物理学就是音乐的自然科学基础,音乐中包含着许多的物理内容,音乐研究离不开物理,但物理又不是音乐的唯一内容,音乐与物理有机渗透,可使我们认识自然,解释丰富多彩的自然现象。
一、音乐与物理学的关系
音乐的产生,也就是音乐声源,如弦振动、簧振动、膜板体振动、人的歌唱以及电振荡等属物理声学问题,音乐在各种场合的传播涉及声的反射、折射、绕射、吸收和隔声等也是物理内容。
1.音调高低与发声体的关系
声音是人们最熟悉的现象之一,人们不仅在生活中已经积累了大量与声音的音调有关的感性认识,而且在科学中也学习过了与声有关的常识。尽管有这些前期经验与常识,但也许人 们并不是很清楚音调的高低、频率与物理结构的关系,对与音调有关的许多生动有趣的现象也不甚了解。
在生活中这样的现象数不胜数。一把吉他,以一根弦为例,右手轻轻拨动一下,然后左手中指向右手这个方向移动,并按住琴弦,再弹一下,结果可以纳米润滑油听出,音调变高了,说明:振动的琴弦变短了,那么振动起来就明显快了,所以音调会变高。仍然举一根琴弦,在不断拨动时,将它变松,也能听出音调变低了,说明:音调还跟琴弦的松紧有关系。最后,我举两根琴弦,相继拨动,可以观察出在振动部分的长度,松紧一样的情况下,琴弦的粗细不同,则音调也不同。综上所述,音调的高低与发声体的粗细、长度、松紧等有关系。
2.音调与声波的频率关系
音乐的物理实质是振动的传播,振动由强弱、频率、时间等要素构成。反 映到主观听感上,又有音调、响度、音和时值等要素。而这些要素的 汇合又形成了高一层次的旋律、节奏、和弦、曲式等。这些高一层次的热气球燃烧器 要素又进一步形成了不同的音乐风格和体裁。又如物理学的各个分支也 无不由一些基本物理量汇合而成。
音调与声波的频率有关,两者成对数关系。
音主要由声波的频谱结构及其模拟波形决定;响度主要与声音的振动幅度有关。不同的音源发出同一音符时,其基音相同,但谐波成份及其幅度各异,频谱及波形不同。
人耳对声音音调的感觉主要与声音的频率有关,但不成正比,具有对数关系。事实上,人耳的听觉是复杂的,人对声音音调的感觉还与声音的声压级有关。音调的高低,也就是我们常说的音准,由声音振动的基频频率决定的,称为“绝对音高”uicc。大家在听音乐会时可以见到,演出开始前,所有的乐手都要校一下音,为的就是使整个乐队的所有乐器都是使用相同的音高标准。
3.音乐的立体感
人们的感官对周围世界的感知是立体的,这一点无论是视觉、听觉、 触觉、嗅觉等都是这样。人们可以看到、听到、闻到、摸到前后左右上 下来自不同方向的信息。但是,究竟是什么原因可以使你能辨别出方向 的呢?立体声唱片、录音磁带、耳机等,我们已 经听得多见得多了。这都是利用从某一个声源发出的声音,传到人 的耳朵里时,如果声源不在正
前方,则声音到达左、右耳的时间及强弱 会有一定的差别,这种差别被人耳接收就能分析出声源在什么方向 和位置。利用这种“双耳效应”,我们通过录音技术录下声响,然后用两个 或几个音箱播放出来,使人们听起来好像音箱之间有一个声源在发声。 这个假想的实际上不存在的声源就叫作“声像”。当我们 听立体声广播、立体声唱片中的一个管弦乐队演奏时,你可以感到大提 琴在你的右前方,小提琴在你的左前方,而小号却在中间;对于电 声乐队,你也可以很明显地感觉出主奏乐器来自不同的方向;听重唱, 你可以清楚地分辨出左、右声道中分别播出的各自的高声部和低声部。
