牧童笛旋律中的 STEM

牧童笛旋律中的 STEM

記得小學時候的我最喜歡上音樂課,因為音樂藝術不單能陶冶性情,還能培養個人修養,更重要的是音樂課沒有語文科那麼辛苦,替緊密的課堂生活帶來休息的機會,令心身得以放鬆。當中音樂課裡牧童笛的環節特別喜愛,原因是音色悅耳,而且容易操控及掌握。

要理解牧童笛,先從聲音開始。聲音是振動產生的聲波,通過空氣、固體或液體等介質進行傳播。在演奏樂器時,樂器的聲音振動會引起空氣分子有節奏的振動,使周圍的空氣產生疏密變化,形成疏密相間的縱波,這聲波會一直延續到振動消失為止。

聲音的產生是通過空氣、固體或液體等介質進行傳播。

聲音的產生是通過空氣、固體或液體等介質進行傳播。

牧童笛結構及原理

牧童笛就是吹管樂器的一種,又稱「直笛」。它的外型是圓管狀的柱體,笛嘴有吹口,吹孔以下有尖板開口,就是用口吹氣至吹口的窄管,窄管的氣撞到尖板,令空氣震盪產生聲音。

牧童笛的笛身上有 8 至 10 個笛孔,其中 2 個為半笛孔,因為笛孔較細,在吹奏時,指法需特別注意。

牧童笛的笛身上有 8 至 10 個笛孔,其中 2 個為半笛孔,因為笛孔較細,在吹奏時,指法需特別注意。

牧童笛的發聲原理中包含了兩個效應,分別是邊稜效應和共鳴效應,邊稜
效應就是從笛嘴的吹口窄管吹入空氣,空氣經過窄管時的氣流會加快,同時氣壓會增加,當離開窄管的空氣撞到有特定角度的尖板,吹笛時氣流分開,一部份氣流從尖板上方離開牧童笛的管道,一部份氣流進入牧童笛的管道,從而產生一定頻率的振動而發聲。

邊稜效應

邊稜效應

共鳴效應

共鳴效應

共鳴效應就是在吹牧童笛時,進入牧童笛管道的氣流呈螺旋方式打轉前進,直到離開牧童笛管道為止,在此過程管內空氣柱依管腔的直徑和長度,產生不同頻率的共鳴,從而產生音高,牧童笛就是利用空氣振動發聲和空氣柱共鳴的原理製成的。

牧童笛發出聲音性質的三個因素包含響度、音調、音品,「響度」就是聲音的大小,「音調」就是指聲音的高低,而「音品」就是音色。

笛孔如何改變音調

用手按住不同位置和不同數目的笛孔,就是在改變空氣柱產生的長短,使牧童笛發出高低不同的聲音。按住全部的笛孔吹奏,振動的空氣柱最長,它振動起來就比較慢,單位時間內振動的次數少,頻率低,所以發出的聲音最低。按住較少的笛孔吹奏,振動的空氣柱變短了,它振動起來就比較快,單位時間內振動的次數就多,頻率高,發出的聲音比較高。

空氣柱產生的長短就會控制到音調的高低。

空氣柱產生的長短就會控制到音調的高低。

聲音的響度與物體振動的振幅有關,即吹氣的力度,越用力吹奏牧童笛,空氣振動的振幅越大,發出的聲音越大;反則越小力的吹奏,空氣振動的振幅越小,發出的聲音也越小。

聲音的響度與物體振動的振幅有關,即吹氣的力度,越用力吹奏牧童笛,空氣振動的振幅越大,發出的聲音越大;反則越小力的吹奏,空氣振動的振幅越小,發出的聲音也越小。

不同材料對音色影響

牧童笛的音色就會因應製作的物料而有所差異,市面上常見的牧童笛有用木製造和用塑膠製造的,由於物質的不同也會影響聲音振動時的效果,一般木製的牧童笛所發出的音色較柔和,因為木的密度低,材質柔軟,有吸音作用,聲波在牧童笛管道內壁反射時,聲波的能量會減弱。

塑膠製造的所發出的音色較為實,這是塑膠的密度高,材質硬,當聲波在塑膠管道內振動時撞到內壁會進行反射傳送時,聲波的能量較少。

塑膠製造的所發出的音色較為實,這是塑膠的密度高,材質硬,當聲波在塑膠管道內振動時撞到內壁會進行反射傳送時,聲波的能量較少。

由於不同物質的密度各有不同,不同物料會產生不同的音色。

由於不同物質的密度各有不同,不同物料會產生不同的音色。

小學生上音樂課時會學到的牧童笛,雖然只是一件貌似很簡單的樂器,但原來當中就包含了不同的 STEM 元素,只要大家多觀察多思考,就能找出其他樂器中相關或不同 STEM 元素了。