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第19章 乐器中的物理

我国著名的物理学史专家吴南薰先生在20世纪30年代曾经有过一个精辟的论点:历史上第一件乐器,即在兽骨上打一个孔,成为一支人工制造的笛子,这也是历史上第一件物理仪器。对于这一观点,至今还很难举出反对它的理由。乐器就是发出音乐声的机器。因此,任何一种乐器实际上也就是一种声学仪器。下面让我们进一步对乐器的结构进行具体的剖析。首先,一个乐器必然有声源,即振动源。弦乐器的振动源是振动的弦线。管乐器的振动源可以是振动的簧片,如单簧管,可以是嘴唇的振动,如铜管乐器,也可以是边棱形成的气流振动,如笛子。簧振乐器的振源是簧片的振动,鼓的振源是一个圆膜,钟的振源是整个钟体,电子乐器的振源可以是石英振荡器或是振荡电路。振源是任何乐器必不可少的。乐器都有发声体。有的乐器的振源就是发声体,如鼓皮、钟体、口琴或手风琴的簧片等。管乐器是靠管来决定音调的。空气在管内形成驻波,通过管口把声音传播出去而发声。有的簧管乐器是由簧和管共同决定音调、在管口处发声的。

不少乐器的发声体还包括了共鸣体,如提琴的弦线振动发出一定音调的音,但声音很小,几乎听不出来。通过琴马、音柱把振动传到琴箱的上下音板,使弦线与琴箱产生共鸣,才能发出我们现在所听到的提琴的声音。

有些乐器还有附件,如大提琴的支杆是一种支持体,还如柳琴的拨子、风琴的风箱、提琴的指板、琴马等。这也同仪器一样,要有个支腿、配件等。

乐器作为一种声学仪器,除了本身结构以外,其发声原理、声驻波的形成、声频的合成、声波的传播、电子乐器的调制和控制、数字音源的制作、线路或结构设计等都是物理内容。

乐器的分类要以其发声的物理机制为依据。制作乐器材料的性能,如湿度、硬度、弹性模量、密度、声波在材料中的传播速度、材料的阻尼性质、声阻抗等,都是物理属性。材料的处理,如人工老化、加湿、烘烤、上保护层等,都是物理方法,用的是物理测量仪器。许多研究乐器的方法如频谱分析、波形观察、激光全息、声电模拟等等都是物理方法。乐器的保存和维护如保持一定温度、湿度等,都是物理环境。

因此,物理学是乐器学的基础。当然,还要加上人的演奏以及音乐学、美学、心理学以及工艺等,才是乐器学的全部。

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