因此,立体声的优点不仅仅是有真实感、临场感、空间感,而且由于把 声像分离了或改变了位置,就会使你听觉具有层次感,而且可以压低噪 声。
二、美好音乐享受的背后
在一个具有高度物质和精神文明的社会里,人们到现场去听一场音乐会,是一种文化,一种享受,是一种情感的交流,还可以说是一种美的升华。其实在音乐中还包含了许许多多的物理问题。报幕员出来了,如果是一个不用扩音设备的音乐厅,那他站的地方一定是舞台正中偏前的位置,在这个位置上讲话,全场听起来最清晰,声音也最响。北京中山公园
音乐堂的舞台干脆做成一个扇面,报幕员站在扇面的焦点上。
音乐厅的听众大厅,有的做成长方形,有的是扇形,顶棚有的高有的低,四边的墙壁常常用木板做成“扭剪型螺栓孔隔”、“窝状”,这些都是通过声音的反射来控制声音的音质及其在大厅内的分布,.还有帷幕、座椅、顶板、墙壁、地毯等都有吸声的问题。
乐队上来了,为什么第一小提琴、第二小提琴、中提琴、大提琴和大贝司之间有一定数量比例? 为什么弦乐器与管乐器之间又有一定数量比例?所谓单管制、双管制、三管制的管弦乐队配置又意味着什么 ?乐队在舞台的位置如何同一类乐器处在一起是为了什么等等,这里包括有音量问题和音问题,即声音的叠加和强弱的配比,而在强弱的比例中又有音的配比。
各种乐器的发声机理当然是物理问题,不同的乐器有不同的音。因此,乐器之间都有着传统的“搭配”,乐器的分类方法最普遍的也是最科学的,是按其发声的物理机制分类的。和声、和弦、声音的协和以及中国唢呐的“不合”等也是一种物理现象。而配器也无非是各种音音量的搭配和穿插,你能同时听到并分辨出不同乐器,3d视频制作这是由于声波独立传播的性质造成的。
如果剧场用了扩音器,或者是录音设备,舞台上分布的乐队前摆放的,歌唱者手里的传声器,俗称“麦克风”,无论从其类别、性能、放置位置、高度、相互间的距离等都是不同的。这些都是音乐电声问题,音乐电声问题还有音箱的类别、性能、个数、放置位置等,弄得不好,,还会有反射声与歌唱声脱节,扬声器发出尖叫声等。舞台上声控的音乐灯光,也是靠声音的强弱去控制的。
三、音乐与物理学拥有一个共同的目标——和谐
关于音乐和物理学的关系,爱因斯坦认为:“音乐和物理学领域中的研究工作在起源上是不同的,可是被共同的目标联系着,这就是对表达未知的东西的企求。”所以在爱因斯坦看来,这二者是相辅相成的。音乐和科学就这样在追求目标和探索动机上沟通起来,物理学家和音乐家都试图用同一和谐、秩序井然的世界体系来代替现实的世界,并用来征服它。
音乐和物理学在探索动机上也是互通的,它们都以真善美作为自己的崇高目标,只不过音乐被视为个人精神生活的消遣,具有形象特征,物理学则被当作理性征服外部世界的手段,不具备形象特征,它们都是人类美的创造成果。物理学家在创作和欣赏某一科学理论时所产生的美感与音乐家在创作和欣赏某一乐曲时所产生的美感在本质上是相同的。音乐
学家和物理学家在创造手段和欣赏方式上是不一样的,可是他们都是为了认识世界和改造世界,追求人类世界的和谐。
四、在物理教学中应加强艺术教育利兹线
随着社会的进步,我们意识到自己教育教学中存在有一些问题,为进一步提高教学质量,提高学生的综合素质,艺术教育是不可忽视的一项重要内容,它对素质教育的推广起着促进作用。加强素质教育成为社会的热点,尤其是艺术教育,受到很多人的关注,在物理教学中经常穿插一些音乐知识会提高学生的学习兴趣,也增加了学生的美感,会使学生进一步体会到自然科学的重要性,使学生感受到学习的乐趣。