闪电会“唱”《新年好》
公路能“奏”《欢乐颂》
不相信吗?
本期“巾帼科普公开课”特邀
北京交通大学物理国家级实验教学示范中心副教授
陈征
为青少年带来
《五音六律里的科学》主题讲座
陈征用
通俗幽默的语言
上了一场生动有趣的
音乐物理课
听五音六律,学物理知识
课程一开始,陈征科普了什么是“五音六律”:
所谓“五音”,指的是中国古乐基本音阶,即宫、商、角(jué)、徵(zhǐ)、羽,相当于Do、Re、Mi、Sol、La;
所谓“六律”,指的是中国古代十二音律中的六个阳律,即黄钟、太簇、姑冼、蕤(ruí)宾、夷则、无射(yì)
五音六律,现在一般泛指音乐。
那么,音乐的背后,隐藏着哪些科学知识呢?
陈征拿出一个特斯拉线圈,将其连上手机后,它便一边放着高压闪电,一边“唱”起了《新年好》;随后,他又播放了一段视频,一辆行驶的汽车,轮胎竟然发出《欢乐颂》的旋律。
为什么会这样呢?成功调动起学生的好奇心后,陈征没有马上揭秘答案,他开始从声音的基本常识讲起——
听觉的物理部分:
由声源的振动产生,在空气、水、钢铁等弹性介质中传播的机械波。
听觉的生理部分:
并不是所有传入耳朵的振动都能引起听觉。
一般认为人类能听到的振动频率在20-20000赫兹之间;低于20赫兹的称为“次声”,
高于20000赫兹的称为“超声”。
不过,大多数人的听觉范围,是达不到20-20000赫兹这个范围的。
陈征拿出手机,通过音频信号发声器软件,给现场学生“测听力”,最高只能听到大约17000赫兹的频率。
锅、碗、杯、盘、水管子……
万物皆可成乐器
无论是音律的制定,还是乐器的制作,科学始终贯穿其中。
早在春秋时期,《管子》中就记载了利用“三分损益法”来定“五音”,分“六律”。陈征用一根塑料水管,详细演示了“三分损益法”——
先确定一段管子为基本音“宫”;
然后,将宫管截掉三分之一,就叫做“三分损一”,这时管子发出的声音,就是“徵”;
接着,将徵管分成三份,再加上一份,这就是“三分益一”,这时管子产生的声音,就是“商”;
再将商管“三分损一”,也就是截掉三分之一,发出的声音就是“羽”;
羽管再“三分益一”,发出的声音就是“角”。
如果将这根水管不断进行“三分损益”,便能得到不同频率的声音。
了解了音乐背后的数学、物理知识,锅、碗、杯、盘、水管子……万物皆可成乐器。陈征拿出一个利用“三分损益法”自制的排箫,在现场为同学们轻轻吹奏了一曲《沧海一声笑》。
闪电“唱歌”、公路“奏乐”
大揭秘
课程的最后,陈征揭示了闪电“唱歌”、公路“奏乐”的秘密——
让闪电“唱歌”:
在固态特斯拉线圈的基础上,加了一个灭弧器,让特斯拉线圈不再连续通电,而是以一定的频率间歇通电,每一次通电形成闪电时,都会发出“啪”的一声响,通过调节通电的频率,就可以控制“啪啪啪”的频率,以“啪”出音阶来。
用公路“奏乐”:
在公路上设置不同间距的槽,让车辆在以一定速度通过的时候,和路面产生一定频率的碰撞摩擦,从而发出所需要音调的声音。
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