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【第四课】中国最古老的乐器,其发音原理?

2022-07-14 23:43:35

最早的乐器--骨哨

中国考古学表明,目前出土文物中发现了有距今七千多年的骨质发声器,考古学家称之为“骨哨”(浙江河姆渡出土的文物,现存浙江博物馆)。它的形状、结构和发声原理同现代箫笛作一比较,已基本上具备了乐器的雏形。应该算是已知最早的乐器了!

那骨哨的制作原理是什么呢?

这批骨哨是用鸟禽类中段肢骨制成的,古代人将骨骼中的骨髓抽掉,形成一支中空的骨管,然后在管壁上打有孔洞,它们长7厘米左右,管径6--8毫米,略呈弧曲形,在凸弧面上开有二或三孔,可以吹出几个音来,于是就形成了骨哨。


那骨哨的发音原理是什么呢?

 骨哨基本上具备了乐器的雏形。有许多管乐大师们干脆称它为“骨笛”。发展至今,演变为我们所熟知的竹笛等横吹木管乐器,我们可以通过直接了解现在“笛”的发声原理来认识这一古老的乐器。


那笛子的发音用物理怎么解释呢?

说道管类乐器的发音原理,首推空气柱的振动,那是什么样的空气柱和怎么样的振动呢?

笛子是利用空气振动发声和空气柱共鸣的原理制成的

涉及到的物理知识有:

1、流动的气体压强减小,流速越快,压强越小

2、声音是由振动产生的,振动的越快,频率越大

当我们吹笛子时:

首先,气体从吹孔边缘进入笛子内部,在吹孔处做涡旋运动,这样吹孔内部的气体压强就减小,于是笛尾的气体就向吹孔运动,在吹孔处发声积压,这个运动又造成吹孔处压强增大,但是口风又在继续吹响吹气,物理上叫激励,又把气体推向笛尾,然后吹孔处压强又减小,气体又向吹孔运动,如此循环,振动发出声音。

然后,这样笛子内部的空气振动形式是驻波,但是空气不是横波,是纵波,纵波的驻波比较抽象,笛子内部的纵波是沿着笛子振动的,它是这样的:假设沿笛子内部分布有第一,二,三,四,五,六等好多点,某一时刻一,三,五位置上空气是稀疏的,压强小,二,四,六位置上是密集的,压强大;下一时刻一,三,五位置处空气变成密集的,压强大,二,四,六两点空气变成稀疏的,压强小,如此循环,循环变化.固定看任何一点,这个地方的空气是疏密交替变化的.这就是笛子内的真实的振动。

   接着,笛膜下方的空气也是疏密疏密交替变化的,这样压强就交替变化,而笛膜外界的压强是恒定的,这就造成了膜的振动.笛子内部笛膜处压强大,笛膜向外界运动;笛子内部笛膜处压强小,笛膜就向下运动,这就是笛膜的振动。

 因为笛子内部的空气运动是有阻力的,靠近笛子内壁的气体,振动速度慢,因为它受到笛子内壁的阻力.而笛子内部中间的气体阻力较小,振动就快,这就是要把笛子内壁做得很光滑的一个原因.当笛子内壁对空气阻力太大得时候,就会影响发音得灵敏度。

最后,严格的说,笛子内部不是只有一个驻波,而是许多个驻波,所以笛子演奏出来的音不是单纯的一个频率,处于笛子内中间部分的驻波起着决定作用,但是这还不是笛声是好多频率声音的混音的主要原因,主要原因在于人的口风。人的口风里各个位置处的风速是不一样的,这样就造成了笛子内部的驻波振动有好多个.理论上说,你口风里有多少个速度,笛子内部就有多少个驻波,那么此时发出的声音有多少个频率。

 泛音是怎么吹来的呢?泛音是比较纯的音了,泛音中其他频率成分的音很少,原因就是吹泛音的时候口风很细,口风中的各部分气流速度都很接近,所以吹出的频率听起来比较单一,这就是泛音.口风的速度决定了主要频率的高低。

以上便是悠扬飘荡的笛声产生的全部过程啦~

这种管类乐器从粗糙的骨哨到如今的竹笛,在时间的坐标轴上洋洋洒洒跨越了7000多年的长度,兼具着并不简单的物理原理与绵延回响的动人旋律。。。。。。


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