當音樂遇上物理，科學也「律動」！

撰文/王江山 繪圖/王朝靖 王江山 王磊

本文節選自《知識就是力量》雜誌

當你帶好耳機，閉目欣賞音樂，有沒有對歌曲的編排、旋律的結構產生好奇？當你吹響笛子，拉起提琴，可曾想過這美妙的音色、動人的聲響從何而來？其實關於音樂的結構、聲響、設定背後，都有著深刻的物理機制，音樂和物理看似分屬藝術與科學兩個學科，卻又在許多方面緊緊相連。

李商隱有詩雲：「錦瑟無端五十弦，一弦一柱思華年。」李白也曾寫過「此夜曲中聞折柳，何人不起故園情」的句子。雖然自古文人墨客常在音樂中寄託各自的情志和想像，但從物理學角度來看，音樂就是一種聲波。

聲波是一種機械波，由物體（聲源）振動產生。聲波要素包含振幅、周期、相位、波長，這些要素對應著音樂中音高、響度、時值和音色。音高與時值構成旋律，響度與時值構成拍子或節奏，這幾種要素在時間、太空中運動，形成了弦的連接、配器、合唱、合奏，這些運動和變化組成了旋律、調式、節奏、拍子、和弦、速度、音型、曲式，也構成了不同風格的音樂。在這些變動組合中，不同的音樂讓人產生不同的審美感受。

這就是音樂和物理的碰撞，它們交匯的學科叫作聲學。音樂作為聲學的重要研究對象，使得這門科學充滿了藝術性。

音樂上講究共鳴，聲學上也有一種現象，叫「共振」。任何物體都有其自身的振動頻率，兩個頻率相同的音叉相互靠近時，其中一個振動發聲，另一個也會發聲。利用這個原理，許多樂器中都有共鳴箱、共鳴板等，這可以使音樂更加優美動聽。物理學在音樂中的應用，使得音樂更加富有質感，而音樂中的聲源、琴板、琴弦等也為聲學提供了實驗對象。

愛因斯坦曾說：「音樂和物理學領域中的研究工作在起源上是不同的，可是被共同的目標聯繫著，這就是對表達未知的東西的企求。它們的反應是不同的，可是它們互相補充著。」嚴謹的物理學與和諧的音樂雖然是兩條不同的通往未知山峰的路線，但這一路上它們一直在彼此聯繫，也必將相會於真理和美的峰頂。

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