聆聽“音樂”—樂器發(fā)聲之謎

任錦燁

演奏一首優(yōu)美的樂曲往往需要許多樂器的配合，可能有中國傳統(tǒng)樂器如琵琶、笛、簫、古箏，也可能有西方的鋼琴、小提琴。來自不同國家與地區(qū)的樂器為什么可以和諧地演奏出一首首優(yōu)美的樂曲呢？

現(xiàn)代分類法把樂器歸納為五大類：體鳴樂器、膜鳴樂器、氣鳴樂器、弦鳴樂器和電鳴樂器。讓我們來看看，這些不同的樂器是怎樣殊途同歸，共同演奏出動(dòng)人心魄的曲子的吧！

動(dòng)聽的駐波

從物理學(xué)上講，樂音是空氣周期性運(yùn)動(dòng)在人耳中所激發(fā)的全部感覺。樂音發(fā)出的聲音能量主要受限于有限的區(qū)域，這種聲波狀態(tài)被稱為“駐波”。

什么是駐波呢？可以想象為把兩塊石頭丟入平靜的水面，它們形成的波紋逐漸靠近，并融合為一種穩(wěn)定的狀態(tài)，這就是駐波。駐波是頻率相同、傳輸方向相反的兩種波，沿傳輸線形成的一種分布狀態(tài)，其中一個(gè)波一般是另一個(gè)波的反射波，在二者相加的點(diǎn)出現(xiàn)波腹，在二者相減的點(diǎn)形成波節(jié)。波形上，波節(jié)與波腹位置始終不變，看起來“駐立不動(dòng)”，也正如其名字一般。

以利用弦的振動(dòng)來發(fā)出聲音的弦鳴樂器為例，聲音主要由弦的粗細(xì)和松緊程度來決定。例如鋼琴，當(dāng)你按下琴鍵，琴錘隨之擊弦，琴弦在碰撞點(diǎn)發(fā)生變形，先向一側(cè)移動(dòng)，達(dá)到該側(cè)剛性邊界后被反射，反射波又向另一側(cè)移動(dòng)，弦線隨之恢復(fù)到平衡狀態(tài)，并繼續(xù)下一次振動(dòng)。這一過程十分迅速，以琴鍵A4（鋼琴第4組鍵盤的la音）為例，該脈沖每秒會完成440次的往返運(yùn)動(dòng)。這一振動(dòng)能量從琴弦高效地傳輸?shù)揭舭澹馨褋碜郧傧业恼駝?dòng)能量最大程度地轉(zhuǎn)化為聲音能量）中，使我們聽到熟悉而美妙的鋼琴聲。

不同的樂器，不同的原理“吹”出來的音樂

氣鳴樂器是利用空氣柱振動(dòng)來發(fā)聲的。例如當(dāng)吹奏管樂器時(shí)，抬起不同的手指會形成不同長度的空氣柱，空氣柱越長，音調(diào)越低；空氣柱越短，音調(diào)越高。

鋼琴的琴弦

我們熟悉的小號、圓號就是典型的氣鳴樂器，當(dāng)演奏者將空氣吹入管中，管內(nèi)的空氣柱與之碰撞，形成入射波，入射波到達(dá)管內(nèi)封閉端無法繼續(xù)前行，于是被反射回來，形成反射波。此時(shí)，在一定頻率下，入射波與反射波結(jié)合在一起，形成了駐波。管內(nèi)并不是只有一組駐波，這些不同頻率的分音組合在一起，形成了獨(dú)特的音色。

“擊打”出來的音樂

體鳴樂器和膜鳴樂器主要依靠的是打擊振動(dòng)發(fā)出聲響?；趾氚詺獾木庣娋褪堑湫偷捏w鳴樂器，而搖滾樂隊(duì)中帥氣自由的架子鼓則是由體鳴樂器與膜鳴樂器共同構(gòu)成的。如果你想最為簡單直觀地感受駐波，試試去摸一下被敲擊后的鼓吧，正是鼓面的振動(dòng)，給你的耳朵帶來了如此有節(jié)奏感的音樂。

電鳴樂器——電學(xué)與磁學(xué)的結(jié)合

電鳴樂器的基本工作原理是，先用某種換能裝置把傳統(tǒng)樂器的聲振動(dòng)轉(zhuǎn)換為與之相應(yīng)的電能，再送入電子放大器放大，并做適當(dāng)?shù)囊羯珵V波處理，最后用擴(kuò)大并修飾了的音響放出。常見的電子琴、電吉他都屬于這一類。

電鳴樂器的歷史與音樂的歷史相比十分短暫，正是人們對駐波等知識的認(rèn)識，復(fù)雜的聲音才能夠被“拆解”成為相對簡單的元素，我們才能利用電學(xué)與磁學(xué)將電鳴樂器創(chuàng)造出來。

古希臘哲學(xué)家畢達(dá)哥拉斯說過：“數(shù)學(xué)通過聲音的一致性來影響我們的耳朵?！辈煌馁|(zhì)、不同國家、不同年代的樂器，在駐波理論下得到了統(tǒng)一，感性的音樂也離不開理性的思想。

（責(zé)任編輯 / 張麗靜? 美術(shù)編輯 / 周游）