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音樂(lè )中的物理學(xué)
物理學(xué)，是研究物質(zhì)最一般的運動(dòng)規律和物質(zhì)基本結構的學(xué)科。以下是小編為大家收集的音樂(lè )中的物理學(xué)，僅供參考，希望能夠幫助到大家。
音樂(lè )中的物理學(xué)
一． 物理意義上的音樂(lè )聲
人們一般把機械波按其頻率分為不同的波。一般來(lái)說(shuō)，振動(dòng)頻率在20Hz以下的叫做“次聲”。如地震前兆的大地震動(dòng)，海洋，大氣里傳播的氣流震動(dòng)，原子彈爆炸都有可能有次聲波。
振動(dòng)頻率在20到20000Hz之間的聲波叫做“可聽(tīng)波”，即人耳可以聽(tīng)到的聲音。當然，對于每個(gè)人來(lái)說(shuō)，可聽(tīng)的范圍會(huì )有一些不懂，一般來(lái)說(shuō)，年輕人的聽(tīng)覺(jué)范圍比老年人要廣一些。
振動(dòng)頻率大于20000Hz的稱(chēng)作超聲波。
在可聽(tīng)聲里，人的唱歌聲大概從60Hz（男低音）到2500Hz（女高音）。鋼琴的最低音是27.5Hz最高是4086Hz。除了特大的管風(fēng)琴之外，幾乎所有的傳統樂(lè )器的發(fā)聲頻率都在這個(gè)區間之間。在可聽(tīng)聲里，又分為樂(lè )音和噪音。凡是其振動(dòng)波形是周期性的，在頻譜上是分列的，聽(tīng)起來(lái)是有一定的音調的，就叫做“樂(lè )音”。反之，凡是其振動(dòng)的波形不是呈周期性，在頻譜上是連續的，聽(tīng)起來(lái)是沒(méi)有一定音調的，則稱(chēng)作“噪聲”。
每一個(gè)樂(lè )音，即周期性的振動(dòng)都可以分解為許多不同頻率，不同相位，不同振幅的簡(jiǎn)諧振動(dòng)的疊加，這叫做“富式分析”。簡(jiǎn)單的簡(jiǎn)諧振動(dòng)即正弦振動(dòng)或余弦振動(dòng)產(chǎn)生的聲波叫做“純音”。實(shí)際的樂(lè )音如歌聲和樂(lè )器聲都不是簡(jiǎn)單的純音，而是許多純音的疊加。在這些簡(jiǎn)諧振動(dòng)中頻率最低的叫“基頻”，頻率是基頻的整數倍的叫作“諧波”，頻率不是基頻的整數倍的叫作“分音”�；l，諧波，分音組成了實(shí)際的樂(lè )音。
我們所聽(tīng)到的音樂(lè )中，除了一部分是樂(lè )音以外，還包括一部分物理意義上是噪音的部分，如鑼?zhuān)牡葲](méi)有固定音調的打擊樂(lè )器，水聲，風(fēng)聲等效果聲等，當然也是音樂(lè )聲的一部分。
很久以前的科學(xué)家就做過(guò)這樣的一個(gè)實(shí)驗，把一個(gè)樂(lè )音中的20000Hz至50000Hz的高次諧波“切掉”，與原來(lái)的相比，二者聽(tīng)起來(lái)是有明顯的區別的。這個(gè)實(shí)驗說(shuō)明了部分高次諧波對音樂(lè )的改變（尤其是音色）是有作用的。因此，也應納入到音樂(lè )聲中。
所以，我們可以得出結論：從物理上來(lái)講，音樂(lè )聲應由三部分組成，即樂(lè )音，
音樂(lè )中使用的“噪聲（單純物理意義上的）”和對音色有影響的諧波中存在的一部分超聲。
二． 音樂(lè )的四要素
作為聲波的一種的音樂(lè )確實(shí)是客觀(guān)物理量。但是音樂(lè )終究是一種藝術(shù)，是一種人們美的
享受 。一首歌曲或者音樂(lè )作品，都是要通過(guò)有主觀(guān)的人的創(chuàng )作或者表演，所以，表示音樂(lè )的主觀(guān)量和客觀(guān)量是既有區別也是有聯(lián)系的。
聲學(xué)的奠基人之一，德國物理學(xué)家亥姆霍茲就曾經(jīng)提過(guò)，音量，響度和音色是音樂(lè )的三個(gè)主觀(guān)量，在許多地方也一直沿用至今。當然，其內涵也是在不斷發(fā)展的。音有一定的高低，人們常說(shuō)有高音，低音之分，所以音調是一個(gè)主觀(guān)量。一般來(lái)說(shuō)，發(fā)聲體的振動(dòng)頻率越高，人們聽(tīng)起來(lái)音調也越高。
音樂(lè )上用音名表示音調，即C D E F G A B以及升降號來(lái)表示，如果表示不同的八度還有小字一組即c1-b1，小字二組即c2-b2等等，中國的黃鐘，大呂，應鐘等也是音名（同時(shí)也是律名）。
頻率與音調比不是嚴格按比例對應的。一般認為，頻率每增高2倍，音調聽(tīng)起來(lái)高一個(gè)八度。這僅僅是在中段頻是這樣。在高音部分，聽(tīng)感偏低，即頻率增加2倍，聽(tīng)起來(lái)不到高八度而顯得偏低。相反的，低音段則聽(tīng)感偏高，頻率增加相同的倍數聽(tīng)起來(lái)音調偏高。
