来一篇简短的关于物理的科技论文(字数在1000以上)
-小提琴发声和调音的物理原理浅析。
一、选题的意义
据我国最早的物理史学家吴南浔先生考证，世界上第一件人工制造的物理乐器是在动物骨骼或竹管上挖洞并能吹出声音的笛子。这既是乐器，也是声学仪器。在中国古代，对* * *音、弦的振动、管的音色的研究都是通过乐器来进行的；希腊哲学家毕达哥拉斯发现弦的长短与音高有一定关系；从现代物理学的发展来看，声学仍然占据着非常重要的部分，与我们的生活息息相关；……
很多同学会一些乐器，但是没有办法调试弦乐器。基于我们所学的振动知识，分析小提琴这种西洋弦乐器的发声原理，提供理论依据和实验结果，供演奏者检查和调试。
2.相关物理知识
实际的音乐声音由三部分组成:基频、谐波(泛音)和偏音。每一个乐音，即周期振动，都可以分解成许多不同频率、相位、振幅的简谐振动的叠加。简谐振动，即正弦振动或余弦振动传播产生的声波，称为纯音。歌唱、器乐声等实际乐音不是简单的纯音，而是许多纯音的叠加。在这些简谐振动中，频率最低的称为基频，基频的能量往往最大。频率是基频整数倍的振动称为谐波，其他高频振动称为分音。现代分析表明，基频以下有次声。所以，从物理上讲，乐音应该由三部分组成:乐音、音乐中使用的噪音(如锣、鼓、沙锤、梆子等没有固定音调的打击乐器，以及波浪、流水、风声等效果音)和一些对音色有影响的超声波。
一般来说，身体振动的频率越高，人发出的音调就越高；发电机的振动频率越低，人发出的声音就越低。但是声调和频率之间并没有严格的比例对应关系。一般认为，频率每增加一倍，音调听起来就高一个八度，仅限于中频段。高音部分听觉低，即频率加倍，听起来不是高八度，而是低，所以要提高频率以适应人的听觉。低音部分偏高，需要调低频率。
音乐听起来有强有弱，也就是声音的响度，这是音乐的第二个主观量。声音的能量和强度越大，声音就越大。但是，两者并不是成正比的。
至于音色，那是主观感受。传统上，决定音色的主要因素是频谱，所以往往根据频谱来模仿各种音色。但根据资料，实践表明，声音的始与终的瞬时状态，即“始”与“终”，也与音色密切相关。音色不仅与频谱的构成有关(即分音的数量、长度、相对强度、不和谐程度和瞬变状态)，还与听音区基频和谐波的位置有关，因为人耳对各种频率的响度响应不同。音色还与听者与声源的距离有关，因为一个声音中各种成分的衰减是不一样的。
3.相关音乐知识
音程是两个音符之间的距离。在音乐上，音程是用度来表示的。几度是指数初音，沿音阶有几个名称。钢琴上相邻两个键(包括黑键)之间有半音差，两个半音等于一个全音。这也是表示音程的一种方式。音程和频率基本上是一一对应的。
将两个八度音阶之间的声音按顺序排列成一个音阶。指定音阶中每个声音的来源及其精确音高的数学方法称为音乐系统。
最常用的三个法律体系是十二平均律、五度律和纯洁律。音阶中的每个音都有一个音名。由于产生旋律的方法不同，不同的音乐体系产生的同音异义词(比如全部)出现的频率也不同。
十二平均律是我国明代科学家朱载堉首先发明的，比西欧早了几十年。他把一个八度(频率比为2)按照几何级数分成十二个部分，得到了十二个定律。现在的钢琴，所有带“货”的键盘乐器，弦乐器，都是用这个法制的。
数学表达式:相邻两个音之间的频率比是:即从任意一个音开始，将音高上半个音的一个音的频率乘以那个音的频率；比声音低半音的声音，其频率是声音的频率乘以它；以此类推，可以得到所有声音的频率。
十二平均律有很多优点，比如容易转移声调，简化了不同声调中升降半音的关系。
在小提琴中，如果以声音的弦长为基准，那么就可以根据十二平均律，由一组小字(其中比高两个八度)对应的弦长之间的频率关系，确定一组固定的比。
四。研究和实验
小提琴的弦是一根两端固定的细钢丝。拨弦、擦弦时产生的波列被两个固定端反射叠加形成驻波，但它包含了很多频率的波。这里只分析研究决定音高水平的基频振动。
驻波的基频振动对应的是波长最长的振动，即弦长。提弦线与指板之间的距离很小，手指在指板上按压琴弦的不同位置而引起的琴弦变形很小，可以忽略不计。可以认为弦上的张力和弦的质量线密度不变，弦中的波速近似恒定。因此，可以认为下面的比例关系成立:
实验过程:一把小提琴，经过专业的乐手调音后，再由一个有多年演奏经验的学生弹奏一个单音。很多乐感敏锐、受过专业训练的同学一起听，用其他乐器校对每个音高。记录和计算的数据如下表所示。表中k值定义如下:
相差半音的两个音高对应。
相差一个全音的两个音高对应。
序列号n音高-音名比
音程差弦长/mm总长度:320.0mm以上k值。
第一次、第二次和第三次平均计算值的理论值误差率
1
全音243.0 243.8 243.7 243.5 1.1.1.1.1.39%
2
全音220.0 220.9 219.2 220.0 1.13 1.12 0.25%
三
半音195.5 196.195.0 195.5 1.07 1.06 1.1%。
四
全音182.5 181.9 183.1.182.5 1.12 1.18%。
五
全音162.5 162.0 162.3 1.13 1.12 0.48%
六
全音143.8 143.8 144.2 143.9 1.1.1.02 1.00%。
七
半音130.0 129.8 128.7 129.5 1.05 1.06 0.79%
八
124.0 122.4 123.2 123.2
其中，弦长一栏是小提琴弦上每一个音对应的高压指与琴码的两个固定点之间的距离(四根弦由粗到细依次称为、、和，指的是弦的空弦音)，即参与振动的那部分弦长。
如上图数据所示，平均误差率为0.74%，基本符合之前的理论分析。
动词 （verb的缩写）结论
我们总结了一把小提琴的自调法(相邻弦相隔五度):
基于和弦的空和弦音，如和弦，根据音高关系计算出同一和弦上对应和弦的长度。音高和空弦音一样(这是小提琴制作的要求)。依次调整弦的松紧和长度后，弦上的音高计算为弦的空弦音。.....同理。
这种方法适用于各种小提琴和吉他，但需要注意的是:
①对于远高于空弦音的音，计算方法误差较大。实验中，在一根弦上测量多组数据，只是为了方便计算、比较和得出结论。在实践中，相邻的字符串应依次进行校对。
②大提琴和吉他的相邻和弦相差四度，计算时要注意数据与小提琴不同。
希望我们的研究能对演奏弦乐器的音乐爱好者有所帮助。