2014年01月09日 星期四
物理学家的笛子能变调
  随着对乐器和物理学研究的深入,武际可越发感到自制笛子的乐趣。

  退休前,武际可是北京大学物理系的力学教授。现在,他的业余生活主要是与器乐和科学网博客为伴,以此会友,乐此不疲。

  自制实验用笛

  武际可说,他们小时候的学习压力小,也没有电脑、手机玩,所以很多朋友对音乐、美术感兴趣。直到上了大学,他和舍友们的娱乐方式还是合奏乐器:你拉二胡,我吹长号,他弹吉他。想来颇有交响乐的气氛。武际可笑道:“我们都是业余地玩,自娱自乐。”

  既然有这么多乐器可选择,武际可为什么还要“自制”笛子呢?那还要从上世纪90年代他在北大物理系任教时说起。那时,他是《力学实践》杂志的主编,在和学生交流的时候,他发现学生根本不去看杂志,因为看不懂,没意思。

  武际可没有责怪学生,他也觉得有些学术论文的风格不好,喜欢把一个简单的问题用陌生的名词、绕圈的逻辑复杂化。较受欢迎的是他的同事写的专栏——物理科普《野渡无人舟自横》这样的文章,文中讲解了小舟静止在水上时的确是横置的现象和原理。随后,武际可也决定写有趣的科普文章,选题是他一直喜欢和熟悉的笛子。

  声学原理、孔距公式,用物理知识讲解笛子原理,对武际可来说是小菜一碟。但在严谨的计算过程中,武际可发现孔周的气流也会参与震动,有些数据难以计算,不能机械推导,他想到了检验真理的唯一方法:实践。于是,他去市场找了一些便宜的建材下脚料,比如废钢管、塑料管,然后用电钻打孔,拿自己制作的笛子来实验,最终得到了确切的公式。“这样再发文章的时候,我就踏实多了。”武际可说。

  “差”一根手指如何变调

  笛子玩久了,武际可想得也更多。通常情况下,笛子的筒音so(把孔全按住)的音高,就决定了这根笛子的“调”。笛子没有升降半音的装置,也就无法变调。武际可拿起两根笛子,放在嘴边比划:“有的笛子演奏家为了在演奏中变调,还得学一门技术:迅速换笛子。”

  大多数人都习惯了笛子就是“定调”的,武际可仍然希望能随时拿出一根笛子,就可与电视中正在播放的各调乐曲合奏。他由最基础的地方想起:一个八度内有12个音高。“12音高”的设计,普遍表现在西洋乐器中:钢琴的7个白键和5个黑键;西洋长笛通过内部复杂的杠杆装置,每八度也涵盖了12个音。所以长笛的造价不菲,好一点的要上万元。普通的6孔笛,在一个八度内只有7个音。武际可开玩笑道:“如果我们有11个手指头,就能演奏有12个音高的笛子了,那就可以变调了。”

  虽然“差”了一根指头,武际可也觉得,用10根手指控制11个音,也总比6孔7音要好多了。为了更加精准地测算音高,武际可还自备了音调校准器,最终变调笛子制作成功。10孔笛的演奏难度当然比6孔笛要大,武际可说:“我年近80都能越练越好,年轻人更心灵手巧,没问题。”

  《中国科学报》2013.12.27 文/马玥浩

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