biāo)準(zhǔn)音，用標(biāo)準(zhǔn)音來統(tǒng)一所有樂器的音高。而標(biāo)準(zhǔn)音的確定需要選擇特定的校音器，如交響樂隊的校音器通常選擇鋼琴，而民族樂隊的校音器通常選擇笙。隨著電子設(shè)備在樂器演奏中的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)在的樂隊基本上會用電子發(fā)生器作為標(biāo)準(zhǔn)音進行樂器定音。

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

二、樂器發(fā)聲的物理現(xiàn)象

（一）受迫振動

受迫振動又被稱之為強迫振動，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，幾乎所有樂器都是以受迫振動作為發(fā)聲原理，在對樂器進行演奏的過程中，演奏者都會對樂器施加一定的外力，如用手彈、用嘴吹、用腳踩等等，以上這些動作和行為全都?xì)w屬于外力的范疇，由此可知，要想使樂器發(fā)聲，就必須使其受迫振動。

（二）共振

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

（三）波

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

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

參考文獻：

[1]王旭.談大提琴演奏的發(fā)聲原理[J].戲劇之家，2015（4）：85-86.

[2]高翔，陳輝.基于物理學(xué)原理的民族樂器發(fā)聲原理分析[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2016（12）：102-103.

[3]邱基斌.我國古代樂器的發(fā)聲原理[J].中學(xué)生數(shù)理化，2016（8）：114-115.endprint