結他譜出STEM

結他譜出STEM

音樂是由聲音組成的藝術,而音樂與數學、物理等科目更是息息相關。例如拍子節拍與數學相關,結他的構造和發聲就包括了工程和科學,今期用結他和大家探索音樂中的 STEM。

科學觀察

科學是甚麼?科學是通過驗證的方法,對一些現象進行歸因而成為學科。這次我們可以在結他樂器中,從事科學觀察。結他是弦樂器依靠弦的振動而發聲,在彈撥結他時,單是聆聽,就能分別出音調的變化。如果用相同的力度彈撥粗幼不同的弦,就會發現音調有高低不同的變化,彈撥的弦越「粗」,音調就會越「低」;彈撥的弦越「幼」,音調則越「高」。
還有其他例子,按壓弦線不同的位置而用相同力度彈撥,會發現按壓弦位置「遠離音箱」,發出的音調就越「低」,同學可自行測試其他結果。重要的是由此可知,結他的音調高低和弦的粗細、長短、鬆緊都有關係,也就是弦的振動幅度會影響結果。

轉動旋扭能改變弦的鬆緊。

轉動旋扭能改變弦的鬆緊。

結他上方筆者指著最粗的弦,音調較低;底下最幼的弦,音調較高。

結他上方筆者指著最粗的弦,音調較低;底下最幼的弦,音調較高。

除了弦線粗幼外,彈奏不同的地方,音調也不同,例如結他底部,弦線最短,音調較高,反之效果相反。

除了弦線粗幼外,彈奏不同的地方,音調也不同,例如結他底部,弦線最短,音調較高,反之效果相反。

不一樣的結他

電子結他沒有共鳴箱,不能把弦發出的聲音共振。所以電子結他是運用了電磁學原理,利用拾音器上磁感線把微弱的聲波轉換成電子訊號,並傳送至擴音器,然後電子訊號還原成聲音再擴大。如果電子結他沒有接上擴音器,它發出的聲音會極細聲,甚至聽不到。

電子結他構造不太一樣。

電子結他構造不太一樣。

瞭解音樂工程

原理上,結他發出音調是彈撥弦,讓弦振動,因而透過空氣振動傳送聲音出去,具體的運用是共嗚箱透過收集弦的振動,結合箱內的空氣共振而使聲音加強,產生更大的聲音。因此,若用硬咭紙遮蓋響孔,彈撥弦時會令聲音減弱,這正是因為硬咭紙阻止弦的振動傳入音箱產生共振。

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從結他學習數學

當然大家也可以用結他學習數學。先量度弦的長度 60cm,然後彈撥一次,會有一個音調出現;再量度弦的一半長度 60÷2=30cm,然後在該位置按壓,再以相同力度彈撥一次,發出比前高八度的音調。如果把 30cm 與 60cm 之間弦的長度平均分成12等份,再按任何等份的位置以相同力度彈撥,就可發現 12 個不同的音階,這正是音樂中的「十二平均律」(即
是 12 個半音),由此可見改變弦的長度能產生不同的音調。除了結他外,還有其他弦樂器都有類似的 STEM 元素,只要使用樂器的同時多思考及多聯想,就能找出音樂與 STEM 的關係。

量度弦長並彈撥音調,便可從中學習數學。

量度弦長並彈撥音調,便可從中學習數學。

12 個不同音階,其實是數學的化身。

12 個不同音階,其實是數學的化身。