但是空氣不是橫波,是縱波,縱波的駐波比較抽象,笛子內部的縱波是沿著笛子振動的,它是這樣的:假設沿笛子內部分佈有a b c d e f....等好多點,某一時刻ace位置上空氣是稀疏的,壓強小,bdf位置上是密集的,壓強大;下一時刻ace位置處空氣變成密集的,壓強大,bdf兩點空氣變成稀疏的,壓強小,如此迴圈,迴圈變化。固定看任何一點,這個地方的空氣是疏密交替變化的。這就是笛子內的真實的振動。見示意圖 笛膜是怎樣振動的呢?理解了笛子內部真實的駐波,這個問題就好理解了。笛膜下方的空氣也是疏密疏密交替變化的,這樣壓強就交替變化,而笛膜外界的壓強是恆定的,這就造成了膜的振動。笛子內部笛膜處壓強大,笛膜向外界運動;笛子內部笛膜處壓強小,笛膜就向下運動,這就是笛膜的振動。
笛子是利用空氣振動發聲和空氣柱共鳴的原理製成的。流動的氣體壓強減小,流速越快,壓強越小。
示例:飛機在跑道前進時,由於機翼上下表面特殊的設計,使得流過上表面得氣體流速大於下表面的氣體流速,因而下表面氣體對機翼的壓力大於上表面氣體對機翼的壓力,當這個差值大於飛機的重量時,飛機就升空了。
笛子的發聲原理和這個是一樣的。當我們吹笛子時,氣體從吹孔邊緣進入笛子內部,在吹孔處做渦旋運動,這樣吹孔內部的氣體壓強就減小,於是笛尾的氣體就向吹孔運動(這個速度很快的,要把空氣想象成很有彈性的東西,實際上也是這樣的),在吹孔處發聲積壓,這個運動又造成吹孔處壓強增大,但是口風又在繼續吹響吹氣(物理上叫激勵),又把氣體推向笛尾,然後吹孔處壓強又減小,氣體又向吹孔運動,如此迴圈,振動發出聲音。
大家不要把振動簡單的想象成這樣的機械運動,這樣笛子內部的空氣振動形式是駐波,什麼是駐波?這個東西我想編寫一個動畫程式來演示,不過今天是完不成的。簡單的說一下:橫波的駐波可以這樣形成:在牆上固定一個很有彈性質量很小的的繩子的一段,手拿另一端上下運動,繩子上的波就是駐波。駐波的特點是:峰和谷相互轉換,就是說第一秒的峰在第二秒下降成谷,第一秒的谷在第二秒上升為峰。遠遠看來這個橫波駐留在原地踏步不前進,所以叫駐波。見示意圖。
但是空氣不是橫波,是縱波,縱波的駐波比較抽象,笛子內部的縱波是沿著笛子振動的,它是這樣的:假設沿笛子內部分佈有a b c d e f....等好多點,某一時刻ace位置上空氣是稀疏的,壓強小,bdf位置上是密集的,壓強大;下一時刻ace位置處空氣變成密集的,壓強大,bdf兩點空氣變成稀疏的,壓強小,如此迴圈,迴圈變化。固定看任何一點,這個地方的空氣是疏密交替變化的。這就是笛子內的真實的振動。見示意圖 笛膜是怎樣振動的呢?理解了笛子內部真實的駐波,這個問題就好理解了。笛膜下方的空氣也是疏密疏密交替變化的,這樣壓強就交替變化,而笛膜外界的壓強是恆定的,這就造成了膜的振動。笛子內部笛膜處壓強大,笛膜向外界運動;笛子內部笛膜處壓強小,笛膜就向下運動,這就是笛膜的振動。
然而笛膜的振動還有其他問題。因為笛子內部的空氣運動是有阻力的,靠近笛子內壁的氣體,振動速度慢,因為它受到笛子內壁的阻力。就像河水一樣,越靠近岸邊的水流速度越慢。而笛子內部中間的氣體沒有阻力,振動就快(嚴格說是有阻力的,因為靠近它的氣體必然距離笛子內壁更近,而這部分氣體速度比中間氣體的速度慢,因而對中間的氣體有阻力)。這就是要把笛子內壁做得很光滑的一個原因。當笛子內壁
對空氣阻力太大得時候,就會影響發音得靈敏度。嚴格的說,笛子內部不是隻有一個駐波,而是許多個駐波,所以笛子演奏出來的音不是單純的一個頻率,處於笛子內中間部分的駐波起著決定作用,但是這還不是笛聲是好多頻率聲音的混音的主要原因,主要原因在於人的口風。
人的口風裡各個位置處的風速是不一樣的,這樣就造成了笛子內部的駐波振動有好多個。理論上說,你口風裡有多少個速度,笛子內部就有多少個駐波,那麼此時發出的聲音有多少個頻率。泛音是怎麼吹來的呢?泛音是比較純的音了,泛音中其他頻率成分的音很少,原因就是吹泛音的時候口風很細,口風中的各部分氣流速度都很接近,所以吹出的頻率聽起來比較單一,這就是泛音。口風的速度決定了主要頻率的高低。