樂(lè )音聽(tīng)起來(lái)有一定的強弱，即音的響度。這是樂(lè )音的第二個(gè)主觀(guān)量。音的能量越高，聲強越大，聽(tīng)起來(lái)響度也就越大。但是兩者同樣也不是按比例一一對應的。例如，對于低音，同樣的聲強，聽(tīng)起來(lái)響度比較低，而在某個(gè)頻率處，如3000Hz處，同樣的響度聲強最小，即這個(gè)地方的聽(tīng)覺(jué)最靈敏。
至于音色，那就更是一種主觀(guān)量了。從傳統上來(lái)講，決定音色的主要是頻譜的組成，即基頻，諧波和分音的數目，長(cháng)短，相對強弱。所以也常常根據頻譜來(lái)
模仿各種音色。但是實(shí)踐證明，音的起始和結尾是的瞬態(tài)情況，即“音頭”和“音尾”，也同音色有很大的關(guān)系。例如，如果你把音頭截掉，你就很難分辨出長(cháng)笛和小提琴的聲音。另外，音色也與聽(tīng)者距離聲源的距離有關(guān)，因為一個(gè)音的各種成分隨距離的衰減不同。
此外，時(shí)值，即振動(dòng)延續的時(shí)間，顯然對樂(lè )音也是有影響的。
綜上，可以把音樂(lè )歸結為四要素：音調，響度，音色和時(shí)值。
三． 生律方法與頻率的關(guān)系
把兩個(gè)相差八度音程的音順序排列，就成為了音階。常見(jiàn)的音階有三種，在一個(gè)八度之內有五個(gè)音的就叫五聲音階，有七個(gè)音的就叫七聲音階，把一個(gè)八度音程分為十二個(gè)音階，就是半音階。
從一個(gè)音出發(fā)，如何“生”出音階的各個(gè)音，有不同的生律方法，不同的生律方法也就是不同的律制。用不同的律制構成的音階，都是有嚴格的數學(xué)方法的。從物理的角度看，最常用的三種律制就是“十二平均律”，“五度相生律”和“純律”。
當前的鋼琴和所有的鍵盤(pán)樂(lè )器使用的都是“十二平均律”，就是把一對八度音，即頻率比為1:2的兩個(gè)音之間按頻率等比分為十二個(gè)“半音”。由計算可以得出：后一個(gè)音是前一個(gè)的=1.05946倍，由a1=440.00Hz出發(fā)，有c1=261.63Hz。十二平均律是我國明代科學(xué)家朱載堉首先發(fā)明的，比西歐的早了幾十年。
十二平均律有許多的優(yōu)點(diǎn)，但是一般來(lái)說(shuō)十二平均律沒(méi)有純律或者五度相生律那樣“純“。如果從一個(gè)調式主音開(kāi)始，不斷地用三倍頻（上生五度）或者倍頻（下生五度）得出的音律就叫“五度相生律”；如果采用三倍頻和五倍頻生律，就成為了純律，通過(guò)簡(jiǎn)單地計算可以發(fā)現，純音之間有最小的整數比關(guān)系。因此，人們聽(tīng)起來(lái)覺(jué)得純律最“純凈”，“和諧”。
音調和頻率
音調是指聲音的高低，頻率是指聲音的震動(dòng)次數。高音調的聲音具有高頻率，而低音調的聲音具有低頻率。樂(lè )器中的聲音產(chǎn)生的頻率取決于許多因素，如樂(lè )器的形狀和大小，以及樂(lè )器中震動(dòng)的空氣柱的長(cháng)度。
聲音的原理
聲音是一種壓力波：當演奏樂(lè )器、拍打一扇門(mén)或者敲擊桌面時(shí)，他們的振動(dòng)會(huì )引起介質(zhì)——空氣分子有節奏的振動(dòng)，使周?chē)目諝猱a(chǎn)生疏密變化，形成疏密相間的縱波，這就產(chǎn)生了聲波，這種現象會(huì )一直延續到振動(dòng)消失為止。
聲音作為波的一種，頻率和振幅就成了描述波的重要屬性，頻率的大小與我們通常所說(shuō)的音高對應，而振幅影響聲音的大小。聲音可以被分解為不同頻率不同強度正弦波的疊加。這種變換（或分解）的過(guò)程，稱(chēng)為傅里葉變換(Fourier Transform)。
因此，一般的聲音總是包含一定的頻率范圍。人耳可以聽(tīng)到的聲音的頻率范圍在20到2萬(wàn)赫茲之間。高于這個(gè)范圍的波動(dòng)稱(chēng)為超聲波，而低于這一范圍的稱(chēng)為次聲波。狗和蝙蝠等動(dòng)物可以聽(tīng)得到高達16萬(wàn)赫茲的聲音。鯨和大象則可以產(chǎn)生頻率在15到35赫茲范圍內的聲音。
聲音的傳播用量子力學(xué)解釋便是原子的運動(dòng)，形成了聲波。但這與波粒子等名詞沒(méi)有聯(lián)系。
樂(lè )器的共振
共振是指在某個(gè)頻率下物體自身的震動(dòng)強度最大。樂(lè )器中的聲音產(chǎn)生的共振取決于樂(lè )器的結構和材料。例如，木制吉他的共振頻率通常在100至200赫茲之間。
聲波的傳播
聲波是一種機械波，需要介質(zhì)傳播。聲波在空氣中的傳播速度約為每秒343米。聲波的傳播速度取決于介質(zhì)的密度和彈性模量。
應用物理學(xué)原理
在音樂(lè )制作和音樂(lè )工程中，物理學(xué)原理發(fā)揮著(zhù)重要的作用。例如，通過(guò)改變樂(lè )器的形狀和大小，可以改變產(chǎn)生的頻率和音調。通過(guò)調整揚聲器和混響的位置和角度，可以控制音樂(lè )的聲場(chǎng)和共鳴。
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